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问题: [征文]设备开发——模电篇

Run 在 2013-1-8 詢問的問題

设备开发——模电篇

早在大学就学过模电,真正需要用的时候,只留给我二极管,三极管,放大器这几个淡淡的印象,书到用时方恨少。

第一个涉及到模电的事是几年前要设计一个信号源,信号脉宽可由单片机或外接信号源控制,纯数字电路逻辑上并不复杂,不过脉冲幅度需要达到±80V。这归根到底难在±80V电压和数字信号的以小博大上。超过36V我就害怕了,于是想到了电路仿真,这也是我第一次真正使用Mutisim了。该软件是大名鼎鼎的EWB的升级版,用的人多,资料还算丰富,半天就可以入门了。后来听说这个软件被NI收购了,虽然D版的依然很容易找到,不过ADI、TI提供免费的同类软件,也足够使用了。此电路仿真也可分为电源和放大两个重点,各个击破,网上的资料还是蛮多的,鉴于类似线圈的变压器和电感没有现成的,我当时也不熟悉,只考虑二极管、三极管、电容、电阻。靠着多次抄袭、验证、调整,居然在半个巴掌大的面包板上搞定了。

一般要完成一件事情,可以分为资源,技巧,能力三个层次,上述的设计纯属技巧了,用软件仿真,不行就换电阻,电容,也是上天保佑,没有隔离,也没出事。后来设计某总线设备时,就想到了专用芯片了,随便百度下接口电压转换芯片,找便宜的,容易焊接的,容易更换的,挑中了CD40196B,只是没有自带短路保护功能,我当时也没想过自己做个,呵呵,亏得芯片便宜,在烧了一打芯片后,也搞定了。

真正深入涉及模电的应该是今年,要设计一个10入10出16位精度的设备,首先查到的便是ADI的AD2S99,AD2S1200等专用芯片,更方便的是有专门的模块,12,14位精度的有不少,不过这些芯片和模块还真不便宜啊,貌似预算还不够把这些模块买全,在考虑了很久后,决定依靠AD,DA,OP实现,这不是靠资源和技巧就能实现的,模拟电路,从此便要从能力这个层次去学习研究了。

抬头看路后才能埋头拉车。查阅了上百篇自整角信号相关的资料之后,去粗取精,在模电方面,居然没有几篇实用的,莫非模电已难入大雅之堂了。后来查找万用表、示波器方面的资料,才涉及多些,但所有的这些都是皮毛,没有太多详细到实用的。查阅ADI,TI公司网站的AN,零零碎碎,每篇都有点用,但不成体系,总有种只见树木不见森林的感觉。大学模电教材也不行,太过于笼统,实际问题还是不能解决。

模拟电路这方面有众多分类、厂家、产品,主要涉及AD,DA,OP,电源买现成的就够用了。ADI和TI都有大学计划,资料较多,他们的产品足够了用了,当时在当当,卓越上买了不少冤枉书。书分几种,从学术上讲,著书最好,编著次之,编再次之,模电是种成熟的技术,面广而相对算法不深,编的有不少好书。恕我不才,推荐几本书:

高天光主编的《ADI产品应用技术丛书》,一套好几本,能够了解ADI模电体系,进而了解整个模电体系,用以入门。此套丛书可以粗略查阅,值得收藏,不过貌似已经绝版了。

孙肖子主编的《模拟及数模混合器件的原理与应用》,分上下册,能够了解TI模电体系,特别是1.7节放大器稳定性讨论,让我知反馈电容的所以然。这套书刚出不久,很容易买。

科学出版社的实用电子技术丛书,特别是铃木雅臣写的《晶体管电路设计》,也是上下册,虽然是日本人写的,但绝对是好书,了解晶体管的工作,运放还不是小意思。此书值得细细研读,相对简单易懂,我连续看了半个月,觉得这才叫模电精髓。

电路的实现还需要依靠PCB和焊接。PCB是门艺术,绘制原理图时就要对PCB布局心中有个大概,要不然布线就难了。焊接是个基本功,现在高速高精度的芯片基本上都是贴片,有时0805的电阻电容都不太好布线,更不必说直插的元器件了,不过我还焊不了0402。

AD、DA是数模间的桥梁,其接口的实现要精通其时序关系。ADI和TI都推荐自己的DSP,有不少DEMO可以模仿,但目前我手上只有FPGA开发板,虽然对照DATASHEET以组合逻辑的思维写时序很麻烦,但嵌入一个NIOS,以指令式的思维写时序就容易点了。

数电发展太快了,即便是FPGA嵌入多个微处理器,都可以用逻辑关系来表达,很容易分成众多互不干扰的模块,各个击破,况且很多模块无需修改可直接应用现成的,不用考虑匹配耦合等,甚至只要懂得C语言就可以模仿做出一块可用电路了。

模电必须全盘考虑,每个部分性能不同,大到采集卡,小到三极管都要用它线线关系最好的那段,各模块之间影响太大,一着不慎,满盘皆输,但发展的时间更悠久,更成熟,有时可很简洁地实现数电方能实现的复杂功能。模电涉及的知识面太多,要懂得晶体管设计,放大器设计,AD/DA体系,仿真以及电路板设计,焊接,电容等元器件选型,极小批量购买等众多知识,最后才能做出一块实实在在的可用电路。

在这个数字化时代,模电相对应用少了,但可能是瓶颈,模电可简单实现高性能,数电可简单实现复杂逻辑,通吃便无敌了

結果