模擬電路將是下述內容的主要介紹對象,通過這篇文章,小編希望大家可以對模擬電路的相關情況以及信息有所認識和了解,詳細內容如下。
一、模擬設計噪聲分析誤區(qū)
噪聲是模擬電路設計的一個核心問題,它會直接影響能從測量中提取的信息量,以及獲得所需信息的經(jīng)濟成本。遺憾的是,關于噪聲有許多混淆和誤導信息,可能導致性能不佳、高成本的過度設計或資源使用效率低下。
噪聲電壓隨著電阻值提高而增加,二者之間的關系已廣為人知,可以用約翰遜噪聲等式來描述:erms = √4kTRB,其中erms為均方根電壓噪聲,k為玻爾茲曼常數(shù),T為溫度(單位為K),R為電阻值,B為帶寬。這讓許多工程師得出結論:為了降低噪聲,應當降低電阻值。
雖然這常常是正確的,但不應就此認定它是普遍真理,因為在有些例子中,較大的電阻反而能夠改善噪聲性能。舉例來說,在大多數(shù)情況下,測量電流的方法是讓它通過一個電阻,然后測量所得到的電壓。根據(jù)歐姆定律V = I × R,產生的電壓與電阻值成正比,但正如上式所示,電阻的約翰遜噪聲與電阻值的平方根成正比。由于這個關系,電阻值每提高一倍,信噪比可以提高3 dB。在產生的電壓過大或功耗過高之前,此趨勢一直是正確的。
將多個噪聲源的噪聲頻譜密度(nV/√Hz)加總(電壓噪聲源按平方和開根號),而不分別計算各噪聲源的rms噪聲,可以節(jié)省時間,但這種簡化僅適用于各噪聲源看到的帶寬相同的情況。如果各噪聲源看到的帶寬不同,簡單加總就變成一個可怕的陷阱。圖1顯示了過采樣系統(tǒng)中的情況。從噪聲頻譜密度看,系統(tǒng)總噪聲似乎以增益放大器為主,但一旦考慮帶寬,各級貢獻的rms噪聲其實非常相近。
設計時有人可能忍不住要考慮每一個噪聲源,但設計工程師的時間是寶貴的,這樣做在大型設計中會非常耗時。全面的噪聲計算最好留給仿真軟件去做。不過,設計人員如何簡化設計過程需要的手工噪聲計算呢?答案是忽略低于某一閾值的不重要噪聲源。
二、模擬電路設計應注意的問題
本文總結了模擬電路設計中應該注意的問題。
01、為了獲得具有良好穩(wěn)定性的反饋電路,通常要求在反饋環(huán)外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載提供一個緩沖。
02、積分反饋電路通常需要一個小電阻(約560歐)與一個大于10pF的積分電容串聯(lián)。
03、在反饋環(huán)外不要使用主動電路進行濾波或控制EMC的RF帶寬,而只能使用被動元件(最好為RC電路)。僅僅在運放的開環(huán)增益比閉環(huán)增益大的頻率下,積分反饋方法才有效。在更高的頻率下,積分電路不能控制頻率響應。
04、為了獲得一個穩(wěn)定的線性電路,所有連接必須使用被動濾波器或其他抑制方法(如光電隔離)進行保護。
05、使用EMC濾波器,并且與IC相關的濾波器都應該和本地的0V參考平面連接。
06、在外部電纜的連接處應該放置輸入輸出濾波器;在未屏蔽系統(tǒng)內部的任何導線連接處都需要濾波,因為存在天線效應。另外,在具有數(shù)字信號處理或開關模式的變換器的屏蔽系統(tǒng)內部的導線連接處也需要濾波。
07、模擬IC中的電源和地參考引腳需要高質量的RF去耦,這一點與數(shù)字IC一樣。但是模擬IC通常需要低頻的電源去耦,因為模擬元件的電源噪聲抑制比(PSRR)在高于1KHz后增加很少。在每個運放、比較器和數(shù)據(jù)轉換器的模擬電源走線上都應該使用RC或LC濾波。電源濾波器的拐角頻率應該對器件的PSRR拐角頻率和斜率進行補償,從而在整個工作頻率范圍內獲得所期望的PSRR。
08、對于高速模擬信號,根據(jù)其連接長度和通信的最高頻率,傳輸線技術是必需的。即使是低頻信號,使用傳輸線技術也可以改善其抗干擾性,但是傳輸線如果未正確匹配,將會產生天線效應。
09、避免使用高阻抗的輸入或輸出,它們對于電場非常敏感。
10、由于大部分輻射是由共模電壓和電流產生的,并且因為大部分環(huán)境的電磁干擾都是共模問題產生的,因此在模擬電路中使用平衡的發(fā)送和接收(差分模式)技術可以得到很好的 EMC 效果,而且可以減少串擾。平衡電路(差分電路)驅動不會使用0V參考系統(tǒng)作為返回電流回路,因此可以避免大的電流環(huán)路,從而減少RF輻射。
11、比較器必須具有滯后(正反饋),以防止因為噪聲和干擾而產生錯誤的輸出變換,也可以防止在斷路點產生振蕩。不要使用比所需速度更快的比較器(將dV/dt保持在滿足要求的范圍內,盡可能低)。
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