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LAN/LXI在仪器控制方面的应用
LAN/LXI在仪器控制方面的应用
    
    LAN总线是一种用于连接仪器和PC的总线之一。尽管人们常说LAN(或其他总线)适用于所有的应用,但实际上每种总线都有不同的优势,真正的系统是在一个统一的软件架构中充分利用多种总线的优势。LAN总线特别适用于分布式应用,但对于桌面测量或自动化测试就不是最合适的。本文将详细分析LAN总线在适合的仪器控制方面的应用。同时我们还会对LXI(LAN的仪器扩充,简称LXI),一种全新的标准基于LAN总线进行一些讨论。
    
    LAN或以太网总线,是一种为计算机网络连接所设计的标准。它是非常普遍的连接方式,我们用它连接到其他电脑和英特网。LAN总线最明显的优势是允许存在连接距离,尤其是在使用了LAN交换机和路由器之后,LAN几乎没有连接距离上的限制。当系统需要长距离的分布式测量,或需要将测量仪器靠近测量源而远离控制PC时,这种距离上的优势就显得至关重要。通过适当的网络安全配置,LAN还能够用于远程诊断;如查看远程测试地点的仪器配置情况。
    
    LAN在分布式处理系统中也有用武之地。多个处理单元可以通过LAN网络完美地相连,并对等地进行通信。举例而言,一个高性能的分析程序能够通过LAN,将不同的处理任务分配到多个相连的PC上,从而扩展系统的处理性能。另外,在一个分布式的数据记录程序中,每一个本地节点都能够完成数据记录和控制,而仅仅将需要的数据通过网络传送到监督控制系统中。
    
    最后,LAN对于仪器控制来说也相当具有吸引力,因为就像USB、过去的RS-232和并行端口一样,LAN也逐渐成为所有台式PC的标准。
    
    另一方面,在非分布式系统中,如台式机或机架环境下时,LAN也存在一些缺陷,包括:
    
    较长的延时
    较长的处理时间和较高的成本
    复杂的配置
    可供选择的LAN仪器较少
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电容知识大全
第1讲:电容的特性(隔直通交)
    电容器是一种能储存电荷的容器.它是由两片靠得较近的金属片,中间再隔以绝缘物质而组成的.按绝缘材料不同,可制成各种各样的电容器.如:云母.瓷介.纸介,电解电容器等.在构造上,又分为固定电容器和可变电容器.电容器对直流电阻力无穷大,即电容器具有隔直流作用.电容器对交流电的阻力受交流电频率影响,即相同容量的电容器对不同频率的交流电呈现不同的容抗.为开么会出现这些现象呢\'这是因为电容器是依靠它的充放电功能来工作的,如图1,电源开关s未合上时.电容器的两片金属板和其它普通金属板—样是不带电的。当开关S合上时,如图2所示,电容器正极板上的自由电子便被电源所吸引,并推送到负极板上面。由于电容器两极板之间隔有绝缘材料,所以从正极板跑过来的自由电子便在负极板上面堆积起来.正极板便因电子减少而带上正电,负极板便因电子逐渐增加而带上负电。电容器两个极板之间便有了电位差,当这个电位差与电源电压相等时,电容器的充电就停上了.此时若将电源切断,电容器仍能保持充电电压。对已充电的电容器,如果我们用导线将两个极板连接起来,由于两极板间存在的电位差,电子便会通过导线,回到正极板上,直至两极板间的电位差为零.电容器又恢复到不带电的中性状态,导线中也就没电流了.电容器的放电过程如图3所示.加在电容器两个极板上的交流电频率高,电容器的充放电次数增多;充放电电流也就增强;也就是说.电容器对于频率高的交流电的阻碍作用就减小,即容抗小,反之电容器对频率低的交流电产生的容抗大.对于同一频率的交流电电.电容器的容量越大,容抗就越小,容量越小,容抗就越大.

                      第2讲:电容器的参数与分类
    在电子产品中,电容器是必不可少的电子器件,它在电子设备中充当整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交直流电路的交流耦合等。由于电容器的类型和结构种类比较多,因此,我们不仅需要了解各类电容器的性能指标和一般特性,而且还必须了解在给定用途下各种元件的优缺点,以及机械或环境的限制条件等。这里将对电容器的主要参数及其应用做简单说明。

1. 标称电容量( C R )。电容器产品标出的电容量值。云母和陶瓷介质电容器的电容量较低(大约在 5000pF 以下);纸、塑料和一些陶瓷介质形式的电容器居中(大约在 0.005uF~1.0uF );通常电解电容器的容量较大。这是一个粗略的分类法。

2. 类别温度范围。电容器设计所确定的能连续工作的环境温度范围。该范围取决于它相应类别的温度极限值,如上限类别温度、下限类别温度、额定温度(可以连续施加额定电压的最高环境温度)等。

3. 额定电压( U R )。在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下,可以连续施加在电容器上的最大直流电压或最大交流电压的有效值或脉冲电压的峰值。电容器应用在高电压场和时,必须注意电晕的影响。电晕是由于在介质 / 电极层之间存在空隙而产生的,它除了可以产生损坏设备的寄生信号外,还会导致电容器介质击穿。在交流或脉动条件下,电晕特别容易发生。对于所有的电容器,在使用中应保证直流电压与交流峰值电压之和不得超过电容器的额定电压。

4. 损耗角正切( tg δ )。在规定频率的正弦电压下,电容器的损耗功率除以电容器的无功功率为损耗角正切。在实际应用中,电容器并不是一个纯电容,其内部还有等效电阻,它的简化等效电路如附图所示。对于电子设备来说,要求 R S 愈小愈好,也就是说要求损耗功率小,其与电容的功率的夹角要小。

5. 电容器的温度特性。通常是以 20 ℃基准温度的电容量与有关温度的电容量的百分比表示。

6. 使用寿命。电容器的使用寿命随温度的增加而减小。主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。

7. 绝缘电阻。由于温升引起电子活动增加,因此温度升高将使绝缘电阻降低。

  电容器包括固定电容器和可变电容器两大类。其中固定电容器又可根据其介质材料分为云母电容器、陶瓷电容器、纸 / 塑料薄膜电容器、

                      第3讲:电容的类别和符号
      电容的种类也很多,为了区别开来,也常用几个拉丁字母来表示电容的类别,如图1所示。第一个字母C表示电容,第二个字母表示介质材料,第三个字母以后表示形状、结构等。上图是小型纸介电容,下图是立式矩开密封纸介电容。表1列出电容的类别和符号。表2是常用电容的几项特性。

                    第4讲: 电解电容极性的判别
    不知道极性的电解电容可用万用表的电阻挡测量其极性。
我们知道只有电解电容的正极接电源正(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负(电阻挡时的红表笔)时,电解电容的漏电流才小(漏电阻大)。反之,则电解电容的漏电流增加(漏电阻减小)。
    测量时,先假定某极为“ + ”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),然后将电容器放电(既两根引线碰一下),两只表笔对调,重新进行测量。两次测量中,表针最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。
测量时最好选用 R*100 或 R*1K 挡。 用万用表判断电容器质量

              第5讲:用万用表判断电容器质量
    视电解电容器容量大小,通常选用万用表的 R×10 、 R×100 、 R×1K 挡进行测试判断。红、黑表笔分别接电容器的负极(每次测试前,需将电容器放电),由表针的偏摆来判断电容器质量。若表针迅速向右摆起,然后慢慢向左退回原位,一般来说电容器是好的。如果表针摆起后不再回转,说明电容器已经击穿。如果表针摆起后逐渐退回到某一位置停位,则说明电容器已经漏电。如果表针摆不起来,说明电容器电解质已经干涸推失去容量。
    有些漏电的电容器,用上述方法不易准确判断出好坏。当电容器的耐压值大于万用表内电池电压值时,根据电解电容器正向充电时漏电电流小,反向充电时漏电电流大的特点,可采用 R×10K 挡,对电容器进行反向充电,观察表针停留处是否稳定(即反向漏电电流是否恒定),由此判断电容器质量,准确度较高。黑表笔接电容器的负极,红表笔接电容器的正极,表针迅速摆起,然后逐渐退至某处停留不动,则说明电容器是好的,凡是表针在某一位置停留不稳或停留后又逐渐慢慢向右移动的电容器已经漏电,不能继续使用了。表针一般停留并稳定在 50 - 200K 刻度范围内。

         第6讲:略谈电解电容
一、电解电容在电路中的作用
1,滤波作用,在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电特性,使整流后的脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法的电解电容.由于大容量的电解电容一般具有一定的电感,对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除,故在其两端并联了一只容量为0.001--0.lpF的电容,以滤除高频及脉冲干扰.

2,耦合作用:在低频信号的传递与放大过程中,为防止前后两级电路的静态工作点相互影响,常采用电容藕合.为了防止信号中韵低频分量损失过大,一般总采用容量较大的电解电容。

二、电解电容的判断方法
    电解电容常见的故障有,容量减少,容量消失、击穿短路及漏电,其中容量变化是因电解电容在使用或放置过程中其内部的电解液逐渐干涸引起,而击穿与漏电一般为所加的电压过高或本身质量不佳引起。判断电源电容的好坏一般采用万用表的电阻档进行测量.具体方法为:将电容两管脚短路进行放电,用万用表的黑表笔接电解电容的正极。红表笔接负极(对指针式万用表,用数字式万用表测量时表笔互调),正常时表针应先向电阻小的方向摆动,然后逐渐返回直至无穷大处。表针的摆动幅度越大或返回的速度越慢,说明电容的容量越大,反之则说明电容的容量越小.如表针指在中间某处不再变化,说明此电容漏电,如电阻指示值很小或为零,则表明此电容已击穿短路.因万用表使用的电池电压一般很低,所以在测量低耐压的电容时比较准确,而当电容的耐压较高时,打时尽管测量正常,但加上高压时则有可能发生漏电或击穿现象.

三、电解电容的使用注意事项
1、电解电容由于有正负极性,因此在电路中使用时不能颠倒联接。在电源电路中,输出正电压时电解电容的正极接电源输出端,负极接地,输出负电压时则负极接输出端,正极接地.当电源电路中的滤波电容极性接反时,因电容的滤波作用大大降低,一方面引起电源输出电压波动,另一方面又因反向通电使此时相当于一个电阻的电解电容发热.当反向电压超过某值时,电容的反向漏电电阻将变得很小,这样通电工作不久,即可使电容因过热而炸裂损坏.

2.加在电解电容两端的电压不能超过其允许工作电压,在设计实际电路时应根据具体情况留有一定的余量,在设计稳压电源的滤波电容时,如果交流电源电压为220~时变压器次级的整流电压可达22V,此时选择耐压为25V的电解电容一般可以满足要求.但是,假如交流电源电压波动很大且有可能上升到250V以上时,最好选择耐压30V以上的电解电容。

3,电解电容在电路中不应靠近大功率发热元件,以防因受热而使电解液加速干涸.

4、对于有正负极性的信号的滤波,可采取两个电解电容同极性串联的方法,当作一个无极性的电容


本章小结:
    电子制作中需要用到各种各样的电容器,它们在电路中分别起着不同的作用。与电阻器相似,通常简称其为电容,用字母C表示。顾名思义,电容器就是“储存电荷的容器”。尽管电容器品种繁多,但它们的基本结构和原理是相同的。两片相距很近的金属中间被某物质(固体、气体或液体)所隔开,就构成了电容器。两片金属称为的极板,中间的物质叫做介质。电容器也分为容量固定的与容量可变的。但常见的是固定容量的电容,最多见的是电解电容和瓷片电容。
    不同的电容器储存电荷的能力也不相同。规定把电容器外加1伏特直流电压时所储存的电荷量称为该电容器的电容量。电容的基本单位为法拉(F)。但实际上,法拉是一个很不常用的单位,因为电容器的容量往往比1法拉小得多,常用微法(μF)、纳法(nF)、皮法(pF)(皮法又称微微法)等,它们的关系是:1法拉(F)= 1000000微法(μF) 1微法(μF)= 1000纳法(nF)= 1000000皮法(pF)
    在电子线路中,电容用来通过交流而阻隔直流,也用来存储和释放电荷以充当滤波器,平滑输出脉动信号。小容量的电容,通常在高频电路中使用,如收音机、发射机和振荡器中。大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。而且还有一个特点,一般1μF以上的电容均为电解电容,而1μF以下的电容多为瓷片电容,当然也有其他的,比如独石电容、涤纶电容、小容量的云母电容等。电解电容有个铝壳,里面充满了电解质,并引出两个电极,作为正(+)、负(-)极,与其它电容器不同,它们在电路中的极性不能接错,而其他电容则没有极性。
   把电容器的两个电极分别接在电源的正、负极上,过一会儿即使把电源断开,两个引脚间仍然会有残留电压(学了以后的教程,可以用万用表观察),我们说电容器储存了电荷。电容器极板间建立起电压,积蓄起电能,这个过程称为电容器的充电。充好电的电容器两端有一定的电压。电容器储存的电荷向电路释放的过程,称为电容器的放电。
    举一个现实生活中的例子,我们看到市售的整流电源在拔下插头后,上面的发光二极管还会继续亮一会儿,然后逐渐熄灭,就是因为里面的电容事先存储了电能,然后释放。当然这个电容原本是用作滤波的。至于电容滤波,不知你有没有用整流电源听随身听的经历,一般低质的电源由于厂家出于节约成本考虑使用了较小容量的滤波电容,造成耳机中有嗡嗡声。这时可以在电源两端并接上一个较大容量的电解电容(1000μF,注意正极接正极),一般可以改善效果。发烧友制作HiFi音响,都要用至少1万微法以上的电容器来滤波,滤波电容越大,输出的电压波形越接近直流,而且大电容的储能作用,使得突发的大信号到来时,电路有足够的能量转换为强劲有力的音频输出。这时,大电容的作用有点像水库,使得原来汹涌的水流平滑地输出,并可以保证下游大量用水时的供应。
    电子电路中,只有在电容器充电过程中,才有电流流过,充电过程结束后,电容器是不能通过直流电的,在电路中起着“隔直流”的作用。电路中,电容器常被用作耦合、旁路、滤波等,都是利用它“通交流,隔直流”的特性。那么交流电为什么能够通过电容器呢?我们先来看看交流电的特点。交流电不仅方向往复交变,它的大小也在按规律变化。电容器接在交流电源上,电容器连续地充电、放电,电路中就会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流。
    电容器的选用涉及到很多问题。首先是耐压的问题。加在一个电容器的两端的电压超过了它的额定电压,电容器就会被击穿损坏。一般电解电容的耐压分档为6.3V,10V,16V,25V,50V等。
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关于电路中核心模块的电流供给处理
 在最近的一次设计中,非常遗憾地,我犯了一个很严重的错误,导致的结果就是PLL无法像预想的那样准确锁定,而且非常可惜的是芯片的可测点太少,无法准确确定问题来源。

归纳教训无外乎如下几点:

   1. 对于初次设计某模块电路,其核心部分的电流供给最好不要复杂化。因为如果所设计的复杂的片上偏置电路(电流产生基准)没有正常工作或失效,那么核心模块将由于电流供给不足而无法测试出真正的性能。妥善的做法是,在初次设计时,用最简单的并且外部可调的偏置为核心模块提供电流;二次设计时,加入经过验证的片上偏置电路,减少片外元件。

   2. 对于芯片设计,尽量多的考虑其可测性。在关键节点处预留测试点,加入Enable端口灵活控制各个模块,方便独立测试或工作;同时,有可能需要通过外部电源电压调节的测试点,需要考虑是否应该加ESD(默认各IO端口皆加ESD);重要模块的可测性可以通过将某元件放置片外来予以调节。

   3. 核心模块的电流供给尽量避免使用大比例的电流镜来获得,若非要如此亦需注意考虑电流镜失配时核心电流的补偿手段,不然,由于PVT的不可预测的变化(超出工艺角的范围)将导致核心电流不足。电流镜本身的比例关系、版图对称性也应该给予足够的重视,平时多加练习与尝试。

   4. 规模稍大的芯片,需要在芯片设计初期就规划好各个模块失效对应的解决措施。如此次的PLL由于某个模块的偏置失效而无法正常工作就显得非常遗憾。应该考虑加入可切换的控制模块,当某个模块失效,通过控制信号可以切换到外部来提供相应的信号。这样不会由于某个模块的失效而导致无法测试剩余模块。


http://www.eefocus.com/bbs/article_21326.html
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模拟电子电路的解读
通常我们头脑发热,在网上找到一个电路图准备“发烧”一下的时候,通常要将这个电路图读懂。 那么什么是“读”电路图呢?所谓的读图,就是对电路进行分析。通过读图,能够对以后的制作,特别是生产的过程,能够少走很少的弯路是很正常的。 在分析电子电路的时候,首先要明白这个电路是由几个独立的部分组成的。进而要对电路的每个独立的部分有一个充分的了解。分析各个部分的工作原理,功能,以及所达到的指标。这样,到分析整个电路的功能的指标的时候就有了一个大概的底子,分析整体的时候就有的放矢了。 在分析电路整体功能的时候,必要的时候可以进行估算,仿真等等。常用的模拟仿真软件有:multisim(现在已经出到10版本了),ORCAD等等。有的朋友还用protel仿真,但本人不提倡。 好了,下面讲一下详细的“读”电路的步骤如下: 1、要了解它的用途。也就是要了解这样电路是干什么用的。这对熟悉一个电路非常重要,对分析电路的指标和性能也同样重要。比如:一个普通LED大屏闹钟的电源管理,其性能就肯定比不上手机、数码相机的电源管理那么严格。指标也没有那么高。 2、化整为零。将所读的电路分解。要分解为有独立功能的若干部分。空间要分为几部分呢?这要看那个电路的复杂程序和各位读者所掌握基本功能电路的多少有关了。一些电路可以进行若干次分解的。比如:手机电路一般可以分为:电源管理,LCD驱动,外部存储,射频,照相,语音模块等等,此外还有UART、USB、SIM卡、多媒体卡等接口。而语音模块又可以细分为受话部分,放大部分,等等。这些电路一般是有一定规律的。比如:运放一般有输入级,中间级,输出级,集团电路等几个部分。串联型稳压电源一般都有调整管、基准电压电路、输出电压取样电路、比较放大电路和保护电路等部分。 3、分析功能。将电路分好块后,我们要分析每一块的电路功能,它是确定整个电路功能和性能的基础。 4、纵观整体。首先将每部分电路用框图表示,并用合适的方式(文字、表达式、曲线、波形)扼要表述它的功能;然后根据各部分的联系将框图连接起来,就得到了整个电路的框图。这样可以比较清楚地看出各部分电路是如何相互配合来实现整个电路的功能。 5、性能估算。对电路每个部分的定量估算,可以得出整个电路的性能指标。从估算过程中可以知道每一个部分电路会对与它相关的电路产生什么影响,为调试电路作好准备。
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正确理解A/D转换器的输入
正确理解A/D转换器的输入
 
许多嵌入式应用都会用到A/D转换器。然而,如果错误连接了A/D转换器输入端的电路,就会无意识的破坏A/D转换的测量。

图 1:A/D转换器的典型应用
图1是A/D转换器和集成采样保持(S/H)电路的典型应用实例。这是一个非常简单的应用,几乎不可能出现错误连接。然而它确实是错误的,由此检测到的A/D转换器的数值将低于预期的数值。
要了解错在哪里,我们就得先检查采样保持电路。如今的采样保持电路远比图例中的电路要复杂得多,但基本的原理还是相同的。在采样过程中开关处于闭合状态,并对采样电容进行充电。为了保护外部电路,防止由于电容突然与自己的输出相连而对外部电路形成冲击,我们在片上集成了一个模拟缓冲器。我们在理论设计和图纸设计时都会用到理想的缓冲器,但真实的电子世界里并不存在这样的理想状况。在这里,缓冲器更像是一个阻抗变换器,它会把自己输出端电容量的变化转化为其输入端电容量的变化。
A/D转换器的输入端与一个外部放大器相连。由于采样过程非常迅速,比外部放大器的带宽快得多,因此无论A/D转换器的输入端怎样变化,都不受外部放大器的影响。

图 2:A/D输入端的等效电路
图2是一个等效电路,它使我们能够了解整个采样过程。在采样发生前,PCB导线和芯片引脚的组合电容(CT + CP)被充电为输入电压VIN。在采样时,由片上输入缓冲器的电容与放电的采样保持电容合并而成的(CX),与这些组合电容处于并联状态,因此输入引脚的电压将下降。在这种情况下,唯一能向这些电容器传递更多电荷并抬高输入电压的器件就只有外部放大器,但它的反应非常迟缓。此时,输入的电压值会下降多少呢?

我们先假设某些合理值,例如(CT + CP) = 5pF,CX = 0.5 pF。根据上面的公式计算,输入电压将下降到95%!
很明显,通过提高依附于A/D转换器输入端的电容量,就可以减轻压降。我们先来计算一下要想使压降低于A/D转换器的1/2LSB,所需要的最小电容量。

当输入电压为允许的最大值时,情况将最糟糕。如果假设A/D转换器的解析度为N位时,其允许的最大输入电压相当于2N.LBS 。

因此如果我们用12位A/D转换器、输入电容的变化值为0.5pF时,与A/D转换器输入端相连的最小电容必须大于213 0.5pF(例如4nF),以便使压降小于1/2 LSB。
众所周知,芯片制造商通常不能为设计师提供足够的数据。我看过许多A/D转换器的datasheet,发现它们都没有提供采样过程中输入电容的变化数据。但我们能够通过测量轻松得到这个参数,而测量所需要的设备仅为一台示波器和一台信号发生器。值得说明的是,这一简单测量的结果并不准确,但至少可以让我们粗略地估计出这一参数值。我们可以通过观测芯片引脚的压降,计算出电容值的变化情况。

图3: 测量方法
测量方法如图3所示。为了方便测量,RC网络的时间常数要足够长,因此输入电阻RI的阻值要足够大。我在测量中就用了1MOhm的电阻。图4和图5显示的测量采用了飞思卡尔半导体的混合控制器DSP56F805。这些测量值是适用于整个DSP56F80x系列的快速A/D转换器的典型值。

图4:测量输入电容值C
首先,我们得测量与A/D输入端相连的电容值(C = CO + CT + CP)。我们先对输入电阻施加一个方波信号,然后通过显示屏观察结果波形的时间常数(如图4)。我们可以从显示屏上直接推算出这一时间常数,但最好把数据输入到excel中以求计算结果更精确。在图4的例子中,时间常数大约为28.5μs。

因此在上面的例子中,C ≈ 28.5 μs / 6.2832 / 1 MOhm ≈ 4.54 pF.
现在,我们将在允许的范围内对输入电阻施加最高的DC电压,启动A/D转换。图5显示了最终的压降:在3.3V时,压降约为176mV。

图5:观察到的压降
一旦我们测量到了压降值,我们就可以计算出A/D转换器输入电容量的变化情况。

在这个例子中,CX = 4.54 pF · (3.32 / 3.1242 -1) ≈ 4.54 pF · 0.116 ≈ 0.53 pF.
放大器通常不是电容性负载。因此图6中增加了一个外部输入电阻。由此形成的RC网络还具有滤波功能,可以滤除高频噪音。

图6:A/D转换器的正确应用
A/D转换器的输入漏电流通常低于1μA。如果我们采用几百ohm的电阻来充当输入电阻,则通过该电阻的压降将为100μV左右,低于1/2 LSB。 Daniel Malik,工程硕士
飞思卡尔半导体
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滤波电容、去耦电容、旁路电容作用
滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。
去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。
旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.关于去耦电容蓄能作用的理解

1)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。
       而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。


      你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,
      这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,
      等水过来,我们已经渴的不行了。
      实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

      如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,
      而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,
      阻抗Z=i*wL+R,线路的电感影响也会非常大,
      会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。
      而去耦电容可以弥补此不足。
      这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

    (在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)

2)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供  

      一 个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地

2.旁路电容和去耦电容的区别

      去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件      供局部化的DC电压源,它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。

我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

      在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。
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电源干扰

.电源噪声的基本概念

电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz30MHz,最高可达150MHz。电源噪声,特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰。

根据传播方向的不同,电源噪声可分为两大类:

一类是从电源进线引入的外界干扰;

一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。

从形成特点看,噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。

. 串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声。

. 共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。

.开关电源的干扰

开关电源属于强干扰源,其本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。因此,抑制开关电源本身的电磁噪声,同时提高其对电磁干扰的抗扰性,在设计和开发过程中需要特别的关注。

开关电源的干扰一般分为两大类:一是开关电源内部元器件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。

2.1 内部元器件干扰

开关电源产生的EMI主要是由基本整流器产生的高次谐波电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。

①.基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。

②.功率变换电路是开关稳压电源的核心。产生这种脉冲干扰的主要元件为:

a.开关管。开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时,该波形含有许多高频成份;同时,开关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,另外,开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。

b.高频变压器。 开关电源中的变压器,用作隔离和变压,但由于漏感的原2     因,会产生电磁感应噪声;同时,在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级,而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路,使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合形成噪声。

c.整流二极管。整流二极管二次侧整流二极管用作高频整流时,由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过)。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,流过线圈的电感就产生了尖峰电压,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHz

d.电容、电感器和导线。开关电源由于工作在较高频率,会使低频元件特性发生变化,由此产生噪声。

2.2 外部干扰

开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等,电源干扰的类型如下表所示。

1-1 开关电源外部干扰类型表

序号

干扰类型

典型的起因

1

跌落

雷击;重载接通;电网电压低下

2

失电

恶劣的气候;变压器故障;其他原因的故障

3

频率偏移

发电机不稳定;区域性电网故障

4

电气噪声

雷达;无线电讯号;电力公司和工业设备的飞弧;转换器和逆变器

5

浪涌

突然减轻负载;变压器的抽头不恰当

6

谐波失真

整流;开关负载;开关型电源;调速驱动

7

瞬变

雷击;电源线负载设备切换;功率因素补偿电容切换;空载电动机的断开

在表1-1中的几种干扰中,能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波,而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象,就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。

.抑制干扰的一些措施

抑制电磁干扰应该从骚扰源、传播途径和受扰设备人手。首先应该抑制骚扰源,直接消除干扰原因;其次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

3.1 屏蔽

采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰,即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽,用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。

3.2 接地

所谓接地,就是在两点间建立传导通路,以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法,电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”,因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。

3.3 滤波

滤波是抑制传导干扰的有效方法,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。

.电磁干扰滤波器

 
 
电磁干扰滤波器也称为EMI 滤波器,它对串模、共模干扰都起到抑制作用,能有效地抑制电网噪声,提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性,可广泛用于电子测量仪器、计算机机房设备、开关电源、测控系统等领域。

4.1直流电网电磁干扰滤波器

4.1.1类型

点击看大图

4.1.2 基本电路

4-1:简易式单级EMI滤波器电路

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数字电路一些问答
1、什么是同步逻辑和异步逻辑,同步电路和异步电路的区别是什么?

同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。

电路设计可分类为同步电路和异步电路设计。同步电路利用时钟脉冲使其子系统同步运作,而异步电路不使用时钟脉冲做同步,其子系统是使用特殊的“开始”和“完成”信号使之同步。由于异步电路具有下列优点--无时钟歪斜问题、低电源消耗、平均效能而非最差效能、模块性、可组合和可复用性--因此近年来对异步电路研究增加快速,论文发表数以倍增,而Intel Pentium 4处理器设计,也开始采用异步电路设计。v异步电路主要是组合逻辑电路,用于产生地址译码器、FIFO或RAM的读写控制信号脉冲,其逻辑输出与任何时钟信号都没有关系,译码输出产生的毛刺通常是可以监控的。同步电路是由时序电路(寄存器和各种触发器)和组合逻辑电路构成的电路,其所有操作都是在严格的时钟控制下完成的。这些时序电路共享同一个时钟CLK,而所有的状态变化都是在时钟的上升沿(或下降沿)完成的。

2、什么是"线与"逻辑,要实现它,在硬件特性上有什么具体要求?

线与逻辑是两个输出信号相连可以实现与的功能。在硬件上,要用oc门来实现(漏极或者集电极开路),由于不用oc门可能使灌电流过大,而烧坏逻辑门,同时在输出端口应加一个上拉电阻。(线或则是下拉电阻)

3、什么是Setup 和Holdup时间,setup和holdup时间区别.

Setup/hold time 是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以前,数据稳定不变的时间。输入信号应提前时钟上升沿(如上升沿有效)T时间到达芯片,这个T就是建立时间-Setup time.如不满足setup time,这个数据就不能被这一时钟打入触发器,只有在下一个时钟上升沿,数据才能被打入触发器。保持时间是指触发器的时钟信号上升沿到来以后,数据稳定不变的时间。如果hold time不够,数据同样不能被打入触发器。

建立时间(Setup Time)和保持时间(Hold time)。建立时间是指在时钟边沿前,数据信号需要保持不变的时间。保持时间是指时钟跳变边沿后数据信号需要保持不变的时间。如果不满足建立和保持时间的话,那么DFF将不能正确地采样到数据,将会出现

stability的情况。如果数据信号在时钟沿触发前后持续的时间均超过建立和保持时间,那么超过量就分别被称为建立时间裕量和保持时间裕量。

4、什么是竞争与冒险现象?怎样判断?如何消除?

在组合逻辑中,由于门的输入信号通路中经过了不同的延时,导致到达该门的时间不一致叫竞争。产生毛刺叫冒险。如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象。解决方法:一是添加布尔式的消去项,二是在芯片外部加电容。

5、你知道那些常用逻辑电平?TTL与COMS电平可以直接互连吗?

常用逻辑电平:12V,5V,3.3V;TTL和CMOS不可以直接互连,由于TTL是在0.3-3.6V之间,而CMOS则是有在12V的有在5V的。CMOS输出接到TTL是可以直接互连。TTL接到CMOS需要在输出端口加一上拉电阻接到5V或者12V。cmos的高低电平分别为:Vih>=0.7VDD,Vil<=0.3VDD;Voh>=0.9VDD,Vol<=0.1VDD. TTL的为:Vih>=2.0v,Vil<=0.8v;Voh>=2.4v,Vol<=0.4v. 用cmos可直接驱动ttl;加上拉后,ttl可驱动cmos.

6、如何解决亚稳态。

亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个可确认的状态。当一个触发器进入亚稳态时,既无法预测该单元的输出电平,也无法预测何时输出才能稳定在某个正确的电平上。在这个稳定期间,触发器输出一些中间级电平,或者可能处于振荡状态,并且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去。

解决方法:

1 降低系统时钟

2 用反应更快的FF

3 引入同步机制,防止亚稳态传播

4 改善时钟质量,用边沿变化快速的时钟信号

关键是器件使用比较好的工艺和时钟周期的裕量要大。

7、IC设计中同步复位与异步复位的区别。

同步复位在时钟沿采复位信号,完成复位动作。异步复位不管时钟,只要复位信号满足条件,就完成复位动作。异步复位对复位信号要求比较高,不能有毛刺,如果其与时钟关系不确定,也可能出现亚稳态。

8、MOORE 与 MEELEY状态机的特征。

Moo re 状态机的输出仅与当前状态值有关, 且只在时钟边沿到来时才会有状态变化. Mealy 状态机的输出不仅与当前状态值有关, 而且与当前输入值有关, 这

9、多时域设计中,如何处理信号跨时域。

不同的时钟域之间信号通信时需要进行同步处理,这样可以防止新时钟域中第一级触发器的亚稳态信号对下级逻辑造成影响,其中对于单个控制信号可以用两级同步器,如电平、边沿检测和脉冲,对多位信号可以用FIFO,双口RAM,握手信号等。

跨时域的信号要经过同步器同步,防止亚稳态传播。例如:时钟域1中的一个信号,要送到时钟域2,那么在这个信号送到时钟域2之前,要先经过时钟域2的同步器同步后,才能进入时钟域2。这个同步器就是两级d触发器,其时钟为时钟域2的时钟。这样做是怕时钟域1中的这个信号,可能不满足时钟域2中触发器的建立保持时间,而产生亚稳态,因为它们之间没有必然关系,是异步的。这样做只能防止亚稳态传播,但不能保证采进来的数据的正确性。所以通常只同步很少位数的信号。比如控制信号,或地址。当同步的是地址时,一般该地址应采用格雷码,因为格雷码每次只变一位,相当于每次只有一个同步器在起作用,这样可以降低出错概率,象异步FIFO的设计中,比较读写地址的大小时,就是用这种方法。 如果两个时钟域之间传送大量的数据,可以用异步FIFO来解决问题。

10、给了reg的setup,hold时间,求中间组合逻辑的delay范围。

Delay < period - setup – hold

11、时钟周期为T,触发器D1的寄存器到输出时间最大为T1max,最小为T1min。组合逻辑电路最大延迟为T2max,最小为T2min。问,触发器D2的建立时间T3和保持时间应满足什么条件。

T3setup>T+T2max,T3hold>T1min+T2min

12、给出某个一般时序电路的图,有Tsetup,Tdelay,Tck->q,还有 clock的delay,写出决

定最大时钟的因素,同时给出表达式。

T+Tclkdealy>Tsetup+Tco+Tdelay;

Thold>Tclkdelay+Tco+Tdelay;

13、说说静态、动态时序模拟的优缺点。

静态时序分析是采用穷尽分析方法来提取出整个电路存在的所有时序路径,计算信号在这些路径上的传播延时,检查信号的建立和保持时间是否满足时序要求,通过对最大路径延时和最小路径延时的分析,找出违背时序约束的错误。它不需要输入向量就能穷尽所有的路径,且运行速度很快、占用内存较少,不仅可以对芯片设计进行全面的时序功能检查,而且还可利用时序分析的结果来优化设计,因此静态时序分析已经越来越多地被用到数字集成电路设计的验证中。

动态时序模拟就是通常的仿真,因为不可能产生完备的测试向量,覆盖门级网表中的每一条路径。因此在动态时序分析中,无法暴露一些路径上可能存在的时序问题;

14、一个四级的Mux,其中第二级信号为关键信号 如何改善timing。

关键:将第二级信号放到最后输出一级输出,同时注意修改片选信号,保证其优先级未被修改。

15、为什么一个标准的倒相器中P管的宽长比要比N管的宽长比大?

和载流子有关,P管是空穴导电,N管电子导电,电子的迁移率大于空穴,同样的电场下,N管的电流大于P管,因此要增大P管的宽长比,使之对称,这样才能使得两者上升时间下降时间相等、高低电平的噪声容限一样、充电放电的时间相等

16、latch与register的区别,为什么现在多用register.行为级描述中latch如何产生的。

latch是电平触发,register是边沿触发,register在同一时钟边沿触发下动作,符合同步电路的设计思想,而latch则属于异步电路设计,往往会导致时序分析困难,不适当的应用latch则会大量浪费芯片资源。

17、BLOCKING NONBLOCKING 赋值的区别。

非阻塞赋值:块内的赋值语句同时赋值,一般用在时序电路描述中

阻塞赋值:完成该赋值语句后才能做下一句的操作,一般用在组合逻辑描述中

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解决热敏电阻的非线性问题
如果您打算在整个温度范围内均使用热敏电阻温度传感器件那么该器件的设计工作会颇具挑战性。热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件,因此当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时,该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是,如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。     热敏电阻一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高精度温度测量。要确定热敏电阻周围的温度,您可以借助 Steinhart-Hart 公式T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3)) 来实现。其中T 为开氏温度RT 为热敏电阻在温度 T 时的阻值  A0A1 A3 是由热敏电阻生产厂商提供的常数。     热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变,而这种改变是非线性的,Steinhart-Hart 公式表明了这一点。在进行温度测量时,需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流,以创建一个等效电压,该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表,尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法,但您还是需要一个高精度转换器用于在出现极端值温度时进行数据捕获。

    另一种方法是,您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低精度的 ADC。(Figure 1)其中一种技术是将一个电阻 RSER 与热敏电阻 RTHERM 以及参考电压或电源进行串联(见图 1。将 PGA(可编程增益放大器)设置为 1V/V,但在这样的电路中,一个 10 位精度的 ADC 只能感应很有限的温度范围(大约 ±25°C)。

Figure 1,请注意,在 1 中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加 PGA 的增益,就可以将 PGA 的输出信号控制在一定范围内,在此范围内 ADC 能够提供可靠地转换,从而对热敏电阻的温度进行识别。