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欧姆龙编码器原理
编码器是一种电子设备，用于将机械运动转换为电子信号。
欧姆龙编码器是一种常用的编码器，其原理是利用光电传感技术实现。
以下是欧姆龙编码器的工作原理。
欧姆龙编码器由一对光电发射器和接收器组成。
光电发射器会发出一束红外光线，该光线经过转动的编码盘后被接收器接收。
编码盘上有一些透明和不透明的突起（也称为槽），光线被这些突起或槽所阻挡或透过，形成一个光电信号。
当编码盘转动时，光线通过突起和槽的变化而产生不同的光电信号序列。
这些光电信号被接收器接收，并通过信号处理电路进行解码。
欧姆龙编码器的解码原理是采用增量式编码方式。
增量式编码器包含两个信号通道：主通道（A相）和反向通道（B相）。
这两个通道之间存在一个90°的相位差。
当编码盘顺时针转动时，A相信号先于B相信号触发；当编码盘逆时针转动时，B
相信号先于A相信号触发。
通过比较A相和B相信号的波形和相位差，可以确定编码盘
转动的方向和步长。
进一步地，通过计算信号的脉冲数量，可以确定编码盘的旋转角度和位置。
欧姆龙编码器在许多领域得到广泛应用，例如机械工业中的位置检测、运动控制和自动化系统等。
其原理简单可靠，具有高精度和高速度的特点，因此受到广大用户的欢迎。
高速光电编码器的实时数据处理方法高速光电编码器是现代工业自动化和精密控制系统中不可或缺的组件，其主要功能是将机械位移或速度转换为电信号，以实现精确的位置和速度控制。
随着技术的发展，光电编码器的数据传输速率越来越高，这就要求有相应的实时数据处理方法来确保数据的准确性和系统的稳定性。
本文将探讨高速光电编码器的实时数据处理方法，包括数据采集、处理算法、同步机制以及误差校正等方面。
一、高速光电编码器的数据采集高速光电编码器的数据采集是实时数据处理的第一步。
编码器通过光电转换原理，将机械位置变化转换为电信号，这些信号通常以脉冲的形式输出。
为了实现高速数据采集，需要采用高性能的数据采集系统，包括高速模数转换器（ADC）、数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA）等。
1.1 高速模数转换器高速模数转换器是将编码器输出的模拟信号转换为数字信号的关键组件。
为了满足高速数据采集的需求，ADC需要具备高采样率和高分辨率。
此外，ADC的输入噪声和量化误差也需要控制在较低水平，以保证数据的准确性。
1.2 数字信号处理器数字信号处理器（DSP）是一种专为快速数学运算设计的微处理器，它能够高效地处理编码器输出的数字信号。
DSP 通常具有多个处理核心和高速缓存，能够并行处理多个数据流，从而提高数据处理速度。
1.3 现场可编程门阵列现场可编程门阵列（FPGA）是一种可编程的数字逻辑设备，它能够根据用户的需求进行定制。
FPGA在数据采集和处理方面具有灵活性和可扩展性，能够实现复杂的算法和逻辑。
二、数据处理算法数据处理算法是实时数据处理的核心，它决定了数据的准确性和系统的响应速度。
常见的数据处理算法包括滤波算法、插值算法和解码算法等。
2.1 滤波算法滤波算法用于去除信号中的噪声和干扰，提高信号的质量。
常见的滤波算法有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
这些滤波器可以根据系统的需要选择合适的截止频率，以滤除不需要的频率成分。
一、概述1. 光电编码器在工业自动化领域发挥着重要作用2. 小型绝对式光电编码器具有高精度、高分辨率等优点3. 本文旨在介绍小型绝对式光电编码器的原理和实现方法二、光电编码器的分类1. 根据工作原理可分为绝对式和增量式光电编码器2. 小型绝对式光电编码器在工业设备的位置检测和运动控制中应用广泛3. 绝对式光电编码器具有即时读取绝对位置信息的优势三、小型绝对式光电编码器的原理1. 光电编码器由光源、光栅、检测器等部分组成2. 通过光源发出光线，经过光栅隔开，最终被检测器检测3. 光栅的设计和排列方式决定了编码器的工作原理和精度4. 小型绝对式光电编码器通过在光栅上加入不同编码规律的方式，实现了对绝对位置信息的准确解读四、小型绝对式光电编码器的实现1. 采用微型化的光栅设计和制造工艺2. 使用高灵敏度的检测器和信号处理电路3. 结合先进的芯片技术，实现对绝对位置信息的精准读取4. 小型绝对式光电编码器的实现不仅在硬件设计上有所突破，还在软件算法方面进行了优化五、小型绝对式光电编码器的应用1. 在精密仪器设备中的位置检测和控制2. 在机械臂、自动化生产线等领域的运动控制3. 在航天航空、医疗器械等高端领域的应用六、小型绝对式光电编码器的发展趋势1. 微型化、集成化是未来的发展方向2. 智能化、多功能化是未来的发展趋势3. 根据市场需求，同时提高性能和降低成本七、总结1. 小型绝对式光电编码器在工业自动化领域具有重要意义2. 原理和实现方法的介绍可帮助工程师更好地理解和应用该技术3. 未来，小型绝对式光电编码器将在微型化、智能化等方面继续取得突破性进展八、参考文献1. XXX.（年份）《光电编码器原理与应用》. 我国机械工业出版社2. XXX.（年份）《光电编码器技术手册》. 机械工业出版社3. XXX.（年份）《光电编码器在工业自动化中的应用》. 自动化技术杂志以上是一篇关于小型绝对式光电编码器原理及实现的文章，希望对您有所帮助。
1.光电编码器原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90旱牧铰仿龀逍藕拧根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
1.1增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90海佣煞奖愕嘏卸铣鲂较颍鳽相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
1.2绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
目前国内已有16位的绝对编码器产品。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。
绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
编码器的工作原理介绍一、光电编码器的工作原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。
这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。
光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。
由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90°的两路脉冲信号。
根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。
根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。
（一）增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。
其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。
（二）绝对式编码器绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。
这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。
显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。
目前国内已有16位的绝对编码器产品。
绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（葛莱码）方式进行光电转换的。
绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。
第２０卷 Ｖ０１．２Ｏ 第２期 Ｎｏ．２ 电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１２年１月
Ｊａｎ．２０１２
增量式光电编码器信号处理电路的设计与实现 王直 ，施晓敏 ，丁建军 ，王刘柱 （１．江苏科技大学电信学院，江苏镇江２１２００３；２．中船重工第七零四研究所上海２０００３１）
摘要：实践中经常会遇到将光电编码器的输出信号经一系列处理转化成电压信号的情况。因此，以２ＲＨＩＢ型光电编 码器为例．设计了一种集编码器信号接收、光电隔离、鉴相、频率电压转化和电压调整输出功能于一体的综合性电路， 并对电路各组成部分作了较为详细的分析和阐述。实践证明，该电路通用性强、操作简单、性能可靠、实用性强。 关键词：２ＲＨＩＢ型光电编码器；光电隔离；鉴相；频率电压转换；ＬＭ３３１ 中图分类号：ＴＮ７６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）Ｏ２—０１２１—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ
ＷＡＮＧ Ｚｈｉ ，ＳＨＩ Ｘｉａｏ－ｍｉｎ ，ＤＩＮＧ Ｊｉａｎ－ｊｕｎ：，ＷＡＮＧ Ｌｉｕ・ｚｈｕ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＥｎ＃ｎｅｅ￣ｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｗｅ￣ｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｈｅ ７０４ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣＳＩＣ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｔｏ ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｎａ１．Ｔａｋｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ ｏｆ ２ＲＨＩＢ ｔｙｐｅ ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｅｎｃｏｄｅｒ ｏｕｔｐｕｔ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ｏｐｔｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｐｈａｓｅ ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｕｔｐｕｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ａｌｌ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｒｅ ｅｘｐｌｉｃｍｅｄ．Ｉｔ ｈａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｓ ａｖａｉｌａｂｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃａｌ ｅｎｃｏｄｅｒ ｏｆ ２ＲＨＩＢ ｔｙｐｅ；ｏｐｔｉｃａｌ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ｐｈａｓｅ ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｏ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＬＭ３３ｌ
目前，在现代电子工业中，光电编码器作为传感手段被 广泛采用。光电编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机 械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。通常，根据码 盘形式光电编码器分为绝对式、增量式和混合式３种。增量 式编码器是直接利用光电转换原理输出３组方波脉冲Ａ、Ｂ 和Ｚ相。 在实际应用中，光电编码器的输出信号往往不能被直接 采用，需要对此进行相应的拓展电路处理。文中针对丹麦 ＳＣＡＮＯＮ公司的２ＲＨＩＢ型号的光电编码器．设计了一种集光 电隔离、鉴相、频率电压转换、电压调整输出等功能于一体的 综合性电路。该电路组成简单、调整方便、线性度好、具有实 用价值。 １光电编码器 采用丹麦ＳＣＡＮＯＮ公司的２ＲＨＩＢ型通心轴增量式编码 器。该编码器有４种输出信号标准：１）“ＴＰ一标准”（Ｎｏｒｍａｌ， ＴＰ—Ｓｔａｎｄａｒｄ）信号，输出信号为３通道输出：Ａ、Ｂ、Ｚ通道，即单 通道或ＴＰ（方波输出）标准通道。２）“ＴＰ一差分”（ＴＰ— Ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａ１）信号，输出信号为６通道：Ａ、Ｂ、Ｚ通道和反向Ａ、 反向Ｂ、反向Ｚ通道。３）“０Ｌ７２７２线驱动适应于长电缆”（Ｌｉｎｅ ｄｒｉｖｅｒ ＯＬ ７２７２ ｆｏｒ ｅｘｔｒａ ｌｏｎｇ ｃａｂｌｅ）的差分信号，传输距离可 达１００ ｍ。４）“用２６Ｃ３１芯片的线驱动电路”（Ｌｉｎｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｈｉｐ 收稿日期：２０１１－１１－２８ 稿件编号：２０１１１１１３５ ２６Ｃ３１）的差分信号。在５ ＶＩ作电压下可以兼容ＲＳ－４２２ Ａ。低 压输出＜０．４ Ｖ。
２光电编码器输出信号处理电路设计 此电路由电源模块、编码器的信号输入模块、光电隔离 模块、鉴相模块、频率电压转换模块、电压调整模块组成。以 ＳＣＡＮＣＯＮ的２ＲＨＩＢ光电编码器为模型，可以满足该型号不同 输出信号、不同分辨率的产品的信号转换应用要求。同时，为 了满足不同应用场合对输出电压极性的要求，输出电路提供 了两路电压信号输出．互为反相。总设计框图如图１所示。
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ＴＰ／ＴＰ ＿．｛电源模块Ｈ 一标准 一差分卜叫垄皇塑壹．堕 Ｆ 三二－｛ 玉囝ｌ ｌ ０Ｌ７２７２缦驱动 Ｉ Ｉ亡 巫 ＦＩ
电压眄路输出， ．．．±． ． 也匝圃 雾 鞣ｌ
图１电路总设计框图 Ｆｉｇ．１ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ ２．１光电隔离模块设计
由于光电编码器的频率较高。为提高系统的抗干扰能 力，光电编码器输出信号需经光电隔离后才能进行鉴相以及 频率电压转换。本电路中采用光耦ＴＰＬ５２１—２以实现对于脉冲 信号的光电隔离［２１。
作者简介：王直（１９６３一），男，江苏盐城人，硕士，教授。研究方向：信号与信息处理，智能控制。 一１２１— 《电子设计工程））２０１２年第２期 由于选择的ＴＰＬ５２１—２是线性光耦，所以在设计电路时应 着重考虑光耦的下拉电阻取值，确保光耦的输出波形良好。 经过反复实验，最终选择５１Ｏ Ｑ。 ２．２鉴相模块设计 ２ＲＨＩＢ型光电编码器输出３组方波脉冲Ａ、Ｂ和ｚ相。Ａ、Ｂ 两相一圈输出Ⅳ个脉冲，Ｚ相一圈输出１个脉冲，Ａ、Ｂ两相相位 差９０。。Ａ相超前则正转，Ｂ相超前则反转。鉴相电路用来分辨 Ａ相超前还是Ｂ相超前，实现判断当前编码器的旋转方向。 考虑到鉴相的准确性和稳定性，本电路并未采用一般的 由与非门、异或门和Ｄ触发器构成的鉴相电路目。而是选用了 专业的正交解码芯片ＬＳ７０８４来判断编码器是正转还是反转。 本电路中ＬＳ７０８４可选择ＸＩ或Ｘ４模式。电路工作在Ｘ１模 式时，编码器一个周期内产生一个输出脉冲，直接进入转换 电路；工作在ｘ４模式时，Ａ相和Ｂ相输入信号的上升沿和下降 沿均产生一个脉冲，即一个周期内产生４个输出脉冲．编码器 输出脉冲以Ｘ４的细分模式进入转换电路。具体视实际应用情 况而定。 ２．３频率电压转换模块设计 本电路设计将光电编码器输出的频率信号转换成标准 的电压信号，选择了使用简单、测量精度高且不易受环境温 度干扰的频率电压转换芯片ＬＭ３３１ ２－３．１ ＬＭ３３１简介 ＬＭ３３１可用作精密的频率电压（Ｆ／Ｖ）转换器、Ａ／Ｄ转换器、 线性频率调制解调、长时间积分器以及其他相关的器件。内置 温度补偿能隙基准电源，在整个工作温度范围内都具有很高 的转换精度和温度稳定性。且频率适应范围宽（１ Ｈｚ～１００ ｋＨｚ）、 线性度好、外围电路简单。ＬＭ３３１采用双列直插式８脚封装，其 内部结构框图如图２所示。 图２ ＬＭ３３１内部结构框图 Ｆｉｇ．２ Ｉｎｔｅｍａｌ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＬＭ３３１ ＬＭ３３１内部由输入比较器、定时比较器、Ｒ．Ｓ触发器、输 出驱动、复零晶体管、能隙基准电路和电流开关等部分组成。 输出驱动管采用集电极开路形式。因而可以通过选择逻辑电 流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，以适配ＴｒＬ、 一１２２－ ＤＴＬ和ＣＭＯＳ等不同的逻辑电路。各引脚功能如下：脚ｌ为脉冲 电流输出端，内部相当于脉冲恒流源，脉冲宽度与内部单稳 态电路相同；脚２为脉冲电流输出幅度调节端，风越小，输出 电流越大；脚３为脉冲电压输出端，不用时可悬空或接地；脚４ 为地；脚５为单稳态外接定时时间常数ＲＣ：脚６为单稳态触发 脉冲输入端，低于脚７电压触发有效，要求输入宽度小于单稳 态输出脉宽 ，脚７为比较器基准电压，用于设置输入脉冲的 有效触发电平的高低；脚８为电源端，正常工作电压范围为４～ ４０ Ｖ ＤＣ。 ２．３．２频率电压转换 由ＬＭ３３１构成的精密频率电压转换电路如图３所示。 ｖｃｃ
图３ Ｆ／Ｖ精密转换电路 Ｆｉｇ．３ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ
输入脉冲 经 。、Ｃ，组成的微分电路加到输入比较器的反 相输入端。输入比较器的同相输入端经电阻Ｒ 、Ｒ，分压而加有 约２Ｖ ／３的直流电压，反相输入端经电阻 。加有 的直流电 压。当输入脉冲的下降沿到来时，经微分电路 、Ｃ 产生一负 尖脉冲叠加到反相输入端的 。上，当负向尖脉冲大于 。 ／３ 时，输入比较器输出高电平使触发器置位，此时电流开关打 向右边，电流源，Ｒ对电容Ｃ 充电，同时因复零晶体管截止而 使电源 通过电阻足对电容ｃＩ充电。当电容ｃＬ两端电压达到 ２Ｖ ／３时，定时比较器输出高电平使触发器复位，此时电流开 关打向左边，电容ＣＬ通过电阻 放电，同时，复零晶体管导通， 定时电容Ｃ＿迅速放电，完成一次充放电过程。此后，每当输入 脉冲的下降沿到来时，电路重复上述的工作过程。从前面的 分析可知，电容ｃＬ的充电时间由定时电路尺 、ｃＩ决定，充电电 流的大小由电流源ＩＲ决定，输入脉冲的频率越高，电容Ｃ 上积 累的电荷就越多，输出电压（电容 两端的电压）就越高，实 现了频率电压的变换 。其中，输出电压 。与 的关系为： Ｖｏ＝一２．０９ＲＬＲ ＣＩ／Ｒ （１） 的取值为： Ｒ３＝（Ｖ 一２ Ｖ）／０．２ ｍＡ （２） 电容Ｃ 的选择不宜太小，要保证输入脉冲经微分后有足 够的幅度来触发输入比较器，但电容Ｃｌ，Ｊ、些有利于提高转换 电路的抗干扰能力。电阻Ｒ 和电容ＣＩＪ兰且成低通滤波器。电容Ｃ
