模拟电路设计:了解信号和应用程序

关键的外卖

• 比较和对比模拟和数字信号。
• 使用放大器的模拟电路,数字逻辑的替身。
• 在混合信号设计中解决分割地平面的方法。

模拟传感器作为数字电路和外部世界之间的翻译

模拟电路设计似乎有些过时的数字电路在现代世界,但它仍然是一个独特的和不可替代的目的。多数情况下,学生和业余爱好者可能会开始模拟电路设计的简单自然的内容组件。学习基本的电磁和被动电路以非常直观的方式相吻合,并允许初学者遵循基本要素之间的相互作用等领域,电荷,能源,目前,和更多。

要真正掌握一些固有的复杂性和模拟电路设计的本质,认为它是有帮助的上下文中的对应技术:数字。两种格式都有它们的优点和缺点,结合他们的现代世界是不可或缺的电子产品。进一步,他们证明比好斗的互补,能够提供功能其他缺乏动态电子共生。之间的通信格式是关键,设计这两个拓扑身体如何交互背后的方法论将本文研究。

模拟和数字信号之间的区别

中央区分模拟和数字电路归结于信息传达的方式。一个模拟信号连续与离散数字信号的高、低信号。有效地模拟了信号,而不是一个time-sampled表示。这些信号代表一个信号的参数之间的直接关系,无论被测量或生成的信号类似的一些物理现象。改变信号的特征,如电压或频率,导致输出的变化,反之亦然。

模拟信号来自直接接口与物理世界。如此,它们执行一个重要的功能,代表一些设备及其周边介质之间的相关性。这可以经常出现在多氯联苯为机载传感器,传感器的模拟输出可以喂一个模拟/数字转换器(ADC)进行额外的处理。将会有更多的dac和adc,但重要的一点在这个结是模拟信号无处不在与数字化领域外的一切存在的电路。

模拟信号,数字相比,更容易受到噪声由于媒体格式和加工;虽然初始翻译数字存储确实产生一些噪声特征,这些都是烤到微积分与模拟的潜在的持续恶化。此外,纠正这种方法存在数字退化,只是无法模拟格式。这让数字在模拟在所有情况下扣篮的选择?几乎没有。

采取从PCB设计的世界瞬间后退一步,声音爱好者论坛一直争论不休的模拟和数字几十年前创立以来。退出生产模拟音频设备超过半个世纪的历史了仍然可以卖几千美元,尽管现代数字替换有时会成本的一个重要部分。事实证明,也许在一个良性的斯德哥尔摩综合症的情况下,有些人采取了喜欢的固有噪声模拟媒体——温暖的用一些。尽管这听起来可能奇怪的平均设计师,某些失真水平可能事实上被爱好者找到了。虽然这信号存在于一个完全不同的方面比大多数设计师操作实现,它有助于理解为什么看似表面上作为低等技术仍然有热心的支持者。

运算放大器是模拟电路设计的基石

理想运放的图

在电路模拟电路设计是什么样子的?首先,考虑什么组件和电路构成一个典型的模拟板。其中最主要的是运算放大器,简称运放。一个运放是反相的组成和非反相输入,一个积极的和消极的铁路,和输出。在运放的存在增益系数,这是一个比输入电压的输出电压。在一个理想化的模型中,获得被认为是无限的;实际建模,获得提供的数据表,并帮助建立提高最低阈值电压。在其最简单的形式,运放作为比较器功能。通过运行反相输入地面通过一个下拉电阻器和提供一个积极的还是消极的同相输入电压,电压放大的增益。如果输入电压是充分的,电压将适当的铁路——即。正电压,积极的铁路,反之亦然。

运算放大器的应用

如果放大的电压似乎有点平庸,是有原因的。运算放大器可以用反馈功能,无论是积极的还是消极的(前面提到的比较器的设置通常称为开环放大)。通常在闭环配置中,消极的,输出是捆绑到一个输入行,通常用一些电阻网络,部分定义了闭环增益。使用这个设置,可以设计出一个精确的放大。这只是开始的运放应用程序,然而,下面列出了一些额外的用法:

• 可变增益放大——依赖于即时系统需求,用户可能希望修改电阻网络,实时修改放大器的增益。这可用CMOS开关来完成,可以在不同的网络之间切换,以便更适应运算放大器网络的组合。传感器和ADC之间的VGA接口可以减少最低放大信号的要求。
• 搅拌机和调节器——从一个频率信号可以混合到另一个通过添加或减去第二个输入频率从原始。调节器也将独立的信号,但这样做的价值乘以一个反对的符号。
• 取样保持的——一个建立在一个放大器电路进行数据收集。电路的发展从一个样本或跟踪阶段而接受信号,track-to-hold过渡阶段,保留了信号后输入。信号不断举行,直到第二个过渡hold-to-track阶段允许信号继续进行进一步的处理。此功能允许电路保持信号中精确的灵敏度是关键,如之前和期间ADC转换。
• 开关和多路复用器——允许电路控制信号传播路径和选择。
• 额外的数学函数如乘法或使用日志功能。

简而言之,模拟电路设计可以大量利用运算放大器配置和应用程序执行必要的数字电路操作的适应性。

为什么数字和模拟需要单独的地面的飞机吗?

ADC和DAC上面简要介绍,但希望读者注意到数字和模拟电路设计的不可分离性。远不可能遇到设计操作只在一个领域。混合信号技术众所周知,模拟和数字的元素都纳入了它的设计,是否这是在组件或董事会层面。

表面上,把地面的话题当讨论混合信号设计。分裂地划分的概念之间的地面模拟和数字组件和痕迹。这已成为一个PCB话题往往会吸引一些不到严格的最佳实践的工程学科。得到明显的首先,地面地面。反射性的声明似乎非常明显,但值得强调的是,渣分离成两个独立的类并没有潜在的角色作为参考。事实上,最好的方法来解决模拟-数字鸿沟是不要创建一个;如果可能的话,让你的模拟组件和身体分开痕迹数码同行和一个地平面可以轻松处理分别回归的路径没有问题。如前所述,包可能包含内部模拟和数字电路,使统一的地面不可能实现的。这也掩盖了其他电路的约束——即使绕过分割地面是可能的,在位置和路由问题的完整的设计可能会让它非常不切实际。

分割地平面之间的信号完整性有助于确保模拟和数字电路不过于妥协通过耦合。因为地面是地面,必须有至少一个点模拟地面(AGND)和数字(DGND)必须绑在一起。经常发生这种情况直接在组件(s)在路由问题的短针之间的和直接跟踪。然而,设计师可能希望避免创建一个单点,可能会导致过度迂回的路径返回。最好的选择是什么设计师在这个节骨眼上,在看似矛盾的最佳实践必须和好吗?设计师们应该认识到,数据转换是一个模拟函数,因此转换器应该AGND DGND针绑在AGND平面。这有助于减少噪音的高速数字信号引入模拟领域,这将是通过转换过程的进一步传播。

如何链接分裂的飞机吗

分割地平面的最好的方法是提供AGND混合信号电路

还有如何链接把飞机身体上的问题。大多数设计师快速学习路由在分割平面缺口是信号完整性的大罪由于大电流回路形成的返回路径,可以迅速导致强大的EMI排放。背靠背的肖特基二极管可以用来帮助防止一个足够大的潜在发展AGND和DGND别针,以防止损坏电路。铁氧体磁珠也可以有助于创建一个通道在低频率而成为高电阻和功能作为一个开放在高频率。这种低通滤波器的行为确保低频模拟信号可以很容易地流之间的单独的地面飞机而封闭高速数字信号各自的地平面。高速模拟系统需要另一种方法,把地面的飞机,然而。

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