Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике (2000,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

УДК 621.396.6(035.3) ББК 32.844я81 Б97 Данное издание подготовлено при участии российского представительства ком пании Texas Instruments. На русскоязычном сайте www.ti.com/ru вы можете получить информацию о компании TI, а также заказать бесплатные образцы микросхем. Телефон горячей линии технической поддержки +74959810701. Б97 Бэйкер, Бонни Что нужно знать цифровому инженеру об аналоговой электронике / Бонни  Бэйкер ; пер. с англ. Ю. С. Магды. — М. : ДМК Пресс, 2018. — 360 с. : ил. — (Серия «Схемотехника»). — Доп. тит. л. англ. — ISBN 978597060 5837. Книга может служить практическим руководством разработчика, охватывая наиболее важные сферы проектирования аналоговой электроники: аналогоцифровое и цифроанало говое преобразование, применение операционных усилителей и фильтров, а также интегра цию аналоговых и цифровых систем. Материал книги составлен таким образом, чтобы помочь инженерам, занимающимся, в основном, разработкой цифровой электроники, осво ить проектирование аналоговых схем. Книга помогает поновому, используя аналоговый подход, взглянуть на проектирование устройств, что позволяет быстро решать возникающие проблемы. Особое внимание уделя ется таким основополагающим, но почемуто редко рассматриваемым в подобных изданиях темам, как влияние шумов на качество работы схемы, применение инструментальных средств и оборудования при настройке и тестировании аналоговых устройств. Книгу отличают многочисленные описания практических примеров проектирования схем, а также советы по выбору подходящих инструментальных программноаппаратных средств, без которых не обойтись в процессе разработки. Книга предназначена для инженеровпрактиков, разрабатывающих цифровые схемы, а также будет полезна студентам и преподавателям, сталкивающимся с проблемами проекти рования аналоговых схем для цифровых устройств. Свободный стиль повествования, используемый автором, одинаково хорошо воспринимается как студентами, так и профес сиональными инженерами. УДК 621.396.6(035.3) ББК 32.844я81 Книга «Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике» Бонни Бэйкер под готовлена и издана по договору с Elsevier INC, 200 Wheeler Road, 6th Floor, Burlington, MA01803, USA. ISBN 0750678194 (англ.) © Elsevier Inc. ISBN 9785970605837 (ДМК Пресс) ISBN 9785941201709 (Додэка) © Додэка, оформление © ДМК Пресс, издание, 2018

Стр.5

Оглавление IJ 5 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Благодарности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Об авторе. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Глава 1. Аналоговая и цифровая электроника: мост через пропасть . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.1. Цифровой метод измерения температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2. Проблемные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.1. Это не моя работа! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.2. Подскажите, в чём дело . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.3. Всё это ерунда — мне нужны только данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.3. Универсальное средство решения проблем аналоговой схемотехники . . . . . . . . . . . 29 1.4. Аналоговая и цифровая схемотехника: основные различия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4.1. Точность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4.2. Аппаратное или программное решение? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.3. Время и частота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.5. Организационные аспекты проектирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.6. Изучите основы и двигайтесь дальше. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Глава 2. Принцип работы аналогоцифровых преобразователей . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.1. Основные параметры вашего АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.1.1. Диапазон входного сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.1.2. Цифровое кодирование аналогового сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1.3. Скорость преобразования, разрешающая способность и точность . . . . . . . . . 47 2.1.4. Точность и разрешающая способность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.1.5. Параметры по переменному току и повторяемость результатов . . . . . . . . . . . . 49 2.1.6. Точность и параметры по постоянному току . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2. АЦП последовательного приближения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.2.1. Блоксхема КМОПпреобразователя последовательного приближения . . . . 56 2.2.2. Входной каскад АЦП последовательного приближения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.3. Сигмадельтапреобразователи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 2.3.1. Принципы работы сигмадельтапреобразователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Стр.6

6 IJ Оглавление 2.3.2. Усилитель с программируемым коэффициентом усиления в сигмадельта преобразователе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.3.3. АЦП высокого порядка с уравновешиванием заряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.3.4. Цифровой фильтр нижних частот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.3.5. Фильтр децимации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.3.6. Ещё о сигмадельта АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.3.7. Время установления цифрового фильтра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.3.8. Отличия сигмадельта АЦП разных производителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Глава 3. Выбор АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.1. Типы входных сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.2. Сигнальные цепи датчиков температуры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.3. Выбор АЦП для схем с резистивными датчиками температуры . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.3.1. Питание РТД в схеме с АЦП последовательного приближения . . . . . . . . . . . . 88 3.3.2. Тракт обработки сигнала РТДэлемента в схеме с АЦП ПП . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.3.3. Подходит ли АЦП последовательного приближения для устройств измерения температуры? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.4. Тракт обработки сигнала РТД с сигмадельта АЦП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.4.1. Подходит ли сигмадельта АЦП для этого приложения? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.5. Измерение давления: АЦП последовательного приближения или сигмадельта АЦП? . 93 3.5.1. Пьезорезистивный датчик давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.6. Измеритель давления с АЦП ПП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.6.1. АЦП последовательного приближения в схеме измерителя давления: выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 3.7. Измеритель давления с сигмадельта АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.7.1. Сигмадельта АЦП в схеме измерителя давления: выводы . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.8. Устройства с фотодиодами. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.9. Схема с фотодатчиком и АЦП последовательного приближения . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.9.1. АЦП последовательного приближения в схеме с фотодатчиком: выводы . . . 98 3.10. Схема с фотодатчиком и сигмадельта АЦП. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 3.10.1. Сигмадельта АЦП в схеме с фотодатчиком: выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.11. Управление электроприводом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Глава 4. Фильтрация сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.1. Основные параметры аналогового ФНЧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.1.1. Аппроксимация аналоговых фильтров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 4.2. Теория фильтров, устраняющих эффект наложения спектров . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.3. Реализация аналогового фильтра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 4.3.1. Пассивные фильтры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.3.2. Активные фильтры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.3.3. Однополюсный фильтр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 4.3.4. Фильтр СалленаКея . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

Стр.7

Оглавление IJ 7 4.3.5. Двухполюсный фильтр с комбинированной обратной связью . . . . . . . . . . . . 123 4.4. Операционный усилитель для фильтра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 4.5. Фильтры, устраняющие эффект наложения спектров, для аналоговых сигналов с частотами, близкими к нулю. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 4.5.1. Модифицированная схема измерительной цепи с РТДэлементом . . . . . . . . 125 4.6. Многоканальные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.7. Непрерывные аналоговые сигналы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.8. Выбор фильтра для устранения эффекта наложения спектров . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Глава 5. Поиски идеального операционного усилителя для идеальной схемы . . . . . 132 5.1. Выбор технологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 5.2. Базовые схемы включения ОУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5.2.1. Повторитель напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 5.2.2. Усиление аналоговых сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.2.3. Дифференциальный усилитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5.2.4. Суммирующий усилитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.2.5. Преобразование тока в напряжение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 5.3. Применение базовых схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.3.1. Инструментальный усилитель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 5.3.2. Плавающий источник тока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 5.4. Подводные камни процесса разработки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.4.1. Общие советы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5.4.2. Усилители с однополярным питанием и сигналами от шины до шины . . . . 147 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Глава 6. Операционный усилитель в линейной системе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.1. Основы работы усилителя на постоянном токе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.1.1. Аномалии входного каскада ОУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 6.1.2. Влияние высокого входного импеданса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 6.1.3. Выходной сигнал усилителя не изменяется от шины до шины (как было обещано) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 6.1.4. Правильное использование входного и выходного каскадов ОУ . . . . . . . . . . 159 6.1.5. Немного о параметрах по постоянному току . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 6.2. Каждый усилитель может стать генератором, а каждый генератор — усилителем . 164 6.2.1. Базовая модель ОУ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 6.2.2. Устойчивость систем с замкнутой цепью обратной связи . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.2.3. Передаточная функция усилителя с обратной связью . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 6.2.4. Расчёт коэффициента усиления при замкнутой цепи ОС . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6.3. Определение устойчивости системы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.3.1. Итоги анализа устойчивости в частотном диапазоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.4. Характеристики во временной области . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 6.4.1. Скорость нарастания выходного напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 6.4.2. Время установления (tS) и выбросы сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 6.5. Отправляясь в путь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Стр.8

8 IJ Оглавление Глава 7. SPICEмоделирование. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 7.1. Старый метод расчёта на бумаге . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 7.2. Достоверны ли результаты моделирования по существу?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7.3. Макромодели: что они могут? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 7.4. Последние замечания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 Глава 8. Цифровая обработка аналоговых сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 8.1. Широтноимпульсный модулятор в качестве цифроаналогового преобразователя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 8.1.1. Временная характеристика источника опорного напряжения . . . . . . . . . . . . 201 8.1.2. Преобразование цифрового сигнала в аналоговый . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 8.1.3. Параметры аналогового ФНЧ для ЦАП на основе ШИМ . . . . . . . . . . . . . . . . 204 8.1.4. Связь частотной и временной характеристик . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 8.2. Компаратор в схемах преобразования аналогового сигнала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 8.2.1. Диапазон входного сигнала компаратора (VIN+ и VIN–) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 8.2.2. Гистерезис входного сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 8.3. Двухпороговый компаратор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 8.4. Комбинированная схема компаратора и таймера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 8.5. Использование таймера и компаратора в сигмадельта АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 8.5.1. Теория сигмадельтапреобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 8.5.2. Программная модель сигмадельтапреобразователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 8.5.3. Анализ погрешностей сигмадельта АЦП, реализованного на микроконтроллере . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 8.5.4. Диапазон входных напряжений сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 Глава 9. Комбинированные аналогоцифровые системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 9.1. Источники питания на батареях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 9.2. Преобразование напряжения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 9.3. Расчёт КПД источника питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 9.3.1. КПД импульсного понижающего преобразователя напряжения . . . . . . . . . . 227 9.3.2. КПД преобразователя с подкачкой заряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 9.3.3. КПД линейного LDOстабилизатора напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 9.4. Сравнение преобразователей напряжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 9.5. Выбор оптимального решения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 9.6. Микромощные системы на микроконтроллерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 9.6.1. Питание в аналогоцифровых системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 9.6.2. Управление тактовой частотой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 9.6.3. Режимы ожидания и синхронизация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Глава 10. Шумы в электронных схемах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 10.1. Параметры шума: термины и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Стр.9

Оглавление IJ 9 10.1.1. Пример расчёта шумовых характеристик схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 10.2. Шум компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 10.2.1. Шум резистора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 10.2.2. Шумы операционного усилителя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 10.2.3. Шумы аналогоцифрового преобразователя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 10.2.4. Шумы источника питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 10.2.5. Минимизация шумов устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 10.3. Шум проводимости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 10.3.1. Шумы в сигнальной цепи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 10.3.2. Шумы на шине питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 10.3.3. Схема с улучшенными шумовыми параметрами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 Глава 11. Разводка схем на печатной плате . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 11.1. Разводка печатных плат аналоговых и цифровых схем: общие моменты. . . . . . . . . 274 11.1.1. Развязывающие конденсаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 11.1.2. Разводка шин питания и земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 11.2. Слой земли в цифровых и аналоговых схемах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 11.2.1. Размещение компонентов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 11.3. Влияние паразитных параметров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 11.3.1. Влияние паразитных ёмкостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 11.3.2. Индуктивности печатного монтажа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 11.4. Разводка схем с АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 11.4.1. Разводка схем с АЦП последовательного приближения . . . . . . . . . . . . . . . . 286 11.4.2. Разводка платы с сигмадельтапреобразователем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 11.5. Разводка двухслойных печатных плат. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 11.5.1. Автоматическая трассировка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 11.6. Дорожки обратных токов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 11.7. Особенности разводки 12битных измерительных систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 11.8. Общее руководство по разводке платы: размещение компонентов . . . . . . . . . . . . . 296 11.9. Общее руководство по разводке платы: заземление и питание . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 11.10. Дорожки сигнальных цепей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 11.11. Фильтрация и развязка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 11.11.1. Развязывающие конденсаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 11.11.2. Фильтр, устраняющий эффект наложения спектров . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 11.12. Советы по разводке печатной платы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Глава 12. Отладка схем. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 12.1. Базовые средства отладки и поиска неисправностей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 12.2. Проверка работы АЦП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 12.3. Шумы источника питания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 12.4. Неправильное использование операционных усилителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 12.5. Не упускайте детали. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Литература.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Стр.10

10 IJ Оглавление Глава 13. Проектирование комбинированных аналогоцифровых систем . . . . . . . . 317 13.1. Сигнальная цепь в реальный мир . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 13.2. Инструментальные средства разработки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 13.3. Связь цифровой и аналоговой схем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Заключение.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 Приложение А. Аналогоцифровой преобразователь: параметры, определения иформулы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328 Приложение Б. Быстрое преобразование Фурье. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Б.1. Анализ графика БПФ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 Б.2. Основная частота входного сигнала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Б.3. Размах входного сигнала. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Б.4. Отношение сигнал/шум . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Б.5. Динамический диапазон, свободный от паразитных составляющих . . . . . . . . . . . . 338 Б.6. Среднее значение собственных шумов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Б.7. Другие характеристики, получаемые в результате выполнения БПФ . . . . . . . . . . . 340 Б.8. Точность результатов БПФ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 Б.9. Весовые (оконные) функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 Приложение В. Параметры, определения и расчётные формулы для операционных усилителей. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342 Приложение Г. Продукция компании Texas Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

Стр.11