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        在产品制造及时性方面，广大设计人员一直面对着来自消费者和竞争对手两方面的压力。在这个飞速发展的时代，产品规划和实施至关重要。积极解决实施问题固然很重要，但是，在规划阶段，很多公司却常常忽视甚至忽略许多步骤。规划阶段的一个关键步骤是设计创建和设计验证。电气和印刷电路板 (PCB) 层计算机仿真是设计工作验证的一个重要组成部分。           我们可以利用IC 厂商提供的各种工具，实现各种仿真。IC 厂商通过开发许多能够满足PCB 设计人员需求的工具，帮助其客户实现许多远大目标。这些工具包括模拟电路、数字电路和板级设计工具。           一些设计工具可帮助确定许多复杂模块的电路拓扑，例如：开关模拟电源或者模拟滤波器设计，同时还可显示关键电路性能规范。例如，您可以利用诸如在线或者下载版本的德州仪器SwitcherPro™等电源设计工具，创建理想的电源电路（请参见 图 1 ）。  图1电源设计工具为总设计提供辅助组件 (1) 。           电源设计工具通常允许用户创建其自有设计，设计以理想规范和合理的IC组件数作为开始。这些工具还可全面分析完成电路的最小与最大性能，以及损耗组件、最大结温状态、电路效率和电路环路稳定性的影响。PCB设计人员开始试验电路板实现时，大多数电源设计软件都提供材料清单 (BOM) 和电路板布局建议。           模拟滤波器设计软件也可以帮助PCB设计人员。您可以在一些模拟IC制造厂商的网站上，找到该软件的各个版本。例如，TI 便提供FilterPro™，作为其模拟滤波器设计程序。这些工具，将繁重的滤波器计算工作交给计算机。滤波器设计软件包，可以经常设计一些或者所有低通、高通、带通、带阻（切口）和全通型滤波器。软件帮助定义滤波器规范和响应类型。一旦确定了这些变量，软件便可提供一个完整电路，包括许多辅助组件。           一旦创建了某个设计（手工或者使用设计软件），便可以在SPICE模拟器的帮助下，对其进行有效性验证和微调。SPICE模拟器（例如：德州仪器的TINA-TI TM (1) ），帮助设计和评估某种应用中多个子电路的性能（ 图 1 ）。 图 2 中，其目标是找到全频率下两个滤波器增益之间的差异。        模拟电路、I/O缓冲器信息规范 (IBIS)，以及数字评估粘接扫描描述语言 (BSDL) 模型的SPICE 宏模库有很多。大多数IC 制造厂商的网站上，都可以获得所有这些模型。另外，还有各种计算器可供下载。             总之，PCB设计人员有大量工具可供选择，其可帮助顺利完成设计规划和创建过程。尽管这些工具提供的答案并不能除去试验电路板阶段，但它们可以迅速地为您提供经验证的一些解决方案供实验室使用—最终缩短产品上市时间。   参考文献 1、SwitcherPro™开关式电源设计工具： www.ti.com/switcherpro-ca 。 2、FilterPro™模拟滤波器设计工具： www.ti.com/filterpro-ca 。 3、基于TINA-TI™ SPICE的模拟仿真程序： www.ti.com/tinati-ca 。  

作者：Bonnie C. Baker，德州仪器 (TI) 高级应用工程师   电磁干扰 (EMI) 是我们生活的一部分。随着时间的推移，有意和无意的 EMI 辐射源的大量产生会对电路造成严重的破坏。这些辐射源的信号并非一定会污染电路，但我们的目的就是要让低噪声系统远离这些危害。   我们可以设想，一名医生使用一台心电图诊断设备，想要准确地对心脏进行诊断。在知道这是一台高精密的测量设备后，我们便不会担心讨厌的噪声会出现在诊断结果中。这是一种低频测量，电子设备不会超过 1MHz。但是，如果使用的是一台 EMI 设计糟糕的 ECG 设备，而这时医生又在检查期间使用手机接电话，那么就有理由担心诊断结果了。 请参见图 1。       图 1     1.5 英尺以外的发射器（ f = 470 MHz, P= 0.5W ）开启和关闭时 ECG 诊断设备的心脏检查结果   图 1 中，系统的心脏输入信号约为 0.25 mVp-p。这种小信号要求有 6000 V/V 左右的测量放大器增益。幸运的是， 图 1 所示情况并不代表医用 ECG 测量设备的实际性能。这种测量实际是使用 图 2 所示电路板在工程师的实验室中进行的。       图 2   精密型低电平 ECG 心率计电路板的正面图   不要掉入这种 EMI 陷阱。小心谨慎地构建电路板，并使用一些抗 EMI 的组件，它与模拟或者数字电路的带宽无关。当应用电路附近存在某个 EMI 源时，该辐射源可能会也可能不会对它产生影响。   使用这种低频电路板时，来自手机的辐射噪声是如何进入到测量结果（请参见 图 1 ）的呢？让我们来回顾和研究整个 EMI 图。在 EMI 方面，共有三个因素起作用：辐射源、辐射信号传播的耦合通路以及辐射受体。本例中的辐射源是显而易见的。但是，EMI 信号源可能通过空中无线传播，也可能通过PCB 传导，并且辐射源不明。   EMI（也称作射频干扰，RFI）通过直接传导或者各种场传播，对受体形成包围之势。这些场直接耦合进入电路连接线和 PCB 线路中，转换成传导型 RFI。   在两个电荷之间形成力需要三个条件：电、磁和电磁场（辐射）。电场（伏特/距离）描述两个物理点之间不均匀电荷分布所形成的力。为了平衡这种电荷分布，电荷之间形成了力。   移动的电荷或者电流形成磁场，它对其周围所有其它电荷施加力。这种场（或者力）随距离增加而迅速减小。请注意，电场和磁场相互关联，一个改变，另一个也同时改变。   最后，电子（或者电荷）的加速度形成电磁场。这种电磁场是产生 EMI 传播最为常见的原因。   有没有一种方法能够解决这个问题呢？下次，我们将讨论引起 EMI 问题的一些辐射源所具有的特性，并介绍一些小技巧，教您如何最小化这种辐射，敬请期待。   参考文献 《 运算放大器 EMI 抑制比 》，作者：Hall, Kuehl，2011 年 8 月发表于 TI《应用报告（SBOA128）》。 《 抗 EMI 型运算放大器规范介绍 》，作者：Wagt，Staveren，2010 年 1 月 15 日发表于 TI《应用说明（SNOA497A）》    

作者：Bonnie C. Baker，德州仪器 (TI) 高级应用工程师   电磁干扰 (EMI) 已经成为我们生活的一部分，要不要处理呢？许多人认为，电子解决方案的广泛应用是一件好事，因为它给我们的生活带来舒适、安全的享受，并把医疗服务带到我们的身边。但是，这些解决方案同时也产生了具有电子危害的 EMI 号。     EMI 信号的源头各种各样。这些源头包括我们身边常见的一些电子设备。小汽车、卡车和重型车辆本身就是 EMI 信号的产生器。问题在于，这些 EMI 源所处的位置与敏感电子电路的位置相同——车辆内部。这种相互靠近会影响音频设备、自动门控制器以及其他设备。这类存在于车辆中的EMI噪声是可以预见的。     但是，对于我们 21 世纪的人们无时不刻都在使用的手机来说，情况又如何呢？每一种电子设备都有其优点和缺点。今天，手机的使用，让我们可以在任何地点都能够方便地联系朋友、家人和商业伙伴。但是，手机也会产生 EMI 信号，而这还只是问题的开端。手机的发展已超出了其基本的电话功能，拥有了更多的智能电话功能。这种 EMI 噪声对于周围设备和电路的干扰是完全不可预知的。手机依靠高RF能量工作。即使达到了相关规定，手机也可能成为一个非故意的 EMI 源，从而干扰周围敏感设备工作。     印刷电路板、时钟电路、振荡器、数字电路和处理器也会成为电路内部 EMI 源。对电流执行开关操作的一些机电装置，在关键操作期间会产生 EMI。这些 EMI 信号不一定会对其他电子设备产生负面影响。EMI 信号的频谱成分和强度，决定了它是否会对敏感型电路产生意想不到的影响。     您可以将某个数字信号的频谱成分简化为其频率和升时间。时钟或者系统频率建立电路的时间基准，但其边缘率形成干扰谐波。图 1 显示了一个 10 MHz 方波的频谱成分。该 10 MHz 信号的边缘率为 10 ns。请注意， 图 1 中这些谐波的量级随频率降低。一般而言，这种信号的潜在 EMI 为：   f MAX = 1/(πx t RISE )             方程式 1   10 ns 边缘率时方程式结果为约 31.8 MHz。曲线图显示，最后一次明显谐波出现在30 MHz。同时，图 2 所示 1 ns 边缘率时方程式结果为 318 MHz 最大频率。如果您的电路易受 318 MHz 频带内产生的频率影响，则 EMI 谐波可能会使您的电路出现干扰。     图 1 10 ns 升降时间信号的模拟 EMI 信号   图 2 1 ns 升降时间信号的模拟 EMI 信号   实事上，更好的做法是您在其源头消除干扰信号而不让它通过您的电路。就车辆而言，越来越多的构件都使用塑料来制造。但是，当您想要找一个低阻抗接地或者实施信号屏蔽时，这却又成了问题。一旦信号传输获得“自由”，它们便“四处游荡”，从而进入到您的敏感系统中，最终带来严重的破坏。     下次，我们将详细讨论EMI信号是如何通过媒介传输进入到您的电路中的。     参考文献 ·         《RFI：让噪声远离您的设计》，作者：Paul Rako，2008 年 1 月 10 日刊发于《EDN》。 ·         《运算放大器 EMI 抑制比率》，作者：TI Chris Hall和Thomas Kuehl，2011 年 8 月刊发于《SBOA128》。

数字滤波器功能衰减了噪声，而抽取功能则降低了输出数据速率。   作者：德州仪器（TI）Bonnie Baker       在 Δ-Σ ADC 中，紧随调制器之后的是数字/抽取电路，该电路对调制器的 1 位码流进行采样和滤波。在调制器输出端，高频噪声和高速采样速率却是个难题。然而，由于现在的信号均驻留在数字域中，因此您可以运用数字滤波器功能来衰减噪声，并使用抽取功能来降低输出数据速率。设计人员通常会将数字滤波器和抽取功能一起集成到同一块硅芯片上。     图 1 显示了信号在通过数字/抽取滤波器功能时的情况。数字滤波器功能在相同速率下起到了和调制器采样速率一样的作用（请参见图 1a）。需要注意的是，24 位码序列与原始信号相类似。在时域中，数字滤波器功能看似主要负责 Δ-Σ 转换器的低噪声和高精度。但是，由于对高频噪声的抑制作用，这种功能对系统噪声具有二阶影响。源自于调制器的噪声整形影响了更低频带中的噪声抑制（请参见图 1b）。       虽然数字滤波器功能拥有数字输入，但由于数据速率仍然太高，以至于无法使用。尽管看起来您好像拥有大量高采样速率下高质量的多位采样，然而实际上这种数据中的大多数并不是您所需要的。       数字/抽取滤波器的第二个功能是抽取。抽取功能是将数字信号输出速率降至系统尼奎斯特频率的过程。对所有组的 24 位码求平均值是实施抽取功能的一种简便方法（请参见图 1c）。抽取功能将这些高精度数据字段累积在一起，对数个字段一起求平均，输出该平均结果，并将数据放到一起以进行下一次求平均。实施低功耗抽取功能的一种更为经济的方法是仅从每 Kth 采样中挑出 24 位字段，无需进行更多的求平均操作（K 等于采样过密或抽取比率）。       几乎所有的 Δ-Σ 转换器都集成了一类被称为正弦或 FIR 滤波器的均值滤波器，它们因其频率响应而得名。许多 Δ-Σ 器件都使用其它具有正弦滤波器的滤波器，以进行二级抽取。低速工业用 Δ-Σ ADC 一般只使用一个正弦滤波器。       在频域中，您可以看到这种数字/抽取滤波器只对信号使用了一个低通滤波器（请参见图 1b）。在这种情况下，数字/抽取滤波器衰减了更高频率调制器量化噪声。量化噪声减少后，信号又重新出现在时域中。

Baker's Best：利用硅芯片的光敏性时，难点在于确定如何将光电传感器的低电平电流转换为有用的电气表现形式。  作者：Bonnie Baker  在硅芯片电子时代开始之初，硅芯片光电传感器就被广泛用于电子电路。实际上，由于科学家们昼夜不停地研究，他们在实验室中很快便发现了硅芯片的光敏特性。直到今天，IC 设计人员还常常将其测试晶圆覆盖起来，以避免受到外来光线的影响。尽管硅芯片的光敏性是一种令人讨厌的附带产物，但设计人员还是在各种系统中对这种光电能量转转加以利用。因此，大量应用中都使用硅芯片来感应光线的强度和特性。 这些系统中，硅芯片传感器将光转换为电荷或电流。这些硅芯片传感器就是电子产品世界的“眼睛”，用户可将其用于血液分析、无创肿瘤检测、烟雾探测、设备定位或色谱分析等应用。基本上来说，系统设计人员都知道如何将光转换为电流，而真正的挑战在于确定如何将光电传感器的低电平电流转换为有用的电气表现形式。这些应用中不断提高的要求精度，进一步增加了设计的难度。 传统的跨阻放大器设计拓扑使用一种混合方法来捕获该低电平信号，这种方法首先在反馈环路中使用一个放大器和一个高值电阻器。该电路设计利用电阻来提供对光源的实时、线性表述。该电路将光电二极管放置于放大器反相输入和运算放大器接地。100 kΩ 到 10 MΩ 的电阻器将放大器反相输入连接至输出。然后，您再将非反相输入连接至接地（请参见图 1）。光电传感器上的光刺激会生成电荷。该电荷唯一的溢出路径是通过放大器反馈环路中的高值电阻器。    图 1 图 1 所示简单方法并非不存在设计挑战。运算放大器必须要具有相对的低微微安输入偏置电流和低输入电容。适用于本电路的放大器要具有一个 FET 或带有低压噪声和微伏偏移规范的 CMOS 输入级。最后，设计人员还要对稳定性、带宽、低噪声性能以及跨阻放大器电路的布局进行优化。 最终设计方法并非总是如想象的那样简单。我们需要考虑光电传感器、运算放大器、放大器反馈元件以及这些部件的寄生效应，这样一来公式就变得纷繁复杂，乱如一个老鼠窝。跨阻放大器之后的信号要求一个多极点模拟滤波器。这样，组合输入和滤波级便可将相关信号从噪声底限中分离出来。利用采样 ADC 数字化模拟滤波器之后的信号。 光敏电路已历经数年的变革。第一种方法为纯模拟，其使用跨阻放大器和一个紧挨其后的低通滤波器。由于一流跨阻放大器的使用，开关积分器受到了人们的广泛青睐。开关积分器是信号源走向电路部分数字化的第一步。光敏应用产品的发展已经转向全面集成系统，例如：带电的数字化 ADC。    作者简介  Bonnie Baker 现任德州仪器 (TI) 高级应用工程师，并撰写了《A Baker’s Dozen：针对数字设计人员的真正的模拟解决方案》