1、模擬采集設(shè)計專題模擬采集設(shè)計專題任勇峰上午4時53分1時間：時間：7-107-10周周 第第9 9節(jié)節(jié) (19:00-19:45)(19:00-19:45) 第第1010節(jié)節(jié) (19:55-20:40)(19:55-20:40) 第第1111節(jié)節(jié) (20:50-21:35)(20:50-21:35)地點：本部教學西區(qū)地點：本部教學西區(qū)15604H15604H上午4時53分2【1】低電平信號采集傳感器低電平信號采集傳感器.pdf【2】放大器初步放大器初步(楊建國楊建國).pdf（全部閱讀和理解）（全部閱讀和理解）【3】采集原理圖采集原理圖.pdf （全部閱讀和理解）（全部閱讀和理解）【4】數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

2、換：簡化難題數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：簡化難題.pdf【5】High_Speed_Design.pdf【6】ADI放大器應(yīng)用筆記放大器應(yīng)用筆記-第一冊第一冊.pdf【7】ADI技術(shù)指南電路仿真和技術(shù)指南電路仿真和PCB設(shè)計設(shè)計.pdf【8】你好放大器（楊建國）你好放大器（楊建國）.pdf （寫的不錯，請認真閱讀）（寫的不錯，請認真閱讀）【9】運算放大器術(shù)語表以及放大器設(shè)計和工藝技術(shù)運算放大器術(shù)語表以及放大器設(shè)計和工藝技術(shù).pdf【10】運算放大器使用指南運算放大器使用指南（寫的一般，學習英語寫的一般，學習英語）上午4時53分3上午4時53分4上午4時53分5讓人魂牽夢繞的東西，都具備三個特點：有難度、能實現(xiàn)、

3、你喜歡。讓人魂牽夢繞的東西，都具備三個特點：有難度、能實現(xiàn)、你喜歡。下棋、足球、打游戲下棋、足球、打游戲追你心儀的對象，但凡你能說得出來的，基本都如追你心儀的對象，但凡你能說得出來的，基本都如此。此。趁著年輕，為自己找個興趣所在吧，最好，它還能養(yǎng)家糊口。趁著年輕，為自己找個興趣所在吧，最好，它還能養(yǎng)家糊口。放大器，就具備前兩個特點。這本書，只想讓你喜歡它。放大器，就具備前兩個特點。這本書，只想讓你喜歡它。而現(xiàn)在，你拿起這本書的時候，可能是種類繁多、秉性迥異，但青春而現(xiàn)在，你拿起這本書的時候，可能是種類繁多、秉性迥異，但青春健朗、招人憐愛的放大器，第一次，如此端莊地站在你的面前，笑容可掬。健朗、

4、招人憐愛的放大器，第一次，如此端莊地站在你的面前，笑容可掬。好吧好吧很高興認識你。很高興認識你。你好，放大器。你好，放大器。上午4時53分6q大學四年本科結(jié)束時的疑惑：大學四年本科結(jié)束時的疑惑：會什么？能干什么？會什么？能干什么？q大學學習與工作要求之間的距離大學學習與工作要求之間的距離大學學習大學學習: :覆蓋面廣、針對性弱、多主干而少細節(jié)；考察覆蓋面廣、針對性弱、多主干而少細節(jié)；考察本課，本課，6060分合格，分合格，9090多多OKOK，9999分難得而罕見分難得而罕見工作：針對性強、專、講細節(jié)，講定量分析，工作：針對性強、專、講細節(jié)，講定量分析，99=099=0定律定律q課程的基礎(chǔ)課程

5、的基礎(chǔ)電子信息系統(tǒng)：模擬、數(shù)字、電源等電子信息系統(tǒng)：模擬、數(shù)字、電源等大學課程：大學物理（電學）、電路分析、模電、數(shù)電、大學課程：大學物理（電學）、電路分析、模電、數(shù)電、微機原理、單片機、微機原理、單片機、HDLHDL、儀用電子線路、傳感器等、儀用電子線路、傳感器等p課程的目的：學會活用學過的課程，學會看資料和自學課程的目的：學會活用學過的課程，學會看資料和自學p課程特點及安排：圍繞特定采集電路展開，邊上課，邊仿真課程特點及安排：圍繞特定采集電路展開，邊上課，邊仿真和實驗和實驗上午4時53分7社會很復(fù)雜，真假難辨，做廣告的社會很復(fù)雜，真假難辨，做廣告的“孫子孫子”太多；太多；陽奉陰違的太多！電

6、路也難嗎？陽奉陰違的太多！電路也難嗎？電路要簡單的多！電路要簡單的多！傅立葉變換的物理意義與傅立葉變換的物理意義與積化和差信號采集的關(guān)系積化和差信號采集的關(guān)系？數(shù)學與數(shù)學與模擬信號之間的關(guān)系模擬信號之間的關(guān)系活用知識，各科有機關(guān)聯(lián)活用知識，各科有機關(guān)聯(lián)分為各門課是教學需要，不是分為各門課是教學需要，不是上午4時53分8學會學會，廣泛閱讀，書中自有黃金屋，學無止境，廣泛閱讀，書中自有黃金屋，學無止境，活到老、學到老活到老、學到老學會和養(yǎng)成學會和養(yǎng)成學過的課程及知識學過的課程及知識學會和養(yǎng)成利用學會和養(yǎng)成利用資料，抄書，站在巨人的肩上資料，抄書，站在巨人的肩上學會和養(yǎng)成定量學會和養(yǎng)成定量不自以為是

7、，遵不自以為是，遵律，認真仔細閱讀律，認真仔細閱讀Data SheetData Sheet，不放過一丁點細節(jié)，盡量少制造麻煩不放過一丁點細節(jié)，盡量少制造麻煩 細節(jié)決定成敗，細節(jié)決定成敗，99=099=0 人生就是不停地制造麻煩和解決麻煩，學會盡量人生就是不停地制造麻煩和解決麻煩，學會盡量少制造麻煩，問題往往是自找的少制造麻煩，問題往往是自找的上午4時53分9上午4時53分10上午4時53分11上午4時53分12將信號放大到抗噪聲級別將信號放大到抗噪聲級別 降低源阻抗降低源阻抗 線性化（有時但并不總是）線性化（有時但并不總是） 濾波濾波 保護保護 上午4時53分13傳感器傳感器（輸入）（輸入）輸

8、入跟隨輸入跟隨調(diào)理調(diào)理（放大）（放大）濾波級濾波級模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字處數(shù)字處理器理器輸出驅(qū)動輸出驅(qū)動上午4時53分14阻抗匹配：阻抗匹配：如輸入如輸入 跟隨器跟隨器信號變換信號變換如如 電流轉(zhuǎn)電壓電流轉(zhuǎn)電壓 電荷轉(zhuǎn)電壓電荷轉(zhuǎn)電壓 雙轉(zhuǎn)單極性雙轉(zhuǎn)單極性 電壓衰減，電壓加減等電壓衰減，電壓加減等 電橋等電橋等電路保護電路保護如如過壓過壓過流過流防射頻干擾等防射頻干擾等上午4時53分15關(guān)于運算放大器的說明關(guān)于運算放大器的說明參考文獻參考文獻LM324LM324、LF347LF347、AD623AD623關(guān)注以下指標關(guān)注以下指標 電源范圍電源范圍 輸入電壓范圍輸入電壓范圍 輸出電壓范圍輸出電壓范圍

9、 增益帶寬、擺率等增益帶寬、擺率等要點要點仔細閱讀仔細閱讀data sheetdata sheet, ,錯常出于自以為是，想當然錯常出于自以為是，想當然書中自有黃金屋，多學習，成敗在于細節(jié)書中自有黃金屋，多學習，成敗在于細節(jié)上午4時53分16上午4時53分17Rail-to-rail input？Rail-to-Rail Output Swing？上午4時53分18上午4時53分19u當輸入超過電源電壓軌時，會出現(xiàn)瞬間的反向輸出當輸入超過電源電壓軌時，會出現(xiàn)瞬間的反向輸出 u現(xiàn)代技術(shù)現(xiàn)代技術(shù)基本基本克服了這種現(xiàn)象，新運放多數(shù)都標注：克服了這種現(xiàn)象，新運放多數(shù)都標注：No Phase Rever

10、sal ，但還要關(guān)注和分析但還要關(guān)注和分析上午4時53分20上午4時53分21u壓擺率壓擺率Slew RateSR 運放輸出所能達到的最大電壓變化速率，運放輸出所能達到的最大電壓變化速率，V/ s ,當當輸出信號試圖出現(xiàn)的變化速率大于運放的輸出信號試圖出現(xiàn)的變化速率大于運放的SR，輸出，輸出會出現(xiàn)三角波或者梯形波（失真）會出現(xiàn)三角波或者梯形波（失真）u壓擺率公式壓擺率公式 正弦波輸出，已知頻率正弦波輸出，已知頻率f，幅度，幅度A，則正弦波變化，則正弦波變化最快的過零點斜率最快的過零點斜率要想波形不失真，要想波形不失真，k必須小于必須小于SR ，即：即：上午4時53分22運算放運算放大器大器電源

11、電源范圍范圍V輸入阻輸入阻抗抗電容電容增益增益帶寬帶寬MHz擺擺率率V/s輸出輸出電壓電壓范圍范圍V工作工作溫度溫度C其它其它LM3243 30 1.515 低IB20nA10.3VCC-20 +70LM124/224溫度更寬滿幅輸入跟隨時達不到1MHzLF3473 30 1.5221TPfIB50pA48VCC1.50 +70LF147溫度更寬滿幅輸入跟隨時達不到4MHzAD824A3 30 1.51510T3.3pFIB2pA22Rail-to-Rail-40+85No Phase Reversal滿幅輸入跟隨時達不到2MHzAD623A3 12 1.562G0.80.3Rail-to-R

12、ail-40+85儀表放大器11000倍可設(shè)置上午4時53分23輸入阻抗高輸入阻抗高R21R21與與C1C1可以濾除高頻率的射頻干擾可以濾除高頻率的射頻干擾放大四倍放大四倍上午4時53分24輸入阻抗輸入阻抗10K10K，要求信號源阻抗遠小于要求信號源阻抗遠小于10K10KR1R1與與C2C2可以濾除高頻率的射頻干擾可以濾除高頻率的射頻干擾電壓衰減電壓衰減0.50.5倍倍，要求運算放大器穩(wěn)定要求運算放大器穩(wěn)定( (跟隨時跟隨時相位裕度大于相位裕度大于6060度）度）上午4時53分25輸入阻抗輸入阻抗20K20K，要求信號源阻抗遠小于要求信號源阻抗遠小于20K20KR36R36與與C3C3可以濾除

13、高頻率的射頻干擾可以濾除高頻率的射頻干擾電壓衰減電壓衰減-0.5-0.5倍倍，要求運算放大器穩(wěn)定要求運算放大器穩(wěn)定( (跟隨時跟隨時相位裕度大于相位裕度大于6060度）度）上午4時53分26輸入阻抗輸入阻抗3K3K，要求信號源阻抗遠小于要求信號源阻抗遠小于3K3K輸入信號偏置到輸入信號偏置到0V以上（加法器以上（加法器），偏置），偏置0.2VCC(1V)0.2VCC(1V)電壓放大電壓放大2倍倍上午4時53分27跟隨輸入阻抗高跟隨輸入阻抗高問題：輸入無保護、無射頻抗干擾問題：輸入無保護、無射頻抗干擾上午4時53分28輸入阻抗輸入阻抗2K2K，要求信號源阻抗遠小于要求信號源阻抗遠小于2K2K R

14、56R56與與C5C5、R57R57與與C6C6可以濾除高頻率的共模射頻干擾，可以濾除高頻率的共模射頻干擾，不足：應(yīng)該在不足：應(yīng)該在C5C5與與C6C6之間加之間加102102差模電容差模電容電壓相減并放大兩倍，電壓相減并放大兩倍，2 2 （T18-T19T18-T19）上午4時53分29高輸入阻抗，高共模抑制高輸入阻抗，高共模抑制 R58R58與與R59R59與與C7C7、C8C8、C60C60可以濾除高頻率的射頻干擾可以濾除高頻率的射頻干擾放大倍數(shù)范圍寬放大倍數(shù)范圍寬上午4時53分30高輸入阻抗，高共模抑制高輸入阻抗，高共模抑制 R60R60與與R61R61與與C10C10、C11C11、

15、C61C61可以濾除高頻率的射頻干擾可以濾除高頻率的射頻干擾放大倍數(shù)范圍寬，放大倍數(shù)范圍寬，上午4時53分31分析信號源阻抗在分析信號源阻抗在1 1到到100K100K變化時前述八種變化時前述八種電路的輸出響應(yīng)波形，完成分析報告電路的輸出響應(yīng)波形，完成分析報告仿真上述電路，完成仿真報告，并提出改進仿真上述電路，完成仿真報告，并提出改進措施措施根據(jù)仿真及改進措施實驗上述電路，完成實根據(jù)仿真及改進措施實驗上述電路，完成實驗報告驗報告提示：重點分析和觀察實際放大系數(shù)、擺率提示：重點分析和觀察實際放大系數(shù)、擺率【2 2，p100p100】、阻抗、增益帶寬積、失真、電源影響、懸空抗干擾等阻抗、增益帶寬積

16、、失真、電源影響、懸空抗干擾等上午4時53分32考慮因素考慮因素如如 增益帶寬積，如增益帶寬積，如LM324LM324單級放大倍數(shù)有限單級放大倍數(shù)有限 擺率，大幅度時頻率達不到帶寬擺率，大幅度時頻率達不到帶寬 電阻溫度系數(shù)與放大倍數(shù)的關(guān)系電阻溫度系數(shù)與放大倍數(shù)的關(guān)系 大電阻的噪聲大電阻的噪聲 過零失真，穩(wěn)定性過零失真，穩(wěn)定性常見調(diào)理內(nèi)容常見調(diào)理內(nèi)容 放大最為常見，也可能融入其他級（放大最為常見，也可能融入其他級（如輸入、如輸入、濾波、輸出級濾波、輸出級） 全波整流，平均值濾波全波整流，平均值濾波 檢波檢波上午4時53分33高通、低通、帶通、帶阻，需要考慮高通、低通、帶通、帶阻，需要考慮如如 擺

17、率擺率 輸出短路電流輸出短路電流 容性驅(qū)動能力容性驅(qū)動能力 輸出限幅輸出限幅相關(guān)知識相關(guān)知識 采樣定理與混疊干擾采樣定理與混疊干擾【4,p1923】【】【5,p125】 RCRC濾波器，濾波器，2 2階有源濾波器，高階濾波器階有源濾波器，高階濾波器上午4時53分34理想理想ADC 3種不同頻率采樣，采樣結(jié)果相同，采樣后信種不同頻率采樣，采樣結(jié)果相同，采樣后信息就會丟失甚至息就會丟失甚至且無中生有且無中生有0.5cos(0.5cos(f fs s-f)-f)上午4時53分35上午4時53分36即最高即最高有用頻率有用頻率為為fa的的信號以信號以fs 2fa的速率采樣的速率采樣，該信號可以無誤差，

18、該信號可以無誤差恢復(fù)，否則恢復(fù)，否則關(guān)于該信號的信息將會因為混疊而出錯。關(guān)于該信號的信息將會因為混疊而出錯。 只要只要fs 2fa是否不是否不會混疊會混疊還要進一步分析！還要進一步分析！采樣定理采樣定理知識知識【5,p125】pNyquist 帶寬外的任何頻率成分（信號或噪聲）都將因為帶寬外的任何頻率成分（信號或噪聲）都將因為混疊而進入到第一混疊而進入到第一Nyquist 區(qū)區(qū)p抗混疊濾波器幾乎用于所有采樣抗混疊濾波器幾乎用于所有采樣ADC 的應(yīng)用場合，以濾除的應(yīng)用場合，以濾除這些不需要的信號。這些不需要的信號。 RCRC濾波器，濾波器，2 2階有源濾波器，高階濾波器階有源濾波器，高階濾波器上

19、午4時53分37倍頻程衰減倍頻程衰減50dBfs 3fa時不會混疊，時不會混疊，即即fam 2fa 動態(tài)范圍動態(tài)范圍當倍頻程衰減到當倍頻程衰減到ADC的一個的一個LSB（8位位ADC為為-48.2dB）時為時為fam，由圖解得：若有，由圖解得：若有fam 2fa 則則fs 3fa時不會混疊，否則關(guān)于該時不會混疊，否則關(guān)于該信號的信息將會發(fā)生混疊信號的信息將會發(fā)生混疊 fam上午4時53分38據(jù)據(jù)【6，p172】有：有：其中其中【6，p171】 :為阻尼系數(shù)，為阻尼系數(shù)， =Q-1H為通帶電路增益為通帶電路增益F0為截至頻率為截至頻率0為角頻率為角頻率上午4時53分39據(jù)據(jù)【3】有：有：據(jù)據(jù)【模

20、擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)基礎(chǔ)p271】有：有：令：令：C=C=選的值選的值=C=C4141=C=C4242=C=C1212=C=C1313=C=C1717=C=C1818R=RR=R2424=R=R2525=R=R4 4=R=R6 6=R=R1313=R=R1414=(2=(2 f f0 0C)C)-1 -1有：有：Q=(3-AQ=(3-Aupup) )-1 -1 f f0 0=(2=(2 RC)RC)-1 -1A Aupup為通帶放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)上午4時53分40據(jù)據(jù)【6，p173】有：有：其中其中【6，p171】 :為阻尼系數(shù)，為阻尼系數(shù)， =Q-1H為通帶電路增益為通帶電路增益F

21、0為截至頻率為截至頻率0為角頻率為角頻率上午4時53分41據(jù)據(jù)【6，p173】有：有：其中其中【6，p171】 :為阻尼系數(shù)，為阻尼系數(shù)， =Q-1H為通帶電路增益為通帶電路增益F0為截至頻率為截至頻率0為角頻率為角頻率上午4時53分42據(jù)據(jù)【3】有：有：據(jù)據(jù)【模擬電子技術(shù)基模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)p277】設(shè)計設(shè)計有：有：Q=(3-AQ=(3-Aupup) )-1 -1A Aupup為通帶放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)上午4時53分43據(jù)據(jù)【6，p173】有：有：其中其中【6，p171】 :為阻尼系數(shù)，為阻尼系數(shù)， =Q-1H為通帶電路增益為通帶電路增益F0為截至頻率為截至頻率0為角頻率為角頻率上午4時5

22、3分44據(jù)據(jù)【3】有：有：據(jù)據(jù)【模擬電子技術(shù)基模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)p271】有：有：令：令：C=C=選的值選的值=C=C4343=C=C4444R=RR=R1010=R=R1111=(2=(2 f f0 0C)C)-1 -1有：有：Q=(3-AQ=(3-Aupup) )-1 -1 f f0 0=(2=(2 RC)RC)-1 -1A Aupup為通帶放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)上午4時53分45考慮因素考慮因素如如輸出偏置輸出偏置輸出限幅輸出限幅擺率擺率輸出短路電流輸出短路電流容性驅(qū)動能力和輸出振蕩容性驅(qū)動能力和輸出振蕩上午4時53分46上午4時53分47單位增益不穩(wěn)定！上午4時53分48Unity g

23、ain stable 單位增益單位增益穩(wěn)定！穩(wěn)定！上午4時53分49 圖圖6 6是運算放大器驅(qū)動容性負載電路，是運算放大器驅(qū)動容性負載電路，R02R02取取55到到5050 缺點：精度的降低和失真缺點：精度的降低和失真【2，p65、66】 【6 6，p203p203】上午4時53分50目的：目的：適應(yīng)下級電路，如適應(yīng)下級電路，如ADCADC方法：方法：加法電路加法電路結(jié)果：結(jié)果：信號正向平移信號正向平移上午4時53分51目的：目的：適應(yīng)下級電路，如適應(yīng)下級電路，如ADCADC方法：方法：減法電路減法電路結(jié)果：結(jié)果：信號經(jīng)反相后正向平移信號經(jīng)反相后正向平移上午4時53分52 目的：目的：適應(yīng)下級

24、電適應(yīng)下級電路，如路，如ADCADC、濾波器濾波器 方法：方法：穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓二極管、二極管二極管 結(jié)合結(jié)合：運算放大器運算放大器輸出有限流功能輸出有限流功能上午4時53分53u用用LSB(最低有效位最低有效位)、% FS、ppm FS表示表示ADC的靜態(tài)特性的靜態(tài)特性 ,儀器儀表測量儀器儀表測量 ADC分辨率的要求分辨率的要求 8位分辨率位分辨率1/25610位分辨率位分辨率 1/200012位分辨率位分辨率1/4096 u動態(tài)信號測量動態(tài)信號測量 ADC分辨率的要求分辨率的要求 在在5%滿量程輸入下，音頻系統(tǒng)需要優(yōu)于滿量程輸入下，音頻系統(tǒng)需要優(yōu)于0.1%的失真的失真 ,相當于相當于1/2

25、0,000 - 16位相當于位相當于1/65,536 采用外部基采用外部基準基本準基本ADC 上午4時53分54頻譜成分的均方根值它所有其直流和5次諧波以外的信號幅度均方根值log20log10信噪比102210NSXXNSSNRdBdBSNRENOB02.676.1有效位數(shù)上午4時53分551.1. 用用LM324LM324設(shè)計放大設(shè)計放大100100倍的最簡單電路，仿真觀察倍的最簡單電路，仿真觀察0.01V0.01V到到0.1V0.1V不同輸入幅度時不同輸入幅度時1MHz Hz1MHz Hz到到1MHz1MHz不同不同輸入頻率的輸出響應(yīng)波形，完成分析和改進報告輸入頻率的輸出響應(yīng)波形，完成分

26、析和改進報告2.2. 用用LM324LM324設(shè)計放大設(shè)計放大1 1倍的最簡單電路，仿真觀察倍的最簡單電路，仿真觀察1V1V到到10V/1MHz10V/1MHz不同輸入幅度時的輸出響應(yīng)波形，完不同輸入幅度時的輸出響應(yīng)波形，完成分析和改進報告成分析和改進報告3.3. 分析和仿真課黃色背景中的濾波器、輸出限幅電分析和仿真課黃色背景中的濾波器、輸出限幅電路，完成分析和改進報告；根據(jù)仿真及改進措施路，完成分析和改進報告；根據(jù)仿真及改進措施實驗上述電路，完成實驗報告實驗上述電路，完成實驗報告提示：提示：1 1、2 2題重點分析和觀察擺率、增益帶寬積、失題重點分析和觀察擺率、增益帶寬積、失真、電源影響等真

27、、電源影響等上午4時53分56 LED狀態(tài)指示電路：指示單片機的工作狀態(tài)，包狀態(tài)指示電路：指示單片機的工作狀態(tài)，包括當前采集通道指示、括當前采集通道指示、LED對應(yīng)通道指示等對應(yīng)通道指示等 數(shù)碼管顯示電路：循環(huán)顯示輸出各通道的采集結(jié)數(shù)碼管顯示電路：循環(huán)顯示輸出各通道的采集結(jié)果果 RS232接口電路：可將采集結(jié)果通過串行接口遠接口電路：可將采集結(jié)果通過串行接口遠程傳輸?shù)狡渌鼣?shù)字設(shè)備如計算機等程傳輸?shù)狡渌鼣?shù)字設(shè)備如計算機等 電源接口、穩(wěn)壓器件及退耦電容電源接口、穩(wěn)壓器件及退耦電容 單片機外圍電路（電源、單片機外圍電路（電源、ADC、晶體震蕩器、晶體震蕩器、JTAG)上午4時53分57輸出輸出0 0亮亮1 1滅滅發(fā)光導發(fā)光導通電壓通電壓V VLEDLED約約1 11.4V1.4V，發(fā)光電流發(fā)光電流I ILEDLED約約3 310mA10mA，具具體參考產(chǎn)品手冊體參考產(chǎn)品手冊R=R=（V Vcccc-V-VLEDLED）I ILEDLED （3.3-13.3-1）3=7603=760到到（3.3-1.43.3-1.4）10=29010=290之之間間UIUI3.3 3.3 0.01=0.033W0.01=0.033W0.010.018=80mA8=80mA上午