一、开关电源纹波、噪声的产生原因及测量方法

  本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。另外关于开关电源的基础概念,请移步此文:介绍开关电源的几个概念

纹波和噪声产生的原因

    开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

    噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

    开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

    利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。

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    上图1 ,纹波和噪声的波形。

纹波和噪声的测量方法

    纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

    由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。

    用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

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    上图2 示波器测量框图。

    从图2来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同。测纹波和噪声电压的要求如下:

  ● 要防止环境的电磁场干扰(EMI)侵入,使输出的噪声电压不受EMI的影响;

  ● 要防止负载电路中可能产生的EMI干扰;

  ● 对小型开关型模块电源,由于内部无输出电容或输出电容较小,所以在测量时要加上适当的输出电容。

    为满足第1条要求,测量连线应尽量短,并采用双绞线(消除共模噪声干扰)或同轴电缆;一般的示波器探头不能用,需用专用示波器探头;并且测量点应在电源输出端上,若测量点在负载上则会造成极大的测量误差。为满足第2点,负载应采用阻性假负载。

    经常有这样的情况发生,用户买回的开关电源或模块电源,在测量纹波和噪声这一性能指标时,发现与产品技术规格上的指标不符,大大地超过技术规格上的性能指标要求,这往往是用户的测量装置不合适,测量的方法(测量点的选择)不合适或采用通用的测量探头所致。

几种测量装置

1 双绞线测量装置

    双绞线测量装置如图3所示。采用300mm(12英寸)长、#16AWG线规组成的双绞线与被测开关电源的+OUT及-OUT连接,在+OUT与-OUT之间接上阻性假负载。在双绞线末端接一个4TμF电解电容(钽电容)后输入带宽为50MHz(有的企业标准为20MHz)的示波器。在测量点连接时,一端要接在+OUT上,另一端接到地平面端。

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    上图3 双绞线测量装置。

    这里要注意的是,双绞线接地线的末端要尽量的短,夹在探头的地线环上。

2 平行线测量装置

    平行线测量装置如图4所示。图4中,C1是多层陶瓷电容(MLCC),容量为1μF,C2是钽电解电容,容量是10μF。两条平行铜箔带的电压降之和小于输出电压值的2%。该测量方法的优点是与实际工作环境比较接近,缺点是较容易捡拾EMI干扰。

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    上图4 平行线测量装置。

3 专用示波器探头

    图5所示为一种专用示波器探头直接与波测电源靠接。专用示波器探头上有个地线环,其探头的尖端接触电源输出正极,地线环接触电源的负极(GND),接触要可靠。

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    上图5 示波器探头的接法。

    这里顺便提出,不能采用示波器的通用探头,因为通用示波器探头的地线不屏蔽且较长,容易捡拾外界电磁场的干扰,造成较大的噪声输出,虚线面积越大,受干扰的影响越大,如图6所示。

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    上图6 通用探头易造成干扰。

4 同轴电缆测量装置

    这里介绍两种同轴电缆测量装置。图7是在被测电源的输出端接R、C电路后经输入同轴电缆(50Ω)后接示波器的AC输入端;图8是同轴电缆直接接电源输出端,在同轴电缆的两端串接1个0.68μF陶瓷电容及1个47Ω/1w碳膜电阻后接入示波器。T形BNC连接器和电容电阻的连接如图9所示。

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    上图7 同轴电缆测量装置1。

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    上图8 同轴电缆测量装置2。

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    上图9 T形BNC连接器和电容电阻的连接。

纹波和噪声的测量标准

    以上介绍了多种测量装置,同一个被测电源若采用不同的测量装置,其测量的结果是不相同的,若能采用一样的标准测量装置来测,则测量的结果才有可比性。近年来出台了几个测量纹波和噪声的标准,本文将介绍一种基于JEITA-RC9131A测量标准的测量装置,如图10所示。

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    上图10 基于JEITA-RC9131A测量标准的测量装置。

    该标准规定在被测电源输出正、负端小于150mm处并联两个电容C2及C3,C2为22μF电解电容,C3为0.47μF薄膜电容。在这两个电容的连接端接负载及不超过1.5m长的50Ω同轴电缆,同轴电缆的另一端连接一个50Ω的电阻R和串接一个4700pF的电容C1后接入示波器,示波器的带宽为100MHz。同轴电缆的两端连接线应尽可能地短,以防止捡拾辐射的噪声。另外,连接负载的线若越长,则测出的纹波和噪声电压越大,在这情况下有必要连接C2及C3。若示波器探头的地线太长,则纹波和噪声的测量不可能精确。

    另外,测试应在温室条件下,被测电源应输入正常的电压,输出额定电压及额定负载电流。

不正确与正确测量的比较

1探头的选择

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    上图11 AAT1121电路测量波形。

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    上图12 用普通示波器探头测得的波形。

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    上图13 用专用测量探头测得的波。

2 探头与测试点的接触是否良好

    以1W DC/DC电源模块IF0505RN-1W为例,采用专用探头靠测法,排除外界EMI噪声干扰,探头接触良好时,测出的纹波和噪声电压为4.8mVp-p,如图14所示。若触头接触不良时,则测出的纹波和噪声电压为8.4mVp-p,如图15所示。

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    上图14 电源模块IF0505RN-1W测试波形(接触良好)。

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    上图15 电源模块IF0505RN-1W测试波形(接触不良)。

    这里顺便再用普通示波器探头测试一下,其测试结果是纹波和噪声电压为48mVp-p,如图16所示。 

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    上图16 电源模块IF0505RN-1W测试波形(普通探头)。

减小纹波和噪声电压的措施

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    上图17 开关电源整流波形,关于整流的文章请移步:解析桥式整流电路

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    上图18 开关电源PFC电路。

    开关电源或模块的输出纹波和噪声电压的大小与其电源的拓扑,各部分电路的设计及PCB设计有关。例如,采用多相输出结构,可有效地降低纹波输出。现在的开关电源的开关频率越来越高;低的是几十kHz,一般是几百kHz,而高的可达1MHz以上。因此产生的纹波电压及噪声电压的频率都很高,要减小纹波和噪声最简单的办法是在电源电路中加无源低通滤波器。

1减少EMI的措施

    可以采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰,在电源输入端加EMI滤波器,如图19所示(EMI滤波器也称为电源滤波器)。  

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    上图19 开关电源加EMI滤波。

2 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容

    采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是最佳的,其特点是尺寸小而电容量大,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。它最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。例如,一种高分子聚合物钽固态电解电容为68μF,其在20℃、100kHz时的等效串联电阻(ESR)最大值为25mΩ,最大的允许纹波电流(在100kHz时)为2400mArms,其尺寸为:7.3mm(长)×4.3mm(宽)×1.8mm(高),其型号为10TPE68M(贴片或封装)。

    纹波电压ΔVOUT为:

    ΔVOUT=ΔIOUT×ESR (1)

    若ΔIOUT=0.5A,ESR=25mΩ,则ΔVOUT=12.5mV。

    若采用普通的铝电解电容作输出电容,额定电压10V、额定电容量100μF,在20℃、120Hz时的等效串联电阻为5.0Ω,最大纹波电流为70mA。它只能工作于10kHz左右,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,再增加电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

    某些开关频率在100kHz到几百kHz之间的电源,采用多层陶电容(MLCC)或钽电解电容作输出电容的效果也不错,其价位要比高分子聚合物固态电解质电容要低得多。

3 采用与产品系统的频率同步

    为减小输出噪声,电源的开关频率应与系统中的频率同步,即开关电源采用外同步输入系统的频率,使开关的频率与系统的频率相同。

4 避免多个模块电源之间相互干扰

    在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近,则可能相互干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离,减少其相互影响的干扰。

    例如,用两个K7805-500开关型模块组成±5V输出电源时,若两个模块靠的很近,输出电容C4、C2未采用低ESR电容,且焊接处离输出端较远,则有可能输出的纹波和噪声电压受到相互干扰而增加,如图20所示。

    如果在同一块PCB上有能产生噪声干扰的电路,则在设计PCB时要采取相似的措施以减少干扰电路对开关电源的相互干扰影响。

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    上图20 K7805-500并联。

5 增加LC滤波器

    为减小模块电源的纹波和噪声,可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器,如图21所示。图21左图是单输出,图21右图是双输出。

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    上图21 在DC/DC模块中加入LC滤波器。

    在表1及表2中列出1W DC/DC模块的VIN端和VOUT端在不同输出电压时的电容值。要注意的是,电容量不能过大而造起动问题,LC的谐振频率必须与开关频率要错开以避免相互干扰,L采用μH极的,其直流电阻要低,以免影响输出电压精度。

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6 增加LDO

    在开关电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器(LDO)能大幅度地降低输出噪声,以满足对噪声特别有要求的电路需要(见图22),输出噪声可达μV级。

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    上图22 在电源中加入LDO。

    由于LDO的压差(输入与输出电压的差值)仅几百mV,则在开关电源的输出略高于LDO几百mV就可以输出标准电压了,并且其损耗也不大。

7 增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器

    有源EMI滤波器可在150kHz~30MHz间衰减共模和差模噪声,并且对衰减低频噪声特别有效。在250kHz时,可衰减60dB共模噪声及80dB差模噪声,在满载时效率可达99%。

    输出纹波衰减器可在1~500kHz范围内减低电源输出纹波和噪声30dB以上,并且能改善动态响应及减小输出电容。



二、STM32通过PWM控制电机速度

做STM32智能小车的实验中会用到定时器PWM输出,来改变直流电机的转速。分享本文了解如何通过PWM实现对电机速度的控制。

PWM控制电机速度的基本原理

    PWM(Pulse Width Modulation),也就是脉冲宽度调制。

    PWM中有一个比较重要的概念,占空比:是一个脉冲周期内有效电平在整个周期所占的比例。

    为了实现IO口上电压的持续性变化,可以调节PWM的占空比。这也能够使外设的功率进行持续性变化,最终控制直流电机转速的快慢。如何调节PWM波形的输出就是重点。相关推荐:STM32中PWM的配置与应用详解

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   上图中的ARR是我们给定时器的一个预装载值,CCRx的上下变化是产生PWM波的关键。我们假设ARR大于CCRx的部分输出为高电平(即t1-t2、t3-t4、t5-t6),ARR小于CCRx的部分输出为低电平(即0-t1、t2-t3、t4-t5),则改变CCRx的值就能改变输出PWM的占空比。因此,想要控制PWM的输出波形,重要的就是如何设置ARR与CCRx这两个寄存器的值了。

STM32定时器中断

    为了便于理解接下来关于PWM应用的内容,先插一段定时器中断的知识。

    产生定时中断是定时器的用法之一,与定时器用来进行PWM输出和输入捕获相比,定时器中断更容易理解、掌握。
原理简介
    使用通用定时器进行中断的原理,其实和开发板Systick定时器进行中断延时很相似(Stm32入门——Systick定时器),即:用psc(预分频系数)设置好定时器时钟后,arr(预装载值)在每个时钟周期内减1,当arr减为0时触发中断然后进入中断处理程序进行中断处理。以下代码为例:

void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
{
  RCC->APB1ENR|=1<<1;  //TIM3时钟使能    
   TIM3->ARR=arr;    //设定计数器自动重装值 
  TIM3->PSC=psc;    //预分频器设置
  TIM3->DIER|=1<<0;   //允许更新中断        
  TIM3->CR1|=0x01;    //使能定时器3
    MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//抢占1,子优先级3,组2                   
}
RCC->APB1ENR|=1<<1

    解释一下上面这行代码,由于定时器3(TIM3)是挂在APB1上的外设,所以要打开APB1,这里的预分频器值psc是来设置TIM3的时钟频率的,如果系统时钟(SYSTICK)频率为72MHz、psc为7199,则TIM3的时钟频率就为:

72MHz/(7199+1)Hz = 10KHz    //这里的“+1”是手册中规定的。

    10KHz是什 么意思呢?就是一秒钟会产生10K个周期,那么一个周期的时间长度就是1/10KHz,如果你想将定时器中断的时间间隔设置为0.5秒,那么你将arr设置为5000即可,因为arr每减1就需要一个周期的时间,减5000次就经过了5000*(1/10KHz)=0.5秒。

TIM3->DIER|=1<<0

    再解释下上面这一行,设置允许更新中断,即arr减到0以后可以触发更新中断,还有其他类型的中断。

MY_NVIC_Init(1,3,TIM3_IRQn,2);//抢占1,子优先级3,组2

    看上面这行代码,中断优先级有抢占优先级和响应(即子优先级)优先级两种,抢占优先级即:若程序1正在使用CPU,这时如果程序2要求使用CPU,并且程序2的抢占优先级高,则CPU被程序2抢占;若两者抢占优先级相同,则就算程序2的响应优先级高于程序1,CPU也不能被抢占;若程序1正在使用CPU,程序2和程序3的抢占优先级等于或低于程序1,且程序2的响应优先级高于程序三,则待CPU空出后,程序2先运行,程序3最后运行。TIM3_IRQn是指定将要运行的中断处理程序号。“组2”是设置中断优先级分组的,这是因为寄存器提供了四位来设置优先级,组2代表的是前两位给抢占优先级,后两位给响应优先级。

PWM模式、有效电平

    前面介绍完中断,再说一下PWM工作原理。相关文章:浅析PWM控制电机转速的原理

    假设上图中ARR大于CCRx时输出为高电平,ARR小于CCRx时输出为低电平,但在实际运用中可能并非如此,有可能是相反的情况——ARR大于CCRx时输出为低电平,ARR小于CCRx时输出为高电平,至于到底是哪种情况,还要看PWM是哪种模式、有效电平又设置的是何种极性了。

  • 模式1:ARR小于CCRx时输出为“有效”电平,ARR大于CCRx时输出为“无效”电平。
  • 模式2:ARR小于CCRx时输出为“无效”电平,ARR大于CCRx时输出为“有效”电平。

    这里说的是“有效”和“无效”,而不是“高”和“低”,也就是说有效电平可高可低,并非一定就是高电平。PWM模式、效电平极性,需要程序员自己配置相关的寄存器来实现。通过下面的代码来讲解。

TIM1_PWM_Init(899,0);//不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz

    上一小节讲过关于定时器参数的设置。使用定时器1的通道1来输出一路PWM波,这里的899设置的就是ARR的值,至于那个0是用来设置TIM1的频率的,不分频就代表TIM1的时钟频率和系统时钟相同,这里假设为72MHz。

void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{                
//此部分需手动修改IO口设置
  RCC->APB2ENR|=1<<11;   //TIM1时钟使能    
  GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;  //PA8清除之前的设置
  GPIOA->CRH|=0X0000000B;  //复用功能输出 


  TIM1->ARR=arr;      //设定计数器自动重装值 
  TIM1->PSC=psc;      //预分频器设置


  TIM1->CCMR1|=7<<4;    //CH1 PWM2模式     
  TIM1->CCMR1|=1<<3;     //CH1预装载使能   
   TIM1->CCER|=0<<1;     //OC1 输出使能     
//TIM1->CCER|=1<<1;


  TIM1->BDTR|=1<<15;     //MOE 主输出使能     


  TIM1->CR1=0x0080;     //ARPE使能 
  TIM1->CR1|=0x01;      //使能定时器1                       
}

    下文具体分析上面的代码。

    前面4-6行是用来配置GPIO口的。

TIM1->ARR=arr; //设定计数器自动重装值
TIM1->PSC=psc; //预分频器设置

    这两行就是我上门提到的设置定时器的频率和重装载值。

TIM1->CCMR1|=7<<4; //CH1 PWM2模式
TIM1->CCMR1|=1<<3; //CH1预装载使能
TIM1->CCER|=0<<1; //OC1 输出使能

    这三行是用来设置PWM输出模式和设置通道的,通道是什么呢?简单地讲就是输出PWM波的GPIO口,代码一开始不是设置了PA8这个GPIO口嘛,这个PA8就是通道1。使用通道的话要先进行输入输出方向、通道使能的设置。

TIM1->CCER|=1<<1;

    这行代码是用来设置“有效电平”极性的,根据手册,当TIM1->CCER[1]这位置1时,有效电平为低电平,置0时有效电平为高电平,而默认情况下置0。

TIM1->BDTR|=1<<15; //MOE 主输出使能

    这行代码只要对高级定时器进行设置,普通定时器无需设置。

TIM1->CR1=0x0080; //ARPE使能

    这行代码是用来使能ARPE,ARPE是什么呢,就是当它被置1时,你自己设置的CCRx会立即生效,如果它被置为0,那么你自己设置的CCRx值不会立即生效(可能之前ARPE已经有值了),而是当之前设置的CCRx生效后才会使用你最新设置的CCRx值。

上面的代码里没有对CCRx进行设置,这是因为CCRx常常是一个变化的值,你可以在主函数中用一个for循环+if判断语句对它进行++或–的操作,从而达到连续改变CCRx值得目的,例如:

for(i=0;i<300;i++){
  TIM1->CCR1=i;
if(i==300){
    i=0;
  }
}

    PWM波的周期是由定时器时钟频率和预装载值两者决定的,预装载值就是ARR。

    预装载值PSC设置为899,那么,当定时器的当前值val从0增加到899时,一共经过了900个时钟周期,这900个时钟周期会产生一个PWM波形,也就是说900个定时器时钟周期才相当于一个PWM周期,那么PWM的频率就为72MHz/900=80KHz,周期为1/80KHz。



三、基础模块电路

下面的五副电路图,你能看懂几个?



51c嵌入式~合集1_开关电源_26

TDA2030电路图



51c嵌入式~合集1_开关电源_27

34063电路图



51c嵌入式~合集1_双绞线_28

555电路






51c嵌入式~合集1_双绞线_29

TDA2030电路图



51c嵌入式~合集1_开关电源_30

三极管分立元件电路


51c嵌入式~合集1_双绞线_31



以上这些电路图,如果能够看懂,那就已经入门电子设计了。如果还没看懂,接下来,开始学习这些基础模块电路。



01.电源电路

直流稳压电源是电子设备的能源电路,关系到整个电路设计的稳定性和可靠性,是电路设计中非常关键的一个环节。本节重点介绍三端固定式(正、负压)集成稳压器、三端可调式(正、负压)集成稳压器以及 DC-DC 电路等组成的典型电路设计,相关视频推荐:老外教你DC-DC,做一个开关电源



51c嵌入式~合集1_开关电源_32

电源处理框图


整流电路的作用是将交流电压 U1变换成脉动的直流 U2,它主要有半波整流、全波整流方式,可以由整流二极管构成整流桥堆来执行,常见的整流二极管有 IN4007、 IN5148 等,桥堆有 RS210 等。滤波电路作用是将脉动直流 U2滤除纹波,变成纹波小的 U3,常见的电路2有 RC 滤波、 KL 滤波、∏型滤波等,常用的选 RC 滤波电路。



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集中整流形式


实际应用电路中,芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外,通常还需在芯片引出脚根部接小容量( 0.1µF~10µF)电容 Ci、 Co 到地。Ci 用于抑制芯片自激振荡, Co 用于压窄芯片的高频带宽,减小高频噪声。Ci 和 Co 的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异。



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78 系列三端稳压器基本应用电路



02.运算放大器电路

运算放大器一般可分为通用型、精密型、低噪声型、高速型、低电压低功率型、单电源型等几种,相关视频推荐:看懂运算放大器原理。表示运算放大器性能的参数有:单/双电源工作电压、电源电流、输入失调电压、输入失调电流、输入电阻、转换速率、差模输入电阻、失调电流温漂、输入偏置电流、偏置电流温漂、差模电压增益、共模电压增益、单位增益带宽、电源电压抑制、差模输入电压范围、共模输入电压范围、输入噪声电压、输入噪声电流、失调电压温漂、建立时间、长时间漂移等。



51c嵌入式~合集1_开关电源_35

同相输入比例运算电路



51c嵌入式~合集1_同轴电缆_36

反相输入比例求和电路



51c嵌入式~合集1_同轴电缆_37

差动放大电路



03.信号产生电路

在各种电子设计制作过程中,需要产生各种波形,如矩形波,正弦波,三角波,单脉冲波等。产生的方法主要利用运算放大器或专用模拟集成电路,配以少量的外接元件可以构成各种类型的信号发生器。



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分立模拟电路构成矩形波产生电路



51c嵌入式~合集1_同轴电缆_39

自激式的等效电感振荡器



04.信号处理电路

信号处理电路主要利用集成运算放大器或专用模拟集成电路, 配以少量的外接元件可以构成各种功能的处理电路。主要功能有信号放大、信号滤波、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流/电压转换、电压/频率转换等。



51c嵌入式~合集1_开关电源_40

运放组成的有源低通滤波器



51c嵌入式~合集1_双绞线_41

声音报警电路



05.传感器及其应用电路

传感器是能感受(或响应)规定的被测物理量,并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子电路所组成。

51c嵌入式~合集1_双绞线_42

霍尔传感器基本应用



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光电检测电路



06.显示电路

LED( Light Emitting Diode 发光二极管)显示器是由发光二极管构成的最为常用的显示器件。数字 LED 显示器利用7个发光二极管显示数字,通常被称为七段 LED 显示器、或者数码管。另外, 数码管中还有一个圆点型发光二极管, 用于显示小数点。



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LED显示器内部结构


LCD现实原理,在外加电场的作用下, 液晶显示器件的具有偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化,使得通过液晶显示器件的光被调制,从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。下面介绍 FPGA 驱动点阵字符型液晶显示模块(MDLS)的方法与程序。



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液晶显示模块电路方框图



四、EMI、EMS以及EMC的区别

电子产品的电磁辐射问题越来越受到关注,相信大多数都对于EMC(电磁兼容性)这个名词也不陌生,因为要获得我国的3C认证就必须通过专业机构的EMC测试。但是,在各种媒体报道和产品宣传当中,与之类似的EMI、EMS等专业名词也常常出现在大家面前,它们似乎都与防辐射(电磁辐射)有关,让人不明就里。那么,它们究竟有什么异同呢?

EMI——攻击力

    EMI(Electro Magnetic Interference)直译是“电磁干扰”,是指电子设备(干扰源)通过电磁波对其他电子设备产生干扰的现象。例如当我们看电视的时候,旁边有人使用电吹风或电剃须刀之类的家用电器,电视屏幕上会出现的雪花噪点;电饭锅煮不熟米饭;关闭了的空调会自行启动……这些都是常见的电磁干扰现象。

    更为严重的是,如果电磁干扰信号妨碍了正在监视病情的医疗电子设备或正在飞行的飞机,则会造成不堪设想的后果。从这些例子来看,就好像是电子设备具有无形的“攻击力”,对其他电子设备的正常运行造成了扰乱和破坏。

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    电源的一二级EMI滤波电路,是为降低电源的电磁传导干扰而设计的。

    从“攻击”方式上看,EMI主要有两种类型:传导干扰和辐射干扰。电磁传导干扰是指干扰源通过导电介质(例如电线)把自身电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。

    最常见的例子是我们电脑中的电源会对家里的用电网络产生影响,在电脑开机的同时家里的电灯可能会变暗,这在使用杂牌劣质电源的电脑上表现得更为明显。而在当今电源的内部结构中,一二级EMI滤波电路是必不可少的,这里的“EMI”针对的就是电磁传导干扰,以防止电源工作时对外界产生太大的影响。

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    机箱上的EMI触点,是为降低屏蔽机箱内部的电磁辐射干扰而设计的。

    电磁辐射干扰往往被我们简称为电磁辐射,它是指干扰源通过空间把自身电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络,就像是武侠小说中的“隔空打物”。由于人体生命活动包含一系列的生物电活动,这些生物电对环境的电磁波非常敏感,因此过量的电磁辐射可以对人体造成影响和损害。人们常常担忧的“辐射”也就是指这部分电磁辐射干扰。应用机箱上的种种防辐射设计,例如EMI弹片、EMI触点,这里“EMI”针对的就是电磁辐射干扰,以减小机箱内电磁波传播到外部的量。

EMS——防御力

    有矛就有盾,有电磁干扰就有抗电磁干扰。下面请出我们的第二位主角EMS。EMS(Electro Magnetic Susceptibility)直译是“电磁敏感度”,是指由于电子设备受到外界的电磁能量,造成自身性能下降的容易程度。例如同样受到电吹风或电剃须刀的干扰,有些电视机的屏幕上出现了雪花噪点,有些电视机却安然无恙。这表明在受到电磁干扰“攻击”的情况下,前者的电磁敏感度较高,更易受伤,也就是“防御力”较低;而后者的电磁敏感度较低,不易受伤,即“防御力”较高。

    电视画面雪花严重,受其它电子设备干扰是一大因素。

EMC——综合攻防能力

    有了矛,也有了盾,最后就用它俩一起来武装我们的第三位主角EMC。

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    EMC测试中使用电磁兼容实验室,可进行电磁辐射干扰测试:解决EMC问题的一些经验

    EMC(Electro Magnetic Compatibility)直译是“电磁兼容性”,是指电子设备所产生的电磁能量既不对其他电子设备产生干扰,也不受其他电子设备的电磁能量干扰的能力。因此,EMC包括EMI和EMS两个方面的要求:一方面要求电子设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值,即EMI;另一方面要求电子设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗干扰能力,即EMS。

    具体在对电子设备进行EMC测试时,相关标准规定了EMI的最大值,以及EMS的最小值,就犹如限制“攻击力”在较低水平、要求“防御力”在较高水平。这也很好理解,就像我们养一条看门狗,你不希望它主动跑出门去乱咬人,但你要求它在敌人来犯时要扛得住。

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3C认证包含EMC标准

    现在大家知道了,好的电子设备应该是一个“低攻高防”的角色,既对外界产生的干扰小,又能很好地抵抗来自外界的干扰。

    那么如何选购这样的产品呢?其实国家法规已经为我们做好了准备。自1996年开始,欧共体就对其统一市场作出了规定:任何没有“CE”认证标记的电气和电子设备不得进入欧共体市场。我国政府也已作出规定,自2003年8月1日起,任何没有“CCC”(即3C)认证标志的电气和电子设备不得进入中国市场。而CE认证和3C认证均包含了对EMC的要求。因此,大家在购买电子产品时,只要看它的外壳或包装上有没有“CE”和“CCC”标志,就可以知道它是否具有符合国家规定的低干扰(包括低辐射)、高抗干扰的特性。


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