現(xiàn)代電子技術(shù)講稿

1、1陳明義中南大學(xué)電子與通信工程系中南大學(xué)電子與通信工程系2引引 言言一、概一、概 述述二、體系結(jié)構(gòu)二、體系結(jié)構(gòu)三、基礎(chǔ)模塊三、基礎(chǔ)模塊四、應(yīng)用模塊四、應(yīng)用模塊3一、概一、概 述述1 1、定義：、定義： 采用電路的方法來采用電路的方法來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)或或模擬模擬 人類人類社會(huì)社會(huì)的自然現(xiàn)象和的自然現(xiàn)象和人類的智能人類的智能活動(dòng)?；顒?dòng)。2 2、實(shí)現(xiàn)方法：、實(shí)現(xiàn)方法：硬件硬件+ +軟件軟件 模塊化設(shè)計(jì)方法：模塊化設(shè)計(jì)方法：先進(jìn)芯片應(yīng)用先進(jìn)芯片應(yīng)用 E D A E D A 設(shè)計(jì)方法：硬件設(shè)計(jì)方法：硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)軟件化軟件化 硬件硬件功能功能 軟件化軟件化 仿仿 真設(shè)計(jì)方法：真設(shè)計(jì)方法：MULTISM、MATL

2、AB43 3、目標(biāo)：成本低、速度快、體積小、目標(biāo)：成本低、速度快、體積小 功耗功耗 低、可靠性高低、可靠性高 4、障礙：電路過于復(fù)雜成本太高、障礙：電路過于復(fù)雜成本太高 速度不夠快達(dá)不實(shí)時(shí)性要求速度不夠快達(dá)不實(shí)時(shí)性要求 技術(shù)不成熟模型難以建立技術(shù)不成熟模型難以建立能實(shí)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)-成本高成本高能模擬能模擬-無法實(shí)時(shí)實(shí)無法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)無法模擬無法模擬55 5、發(fā)展趨勢、發(fā)展趨勢 EDAEDA技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 新的功能通用器件開發(fā)新的功能通用器件開發(fā) 新的集成工藝發(fā)展新的集成工藝發(fā)展 新材料功能器件出現(xiàn)新材料功能器件出現(xiàn)6二、體系結(jié)構(gòu)二、體系結(jié)構(gòu)電子技術(shù)電子技術(shù)基基 礎(chǔ)礎(chǔ) 模模 塊塊應(yīng)應(yīng) 用用 模模

3、 塊塊模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)高頻電子技術(shù)高頻電子技術(shù)現(xiàn)代電子技術(shù)現(xiàn)代電子技術(shù)MCU技技術(shù)術(shù)DSP技技術(shù)術(shù)ASIC技技術(shù)術(shù)PLD技技術(shù)術(shù)SOPC技技術(shù)術(shù)ARM技技術(shù)術(shù)7電子技術(shù)分類電子技術(shù)分類-基本理論篇基本理論篇 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 高頻電子技術(shù)高頻電子技術(shù) 現(xiàn)代電子技術(shù)現(xiàn)代電子技術(shù)8一一.模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)-低頻模擬小低頻模擬小信號(hào)的放大、運(yùn)算與處理信號(hào)的放大、運(yùn)算與處理 一個(gè)工程觀點(diǎn)一個(gè)工程觀點(diǎn) 兩種基本思想兩種基本思想: :放大放大-反饋反饋 三種分析方法：等效電路圖法、瞬時(shí)極性法、三種分析方法：等效電路圖法、瞬時(shí)極性法、

4、虛短虛斷法虛短虛斷法 四種器件四種器件: :二極管、三極管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)放二極管、三極管、場效應(yīng)管、集成運(yùn)放 五種常用測試儀器：示波器、信號(hào)源、直流穩(wěn)壓五種常用測試儀器：示波器、信號(hào)源、直流穩(wěn)壓源、交流毫伏表、萬用表源、交流毫伏表、萬用表 六種功能電路六種功能電路: :運(yùn)算電路、有源濾波電路、電壓比運(yùn)算電路、有源濾波電路、電壓比較器、功率放大電路、波形發(fā)生電路、直流穩(wěn)壓較器、功率放大電路、波形發(fā)生電路、直流穩(wěn)壓電源電源9模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)-體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) PNPN結(jié)結(jié) 器件器件 電路電路 系統(tǒng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 原理原理 分析分析 性能性能 應(yīng)用應(yīng)用10二、數(shù)字電子技術(shù)二、數(shù)字電子技術(shù)

5、-數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)的邏輯運(yùn)算與處理的邏輯運(yùn)算與處理一個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)一個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：邏輯代數(shù)基礎(chǔ)兩類邏輯電路：雙極型兩類邏輯電路：雙極型 （TTLTTL）、）、MOSMOS型型（CMOSCMOS）三種分析與設(shè)計(jì)方法：組合邏輯電路的分析與三種分析與設(shè)計(jì)方法：組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)，數(shù)字系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法的分析與設(shè)計(jì)方法四類數(shù)字集成功能電路：四類數(shù)字集成功能電路：SSISSI（門電路、觸發(fā)（門電路、觸發(fā)器），器），MSIMSI（編碼、譯碼、全加、比較、寄存、（編碼、譯碼、全加、比較、寄存、計(jì)數(shù)等），計(jì)數(shù)等），LSILSI（

6、RAMRAM，ROMROM，PLAPLA，PALPAL，GALGAL）和模數(shù)混合電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，和模數(shù)混合電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，555555，ADCADC，DACDAC）若干常用芯片若干常用芯片11數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)-體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu) 開關(guān)開關(guān) 器件器件 電路電路 芯片芯片 系統(tǒng)系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 原理原理 分析分析 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 功能功能 應(yīng)用應(yīng)用12三、高頻電子技術(shù)三、高頻電子技術(shù)-高頻模擬高頻模擬信號(hào)的放大與處理信號(hào)的放大與處理 高頻小信號(hào)放大高頻小信號(hào)放大 高頻功率放大與功率合成高頻功率放大與功率合成 選頻調(diào)諧放大與高頻振蕩選頻調(diào)諧放大與高頻振蕩 幅值調(diào)制幅值調(diào)

7、制/ /解調(diào)（解調(diào)（AMAM） 頻率調(diào)制頻率調(diào)制/ /解調(diào)（解調(diào)（FMFM） 相位調(diào)制相位調(diào)制/ /解調(diào)（解調(diào)（PMPM） 無線電發(fā)射與接收無線電發(fā)射與接收13四、現(xiàn)代電子技術(shù)四、現(xiàn)代電子技術(shù)-高速高精度高速高精度高穩(wěn)定信號(hào)處理高穩(wěn)定信號(hào)處理 以高速模擬電路、高速數(shù)字電路、新型以高速模擬電路、高速數(shù)字電路、新型有源濾波器、非線性電路為基點(diǎn)有源濾波器、非線性電路為基點(diǎn) 以電流模技術(shù)、開關(guān)電容技術(shù)、變跨導(dǎo)以電流模技術(shù)、開關(guān)電容技術(shù)、變跨導(dǎo)技術(shù)、技術(shù)、ECLECL技術(shù)、鎖相環(huán)技術(shù)、串行技術(shù)、鎖相環(huán)技術(shù)、串行A/DA/D轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化（-）技術(shù)為核心）技術(shù)為核心 以高速運(yùn)算放大、儀用放大器、有源濾以高速運(yùn)

8、算放大、儀用放大器、有源濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、頻率合成電路為應(yīng)波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、頻率合成電路為應(yīng)用背景用背景14電子技術(shù)分類電子技術(shù)分類-技術(shù)應(yīng)用篇技術(shù)應(yīng)用篇 單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 EDAEDA技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用 DSPDSP技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用 嵌入式技術(shù)及應(yīng)用嵌入式技術(shù)及應(yīng)用 SOPCSOPC技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用 ASICASIC技術(shù)技術(shù)15教學(xué)安排教學(xué)安排 上課班級(jí)：電子信息工程上課班級(jí)：電子信息工程1修選修 上課時(shí)間：星期上課時(shí)間：星期五五1-21-2 上課地點(diǎn)：世上課地點(diǎn)：世B502B502 學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)分配：授課授課24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)

9、16教材教材17教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容1 1、高速運(yùn)算放大、高速運(yùn)算放大-4-4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)2 2、儀器放大器與隔離放大器、儀器放大器與隔離放大器-2-2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)3 3、有源濾波器、有源濾波器-4-4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)4 4、高速采樣保持放大器、高速采樣保持放大器-2-2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)5 5、高速、高速ADCADC、DAC -4DAC -4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)6 6、電源、電源-4-4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)7 7、頻率合成、頻率合成DDS -4DDS -4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)18實(shí)驗(yàn)安排實(shí)驗(yàn)安排1 1、高速運(yùn)放特性測試與應(yīng)用、高速運(yùn)放特性測試與應(yīng)用-2-2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)2 2、ECLECL器件特性測試與應(yīng)用器件特性測試與應(yīng)用-2-2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)3 3、DDS DDS

10、 數(shù)字合成正弦波數(shù)字合成正弦波-4-4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)19第一章第一章 高速運(yùn)算放大高速運(yùn)算放大1.1 運(yùn)算放大器基礎(chǔ)運(yùn)算放大器基礎(chǔ)1.2 1.2 高速電壓反饋運(yùn)算放大器高速電壓反饋運(yùn)算放大器1.3 1.3 高速電流反饋運(yùn)算放大器高速電流反饋運(yùn)算放大器201.1 運(yùn)算放大器基礎(chǔ)運(yùn)算放大器基礎(chǔ)一、運(yùn)算放大器的分類一、運(yùn)算放大器的分類高速放大器高速放大器精密放大器精密放大器通用型運(yùn)算放大器通用型運(yùn)算放大器21高速放大器高速放大器 最高轉(zhuǎn)換速率放大器最高轉(zhuǎn)換速率放大器 AD9610：3500V/s s 最短調(diào)整時(shí)間放大器最短調(diào)整時(shí)間放大器AD9611：0.1% 13ns 最高增益帶寬放大器AD5539:1.

11、4GHz22精密放大器精密放大器 最低失調(diào)電壓放大器AD707:15 v 最低偏流放大器AD549:60pA 最低漂移放大器AD707:100nv/ 最高開環(huán)增益放大器AD707:13106 最高共模抑制比放大器AD707:130dB23二二.運(yùn)算放大器的選擇運(yùn)算放大器的選擇1.失調(diào)與漂移失調(diào)與漂移1 1) )電路接上信號(hào)源時(shí)電路接上信號(hào)源時(shí),電路應(yīng)有的輸入電阻電路應(yīng)有的輸入電阻2)2)可以容許的漂移誤差可以容許的漂移誤差 P6P6圖圖1-1-11-1-1 2.電流放大電流放大1) 1)電流注入反相輸入端電流注入反相輸入端2)2)構(gòu)成電壓跟隨器構(gòu)成電壓跟隨器 P7P7圖圖1-1-21-1-23

12、 3.增益帶寬增益帶寬單位增益帶寬大于單位增益帶寬大于2 2MHZ要求特殊設(shè)計(jì)技術(shù)要求特殊設(shè)計(jì)技術(shù) P6P6圖圖1-1-11-1-124三三.應(yīng)用應(yīng)用1. 1.穩(wěn)態(tài)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)應(yīng)用: :放大處理連續(xù)正弦波形成的復(fù)放大處理連續(xù)正弦波形成的復(fù)雜波形雜波形 反饋反饋,閉環(huán)增益和帶寬閉環(huán)增益和帶寬 P8P8圖圖1-1-31-1-32. 2.瞬態(tài)應(yīng)用瞬態(tài)應(yīng)用: :模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換,數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換,脈沖放大脈沖放大 轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率,調(diào)整時(shí)間調(diào)整時(shí)間251.2 1.2 高速電壓反饋運(yùn)算放大器高速電壓反饋運(yùn)算放大器 由差動(dòng)輸入級(jí)、電壓放大級(jí)和推挽輸出級(jí)組成由差動(dòng)輸入級(jí)、電壓放大級(jí)和推挽輸出級(jí)組成 帶寬增益積為

13、常數(shù)，犧牲開環(huán)增益帶寬增益積為常數(shù)，犧牲開環(huán)增益 AD5539AD5539的開環(huán)總增益為的開環(huán)總增益為5050 電信應(yīng)用電信應(yīng)用(50 (50 傳輸線傳輸線), ),視頻應(yīng)用視頻應(yīng)用(75 (75 傳輸線傳輸線) ) 板上連線短板上連線短,考慮屏蔽與接地問題考慮屏蔽與接地問題 小信號(hào)放大接成反相放大器時(shí)小信號(hào)放大接成反相放大器時(shí),應(yīng)使用滯后超前應(yīng)使用滯后超前補(bǔ)償補(bǔ)償26AD5539-模擬器件（模擬器件（ADAD）公司）公司 增益帶寬為增益帶寬為1.4GHZ1.4GHZ 小信號(hào)帶寬達(dá)小信號(hào)帶寬達(dá)220MHZ220MHZ 當(dāng)閉環(huán)增益為當(dāng)閉環(huán)增益為7 7時(shí)滿功率響應(yīng)達(dá)到時(shí)滿功率響應(yīng)達(dá)到82MHZ82

14、MHZ 轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)換速率為600V/s600V/s 輸入阻抗為輸入阻抗為100K100K 輸出阻抗為輸出阻抗為22 調(diào)整時(shí)間為調(diào)整時(shí)間為12ns(12ns(1% ) 大信號(hào)傳輸延遲大信號(hào)傳輸延遲4nS27電壓模電路電壓模電路 輸出電壓的幅值受電源電壓的限制輸出電壓的幅值受電源電壓的限制 各級(jí)電壓放大倍數(shù)很大，使得管子的各級(jí)電壓放大倍數(shù)很大，使得管子的發(fā)射極等效電容較大，且回路電阻大，發(fā)射極等效電容較大，且回路電阻大，截止頻率低。截止頻率低。28一、電流模技術(shù)（一、電流模技術(shù)（CFACFA） VFAVFA：電壓反饋放大器；以電壓信號(hào)作輸入、：電壓反饋放大器；以電壓信號(hào)作輸入、輸出及反饋信號(hào)，因

15、此在工作速度、頻率等性輸出及反饋信號(hào)，因此在工作速度、頻率等性能方面不能滿足高速系統(tǒng)的要求。能方面不能滿足高速系統(tǒng)的要求。 CFACFA：電流反饋放大器；以電流為輸入信號(hào)、：電流反饋放大器；以電流為輸入信號(hào)、以電壓為輸出信號(hào)，當(dāng)其同相輸入端與反相輸以電壓為輸出信號(hào)，當(dāng)其同相輸入端與反相輸入端產(chǎn)生差值電流時(shí)，電路產(chǎn)生響應(yīng)，逐級(jí)放入端產(chǎn)生差值電流時(shí)，電路產(chǎn)生響應(yīng)，逐級(jí)放大，最后轉(zhuǎn)化為電壓輸出。大，最后轉(zhuǎn)化為電壓輸出。 采用采用CFACFA技術(shù)設(shè)計(jì)與制造的模擬集成電路在工技術(shù)設(shè)計(jì)與制造的模擬集成電路在工作速度、精度、帶寬和線性度方面均獲得很高作速度、精度、帶寬和線性度方面均獲得很高性能。性能。1.3

16、 1.3 高速電流反饋運(yùn)算放大器高速電流反饋運(yùn)算放大器29電流模電路電流模電路T1T2iIiOIIOiii21.2、只要、只要T2管的管壓降管的管壓降UCE2足夠足夠大，保證其工作在放大狀態(tài)，輸大，保證其工作在放大狀態(tài)，輸出電流的幅值僅受最大集電極電出電流的幅值僅受最大集電極電流流ICM的限制，因此電路可工作的限制，因此電路可工作在低電源電壓下，并且電流可以在低電源電壓下，并且電流可以有很大的變化范圍。有很大的變化范圍。3、只要、只要T1與與T2管理想對(duì)管理想對(duì)稱，輸入輸出電流具有良稱，輸入輸出電流具有良好的線性關(guān)系而不受晶體好的線性關(guān)系而不受晶體管輸入特性非線性的影響管輸入特性非線性的影響4

17、、在信號(hào)傳遞過程中由于、在信號(hào)傳遞過程中由于b-e間電間電壓基本不隨輸入電流的變化，而且壓基本不隨輸入電流的變化，而且晶體管的極間電容所在回路均為低晶體管的極間電容所在回路均為低阻回路故電路的截止頻率很高，可阻回路故電路的截止頻率很高，可以接近管子的特征頻率以接近管子的特征頻率30二二、AD846-模擬器件（模擬器件（ADAD）公司）公司 小信號(hào)帶寬達(dá)小信號(hào)帶寬達(dá)46MHZ46MHZ 轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)換速率為450V/s450V/s 輸入阻抗為輸入阻抗為2020 開環(huán)互阻為開環(huán)互阻為500M500M 10V10V階躍響應(yīng)時(shí)間為階躍響應(yīng)時(shí)間為80ns80ns31三、電流反饋運(yùn)算放大器的模型三、電流反饋運(yùn)算放大器的模型cjIcjIIUAiiioui11.11roIiIiCzUoIn32cjIUAioui1.f(Hz)106uiAlg2033四、負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)四、負(fù)反饋放大電路的頻率響應(yīng)crjUcjIcjIUnniO011+-R1R2ViVoInIiI2I1UnOncUrjU034+-R1R2ViVoInIiI2I1Un21RUUrURUUOnonni)/2/1(2100rrRRRRURURUn