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发表于:2008-4-23 17:55:40
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二极管分类

一、根据构造分类
  半导体二极管主要是依靠PN结而工作的。与PN结不可分割的点接触型和肖特基型,也被列入一般的二极管的范围内。包括这两种型号在内,根据PN结构造面的特点,把晶体二极管分类如下:

1、点接触型二极管
  点接触型二极管是在锗或硅材料的单晶片上压触一根金属针后,再通过电流法而形成的。因此,其PN结的静电容量小,适用于高频电路。但是,与面结型相比较,点接触型二极管正向特性和反向特性都差,因此,不能使用于大电流和整流。因为构造简单,所以价格便宜。对于小信号的检波、整流、调制、混频和限幅等一般用途而言,它是应用范围较广的类型。

2、键型二极管
  键型二极管是在锗或硅的单晶片上熔接或银的细丝而形成的。其特性介于点接触型二极管和合金型二极管之间。与点接触型相比较,虽然键型二极管的PN结电容量稍有增加,但正向特性特别优良。多作开关用,有时也被应用于检波和电源整流(不大于50mA)。在键型二极管中,熔接金丝的二极管有时被称金键型,熔接银丝的二极管有时被称为银键型。

3、合金型二极管
  在N型锗或硅的单晶片上,通过合金铟、铝等金属的方法制作PN结而形成的。正向电压降小,适于大电流整流。因其PN结反向时静电容量大,所以不适于高频检波和高频整流。

4、扩散型二极管
  在高温的P型杂质气体中,加热N型锗或硅的单晶片,使单晶片表面的一部变成P型,以此法PN结。因PN结正向电压降小,适用于大电流整流。最近,使用大电流整流器的主流已由硅合金型转移到硅扩散型。

5、台面型二极管
  PN结的制作方法虽然与扩散型相同,但是,只保留PN结及其必要的部分,把不必要的部分用药品腐蚀掉。其剩余的部分便呈现出台面形,因而得名。初期生产的台面型,是对半导体材料使用扩散法而制成的。因此,又把这种台面型称为扩散台面型。对于这一类型来说,似乎大电流整流用的产品型号很少,而小电流开关用的产品型号却很多。

6、平面型二极管
  在半导体单晶片(主要地是N型硅单晶片)上,扩散P型杂质,利用硅片表面氧化膜的屏蔽作用,在N型硅单晶片上仅选择性地扩散一部分而形成的PN结。因此,不需要为调整PN结面积的药品腐蚀作用。由于半导体表面被制作得平整,故而得名。并且,PN结合的表面,因被氧化膜覆盖,所以公认为是稳定性好和寿命长的类型。最初,对于被使用的半导体材料是采用外延法形成的,故又把平面型称为外延平面型。对平面型二极管而言,似乎使用于大电流整流用的型号很少,而作小电流开关用的型号则很多。

7、合金扩散型二极管
  它是合金型的一种。合金材料是容易被扩散的材料。把难以制作的材料通过巧妙地掺配杂质,就能与合金一起过扩散,以便在已经形成的PN结中获得杂质的恰当的浓度分布。此法适用于制造高灵敏度的变容二极管。

8、外延型二极管
  用外延面长的过程制造PN结而形成的二极管。制造时需要非常高超的技术。因能随意地控制杂质的不同浓度的分布,故适宜于制造高灵敏度的变容二极管。

9、肖特基二极管
  基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间trr特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

二、根据用途分类

1、检波用二极管
  就原理而言,从输入信号中取出调制信号是检波,以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流小于100mA的叫检波。锗材料点接触型、工作频率可达400MHz,正向压降小,结电容小,检波效率高,频率特性好,为2AP型。类似点触型那样检波用的二极管,除用于检波外,还能够用于限幅、削波、调制、混频、开关等电路。也有为调频检波专用的特性一致性好的两只二极管组合件。

2、整流用二极管
  就原理而言,从输入交流中得到输出的直流是整流。以整流电流的大小(100mA)作为界线通常把输出电流大于100mA的叫整流。面结型,工作频率小于KHz,最高反向电压从25伏至3000伏分A~X共22档。分类如下:①硅半导体整流二极管2CZ型、②硅桥式整流器QL型、③用于电视机高压硅堆工作频率近100KHz的2CLG型。

3、限幅用二极管
  大多数二极管能作为限幅使用。也有象保护仪表用和高频齐纳管那样的专用限幅二极管。为了使这些二极管具有特别强的限制尖锐振幅的作用,通常使用硅材料制造的二极管。也有这样的组件出售:依据限制电压需要,把若干个必要的整流二极管串联起来形成一个整体。

4、调制用二极管
  通常指的是环形调制专用的二极管。就是正向特性一致性好的四个二极管的组合件。即使其它变容二极管也有调制用途,但它们通常是直接作为调频用。

5、混频用二极管
  使用二极管混频方式时,在500~10,000Hz的频率范围内,多采用肖特基型和点接触型二极管。

6、放大用二极管
  用二极管放大,大致有依靠隧道二极管和体效应二极管那样的负阻性器件的放大,以及用变容二极管的参量放大。因此,放大用二极管通常是指隧道二极管、体效应二极管和变容二极管。

7、开关用二极管
  有在小电流下(10mA程度)使用的逻辑运算和在数百毫安下使用的磁芯激励用开关二极管。小电流的开关二极管通常有点接触型和键型等二极管,也有在高温下还可能工作的硅扩散型、台面型和平面型二极管。开关二极管的特长是开关速度快。而肖特基型二极管的开关时间特短,因而是理想的开关二极管。2AK型点接触为中速开关电路用;2CK型平面接触为高速开关电路用;用于开关、限幅、钳位或检波等电路;肖特基(SBD)硅大电流开关,正向压降小,速度快、效率高。

8、变容二极管
用于自动频率控制(AFC)和调谐用的小功率二极管称变容二极管。日本厂商方面也有其它许多叫法。通过施加反向电压, 使其PN结的静电容量发生变化。因此,被使用于自动频率控制、扫描振荡、调频和调谐等用途。通常,虽然是采用硅的扩散型二极管,但是也可采用合金扩散型、外延结合型、双重扩散型等特殊制作的二极管,因为这些二极管对于电压而言,其静电容量的变化率特别大。结电容随反向电压VR变化,取代可变电容,用作调谐回路、振荡电路、锁相环路,常用于电视机高频头的频道转换和调谐电路,多以硅材料制作。

9、频率倍增用二极管
  对二极管的频率倍增作用而言,有依靠变容二极管的频率倍增和依靠阶跃(即急变)二极管的频率倍增。频率倍增用的变容二极管称为可变电抗器,可变电抗器虽然和自动频率控制用的变容二极管的工作原理相同,但电抗器的构造却能承受大功率。阶跃二极管又被称为阶跃恢复二极管,从导通切换到关闭时的反向恢复时间trr短,因此,其特长是急速地变成关闭的转移时间显著地短。如果对阶跃二极管施加正弦波,那么,因tt(转移时间)短,所以输出波形急骤地被夹断,故能产生很多高频谐波。

10、稳压二极管
  是代替稳压电子二极管的产品。被制作成为硅的扩散型或合金型。是反向击穿特性曲线急骤变化的二极管。作为控制电压和标准电压使用而制作的。二极管工作时的端电压(又称齐纳电压)从3V左右到150V,按每隔10%,能划分成许多等级。在功率方面,也有从200mW至100W以上的产品。工作在反向击穿状态,硅材料制作,动态电阻RZ很小,一般为2CW型;将两个互补二极管反向串接以减少温度系数则为2DW型。

11、PIN型二极管(PIN Diode)
  这是在P区和N区之间夹一层本征半导体(或低浓度杂质的半导体)构造的晶体二极管。PIN中的I是“本征”意义的英文略语。当其工作频率超过100MHz时,由于少数载流子的存贮效应和“本征”层中的渡越时间效应,其二极管失去整流作用而变成阻抗元件,并且,其阻抗值随偏置电压而改变。在零偏置或直流反向偏置时,“本征”区的阻抗很高;在直流正向偏置时,由于载流子注入“本征”区,而使“本征”区呈现出低阻抗状态。因此,可以把PIN二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关(即微波开关)、移相、调制、限幅等电路中。

12、 雪崩二极管 (Avalanche Diode)
  它是在外加电压作用下可以产生高频振荡的晶体管。产生高频振荡的工作原理是栾的:利用雪崩击穿对晶体注入载流子,因载流子渡越晶片需要一定的时间,所以其电流滞后于电压,出现延迟时间,若适当地控制渡越时间,那么,在电流和电压关系上就会出现负阻效应,从而产生高频振荡。它常被应用于微波领域的振荡电路中。

13、江崎二极管 (Tunnel Diode)
  它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。其基底材料是砷化镓和锗。其P型区的N型区是高掺杂的(即高浓度杂质的)。隧道电流由这些简并态半导体的量子力学效应所产生。发生隧道效应具备如下三个条件:①费米能级位于导带和满带内;②空间电荷层宽度必须很窄(0.01微米以下);简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。江崎二极管为双端子有源器件。其主要参数有峰谷电流比(IP/PV),其中,下标“P”代表“峰”;而下标“V”代表“谷”。江崎二极管可以被应用于低噪声高频放大器及高频振荡器中(其工作频率可达毫米波段),也可以被应用于高速开关电路中。

14、快速关断(阶跃恢复)二极管 (Step Recovary Diode)
  它也是一种具有PN结的二极管。其结构上的特点是:在PN结边界处具有陡峭的杂质分布区,从而形成“自助电场”。由于PN结在正向偏压下,以少数载流子导电,并在PN结附近具有电荷存贮效应,使其反向电流需要经历一个“存贮时间”后才能降至最小值(反向饱和电流值)。阶跃恢复二极管的“自助电场”缩短了存贮时间,使反向电流快速截止,并产生丰富的谐波分量。利用这些谐波分量可设计出梳状频谱发生电路。快速关断(阶跃恢复)二极管用于脉冲和高次谐波电路中。

15、肖特基二极管 (Schottky Barrier Diode)
  它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

16、阻尼二极管
  具有较高的反向工作电压和峰值电流,正向压降小,高频高压整流二极管,用在电视机行扫描电路作阻尼和升压整流用。

17、瞬变电压抑制二极管
  TVP管,对电路进行快速过压保护,分双极型和单极型两种,按峰值功率(500W-5000W)和电压(8.2V~200V)分类。

18、双基极二极管(单结晶体管)
  两个基极,一个发射极的三端负阻器件,用于张驰振荡电路,定时电压读出电路中,它具有频率易调、温度稳定性好等优点。

19、发光二极管
  用磷化镓、磷砷化镓材料制成,体积小,正向驱动发光。工作电压低,工作电流小,发光均匀、寿命长、可发红、黄、绿单色光。

三、根据特性分类
点接触型二极管,按正向和反向特性分类如下。

1、一般用点接触型二极管
这种二极管正如标题所说的那样,通常被使用于检波和整流电路中,是正向和反向特性既不特别好,也不特别坏的中间产品。如:SD34、SD46、1N34A等等属于这一类。

2、高反向耐压点接触型二极管
  是最大峰值反向电压和最大直流反向电压很高的产品。使用于高压电路的检波和整流。这种型号的二极管一般正向特性不太好或一般。在点接触型锗二极管中,有SD38、1N38A、OA81等等。这种锗材料二极管,其耐压受到限制。要求更高时有硅合金和扩散型。

3、高反向电阻点接触型二极管
  正向电压特性和一般用二极管相同。虽然其反方向耐压也是特别地高,但反向电流小,因此其特长是反向电阻高。使用于高输入电阻的电路和高阻负荷电阻的电路中,就锗材料高反向电阻型二极管而言,SD54、1N54A等等属于这类二极管。

4、高传导点接触型二极管
  它与高反向电阻型相反。其反向特性尽管很差,但使正向电阻变得足够小。对高传导点接触型二极管而言,有SD56、1N56A等等。对高传导键型二极管而言,能够得到更优良的特性。这类二极管,在负荷电阻特别低的情况下,整流效率较高。 在開關電源中,所需的整流二極管必須具有正向壓降低,快速恢復的特點,還應具有足夠的輸出功率,可以使用1.高效快速恢復二極管;2高效超快速二極管;3肖特基勢壘整流二極管.快速恢復和超快速恢復二極管具有適中的和較高的正向壓降,其範圍是從0.8---1.2v.這兩種整流二極管還具有較高的截止電壓參數.因此,它們特別適合於在輸入小功率,電壓在12v左右的輔助電源電路中使用.
由於現代的開關電源工作頻率都在20khz以上,比起一般的整流二極管,快速恢復二極管和超快速恢復二極管的反向恢復時間減小到了毫微秒極.因此,大大提高了電源的效率.據經驗,在選擇快速恢復二極管時,其反向恢復時間至少應該比開關晶體管的上升時間低三倍.這兩種整流二極管還減少了開關電壓尖峰.而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的紋波.雖然某些稱為軟恢復型整流二極管的噪聲較小,但是它們的反向恢復時間trr較長,反向電流Irm也較大.因此使得開關損耗較大.快速恢復整流二極管和超快恢復整流二極管在開關電源中作為整流器使用時,是否需要散熱器,要根據電路的最大功率決定.一般情況下,這些二極管再製造時允許的結溫在175度.生產廠家對其產品都有技術說明,提供給設計者去計算最大的輸出工作電流,電壓,及外殼溫度等.

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发表于:2008-4-13 23:57:07
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晶振术语

1、 晶振:即所谓石英晶体谐振器和石英晶体时钟振荡器的统称。不过由于在消费类电子产品中,谐振器用的更多,所以一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了。后者就是通常所指钟振。

2、 分类。首先说一下谐振器。

谐振器一般分为插件(Dip)和贴片(SMD)。插件中又分为HC-49U、HC-49U/S、音叉型(圆柱)。HC-49U一般称49U,有些采购俗称“高型”,而HC-49U/S一般称49S,俗称“矮型”。音叉型按照体积分可分为3*8,2*6,1*5,1*4等等。贴片型是按大小和脚位来分类。例如7*5(0705)、6*3.5(0603),5*3.2(5032)等等。脚位有4pin和2pin之分。

而振荡器也是可以分为插件和贴片。插件的可以按大小和脚位来分。例如所谓全尺寸的,又称长方形或者14pin,半尺寸的又称为正方形或者8pin。不过要注意的是,这里的14pin和8pin都是指振荡器内部核心IC的脚位数,振荡器本身是4pin。而从不同的应用层面来分,又可分为OSC(普通钟振),TCXO(温度补偿),VCXO(压控),OCXO(恒温)等等。

3、 基本术语。我想这也是很多采购同学比较模糊的地方。这里我选了一些常用的谐振器术语拿来做一下解释。

Frequency Tolerance(调整频差):在规定条件下,在基准温度(25±2℃)与标称频率允许的偏差。一般用ppm(百万分之)表示。

Frequency Stability(温度频差):指在规定的工作温度范围内,与标称频率允许的偏差。用PPM表示。

Aging(年老化率):在规定条件下,晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。

Shunt Capacitance(静电容):等效电路中与串联臂并接的电容,也叫并电容,通常用C0表示。

Load Capacitance(负载电容):与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容,通常用CL表示。

一般最关注的参数有2个,即调整频差,负载电容。有一部分对温度频差有要求。如果工作温度范围比较广,则会对工作温度范围有所要求,即所谓宽温。

4、 选用。主要讲讲谐振器。理论上来说,只要参数确定,选任何一种型号都是可以正常使用的。例如49U和49S替换,49S和圆柱以及和贴片替换,都是没有问题的。但在实际选择中会根据电路特点,成本以及便利性来考量和选择。一般来说,简单的应用中主要都是从成本在考虑。但是有些产品或者电路会对晶振的等效电阻,激励功率等等提出要求,所以就会在不同的型号中加以选择。另外,贴片则主要是为了适应产品日益小型化和提高生产效率的要求。听到有些采购朋友说,只能选49S而不能用49U或者反之,这是一个小误区。呵呵。

而钟振的选择则主要决定产品电路的特性的要求,一般来说钟振在精密性以及需要达到相关应用的要求会更好。例如手机,通信机站,卫星等等。

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发表于:2008-3-14 21:10:44
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5

电感的作用

一、 电感器的定义。
   1.1 电感的定义:
   电感是导线内通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。
   当电感中通过直流电流时,其周围只呈现固定的磁力线,不随时间而变化;可是当在线圈中通过交流电流时,其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉弟电磁感应定律---磁生电来分析,变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势,此感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时,此感应电势就要产生感应电流。由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止原来磁力线的变化的。由于原来磁力线变化来源于外加交变电源的变化,故从客观效果看,电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性,在电学上取名为“自感应”,通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间,会发生火花,这就是自感现象产生很高的感应电势所造成的。
   总之,当电感线圈接到交流电源上时,线圈内部的磁力线将随电流的交变而时刻在变化着,致使线圈不断产生电磁感应。这种因线圈本身电流的变化而产生的电动势 ,称为“自感电动势”。
    由此可见,电感量只是一个与线圈的圈数、大小形状和介质有关的一个参量,它是电感线圈惯性的量度而与外加电流无关。

   1.2 电感线圈与变压器
   电感线圈:导线中有电流时,其周围即建立磁场。通常我们把导线绕成线圈,以增强线圈内部的磁场。 电感线圈就是据此把导线(漆包线、纱包或裸导线)一圈靠一圈(导线间彼此互相绝缘)地绕在绝缘管(绝缘体、铁芯或磁芯)上制成的。一般情况,电感线圈只有一个绕组。
    变压器:电感线圈中流过变化的电流时,不但在自身两端产生感应电压,而且能使附近的线圈中产生感应电压,这一现象叫互感。两个彼此不连接但又靠近,相互间存在电磁感应的线圈一般叫变压器。

   1.3 电感的符号与单位
   电感符号:L
 
   电感单位:亨 (H)、毫亨(mH)、微亨 (uH),1H=103mH=106uH。
   电感量的标称:直标式、色环标式、无标式
   电感方向性:无方向
   检查电感好坏方法:用电感测量仪测量其电感量;用万用表测量其通断,理想的电感电阻很小,近乎为零。

   1.4 电感的分类:
   按 电感形式 分类:固定电感、可变电感。
   按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。
   按 工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。
   按 绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
   按 工作频率 分类:高频线圈、低频线圈。
   按 结构特点 分类:磁芯线圈、可变电感线圈、色码电感线圈、无磁芯线圈等。

二、 电感的作用
   基本作用:滤波、振荡、延迟、陷波等
   形象说法:“通直流,阻交流”
   细化解说:在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等;变压器可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。
   由感抗XL=2πfL 知,电感L越大,频率f越高,感抗就越大。该电感器两端电压的大小与电感L成正比,还与电流变化速度△i/△t   成正比,这关系也可用下式表示:

   电感线圈也是一个储能元件,它以磁的形式储存电能,储存的电能大小可用下式表示:WL=1/2 Li2
   可见,线圈电感量越大,流过越大,储存的电能也就越多。
   电感在电路最常见的作用就是与电容一起,组成LC滤波电路。我们已经知道,电容具有“阻直流,通交流”的本领,而电感则有“通直流,阻交流”的功能。如果把伴有许多干扰信号的直流电通过LC滤波电路(如图),那么,交流干扰信号将被电容变成热能消耗掉;变得比较纯净的直流电流通过电感时,其中的交流干扰信号也被变成磁感和热能,频率较高的最容易被电感阻抗,这就可以抑制较高频率的干扰信号。
   
    LC滤波电路
   在线路板电源部分的电感一般是由线径非常粗的漆包线环绕在涂有各种颜色的圆形磁芯上。而且附近一般有几个高大的滤波铝电解电容,这二者组成的就是上述的 LC滤波电路。另外,线路板还大量采用“蛇行线+贴片钽电容”来组成LC电路,因为蛇行线在电路板上来回折行,也可以看作一个小电感。

三、 电感的主要特性参数
   2.1 电感量L
   电感量L表示线圈本身固有特性,与电流大小无关。除专门的电感线圈(色码电感)外,电感量一般不专门标注在线圈上,而以特定的名称标注。

   2.2 感抗XL
   电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆。它与电感量L和交流电频率f的关系为XL=2πfL

   2.3 品质因素Q
   品质因素Q是表示线圈质量的一个物理量,Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q值。

   2.4 分布电容
   线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的Q值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好。采用分段绕法可减少分布电容。

   2.5 允许误差:电感量实际值与标称之差除以标称值所得的百分数。

   2.6 标称电流:指线圈允许通过的电流大小,通常用字母A、B、C、D、E分别表示,标称电流值为50mA 、150mA 、300mA 、700mA 、1600mA 。

四、常用电感线圈
   3.1 单层线圈
   单层线圈是用绝缘导线一圈挨一圈地绕在纸筒或胶木骨架上。如晶体管收音机中波天线线圈。

   3.2 蜂房式线圈
   如果所绕制的线圈,其平面不与旋转面平行,而是相交成一定的角度,这种线圈称为蜂房式线圈。而其旋转一周,导线来回弯折的次数,常称为折点数。蜂房式绕法的优点是体积小,分布电容小,而且电感量大。蜂房式线圈都是利用蜂房绕线机来绕制,折点越多,分布电容越小

   3.3 铁氧体磁芯和铁粉芯线圈
   线圈的电感量大小与有无磁芯有关。在空芯线圈中插入铁氧体磁芯,可增加电感量和提高线圈的品质因素。

   3.4 铜芯线圈
   铜芯线圈在超短波范围应用较多,利用旋动铜芯在线圈中的位置来改变电感量,这种调整比较方便、耐用。

   3.5 色码电感线圈
   是一种高频电感线圈,它是在磁芯上绕上一些漆包线后再用环氧树脂或塑料封装而成。它的工作频率为10KHz至200MHz,电感量一般在0.1uH到3300uH之间。色码电感器是具有固定电感量的电感器,其电感量标志方法同电阻一样以色环来标记。其单位为uH。

   3.6 阻流圈(扼流圈)
   限制交流电通过的线圈称阻流圈,分高频阻流圈和低频阻流圈。
  3.7 偏转线圈
   偏转线圈是电视机扫描电路输出级的负载,偏转线圈要求:偏转灵敏度高、磁场均匀、Q值高、体积小、价格低。

五、 电感的型号、规格及命名。
   国内外有众多的电感生产厂家,其中名牌厂家有SAMUNG、PHI、TDK、AVX、VISHAY、NEC、KEMET、ROHM等。
   5.1 片状电感
   电感量:10NH~1MH
   材料:铁氧体 绕线型 陶瓷叠层
   精度: J=±5% K=±10% M=±20%
   尺寸: 0402 0603 0805 1008 1206 1210 1812 1008=2.5mm*2.0mm 1210=3.2mm*2.5mm
   个别示意图:   贴片绕线电感                                         贴片叠层电感
                         
   5.2 功率电感
   电感量:1NH~20MH
   带屏蔽、不带屏蔽
   尺寸:SMD43、SMD54、SMD73、SMD75、SMD104、SMD105;RH73/RH74/RH104R/RH105R/RH124;CD43/54/73/75/104/105;
   个别示意图: 贴片功率电感                                           屏蔽式功率电感
                              
   5.3 片状磁珠
   种类:CBG(普通型) 阻抗:5Ω~3KΩ
   CBH(大电流) 阻抗:30Ω~120Ω
   CBY(尖峰型) 阻抗:5Ω~2KΩ
   个别示意图: 贴片磁珠                                                           贴片大电流磁珠
                            
   规格:0402/0603/0805/1206/1210/1806(贴片磁珠)
   规格:SMB302520/SMB403025/SMB853025(贴片大电流磁珠)
   5.4 插件磁珠
 
   规格:RH3.5
 

  5.5 色环电感
   电感量:0.1uH~22MH
   尺寸:0204、0307、0410、0512
   豆形电感:0.1uH~22MH
   尺寸:0405、0606、0607、0909、0910
   精度:J=±5% K=±10% M=±20%
   精度:J=±5% K=±10% M=±20%
   插件的色环电感                   读法:同色环电阻的标示
  
   5.6 立式电感
   电感量:0.1uH~3MH
   规格:PK0455/PK0608/PK0810/PK0912

   5.7轴向滤波电感
   规格:LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019
   电感量:0.1uH-10mH。
   额定电流:65mA~10A。
   Q值高,价位一般较低,自谐振频率高。
 
   5.8 磁环电感
   规格:TC3026/TC3726/TC4426/TC5026
   尺寸(单位mm):3.25~15.88

 5.9 空气芯电感
   空气芯电感为了取得较大的电感值,往往要用较多的漆包线绕成,而为了减少电感本身的线路电阻对直流电流的影响,要采用线径较粗的漆包线。但在一些体积较少的产品中,采用很重很大的空气芯电感不太现实,不但增加成本,而且限制了产品的体积。为了提高电感值而保持较轻的重量,我们可以在空气芯电感中插入磁心、铁心,提高电感的自感能力,借此提高电感值。目前,在计算机中,绝大部分是磁心电感。

六、 常见的磁芯磁环
   铁粉芯系列
   材质有:-2材(红/透明)、-8材(黄/红)、-18材(绿/红)、-26材(黄/白)、-28材(灰/绿)、-33材(灰/黄)、-38材(灰/ 黑)、-40材(绿/黄)、-45材(黑色)、-52材(绿/蓝);尺寸:外径大小从30到400D(注解:外径从7.8mm到102mm)。
铁硅铝系列
   主要u值有:60、75、90、125;尺寸:外径大小从3.5mm到77.8mm。
 
  两种产品的规格除了主要的环形外,另有E形,棒形等,还可以根据客户提供的各项参数定做。它们广泛应用于计算机主机板,计算机电源,电源供应器,手机充电器,灯饰变压调光器,不间断电源(UPS),各种家用电器控制板等。

八、电感在使用过程中要注意的事项
   8.1电感使用的场合
    潮湿与干燥、环境温度的高低、高频或低频环境、要让电感表现的是感性,还是阻抗特性等,都要注意。

   8.2电感的频率特性
   在低频时,电感一般呈现电感特性,既只起蓄能,滤高频的特性。
   但在高频时,它的阻抗特性表现的很明显。有耗能发热,感性效应降低等现象。不同的电感的高频特性都不一样。
   下面就铁氧体材料的电感加以解说:
   铁氧体材料是铁镁合金或铁镍合金,这种材料具有很高的导磁率,他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常在高频情况下应用,因为在低频时他们主要程电感特性,使得线上的损耗很小。在高频情况下,他们主要呈电抗特性比并且随频率改变。实际应用中,铁氧体材料是作为射频电路的高频衰减器使用的。实际上,铁氧体较好的等效于电阻以及电感的并联,低频下电阻被电感短路,高频下电感阻抗变得相当高,以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置,高频能量在上面转化为热能,这是由他的电阻特性决定的。

   8.3 电感设计要承受的最大电流,及相应的发热情况。

   8.4 使用磁环时,对照上面的磁环部分,找出对应的L值,对应材料的使用范围。

   8.5注意导线(漆包线、纱包或裸导线),常用的漆包线。要找出最适合的线经。

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发表于:2008-3-10 0:37:01
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几种开放源码的TCPIP协议栈比较

 

1、BSD TCP/IP协议栈

     BSD栈历史上是其他商业栈的起点,大多数专业TCP/IP栈(VxWorks内嵌的TCP/IP栈)是BSD栈派生的。这是因为BSD栈在BSD许可协议下提供了这些专业栈的雏形,BSD许用证允许BSD栈以修改或未修改的形式结合这些专业栈的代码而无须向创建者付版税。同时,BSD也是许多TCP/IP协议中的创新(如广域网中饿拥塞控制和避免)的开始点。

2、uC/IP

    uC/IP是由Guy Lancaster编写的一套基于uC/OS且开放源码的TCP/IP协议栈,亦可移植到其它操作系统,是一套完全免费的、可供研究的TCP/IP协议栈,uC/IP大部分源码是从公开源码BSD发布站点和KA9Q(一个基于DOS单任务环境运行的TCP/IP协议栈)移植过来。uC/IP具有如下一些特点:带身份验证和报头压缩支持的PPP协议,优化的单一请求/回复交互过程,支持IP/TCP/UDP协议,可实现的网络功能较为强大,并可裁减。UCIP协议栈被设计为一个带最小化用户接口及可应用串行链路网络模块。根据采用CPU、编译器和系统所需实现协议的多少,协议栈需要的代码容量空间在30-60KB之间。
http://ucip.sourceforge.net

3、LwIP

     LwIP是瑞士计算机科学院(Swedish Institute of Computer Science)的Adam Dunkels等开发的一套用于嵌入式系统的开放源代码TCP/IP协议栈。LwIP的含义是Light Weight(轻型)IP协议,相对于uip。LwIP可以移植到操作系统上,也可以在无操作系统的情况下独立运行。LwIP TCP/IP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用,一般它只需要几十K的RAM和40K左右的ROM就可以运行,这使LwIP协议栈适合在低端嵌入式系统中使用。LwIP的特性如下:支持多网络接口下的IP转发,支持ICMP协议 ,包括实验性扩展的的UDP(用户数据报协议),包括阻塞控制,RTT估算和快速恢复和快速转发的TCP(传输控制协议),提供专门的内部回调接口(Raw API)用于提高应用程序性能,并提供了可选择的Berkeley接口API。http://www.sics.se/~adam/lwip/http://savannah.nongnu.org/projects/lwip/

4、uIP

    uIP是专门为8位和16位控制器设计的一个非常小的TCP/IP栈。完全用C编写,因此可移植到各种不同的结构和操作系统上,一个编译过的栈可以在几KB ROM或几百字节RAM中运行。uIP中还包括一个HTTP服务器作为服务内容。许可:BSD许用证
http://www.sics.se/~adam/uip/

5、TinyTcp

    TinyTcp 栈是TCP/IP的一个非常小和简单的实现,它包括一个FTP客户。TinyTcp是为了烧入ROM设计的并且现在开始对大端结构似乎是有用的(初始目标是68000芯片)。TinyTcp也包括一个简单的以太网驱动器用于3COM多总线卡 
http://ftp.ecs.soton.ac.uk/pub/elks/utils/tiny-tcp.txt

选择一个开源协议栈可以从四个方面来考虑:
       一个是是否提供易用的底层硬件API,即与硬件平台的无关性;
       一个是与操作系统的内核API。协议栈需要调用的系统函数接口是否容易构造,
       另一个对于应用支持程度。
       最关键的是占用的系统资源是否在可接受范围内,有裁减优化的空间否? 

其中,BSD 栈可完整实现TCP/IP协议,但代码庞大,70KB-150KB之间,裁减优化有难度,uIP和TinyTcp代码容量小巧,实现功能精简,限制了在一些较高要求场合下的应用,如可靠性与大容量数据传输。

LwIP和uC/IP是同量级别的两个开源协议栈,两者代码容量和实现功能相似,LwIP没有操作系统针对性,它将协议栈与平台相关的代码抽象出来,用户如果要移植到自己的系统,需要完成该部分代码的封装,并为网络应用支持提供了API接口的可选性。uC/IP协议最初是针对uC/OS设计,为方便用户移植实现,同样也抽象了协议栈与平台相关代码,但是协议栈所需调用的系统函数大多参照uC/OS内核函数原型设计,并提供了协议栈的测试函数,方便用户参考,其不足在于该协议栈对网络应用支持不足。 

根据以上分析,从应用和开发的角度看,似乎LWIP更得到了网上很多朋友使用的青睐;uC/IP在文档支持与软件升级管理上有很多不足,但是它最初是针对UC/OS而设计,如果选用UC/OS作为软件基础的话,在系统函数构造方面有优势。当然你选择其他操作系统的话,可参照OS_NULL文件夹下的文件修改。 以上的这些开源协议栈也并非免费,拿来就可以用,据我所知,UC/OS的母公司推出UC/OS-TCP/IP花了6人*2年的工作量,国内某公司使用LWIP作为移植的参照,花了4-5人*2年的工作量来测试与优化协议,使用商用TCP/IP栈的高费用就不足为奇了。 作为广大的爱好者学习而言,如果只是跑跑原型,实验一下效果,以上的几种开源协议栈都提供了测试的例子,应该是不错的选择。

个人的看法:LWIP可优先考虑,至少网上有很多的人一块研究,参考的资料较多;UC/IP其次,如果你想深入学习TCP/IP的话,移植UC/IP是一种挑战性的工作,它尚需完善。

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发表于:2008-1-22 19:38:03
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保护输出过压的电路

保护输出过压的电路

 

  在测试与测量应用中,必须为放大器、电源以及类似部件的输出端提供过压保护。实现这一任务的传统方式是在输出节点中增加串联电阻,并在电源线路或其它阈值电压上增加箝位二极管(参考文献1与图1)。这个电阻大大减小了电流输出的能力,以及低阻负载的输出电压摆幅。另外一种方案是用保险丝或其它限流器件,它优于这些箝位电路的高吸能能力。当源电阻R6上的压降大于耗尽型MOSFET Q1与Q2的栅极阈值电压时,图2电路是作为一个双极电流源,从而限制了通过箝位二极管的电流(参考文献2)。这种方案的缺点是在过载条件下,串联元件上有大的功耗。

图1提供过压保护的简单方式是在输出节点中加入串联电阻并在电源轨或其它阈值电压上加箝位二极管


  有一种合理的方案是当输出端子上存在过载电压时,将放大器输出节点与输出端子断开一段时间。几十年来,工程师都在音响功率放大器中使用机电继电器完成这种串联断接,不过原因不同,他们是用于扬声器保护。SSR(固态继电器)(包括光电子、光伏电池、OptoMOS和PhotoMOS器件)适合完成中等强度电流的负载断接任务,因为其控制端与负载端之间有电流绝缘(参考文献3)。

图2当源电阻R6上的压降超过耗尽型MOSFETQ1和Q2的栅极阈值电压时此电路是用作一个双极电流源因此限制了通过箝位二极管的电流


  图3中的串联保护电路使用一只串接的大电压SSR,切断放大器的输出端。当输出电压升高到正基准电压以上或低

于负基准电压阈值时,就会使IC2或IC3比较器变换自己的输出状态,通过与逻辑器件IC5关断SSR IC4。图4显示了实现这种方案的简单电路。

  图4中的电路只需要少量外接元件,使用一只SSR作输出过压保护。上升的过压使IC2中的两只晶体管截止,切断了流经IC3控制LED的电流。继电器IC3打开,保护放大器与箝位二极管。该电路经过了一系列Clare、Matsushita Electronic Works和Panasonic SSR的测试,它们有的带内部电流保护,有的不带。电源线路电压是±15V;R10、R11和R12设定触发电平为±16V。省略R11可将触发电平移至±14.5V。在保护电路工作时,针对0.5V过压保护继电器,SSR的关断延迟为100ms~200ms,较高过压下延迟会更短些。注意在使用低导通电阻SSR时,通过箝位二极管的峰值电流可能会相当大。

图3这个串联保护电路用一个串接的大电压SSR断开放大器输出端子

图4本电路只需要少量外接元件就能用一只SSR作输出过压保护


参考文献
1. Steele, Jerry, “Protect Those Expensive Power Op Amps,” Electronic Design, Jan 31, 1991.
2. “±500 Volt Protection Circuit,” Application Note AN–D11, Supertex Inc, Aug 14, 2000.
3. Stitt, R Mark, and David Kunst, “Input Overload Protection for the RCV420 4-20MA Current-Loop Receiver,” Burr-Brown, Application Bulletin AB-013, July 1990.
4. “Fault-Tolerant Analog Switches,”Application Note 745, Maxim Integrated Products Inc, March 25, 2001.

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发表于:2008-1-22 18:56:08
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晶 闸 管 保 护 电 路

晶 闸 管 保 护 电 路

  晶闸管的保护电路,大致可以分为两种情况:一种是在适当的地方安装保护器件,例如,R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。再一种则是采用电子保护电路,检测设备的输出电压或输入电流,当输出电压或输入电流超过允许值时,借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态,从而抑制过电压或过电流的数值。
一. 晶闸管的过流保护
晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏, 触发电路或控制系统有故障等; 其中整流桥晶闸管损坏类较为严重, 一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力,它相当于整流桥臂发生永久性短路,使在另外两桥臂晶闸管导通时,无法正常换流,因而产生线间短路引起过电流.另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流,这类情况时有发生,因为整流桥的负载实质是逆变桥, 逆变电路换流失败,就相当于整流桥负载短路。另外,如整流变压器中心点接地,当逆变负载回路接触大地时,也会发生整流桥相对地短路。
1. 对于第一类过流,即整流桥内部原因引起的过流,以及逆变器负载回路接地时,可以采用第一种保护措施,最常见的就是接入快速熔短器的方式。见图1。快速熔短器的接入方式共有三种,其特点和快速熔短器的额定电流见表1。
  表1:快速熔短器的接入方式、特点和额定电流
 
方式 特点 额定电流IRN 备注
A型 熔短器与每一个元件串联,能可靠地保护每一个元件 IRN<1.57IT IT:晶闸管通态 平均电流
B型 能在交流、直流和元件短路时起保护作用,其可靠性稍有降低 IRN<KCID
系数KC见表2
KC:交流侧线电流与ID之比
ID:整流输出电流
C型 直流负载侧有故障时动作,元件内部短路时不能起保护作用 IRN<ID ID:整流输出电流
  表2:整流电路型式与系数KC的关系表
 
型式 单相
全波
单相
桥式
三相
零式
三相
桥式
六相零式
六相曲折
双Y 带平
衡电抗器
系数KC 电感负载 0.707 1 0.577 0.816 0.108 0.289
电阻负载 0.785 1.11 0.578 0.818 0.409 0.290
2. 对于第二类过流,即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流,则应当采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如下
 
  图2:过流保护原理图
二. 晶闸管的过压保护
  晶闸管设备在运行过程中,会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。同时,设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。
1. 过电压保护的第一种方法是并接R-C阻容吸收回路,以及用压敏电阻或硒堆等非线性元件加以抑制。见图3和图4。
 
2. 过电压保护的第二种方法是采用电子电路进行保护。常见的电子保护原理图如下:
 
三.

电流上升率、电压上升率的抑制保护

1. 电流上升率di/dt的抑制

晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域,局部电流密度很大,然后以0.1mm/μs的扩展速度将电流扩展到整个阴极面,若晶闸管开通时电流上升率di/dt过大,会导致PN结击穿,必须限制晶闸管的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感。如下图:

 
2. 电压上升率dv/dt的抑制
  加在晶闸管上的正向电压上升率dv/dt也应有所限制,如果dv/dt过大,由于晶闸管结电容的存在而产生较大的位移电流,该电流可以实际上起到触发电流的作用,使晶闸管正向阻断能力下降,严重时引起晶闸管误导通。
  为抑制dv/dt的作用,可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。如下图:
 
   

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发表于:2008-1-22 18:44:43
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Application Note 闸流管和双向可控硅- 成功应用的十条黄金规则AN10121

晶闸管的工作原理

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在中频炉中整流侧关断时间采用KP-60微秒以内,逆变侧关短时间采用KK-30微秒以内这也是KP管与KK管的主要区别

晶闸管T在工作过程中,它的阳极A和阴极K与电源和负载连接,组成晶闸管的主电路,晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接,组成晶闸管的控制电路。


晶闸管的工作条件:


1. 晶闸管承受反向阳极电压时,不管门极承受和种电压,晶闸管都处于关短状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时,仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3. 晶闸管在导通情况下,只要有一定的正向阳极电压,不论门极电压如何,晶闸管保持导通,即晶闸管导通后,门极失去作用。

4. 晶闸管在导通情况下,当主回路电压(或电流)减小到接近于零时,晶闸管关断。

从晶闸管的内部分析工作过程:

晶闸管是四层三端器件,它有J1、J2、J3三个PN结图1,可以把它中间的NP分成两部分,构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管图2

当晶闸管承受正向阳极电压时,为使晶闸管导铜,必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用。图2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流。因此,两个互相复合的晶体管电路,当有足够的门机电流Ig流入时,就会形成强烈的正反馈,造成两晶体管饱和导通,晶体管饱和导通。
设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2;发射极电流相应为Ia和Ik;电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik,设流过J2结的反相漏电电流为Ic0,
晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和:
Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0
若门极电流为Ig,则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig
从而可以得出晶闸管阳极电流为:I=(Ic0+Iga2)/(1-(a1+a2))(1—1)式
硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化如图3所示。
当晶闸管承受正向阳极电压,而门极未受电压的情况下,式(1—1)中,Ig=0,(a1+a2)很小,故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0 晶闸关处于正向阻断状态。当晶闸管在正向阳极电压下,从门极G流入电流Ig,由于足够大的Ig流经NPN管的发射结,从而提高起点流放大系数a2,产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结,并提高了PNP管的电流放大系数a1,产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结。这样强烈的正反馈过程迅速进行。从图3,当a1和a2随发射极电流增加而(a1+a2)≈1时,式(1—1)中的分母1-(a1+a2)≈0,因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时,流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定。晶闸管已处于正向导通状态。
式(1—1)中,在晶闸管导通后,1-(a1+a2)≈0,即使此时门极电流Ig=0,晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通。晶闸管在导通后,门极已失去作用。
在晶闸管导通后,如果不断的减小电源电压或增大回路电阻,使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时,由于a1和a1迅速下降,当1-(a1+a2)≈0时,晶闸管恢复阻断状态。


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发表于:2008-1-7 13:31:18
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TFTP协议

简单文件传输协议是一种用来传输文件的简单协议,运行在 UDP (用户数据报协议)上。 TFTP 的被设计为小而简单容易的运行,因此,它缺乏标准 FTP 协议的许多特征。 TFTP 只能从远程服务器上读、写文件(邮件)或者读、写文件传送给远程服务器。它不能列出目录并且当前不提供用户认证。

当前 TFTP 有 3 种传输模式: netASC11 模式即 8 位 ASC11 ;八位组模式(替代了以前版本的二进制模式),如原始八位字节;邮件模式,在这种模式中,传输给用户的不是文件而是字符。主机双方可以自己定义其它模式。

在 TFTP 协议中,任何一个传输进程都以请求读写文件开始,同时建立一个连接。如果服务器同意请求,则连接成功,文件就以固定的 512 字节块的长度进行传送。每个数据包都包含一个数据块,在发送下一个包之前,数据块必须得到确认响应包的确认。少于 512 字节的数据包说明了传输的结束。如果包在网络中丢失,,接收端就会超时并重新发送其最后的包(可能是数据也可能是确认响应),这就导致丢失包的发送者重新发送丢失包。发送者需要保留一个包在手头用于重新发送,因为 LOCK 确认响应保证所有过去的包都已经收到。注意传输的双方都可以看作发送者和接收者。一方发送数据并接收确认响应,另一方发送确认响应并接受数据。

TFTP 的当前版本为 v2 。

协议结构

基本 TFTP 协议头结构:

16 bits String 16 bits String 16 bits
Opcode Filename 0 Mode 0

Opcode:操作代码或命令。以下为 TFTP 命令:

Opcode Command Description
1 Read Request Request to read a file
2 Write Request Request to write to a file
3 File Data Transfer of file data
4 Data Acknowledge Acknowledgement of file data
5 Error Error indication

Filename:传送的字段名称。

Mode:数据模式。协议传输的文件数据格式。可以是 NetASCII,也可以是标准 ASCII,八位二进制数据或邮件标准 ASCII。

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发表于:2007-12-27 13:21:45
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高速数字电路中信号反射的分析及解决方案

1 引言  
通常所说的高速数字电路是指电路的频率达到或超过一定数值,而且工作在这个频率之上的电路已经占到整个电子系统一定的份量。实际上,判定一个电路是否为高速电路并不能只从信号的频率去考虑,当信号的传输延迟大于信号上升时间的2O%时,电路板上的信号导线就会呈现出传输线效应,整个系统为分布式系统,此时这种电路即为高速电路。当前,电子系统与电路全面进入高速、高频设计领域。随着IC工艺的不断提高,驱动器的上升沿和下降沿由原来的十几ns减小到几ns,有的甚至达到ps量级。这时必须要考虑由传输线效应引起的信号完整性反射噪声问题,这已经成为高速数字电路设计中的一个主要问题。  
2 信号完整性概述  
    从广义上讲,信号完整性指的是在高速数字电路中由互连线引起的所有问题。它主要研究互连线与数字信号的电压,电流波形相互作用时,电气特性参数如何影响产品的性能。信号完整性问题主要包括以下四类问题:单一网络的信号反射;多网络间的串扰;电源和地分配中的轨道塌陷;电磁干扰和辐射。在这里主要讨论单一网络的信号反射噪声问题。  
3、信号反射噪声的形成  
在高速数字电路中,信号在PCB板上沿传输线传输,遇到阻抗不连续时,就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回,从而产生反射。其大小与阻抗失配的程度有关,阻抗失配越大,反射就越大。如图1所示:  
         
图1 信号反射示意图  
反射系数p = Vreflected /Vincident =(Zt-Zo)/(Zt+Zo),其中Zt表示负载阻抗,Zo表示传输线阻抗。  
从公式中可以看出,当Zt = Zo时反射系数为0,没有反射产生;当Zt ≠ Zo时,将产生反射现象。反射是造成上冲、下冲和振铃的直接原因,是高速数字电路中最常见的信号完整性问题。为了减小由反射造成的信号完整性问题,在所有的高速电路板中必须运用以下3个重要的设计因素:(1)使用可控阻抗的互连线;(2)使用合理的布线拓扑结构。(3)对传输线进行阻抗匹配。  
4 端接匹配技术  
在高速数字系统中,传输线上阻抗不匹配会引起信号反射,减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配,从而使源反射系数或负载反射系数为零。传输线的端接通常采用两种策略:  
(1)使负载阻抗与传输线阻抗匹配,即并行端接;。  
(2)使源阻抗与传输线阻抗匹配,即串行端接。  
上述两种端接策略各有其优缺点,以下就简要介绍这两类主要的端接方案。  
4.1并联端接  
并联端接匹配是最简单的阻抗匹配技术,通过一个电阻R将传输线的末端接到地或者接到Vcc,如图2所示。在数字电路设计中,返回通路上吸收的电流通常都大于电源上提供的电流。将终端匹配到Vcc可以提高驱动器的能力,而将终端匹配到地则可以提高地上的吸收能力。  
   
图2 并联端接匹配示意图  
4.2串联端接  
串行端接匹配技术是在源端的终端匹配技术。由连接在驱动器输出端和信号线之间的一个电阻组成,如图3所示:这种匹配技术的优点是只为驱动器加入了一个电阻元件,因此相对于其它类型的电阻匹配技术来说匹配电阻的功耗是最小的,它没有为驱动器增加任何额外的直流负载,并且也不会在信号线与地之间引入额外的阻抗。此种技术在VXI接口设计,功能部分端口电路,时钟电路上都有所运用。  

   
图3串联端接匹配示意图  
5、高速数字测试模块设计中的反射噪声问题  
高速数字测试模块采用VXI总线结构,该仪器具备64路独立产生激励信号和采集响应数据的能力,通过编程使激励和响应之间建立起因果关系,可大大提高测试系统的自动化程度。整个硬件系统的结构如图4所示:  
   
图4 高速数字测试模块结构图  
可以看到,系统中采用了一片256 x 72bit,时钟频率为200MHz的同步SRAM,上升时间不到1ns;另外,功能接口部分信号频率虽然只有20MHz,但是经布局后估算传输线上的时延大于信号上升时间的20%,此时由反射引起的噪声会影响电路功能,必须加以控制。因此在PCB设计中必须采取有效的措施来解决信号完整性的反射噪声问题,否则整个设计将面临失败的危险。  
在设计中,通过HyperLynx软件对Virtex-II Pro与SRAM之间未匹配的信号进行仿真,如图5(a)所示。虽然没有过冲,振铃之类的影响,但是由于反射使高电平降低到1.428V,而SRAM芯片要求最低输入高电平为1.7V,这显然不满足要求。  
因此采用并联端接匹配,将终端电阻R接到Vcc来提高驱动器的能力,匹配电阻值通过HyperLynx软件中的终端向导功能寻找最佳的端接电阻值,最终确定端接51Ω的电阻。在采用了并联端接匹配后高电平提高到2.458V,如图5()所示。满足了电平匹配要求。  
      
(a)未匹配的SRAM信号                     (b)匹配后的SRAM信号  
图5使用并联端接匹配前后仿真对比  
此外,还选取从Virtex-II Pro到前面板SMA接头的时钟走线进行仿真。时钟信号由Virtex-II Pro输出,经过SN74ABT126 到SMA接头,通过分析波形如图6(a)所示,会发现与驱动信号相比,信号在稳态时间内产生了明显的振铃噪声,这样可能造成数据的误判或丢失。因此,通过Hyperlynx工具对时钟电路进行信号完整性分析后,采用47Ω的电阻进行源端阻抗匹配,即Virtex-II Pro的输出阻抗加上匹配串连的47Ω电阻等于传输线的特征阻抗50Ω,从而在源端消除反射,仿真结果如图6(b)所示。通过仿真结果可以看出,时钟的信号质量得到了明显的改善。  
   
        (a) 未经优化的clock仿真结果  
   
                      (b) 优化后的clock仿真结果  
    图6使用串联联端接匹配前后仿真对比  
结束语:  
在高速电路设计中,信号反射是最常见的信号完整性问题,往往对整个系统的性能产生许多难以预料的影响。因此对信号反射问题的分析在高速电路设计中的作用举足轻重,只有解决好这个问题,高速系统才能准确、稳定地工作。  
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