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大咖问答01期:模电大神教你玩转模拟电路设计

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发表于 2020-3-1 16:03:35 |显示全部楼层
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目前随着物联网,工业4.0,5G等快速发展,硬件工程师作为所有行业的底层的基础创造者的需求越来越大。而对模拟电路设计的需求和要求也越来越高,很多人虽然做过很多项目,但还是不得其门而入,懵懵懂懂。本次系列问答正是基于这些模电基础和痛点让大家由浅入深对模拟电路设计知其然知其所以然,同时会结合实际电路一一阐明告诉大家在进行模拟电路设计过程中会遇到哪些坑,应该遵循哪些规则,应该使用什么样的套路,最后让大家不再谈“模”而色变。


有幸邀请到本期大咖嘉宾刘建清老师@juventus129,参与电路城论坛第一期大咖问答(3月 2日 ~ 3月 9日)。

大咖问答02期:对话大神,剖析物联网技术开发常见问题       
大咖问答03期:从0到1,大咖解答智能飞控产品设计思路       


大咖个人简介:
中国电子学会会员,单片机研发工程师。常年工作在电子产品开发与培训一线,独立和合作研制了51单片机开发板、GSM远程控制开发板、智能控制小车、串口测温装置、有载调压分接开关控制器等智能产品,深受大学生和用户好评。根据经验和体会,书写电子科技图书几十部,内容涉及电子元器件、电路基础、模拟电路、数字电路、单片机C语言、电路设计与仿真等。先后在《电子报》《无线电》《家电维修》等多家杂志、报刊发表论文50余篇。

本期问答内容:
  • 二极管、三极管、场效应管等电子元器件的功能和在基本电路中的作用;
  • 集成电路、正弦波振荡电路、电源电路、功率放大电路的作用;
  • 模拟电路设计与应用经常出现的问题;
  • 模拟电路设计实际案例分析及其设计小窍门;
  • Edison仿真软件实操;

或者有其他相关模拟电路方面的问题,也欢迎大家积极提问,大咖嘉宾会尽快给予回答。


本期大咖问答人民邮电出版社赞助5本图书,将在问答结束后随机挑选5名参与人赠予《从零开始学模拟》一书:

下面欢迎大家就模拟电路应用方面的问题向 @juventus129 ,请直接在本主题贴底下回帖提问。

书籍简介:
本书不涉及高深的难懂的数学方面的公式和难懂的理论,简单化和通俗化的讲解适合零基础的初学者。本书讲解了二极管、三极管、场效应管等电子元器件的功能和在基本电路中的作用;分析了集成电路、正弦波振荡电路、电源电路、功率放大电路的作用。讲解的内容辅以相应的电路图,重点内容用醒目的字体进行了提示。此外,本书中介绍的Edison仿真软件实验更接近实际操作效果。
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获奖名单公布:http://www.cirmall.com/bbs/thread-166764-1-1.html
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muchen123  给大佬点赞  发表于 2020-3-3 17:39
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2020-3-3 17:07:53 |显示全部楼层
    starklj 发表于 2020-3-2 18:20
    摸拟电源和数字电源在pcb布线需要注意些什么,谢谢
    微信图片_20200303170530.jpg

    模拟部分及数字部分单点连接(如上图所示),桥接处采用0欧电阻或小电感(磁珠亦可)。
    现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高,模拟电路的敏感度强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。
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    发表于 2020-3-4 17:33:25 |显示全部楼层
    smiling 发表于 2020-3-2 18:41
    在一般的模拟数字混合电路中,如何选择磁珠去避免数字部分对模拟部分的干扰 ...

    磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频 RF能 量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用贴片磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过, 而滤除交流信号。
    磁珠主要用于EMI差模噪声抑制,他的直流阻抗很小,在高频下却有较高阻抗,一般说的600R是指100MHZ测试频率下的阻抗值。选择磁珠应考虑两方面:一是电路中噪声干扰的情况,二是需要通过的电流大小。要大概了解噪声的频率、强度,不同的磁珠的频率阻抗曲线是不同的,要选在噪声中心频率磁珠阻抗较高的那种。噪声干扰大的要选阻抗高点的,但并不是阻抗越高越好,因为阻抗越高对有用信号的衰减也越大。但一般也没有很明确的计算和选择的标准,主要看实际使用的效果,120R-600R之间都很常用。然后要看通过电流大小,如果用在电源线部分则要选额定电流较大的型号,用在信号线部分则一般额定电流要求不高。另外磁珠一般是阻抗越大额定电流越小。磁珠的选择要根据实际情况来进行。
    在此说一下磁珠与电感的区别,或者说是它们不同的应用区域吧。我们都知道它们只是频率特性不同而已。磁珠在各种不同的频率电路中,应用范围要比电感广泛一点。电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件,电感多用于电源滤波回路,侧重于抑止传导性干扰,磁珠多用于信号回路,只要用于EMI方面,用来吸收超高频信号,像一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种储能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。
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    发表于 2020-3-4 17:47:10 |显示全部楼层
    yymcu 发表于 2020-3-3 09:15
    是围绕MCU前后向通道讲的那种工程化风格么,还是沿用传统的学院派讲法?

    您好,我不明白问的什么意思,请再清楚描述一下您的问题。
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    发表于 2020-3-4 18:06:55 |显示全部楼层
    ljoson 发表于 2020-3-3 11:33
    电源充放电管理在pcb设计中需要注意什么?

    (1)首先是要有合理的走向:
    如输入/输出,交流/直流,强/弱信号,高频/低频,高压/低压等。..。它们的走向应该是呈线形的(或分离),不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线,但一般不易实现,最不利的走向是环形。
    (2)合理布置电源滤波/退耦电容。一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处。其实这些电容是为开关器件(门电路)或其它需要滤波/退耦的部件而设置的,布置这些电容就应尽量靠近这些元部件,离得太远就没有作用了。
    (3)线条有讲究,线径有要求,埋孔通孔大小适当。有条件做宽的线决不做细;高压及高频线应园滑,不得有尖锐的倒角,拐弯也不得采用直角。地线应尽量宽,最好使用大面积敷铜,这对接地点问题有相当大的改善。
    (4)过线孔太多,沉铜工艺稍有不慎就会埋下隐患。所以,设计中应尽量减少过线孔。
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    发表于 2020-3-4 18:09:01 |显示全部楼层
    zcp6 发表于 2020-3-3 13:58
    模电放大电路中的计算与理论有一定的差别  因素较多  有更好的设计方法吗     pcb走线 芯片与晶振的位置有 ...

    先理论计算,再实践实验进行校正。缩短晶振走线长度,避免时钟信号受到其他信号的干扰.但是晶振容易受到温度的影响发生频偏,所以布局时,要综合考虑,过紧容易受到芯片温度影响。
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    发表于 2020-3-4 18:10:30 |显示全部楼层
    SquallBest 发表于 2020-3-3 17:21
    请问,在数模转换中,运放电路需要注意什么?还有,如何提高MCU片上ADC采样精度?例如外置电压参考芯片? ...

    因为DAC的输出信号中夹杂有很多高频成份,刚刚转换出来的信号不能直接用于功率输出,否则过多的高频信号会使功率管很快发热,并且增加耗电。后边接的这个运算放大器一般都是构成了一个LPF电路,也就是个有源的低通滤波器,这样就可以去除掉高频信号,提高有用信号的信噪比,减小无用功耗。
    提高MCU片上ADC采样精度的方法有以下几种:
    (1)参考电压/电源噪声最小化。也就是在VREF和VDDA引脚连接外部去耦电容。
    (2)模拟输入信号噪声消除。通过添加外部RC滤波器以消除高频。
    (3)温度影响补偿。使用内部温度传感器和ADC看门狗,以在温度变化达到给定值时重新校准ADC。
    (4)优化PCB布局。将模拟和数字布局分开。隔离模拟和数字电路电源。对供电和接地使用单独的PCB层。
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    发表于 2020-3-4 18:12:11 |显示全部楼层
    zhaocheng001 发表于 2020-3-3 17:34
    能说说电源反馈回路积分电路的具体作用吗?

    将输出的脉冲交流转换为直接电压,反馈到前级,再进而控制输出电压的稳定。
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    发表于 2020-3-4 18:13:41 |显示全部楼层
    muchen123 发表于 2020-3-3 17:37
    想入门,不知从哪开始

    先学习电子元器件基本知识,电路基础,再依次学习模拟电路、数字电路和单片机。
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    发表于 2020-3-6 15:16:03 |显示全部楼层
    没有芥末的生鱼片 发表于 2020-3-5 16:06
    相比数字电路,为何模拟电路没有时钟,也没有时序这个概念呢

    用以传递、加工和处理模拟信号的电路称为模拟电路。由于模拟信号的连续特性,所以处理模拟电路一般不需要时钟和时序,但不是所有的模拟电路都不需要时钟,比如,石英晶体振荡电路,就需要外接时钟。
    数字电路就是用于传递、加工和处理数字信号的电路,时钟对数字电路非常重要,没有时钟数字电路无法工作,时钟在数字电路中起到同步的作用。
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    发表于 2020-3-6 15:17:44 |显示全部楼层
    wywywy 发表于 2020-3-5 14:57
    如何学习模拟电路和电路分析?

    学习模拟电路前,应具体电子元器件和电路分析等基本知识,然后再选一本模拟电路的教材进行学习即可。
    从零开始学模拟电路一书主要介绍了模拟电路相关知识,包括:二极管电路、三极管放大电路、场效应管放大电路、功率放大电路、集成运算放大电路、电源电路、正弦波振荡电路和高频电路。这是一本适合初学者入门 的书,涉及计算较少,如果您立志进行电路设计,还需要参考其他教材,深入进行学习。
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    发表于 2020-3-6 15:19:25 |显示全部楼层
    wuwei_3009084 发表于 2020-3-5 15:07
    现在大一,想自学模拟电路和数字电路,我需要有哪些基础?

    自觉模拟电路前,应具体电子元器件和电路分析等基本知识,学好模拟电路后,就可以学习数字电路了。如果您想进入趣味的电子世界,下一步就可以学习单片机及C语言了。
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    发表于 2020-3-9 11:19:11 |显示全部楼层
    heibei123 发表于 2020-3-7 14:17
    老师你好能帮忙看下图中的电路的区别吗,图二和图一对比少了个电容对时序是什么影响,图三对比图二,把电阻 ...

    R5上并联的电容C42的作用是:加速场效应电子电力开关的开通和截止,提高开关频率,减小管子损耗,不使管子的温升过高。
    Q4为开关三极管,R6起限流作用,一般不宜取消。
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    发表于 2020-3-9 11:21:33 |显示全部楼层
    xwl3190217171 发表于 2020-3-6 16:40
    做嵌入式硬件工程师,要会画板子,要会模电,要会计算吗

    做嵌入式硬件工程师需要掌握以下知识:
    (1)电路基本知识,包括模拟和数字电路;
    (2)熟练运用设计工具,设计原理图、PCB板的能力;
    (3)熟练运用单片机(包括51、PIC、AVR、或ARM至少精通一种)、DSP、CPLD或FPGA等进行软硬件开发调试的能力;
    (4)熟练运用仿真工具、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等调测硬件的能力。
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    发表于 2020-3-9 11:22:49 |显示全部楼层
    laoliu_3002712 发表于 2020-3-6 15:31
    如何使用FPGA和最少的模拟电路产生电源?

    使用FPGA来设计电源是大材小用,但是如果FPGA还剩下一部分没用着,可以执行一些有用的功能,如作用开关信号,驱动负载电路产生电源。具体设计方法可参考相关书籍。
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    发表于 2020-3-9 17:12:50 |显示全部楼层
    juventus129 发表于 2020-3-9 11:19
    R5上并联的电容C42的作用是:加速场效应电子电力开关的开通和截止,提高开关频率,减小管子损耗,不使管 ...

    老师不对吧,在Q9不导通的情况下G S都为高电平,在Q4导通的情况下,由于电容两端电压不能突变,这样不是延缓了导通截止了,怎么是加快。如果去掉电容,Q9是可以马上导通的,有个电容感觉还延时导通了
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    发表于 2020-3-10 11:26:10 |显示全部楼层
    heibei123 发表于 2020-3-9 17:12
    老师不对吧,在Q9不导通的情况下G S都为高电平,在Q4导通的情况下,由于电容两端电压不能突变,这样不是 ...

    这是并联电容的具体工作过程。
    (1) 控制脉冲低电平时,电路达到稳态时,场效应管截至,电容两端电压为零。
    (2) 控制脉冲高电平到来时,由于电容电压不能突变,电容需继续保持零,这样,场效应管g电压突变到高电平,使场效应管迅速导通;电容被充电到脉冲电平电压;进入到稳态,电容电压为脉冲电平电压。
    (3) 此后,当控制脉冲低电平到来时,由于电容电压不能突变,需继续保持脉冲电平电压,因此,g电压从零跳变到负的脉冲电平电压,时得场效应管迅速从饱和状态转到截至状态;此后,电容通过R放电,达到稳态时,两端电压为零。
    (4)然后,重复以上过程。
    上面说的是加速电容的作用,加速电容和电阻并联在一起,串在输入信号之中,起到加速的作用,根据电路l图分析,C42不是加速电容,而是一个滤波电容,一般起抗干扰作用。
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    发表于 2020-3-12 17:19:32 |显示全部楼层
    tingting_300902 发表于 2020-3-6 13:42
    在一个板卡上,有模拟电路,也有数字电路。模拟数字地单点连接,模拟部分加了屏蔽罩,请问这个屏蔽罩接模拟 ...

    模拟地,模拟部分单独接地,数字部分单独接地,最后在统一接到电源地上。这样可防止地信号的相互串扰而影响某些敏感元件,因为数字元件对干扰的容忍度要强于模拟元件,而数字地上的噪声一般比较大,所以将它们的地分开,就可以降低这种影响了。
    这是一般接线图。
    微信图片_20200312171652.jpg
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    发表于 2020-3-2 18:20:06 来自手机 |显示全部楼层
    摸拟电源和数字电源在pcb布线需要注意些什么,谢谢
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    在一般的模拟数字混合电路中,如何选择磁珠去避免数字部分对模拟部分的干扰
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    [LV.1]初来乍到

    发表于 2020-3-3 11:33:06 来自手机 |显示全部楼层
    电源充放电管理在pcb设计中需要注意什么?
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    发表于 2020-3-3 13:58:13 来自手机 |显示全部楼层
    模电放大电路中的计算与理论有一定的差别  因素较多  有更好的设计方法吗     pcb走线 芯片与晶振的位置有要求吗
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    发表于 2020-3-3 17:21:14 |显示全部楼层
    请问,在数模转换中,运放电路需要注意什么?还有,如何提高MCU片上ADC采样精度?例如外置电压参考芯片?
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    发表于 2020-3-3 17:34:02 来自手机 |显示全部楼层
    能说说电源反馈回路积分电路的具体作用吗?
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    发表于 2020-3-3 17:37:58 |显示全部楼层
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