模拟电路设计常见问题和解决方法
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二．模拟电路设计问题
三．系统核心的设计问题：
1.MCUÆMSP430：郑小彪
2.DSPÆTMS320LF2407A：姚振东
3.FPGAÆCYCLONE II：邹云海
四．信号处理（算法）：基于FFT、模拟处理的数值替代、纯数值
五．实作：单元电路及模拟训练题
姚振东P
C
B
制板
姚振东二、模拟电路设计
常见问题和解决方法
•基本电子元器件使用问题
•IC使用问题
•信号耦合传递问题
•信号产生、放大、变换与处理问题
•几个常用软件工具
•仪器仪表的正确使用
姚振东1.几个常用软件工具
•画图：SmartDraw / 公式：MathType / 抓图：HyperSnap
•仿真：Multisim9
•时基应用设计：555diy
•DC-DC ：MC34063自动设计软件
•滤波器：Filter Solutions Ver 8.1 / filterpro / Filter Wiz v3.0f 有源和无源滤波器设计的软件
•平台：Protel / Matlab / CCS / IAR / QuartusII
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姚振东
姚振东2.基本电子元器件使用问题•元器件（元件、器件、零件）
•电缆电线
•PCB
板
姚振东i.
元器件（元件、器件、零件）
姚振东
姚振东
姚振东使用元件/零件的限制
•
电阻（电位器）：功率限制，散热•
电容（可变电容）：耐压限制/ 频率特性•
电感：最大电流限制/ 频率特性•
石英晶体/压电陶瓷：大功率共振破损•
变压器：音频射频电源，功率，直流损坏•
接插件：电流/ 耐压•话筒/扬声器：驻极体话筒需偏置，动圈话筒避免直流，扬声器避免直流和冲击
姚振东R / C
•电阻冒烟？
•电容爆炸？
甚至起火
•…
•
电感？
姚振东电
感
的
使
用
姚振东电
平
移
位振铃振荡
姚振东阻
尼
与
电
感
量
变
化
变压器与电感Transformer
Inductor
姚振东
姚振东
除标称值外尚需考虑限制指标
姚振东使用常用器件的限制
•
二极管：反向电压/ 正向电流/ 压降/ 指数特性•
三极管：电压/ 电流/ 偏置（工作点）/ On-Off •
场效应管：增强/ 耗尽/ 栅源电容/ 阻尼二极管•
SCR ：电压/ 电流/ 触发/ 阻尼二极管•
IGBT ：类似FET ，平均电流/ 瞬时电流•
TRIAC ：电压/ 电流/ 触发•LED （数码管）/ LCD ：电流/ 交流电压/ 脉冲驱动•功率器件：脉冲（最大）功率、平均功率、热阻
姚振东一个射随器？
+5V
1K
10K
510
Vin
Vout TTL 1
反相放大器？
On / Off ？FET 电路？微分器？
积分器？
Cbe ？
姚振东二极管的电平移位作用
姚振东
姚振东
姚振东ii. 电缆电线
必须考虑人身安全与设备安全
姚振东
各种电线电缆
姚振东
姚振东
姚振东
姚振东注意短路线的频率特性
•
分布R/L/C •
频响•
共模干扰•耐压/
电流
姚振东iii.
P
C
B 板
姚振东
姚振东
姚振东
姚振东
姚振东
姚振东
姚振东布线与过孔
•
影响着分布点感和分布电容•
产生天线效应•
信号完整性变差•避免反复穿孔和直角锐角（电流密度矢量连续性）
姚振东电位保护
•高阻弱信号系统
中，用接地保护
环来防止其它信
号的入侵干扰
姚振东
敷铜散热与屏蔽线路干扰
姚振东电源处理和其它问题
•电感与磁珠
•穿芯电容
•滤波/旁路电容
•阻尼电阻
•阻抗匹配电阻
NEXT
姚振东信号完整性(signal integrity)•信号完整性：信号在信号线上的质量
•信号具有良好的信号完整性：当在需要的时候，具有所必需达到的电压电平数值
•差的信号完整性：不是由某一单一因素导致，而是板级设计中多种因素共同引起
•主要信号完整性问题：反射、振荡、地弹、串扰等。
姚振东反射(reflection)
•反射：在传输线上的回波
•信号功率(电压和电流)的一部分传输到线上并达到负载处，但是有一部分被反射
•如果源端与负载端具有相同阻抗，反射不会发生•源端与负载端阻抗不匹配会引起线上反射，负载将一部分电压反射回源端
•如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负，反之，如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正•布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致此类反射
姚振东串扰(crosstalk)
•串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声
•容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压
•PCB 板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响
•元器件内部也存在串扰
姚振东过冲(overshoot)和
下冲(undershoot)
•过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指最高电压而对于下降沿是指最低电压
•下冲是指下一个谷值或峰值
•过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致电路过早地失效
•过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误
姚振东
姚振东振荡(ringing)和
环绕振荡（rounding）
•振荡的现象是反复出现过冲和下冲
•信号的振荡和环绕振荡由线上过度的电感和电容引起，振荡属于欠阻尼状态而环绕振荡属于过阻尼状态
•信号完整性问题通常发生在周期信号中，如时钟等
•振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的，振荡可以通过适当的端接予以减小，但是不可能完全消除
姚振东地电平面反弹噪声和回流噪声•在电路中有大的电流涌动时会引起地平面反弹噪声（简称为地弹）
•如大量芯片的输出同时开启时，将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声，这样会在真正的地平面（0V ）上产生电压的波动和变化，这个噪声会影响其它元器件的动作
姚振东•负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大
•由于地电平面（包括电源和地）分割，例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等，当数字信号走到模拟地线区域时，就会产生地平面回流噪声
•电源层也有同样问题
姚振东时域(time domain)和
频域(frequency domain)
•时域(time domain)是以时间为基准的电压或电流的变化的过程，可以用示波器观察到。
它通常用于找出管脚到管脚的延时(delays)、偏移(skew)、过冲(overshoot)、下冲(undershoot)以及建立时间(settling times)
•频域(frequency domain)是以频率为基准的电压或电流的变化的过程，可以用频谱分析仪观察到。
•干扰成分分析等，频域有时比时域更有效。
姚振东阻抗(impedance)
•阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值(Z0=V/I)。
当一个源送出一个信号到线上，它将阻碍它驱动，直到2*T D （线的延时）
•干扰信号的高阻特性、共模特性（高阻信号源—如生物信号要特别小心）•高频/高速信号的低阻驱动
•阻抗匹配问题
姚振东建立时间(settling time)•建立时间就是对于一个振荡的信号（阶跃）稳定到指定的最终值所需要的时间。
•另一个量是延时
•与元器件的特性有关
•快速的建立时间有极丰富的频谱分量
姚振东
端接方法。
