ADI模拟对话杂志2013-2014合订本,太吊的杂志

 ADI模拟对话杂志2013-2014合订本,太吊的杂志

ADI模拟对话杂志,这是2013-2014合订本的PDF,满满的都是干货

ADI模拟对话杂志2013-2014合订本 PDF 下载:

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杂志内容包容包括:

电磁干扰(EMI)滤波减少精密 模拟应用中的误差

在医疗设备、汽车仪器仪表和工业控制等科技领域中,当设备设计涉及应变计、传感器接口和电流监控时,通常需要采用精密模拟前端放大器,以便提取并放大非常微弱的真实信号,并抑制共模电压和噪声等无用信号。首先,设计人员将集中精力确保器件级噪声、失调、增益和温度稳定性等精度参数符合应用要求。

然后,设计人员根据上述特性,选择符合总误差预算要求的前端模拟器件。不过,此类应用中存在一个经常被忽视的问题,即外部信号导致的高频干扰,也就是通常所说的“电磁干扰(EMI)”。EMI可以通过多种方式发生,主要受最终应用影响。例如,与直流电机接口的控制板中可能会用到仪表放大器,而电机的电流环路包含电源引线、电刷、换向器和线圈,通常就像天线一样可以发射高频信号,因而可能会干扰仪表放大器输入端的微小电压。

另一个例子是汽车电磁阀控制中的电流检测。电磁阀由车辆电池通过长导线来供电,这些导线就像天线一样。该导线路径中连接着一个串联分流电阻,然后通过电流检测放大器来测量该电阻上的电压。 该线路中可能存在高频共模信号,而该放大器的输入端容易受到这类外部信号的影响。一旦受到外部高频干扰影响,就可能导致模拟器件的精度下降,甚至可能无法控制电磁阀电路。这种状态在放大器中的表现就是放大器输出精度超过误差预算和数据手册中的容差,甚至在某些情况下可能会达到限值,从而导致控制环路关断。

EMI是如何造成较大的直流偏差呢?可能是以下一种情形:根据设计,很多仪表放大器可以在最高数十千赫的频率范围内表现出极佳 的共模抑制性能。但是,非屏蔽的放大器接触到数十或数百“兆赫”的RF辐射时,就可能会出现问题。此时放大器的输入级可能会出现非对称整流,从而产生直流失调,进一步放大后,会非常明显,再加上放大器的增益,甚至达到其输出或部分外部电路的上限。

HDMI收发器简化家庭影院系统设计

今天,大屏幕HDTV(高清电视)已获得消费者的广泛认可,人们都在添置各种电子设备,完善他们的家庭影院系统。单机家庭影院 ( HTiB) 、SOUNDBAR音箱和影音接收机 (AVR) 能为用户提供更加出色的音频体验并令HDTV视频性能更臻完善。提取和处理高保真音频信号的能力是目前市场上甄选硬件的一大关键。家庭影院系统现在能够提供高清多媒体接口(HDMI)的所有最新特性(与 设备无缝集成)。

对于HTiB、SOUNDBAR音箱和AVR的系统设计人员而言,提高家庭影院的用户体验就意味着不断克服各种实施挑战。最新版HDMI 标准中又增添了新特性,如音频回传通道(ARC)、3D显示格式以及对消费电子控制(CEC)协议的改进。当然,消费者都希望他们新买的家庭影院设备能具备所有这些HDMI新特性,并且物美价廉、操控简易。因此,家庭影院设备的设计人员必须适应新标准,同时还要缩减物料成本、开发成本和上市时间。为了帮助设计人员应对此类挑战,ADI公司推出了集成这些新特性的HDMI收发器产品。

利用SigmaDSP减小车载音响系统的噪音和功耗

如今,随着多媒体技术逐渐被车载电子设备所采用, 数字信号处理器 (DSP)也获得了越来越广泛的应用, 用以对音频信号进行数字化处理。例如,车载多媒体系统取代传统的汽车收音机和CD系统,在此多媒体系统中采用DSP, 例如ADI的ADAU1401 SigmaDSP,可以实现更出色的音效和高度灵活性,为乘客提供丰富多彩的多媒体体验。 此外这些DSP还提供了一个有用的工具, 可实现减小系统噪音和功耗的功能, 这对于关注噪音和功耗问题的系统工程师来说很有用。本文介绍了这种新方法, 利用SigmaDSP处理器和SigmaStudioTM 图形开发工具来减小车载音响系统的噪音和功耗。

如何在激活手机LED指示灯的同时保持待机时间不受影响

随着用户对手机功能的要求日益增长,一项新的需求进入手机制造商的考虑中,,即手机可以有提供状态的LED提示,以便在待机的同时,提醒用户注意有未读消息、即将到来的约会安排或者其它通知。最近发布的几款手机甚至因为没有提供LED提示而受到差评。与此同时, 用户希望手机的待机时间能够更长。这两个看似简单的问题使手机制造商陷入了意想不到的两难境地:如何在为LED提示供电的同时,保持较低的总待机功耗?

循环冗余校验确保正确的 数据通信

在工业环境中,电子系统通常工作在极端的温度条件下,或处于电子噪声环境,或是其它恶劣条件,而系统在这种条件下能否正常工作至关重要。举例来说,如果发送给控制机器臂位置的DAC的数据遭到破坏,机器臂就会按非预期的方向移动,这不仅危险,而且代价巨大。试想一下,机器臂如果砸到生产线上的新车,或者更糟,砸到生产工人,后果会怎样?

有几种方法可以确保收到正确数据后才执行动作。最简单的方式就是控制器回读所发送的数据。如果接收的数据与发送的数据不匹 配,则说明其中一者已受到破坏,必须发送新数据并进行验证。这种方法的确可靠,但产生的开销也很大,每段数据都必须经过验证, 传输的数据量要翻一倍。

另一种替代方法是循环冗余校验(CRC),即随每个数据包发送一个校验和(checksum),接收器就会指示是否存在问题,所以控制器无需验证接收。校验和一般通过向数据应用一个多项式方程式来生成 。应用于一个24位字时,CRC-8可产生一个8位校验和。将校验和与数据组合在一起,全部32位都发送到能够分析该组合的器件, 并指示是否出错——这种方法虽然不是无可挑剔解决方案,但却比读写方法更加高效。

低压差调节器—为什么选择旁路电容很重要

虽然人们普遍认为电容是解决噪声相关问题的灵丹妙药,但是电容的价值并不仅限于此。设计人员常常只想到添加几个电容就可以解决大多数噪声问题,但却很少去考虑电容和电压额定值之外的参数。然而,与所有电子器件一样,电容并不是十全十美的,相反,电容会带来寄生等效串联电阻(ESR)和电感(ESL)的问题,其电容值会随温度和电压而变化,而且电容对机械效应也非常敏感。

设计人员在选择旁路电容时,以及电容用于滤波器、积分器、时序电路和实际电容值非常重要的其它应用时,都必须考虑这些因素。若选择不当,则可能导致电路不稳定、噪声和功耗过大、产品生命周期缩短,以及产生不可预测的电路行为。

在系统中成功运用DC-DC降压调节器

智能手机、平板电脑、数码相机、导航系统、医疗设备和其它低功耗便携式设备常常包含多个采用不同半导体工艺制造的集成电路。这些设备通常需要多个独立的电源电压,各电源电压一般不同于电池或外部AC/DC电源提供的电压。

图1显示了一个采用锂离子电池供电的典型低功耗系统。电池的可用输出范围是3V到4.2V,而IC需要0.8V、1.8V、2.5V和2.8 V电压。为将电池电压降至较低的直流电压,一种简单的方法是运用低压差调节器(LDO)。不过,当VIN远高于VOUT时,未输送到负载的功率会以热量形式损失,导致LDO效率低下。一种常见的替代方案是采用开关转换器,它将能量交替存储在电感的磁场中,然后以不同的电压释放给负载。这种方案的损耗较低,是一种更好的选择,可实现高效率运行。

本文介绍降压型转换器,它提供较低的输出电压。升压型转换器将另文介绍,它提供较高的输出电压。内置FET作为开关的开关转换器称为开关调节器,需要外部FET的开关转换器则称为开关控制器。多数低功耗系统同时运用LDO和开关转换器来实现成本和性能目标。

恶劣工作环境中的开关和多路复用器设计考虑

汽车、军事和航空电子应用中的恶劣工作环境对集成电路的技术要求极端苛刻,电路必须能够承受高电压和电流、极端温度和湿度、振动、辐射以及各种其他应力。为了提供安全、娱乐、远程信息处理、 控制和人机界面等应用领域所需的特性和功能,系统工程师迅速采用高性能电子器件。随着精密电子器件的使用日益增加,系统也变得越来越复杂,而且更易受到电子干扰,其中包括过压、闩锁状况和静电放电(ESD)事件。这些应用中采用的电子电路需要具有高可靠性和对系统故障的高耐受性,因此设计人员在选择器件时必须考虑到环境因素和器件自身限制。

借助差分接口改善射频收发器设计性能

传统收发器设计中,50Ω单端接口广泛用于射频和中频电路。当电路进行互连时,应全部具有匹配的50Ω输出和输入阻抗。然而在现代收发器设计中,差分接口常用在中频电路中以获得更好的性能,但实际设计过程中,工程师需要处理几个常见问题,包括阻抗匹配、共模电压匹配以及复杂的增益计算。了解发射机和接收机中的差分电路对优化增益匹配和系统性能很有帮助。

在系统中成功运用DC-DC升压调节器

便携式电子器件(如智能手机、GPS导航系统和平板电脑)的电源可以来自低压太阳能电池板、电池或AC-DC电源。电池供电系统通常将电池串联叠置以实现更高的电压,但此技术由于空间不足未必总是可行。开关转换器使用电感磁场来交替存储电能,并以不同电压释放至负载。因为损耗很低,所以是个不错的高效选择。连接至转换器输出端的电容可降低输出电压纹波。本文所讨论的升压转换器提供较高电压;而前一篇文章所讨论的降压转换器提供较低输出电压。 内置FET作为开关的开关转换器称为开关调节器,需要外部FET的开关转换器则称为开关控制器。

简单的环境光传感器电路

人们越来越多地认为环境光是一种能源,可用于驱动心率监控器、浴室灯具、远程天气传感器和其他低功耗器件。对于能量采集系统,最关键的是精确测量环境光的能力。本设计思路将描述一种简单的低成本电路,可以根据环境光的强度按一定比例提供电压。

多电源系统的监控和时序控制

现今,电子系统往往具有许多不同的电源轨。在采用模拟电路和微处理器、DSP、ASIC、FPGA的系统中,尤其如此。为实现可靠、可重复的操作,必须监控各电源电压的开关时序、上升和下降速率、加电顺序以及幅度。既定的电源系统设计可能包括电源时序控制、电源跟踪、 电源电压/电流监控和控制。有各种各样的电源管理IC可以执行时序 控制、跟踪、上电和关断监控等功能。

利用S参数对RF开关模型进行 高频验证

S(散射)参数用于表征使用匹配阻抗的电气网络。这里的散射是电流 或电压在传输线路中断情况下所受影响的方式。利用S参数可以将 一个器件看作一个具有输入和相应输出的“黑匣子”,这样就可以进 行系统建模而不必关心其实际结构的复杂细节。

当今集成电路的带宽不断提高,因而必须在宽频率范围内表征其性 能。传统的低频参数,如电阻、电容和增益等,可能与频率有关,因此 可能无法全面描述IC在目标频率的性能。此外,要在整个频率范围内 表征一个复杂IC的每个参数可能是无法实现的,而使用S参数的系统 级表征则可以提供更好的数据。

在系统中成功运用DC-DC降压/升压调节器

DC-DC开关转换器的作用是将一个直流电压有效转换成另一个。高效率DC-DC转换器采用三项基本技术:降压、升压,以及降压/升压。 降压转换器用于产生低直流输出电压,升压转换器用于产生高直流输出电压,降压/升压转换器则用于产生小于、大于或等于输入电压的输出电压。本文将重点介绍如何成功应用降压/升压DC-DC转换器。降压和升压转换器已在2011年6月和9月的《模拟对话》中单独介绍过, 此处将不再赘述。

高效FSK/PSK调制器利用多通 道DDS实现零交越切换

频移键控(FSK)和相移键控(PSK)调制方案广泛用于数字通信、雷达、RFID以及多种其他应用。最简单的FSK利用两个离散频率来传输二进制信息,其中,逻辑1代表传号频率,逻辑0代表空号频率。 最简单的PSK为二进制(BPSK),采用两个相隔180°的相位。

直接数字频率合成器(DDS)的调制输出能以相位连续或相位相干方式实现频率和/或相位切换(如图1所示,另见“利用多通道DDS实现 相位相干FSK调制”),使DDS技术成为FSK和PSK两种调制方式的理想选择。

低功耗有毒气体探测器设计

安全第一!许多工业过程涉及到有毒化合物,例如:制造塑料、农用化学品和医药产品会用到氯气;生产半导体需要使用磷化氢和砷化氢; 燃烧消费类包装材料会释放出氰化氢。因此,了解有毒气体浓度是否达到危险程度十分重要。

高温电子设备对设计和可靠性带来挑战

许多行业都需要能够在极端高温等恶劣环境下可靠工作的电子设备。依照传统做法,在设计需要在常温范围之外工作的电子设备时, 工程师必须采用主动或被动冷却技术,但某些应用可能无法进行冷却,或是电子设备在高温下工作时更为有利,可提升系统可靠性或降低成本。这便提出了影响电子系统方方面面的诸多挑战,包括硅、封装、认证方法和设计技术。

良好接地指导原则

接地无疑是系统设计中最为棘手的问题之一。尽管它的概念相对比较简单,实施起来却很复杂,遗憾的是,它没有一个简明扼要可以 用详细步骤描述的方法来保证取得良好效果,但如果在某些细节上处理不当,可能会导致令人头痛的问题。

对于线性系统而言,“地”是信号的基准点。遗憾的是,在单极性电源系统中,它还成为电源电流的回路。接地策略应用不当,可能严重损害高精度线性系统的性能。

改进低值分流电阻的焊盘布局,优化高电流检测精度

电流检测电阻有多种形状和尺寸可供选择,用于测量诸多汽车、功率控制和工业系统中的电流。使用极低值电阻(几mΩ或以下)时,焊料的电阻将在检测元件电阻中占据很大比例,结果大幅增加测量误差。高精度应用通常使用4引脚电阻和开尔文检测技术以减少这种误差,但是这些专用电阻却可能十分昂贵。另外,在测量大电流时, 电阻焊盘的尺寸和设计在确定检测精度方面起着关键作用。本文将描述一种替代方案,该方案采用一种标准的低成本双焊盘检测电阻 (4焊盘布局)以实现高精度开尔文检测。图1所示为用于确定五种不同布局所致误差的测试板。

设计适合恶劣环境下工业应 用的鲁棒隔离式RS-232数据接口

业和仪器仪表(I&I)应用的一个关键要求是具有可靠的数据接口, 用于通过诊断端口检查相连系统。RS-232总线标准是I&I应用中使用最早也最广泛的物理层总线设计标准之一。RS-232最初于1962年推出,是一种单端数据传输标准;尽管有谣传称其很快消亡,但其实它现在仍然是短线通信行业广泛采用的一种通信标准。

要在恶劣的工业环境下实现鲁棒的数据通信链路,RS-232诊断端口必须在RS-232电缆网络与相连系统之间提供一个隔离接口,以预防高噪声环境中的电压尖峰和接地环路并提高系统稳定性(图 1).RS-232通信链路的电源隔离利用隔离式DC/DC电源或ADI公司的isoPower®集成式DC/DC转换器技术实现。RS-232通信链路的信号隔离利用光耦合器或ADI公司的iCoupler®技术实现。

分析稳定系统中的惯性MEMS的频率响应

无人飞行器安装的监控设备、海上微波接收机、车辆安装的红外成像系统传感器以及其他仪器系统都需要具有稳定的平台,以达到最佳性能,但它们通常在可能遇到振动和其他类型不良运动的应用中使用。振动和正常车辆运动会导致通信中断、图像模糊以及其他很多行为,从而降低仪器的性能和执行所需功能的能力。平台稳定系统采用闭环控制系统,以主动消除此类运动,从而保证达到这些仪器的重要性能目标。图1是平台稳定系统的整体框图,它使用伺服电机来校正角向运动。反馈传感器为仪器平台提供动态方位信息。反馈控制器处理这些信息,并将其转换为伺服电机的校正控制信号。

精密SAR模数转换器的前端放大器和RC滤波器设计

逐次逼近型(SAR) ADC提供高分辨率、出色的精度和低功耗特性。一旦选定一款精密SAR ADC,系统设计师就必须确定获得最佳结果所需的支持电路。需要考虑的三个主要方面是:模拟输入信号与ADC接口的前端、基准电压源和数字接口。本文将重点介绍前端设计的电路要求和权衡因素。关于其它方面的有用信息,包括具体器件和系统信息,请参阅数据手册和本文的参考文献。

前端包括两个部分:驱动放大器和RC滤波器。放大器调节输入信号, 同时充当信号源与ADC输入端之间的低阻抗缓冲器。RC滤波器限制到达ADC输入端的带外噪声,帮助衰减ADC输入端中开关电容的反冲影响。

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吴川斌

吴川斌

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