0引言

光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)與電子學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生的一門新興檢測(cè)技術(shù)［1］。它主要利用電子技術(shù)對(duì)光學(xué)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)一步傳遞、儲(chǔ)存、控制、計(jì)算和顯示［2］。光電檢測(cè)技術(shù)從原理上講可以檢測(cè)一切能夠影響光量和光特性的非電量。它可通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)把待檢測(cè)的非電量信息變換成為便于接受的光學(xué)信息，然后用光電探測(cè)器件將光學(xué)信息量變換成電量，并進(jìn)一步經(jīng)過(guò)電路放大、處理，以達(dá)到電信號(hào)輸出的目的［3］。然后采用電子學(xué)、信息論、計(jì)算機(jī)及物理學(xué)等方法分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，以便于進(jìn)行相應(yīng)的電路改進(jìn)，更好地研究被噪聲淹沒(méi)的微弱有用信號(hào)的特點(diǎn)與相關(guān)性，從而了解非電量的狀態(tài)。微弱信號(hào)檢測(cè)的目的是從強(qiáng)噪聲中提取有用信號(hào)，同時(shí)提高檢測(cè)系統(tǒng)輸出信號(hào)的信噪比。

1光電檢測(cè)電路的基本構(gòu)成

光電探測(cè)器所接收到的信號(hào)一般都非常微弱，而且光探測(cè)器輸出的信號(hào)往往被深埋在噪聲之中，因此，要對(duì)這樣的微弱信號(hào)進(jìn)行處理，一般都要先進(jìn)行預(yù)處理，以將大部分噪聲濾除掉，并將微弱信號(hào)放大到后續(xù)處理器所要求的電壓幅度。這樣，就需要通過(guò)前置放大電路、濾波電路和主放大電路來(lái)輸出幅度合適、并已濾除掉大部分噪聲的待檢測(cè)信號(hào)。其光電檢測(cè)模塊的組成框圖如圖1所示。

2光電二極管的工作模式與等效模型

2．1光電二極管的工作模式

摘要:光電檢測(cè)技術(shù)是光學(xué)技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種光學(xué)物理量的檢測(cè)與測(cè)量，當(dāng)應(yīng)用于惡劣的環(huán)境中，待測(cè)的光信號(hào)易受到外界的干擾，信號(hào)強(qiáng)度較弱時(shí)，設(shè)備要想提取準(zhǔn)確完整的信號(hào)時(shí)，要求對(duì)檢測(cè)電路提出更高的要求，如何將微弱信號(hào)從噪聲中提取、恢復(fù)和增強(qiáng)成為光電檢測(cè)的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞:光電轉(zhuǎn)化;放大電路

光電檢測(cè)設(shè)備的核心技術(shù)包括:光電轉(zhuǎn)化技術(shù)、光信息提取與測(cè)量以及電信號(hào)的處理技術(shù)。本文將著重介紹光電轉(zhuǎn)化技術(shù)模塊中光信號(hào)的檢測(cè)與放大的電路設(shè)計(jì)，用于微弱信號(hào)的提取檢測(cè)與放大。

1光電檢測(cè)器

光電檢測(cè)器能夠檢測(cè)出入射在其上面的光功率，并完成光/電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。對(duì)光檢測(cè)器的基本要求是:在工作波長(zhǎng)上具有足夠高的響應(yīng)度、響應(yīng)速度足夠夠快、線性良好與噪聲較低。目前常用的檢測(cè)器主要有兩種:pin型光電二極管和APD雪崩型光電二極管。

2前端放大電路

摘要：綜合工作面是礦井生產(chǎn)的核心場(chǎng)所，液壓支架在綜合采礦工作面起著重要的支護(hù)作用。為科學(xué)管理礦井煤礦生產(chǎn)安全、減少頂板事故，采煤現(xiàn)場(chǎng)需對(duì)綜合工作面液壓支架的支護(hù)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前有很多礦用液壓支柱無(wú)線監(jiān)測(cè)方法，文章僅探討一種相對(duì)較高精度硬件電路設(shè)計(jì)方法。文章所研究的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以液壓支架壓力作為監(jiān)測(cè)對(duì)象，由終端采集節(jié)點(diǎn)和路由節(jié)點(diǎn)兩部分組成。終端采集節(jié)點(diǎn)安裝在每個(gè)液壓支架上，用來(lái)監(jiān)測(cè)支架壓力，路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將收到的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳的方式傳給上位機(jī)。對(duì)節(jié)點(diǎn)間的通信及終端節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)可靠性和功耗進(jìn)行了測(cè)試，表明本系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、體積小、成本低、測(cè)量精度高等特點(diǎn)?？煽康谋O(jiān)測(cè)降低了開(kāi)采面事故發(fā)生，提高了人身設(shè)備安全，降低功耗提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和使用壽命。

關(guān)鍵詞：液壓支架；監(jiān)測(cè)；電路設(shè)計(jì)

1液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型的建立

1.1無(wú)線通信技術(shù)

液壓支架工作環(huán)境比較復(fù)雜，通信頻率、巷道的傾斜程度和井下的導(dǎo)體等多種因素都會(huì)影響無(wú)線通信信號(hào)。因此在設(shè)計(jì)礦井液壓支架壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)必須要考慮到井下的特殊環(huán)境，考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上常用的無(wú)線通信技術(shù)比較，本文將ZigBee短距離無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)中。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離、低速率的雙向無(wú)線通信技術(shù)，有自己的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以在很多傳感器間進(jìn)行通信，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定位，具有低功耗、近距離、短延遲、低速率、低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、高安全性、工作頻段靈活的特點(diǎn)。

1.2液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)模型

摘要：為了提高壓電傳感器的固有頻率，減小傳感器的體積，采用高輸入阻抗的儀表放大器，設(shè)計(jì)研究了用于壓電傳感器的放大電路，通過(guò)改變放大電路輸入回路偏置電阻的電阻值，得到了比常規(guī)方法更加簡(jiǎn)單、有效的簡(jiǎn)單放大電路，實(shí)現(xiàn)了小體積下的一體化壓電傳感器較好的頻率響應(yīng)和良好的線性度。

關(guān)鍵詞：壓電；傳感器；電路設(shè)計(jì)

壓電傳感器是用于動(dòng)態(tài)測(cè)量的傳感器，雖有低頻響應(yīng)差、不能測(cè)量靜態(tài)信號(hào)的缺點(diǎn)，但與壓阻傳感器相比，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、頻響寬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于壓力、位移、速度、加速度及沖擊信號(hào)的測(cè)量。壓電傳感器的輸出信號(hào)微弱、且輸出阻抗很高，不能使用一般的運(yùn)算放大器作為壓電傳感器的信號(hào)放大電路。以往的壓電傳感器放大電路[1~3]，由于傳感器與放大電路之間不是一體化結(jié)構(gòu)，要用一定長(zhǎng)度的導(dǎo)線連接在一起，這就要求放大電路必須是電荷放大器。若要做成傳感器及放大電路一體化結(jié)構(gòu)，由于電荷放大器的電路較復(fù)雜，致使傳感器體積較大，傳感器的固有頻率很難做大。當(dāng)要求傳感器有較高的固有頻率時(shí)，就需要減小體積，電路板的面積大小就成為瓶頸。文獻(xiàn)[4]所述的放大電路和傳感器是一體化的，但電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝配操作及調(diào)試都較為困難。為了使壓電傳感器體積減小又不降低性能，必須要對(duì)其放大電路進(jìn)行研究探討。本文試圖設(shè)計(jì)一種一體化的壓電傳感器放大電路，達(dá)到傳感器既有較小的體積、又有較高的性能的目的，使傳感器的裝配調(diào)試容易，能批量生產(chǎn)。

1電路設(shè)計(jì)原理

壓電傳感器是用螺栓將質(zhì)量塊、壓電陶瓷片、引出線電極片及絕緣片緊固在底座上組成的剛性連接結(jié)構(gòu)傳感器，傳感器的轉(zhuǎn)換原理基于壓電效應(yīng)[5]，屬于慣性力傳感器。若傳感器底座受到慣性力的作用時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電陶瓷片上的力也隨之變化，當(dāng)被測(cè)試件的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，力的大小與被測(cè)參數(shù)的數(shù)值成正比例關(guān)系，壓電陶瓷受力作用產(chǎn)生的電荷量與作用力相關(guān)聯(lián)，測(cè)量放大轉(zhuǎn)換成與被測(cè)參數(shù)相關(guān)的電壓值，便可得到被測(cè)量的數(shù)值。壓電傳感器是自發(fā)電型的傳感器，本身無(wú)需供電電源，可將其看作是電荷源或電壓源。壓電傳感器受外力（振動(dòng)、沖擊等）作用時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的電荷量（正弦波信號(hào)）很微弱。測(cè)量微弱的電荷信號(hào)，要求放大壓電傳感器信號(hào)的前置放大電路須具有很高的輸入阻抗，以減少傳感器接入放大電路后產(chǎn)生電荷的泄露，避免輸入信號(hào)的跌落。壓電傳感器的放大可由電荷放大器和電壓放大器來(lái)完成。電荷放大器的輸出信號(hào)不受傳感器引出線線間分布電容的影響，但組成放大電路的所需元件多，傳感器做成一體化實(shí)為不便。當(dāng)壓電傳感器與放大電路組成一體化結(jié)構(gòu)時(shí)，傳感器與電路間的間距很小，所需引線很短、且位置相對(duì)固定，由引線間形成的分布電容不大，用簡(jiǎn)單的電壓放大電路對(duì)傳感器的測(cè)量誤差影響很小。選擇封裝體積很小的高輸入阻抗儀表放大器將會(huì)使電路結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，電路所用元件也大為減少，不僅傳感器的體積會(huì)減少很多，也可大大提高電路的可靠性，因?yàn)橥绞呛?jiǎn)單的電路其故障率就越低。為此設(shè)計(jì)成如圖1所示的壓電傳感器放大電路。圖1的電路包含了電荷信號(hào)的輸入電路、放大器及放大器所需參考電壓的穩(wěn)壓電路。電荷信號(hào)的兩個(gè)輸出端分別通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓電路的輸出端接入兩個(gè)高阻值的電阻器后再接入放大器的輸入端，以此為放大器的輸入端提供了偏置電流回路，使放大器能正常放大交流信號(hào)，參考電壓的加入為放大器放大交流信號(hào)提供了直流電位，以免放大器產(chǎn)生削波輸出不完整的波形信號(hào)。

2試驗(yàn)結(jié)果

驗(yàn)證模擬電子技術(shù)是一門所有電類工科專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課［1］，學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)可以掌握半導(dǎo)體物理器件、單級(jí)和多級(jí)放大電路、集成運(yùn)算器、穩(wěn)壓電源等知識(shí)，為后續(xù)微機(jī)原理應(yīng)用、單片機(jī)技術(shù)、高頻電子技術(shù)等專業(yè)課程學(xué)習(xí)做好知識(shí)鋪墊［2］。然而，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)教學(xué)以課本理論公式講授推導(dǎo)為主，以采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，具有物理概念抽象、分析方法復(fù)雜、動(dòng)手設(shè)計(jì)困難等特點(diǎn)［3］。因此，學(xué)生普遍反映該課程學(xué)習(xí)起來(lái)困難，考試通過(guò)率不高，學(xué)習(xí)興趣不足。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，集成電路行業(yè)已經(jīng)被視為與鋼鐵和石油工業(yè)同等重要的、具有戰(zhàn)略意義的國(guó)家命脈行業(yè)，其技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步、工業(yè)先進(jìn)、國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志［4］。特別是在“新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系”的新時(shí)代工科建設(shè)背景下［5］，如何培養(yǎng)出優(yōu)秀的適合集成電路行業(yè)需求的大學(xué)本科畢業(yè)生已經(jīng)成為了各本科院校亟待解決的問(wèn)題。為了培養(yǎng)學(xué)生的集成電路設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的認(rèn)同度和興趣感，本文探究了一種面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)改革方法，使用Cadence和HSPICE仿真軟件對(duì)模擬電子技術(shù)課本中的典型電路進(jìn)行仿真分析，進(jìn)而驗(yàn)證其理論的正確性。

1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教學(xué)

1．1傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)采用教師課堂知識(shí)灌輸形式，即教師通過(guò)板書和PPT的方式在課堂上給學(xué)生講授推導(dǎo)書本中的理論公式，通過(guò)已學(xué)的知識(shí)來(lái)推導(dǎo)和驗(yàn)證新的理論和公式［6］。例如在學(xué)習(xí)第二章“基本放大電路”時(shí)，教師是通過(guò)圖解法和微變等效電路法來(lái)推導(dǎo)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和交流電壓增壓。圖1為采用圖解法求解的單管共射電路，圖中通過(guò)虛線把晶體管和外圍電路分開(kāi)，當(dāng)輸入信號(hào)ΔUI為0時(shí)，在晶體管的輸入回路中既應(yīng)該滿足輸入特性曲線，又應(yīng)滿足外圍電路參數(shù)，因此:UBE=VBB－iBRb(1)圖2為單管共射電路的輸入特性曲線，由1式可以確定圖中的輸入回路負(fù)載線，其中斜率為-1/Rb，輸入回路負(fù)載線與輸入特向曲線的交點(diǎn)Q就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖3為單管共射電路的輸出特性曲線，與輸入回路一樣，在輸出特性曲線中靜態(tài)工作點(diǎn)既應(yīng)在IB=IBQ曲線上，又應(yīng)滿足外圍電路特性:UCE=VCC－iCRC(2)由2式可以確定圖3中的負(fù)載線，其中負(fù)載線的斜率為-1/RC，IB=IBQ與輸出特性曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其縱坐標(biāo)值為ICQ，橫坐標(biāo)值為UCEQ。通過(guò)圖解法可以求出單管共射電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，采用微變等效電路法可以求解電路的H參數(shù)，計(jì)算電路的電壓增益、輸入電阻和輸出電阻等［7］。同樣，集成運(yùn)算放大電路、放大電路的頻率響應(yīng)、波形的發(fā)生和信號(hào)轉(zhuǎn)換等章節(jié)都是采用傳統(tǒng)的公式推導(dǎo)法來(lái)向?qū)W生講解的。傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)雖然可以使學(xué)生掌握課本中的基本概念和定理，但是繁雜的64物理概念以及抽象的公式推導(dǎo)過(guò)程往往讓學(xué)生感覺(jué)到入門難、理解難、掌握難，僅僅依靠課堂理論灌輸?shù)慕虒W(xué)模式就成為了一種“空對(duì)空”的教學(xué)模式［8］。1．2傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要采用模擬實(shí)驗(yàn)箱或模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)模式，即學(xué)生通過(guò)導(dǎo)線插針在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)上連接各種電子元器件或模塊來(lái)搭建模擬電路的方式［9］。傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然可以通過(guò)現(xiàn)有的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)驗(yàn)證課本理論，較為靈活的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單模擬電路。但是，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在諸多缺點(diǎn):(1)傳統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)一般采用導(dǎo)線插針?lè)绞?，在?shí)驗(yàn)過(guò)程中容易發(fā)生插針折斷堵塞插孔情況，影響設(shè)備德正常使用。(2)隨著機(jī)箱設(shè)備的老化，設(shè)備內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)線或底座虛斷、接觸不良等情況，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的失真。(3)由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)臺(tái)采用模塊集成方式，一般只包含了課內(nèi)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)K，難以激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力。

2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)教學(xué)

2．1面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)理論教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)在理論教學(xué)上采用“工程向?qū)Хā钡慕虒W(xué)思路，首先由教師結(jié)合生活實(shí)例提出一個(gè)具體的工程問(wèn)題，讓學(xué)生知道所學(xué)知識(shí)可以使用到日常生活中去，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。然后教師采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，通過(guò)課堂講授向?qū)W生傳輸工程項(xiàng)目所需的理論知識(shí)和定理，與傳統(tǒng)理論課堂教學(xué)模式相比，面向集成電路設(shè)計(jì)的課堂理論教學(xué)在知識(shí)點(diǎn)講授上按照“知識(shí)鏈”模式，即教師在教學(xué)內(nèi)容安排上不再按照傳統(tǒng)知識(shí)章節(jié)的順序，而是以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，把做工程項(xiàng)目所需的知識(shí)點(diǎn)串在一起講解。以設(shè)計(jì)“集成運(yùn)算放大器”為例，集成運(yùn)算放大器一般包括:偏置電流產(chǎn)生電路、差分輸入放大電路、中間放大電路、功率放大電路四部分模塊電路組成［10］。因此教師在課程內(nèi)容安排上首先講解偏置電流產(chǎn)生電路和電流復(fù)制電路，可以通過(guò)電流鏡和微電流源的工作原理來(lái)講解。然后講解差分輸入放大電路，通過(guò)差分輸入放大電路的電路結(jié)構(gòu)以及如何提高電路的共模抑制比為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行講解。接著講解單級(jí)放大電路和多級(jí)放大電路的電壓放大原理，最后講解功率放大電路，主要向?qū)W生講解功率放大電路如何提高電路的帶負(fù)載能力。這樣學(xué)生具備了基礎(chǔ)知識(shí)之后就可以動(dòng)手設(shè)計(jì)運(yùn)算放大電路。在向?qū)W生講解設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目所需的基礎(chǔ)知識(shí)之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模擬集成電路所用到的EDA(ElectronicDesignAutomation)軟件，這里以在模擬集成電路設(shè)計(jì)行業(yè)被廣泛使用的EDA軟件Cadence和HSPICE為例。由于Cadence是在Linux操作環(huán)境下運(yùn)行的，因此教師首先給學(xué)生講授簡(jiǎn)單的Linux操作環(huán)境和基礎(chǔ)指令，使學(xué)生能夠初步掌握Cadence的運(yùn)行方法，接著教師引導(dǎo)學(xué)生在Cadence中進(jìn)行工程項(xiàng)目的原理圖設(shè)計(jì)，最后使用Cadence把所設(shè)計(jì)的電路網(wǎng)表文件導(dǎo)入到HSPICE軟件中進(jìn)行參數(shù)仿真。使用HSPICE可以對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析以及蒙特卡羅最壞情況分析等。2．2面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。面向集成電路設(shè)計(jì)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“教師引導(dǎo)，學(xué)生開(kāi)放設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式。教師以“大作業(yè)”形式每學(xué)期給學(xué)生布置5～6道實(shí)驗(yàn)課題，制定好項(xiàng)目參數(shù)。學(xué)生課下搜集項(xiàng)目資料，自主設(shè)計(jì)電路架構(gòu)并且進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后提交項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)報(bào)告。通過(guò)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路參數(shù)是否達(dá)標(biāo)以及結(jié)項(xiàng)報(bào)告的內(nèi)容完整性給成合理的評(píng)判成績(jī)。圖5為指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)的基于CMOS工藝庫(kù)的運(yùn)算放大器原理圖，共分為三級(jí):偏置電流產(chǎn)生電路、輸入級(jí)差分放大電路、中間級(jí)放大電路。學(xué)生把原理圖輸入到Cadence中可以生成電路參數(shù)網(wǎng)表，再使用HSPICE仿真軟件進(jìn)行參數(shù)調(diào)試。最終可以仿真電路的開(kāi)環(huán)增益、輸入共模抑制比、電源抑制比等參數(shù)。

3結(jié)語(yǔ)

RF2514是一個(gè)集成有鎖相環(huán)的AM／ASKVHF／UHF發(fā)射器芯片，它可工作在100MHz～1000MHz頻段，并采用AM／ASK調(diào)制方式。芯片內(nèi)含集成壓控振蕩器、鑒相器、分頻器、基準(zhǔn)晶體振蕩器和鎖相環(huán)回路，能夠發(fā)射數(shù)字信號(hào)。除了標(biāo)準(zhǔn)的低功耗模式外，RF2514還有一個(gè)自動(dòng)閉鎖功能，當(dāng)PLL失鎖時(shí)，發(fā)射器的輸出無(wú)效。RF2514的電源電壓為2．5～3．6V，能夠?qū)?0Ω的負(fù)載提供＋1dbm的輸出功率。RF2514采用QSOP16封裝，并具有體積?。?mm×4mm）、價(jià)格低、性能好等特點(diǎn)，適合美國(guó)和歐洲VHF／UHFISM頻段的應(yīng)用。

1RF2514的引腳功能

RF2514各引腳的排列如圖1所示。各引腳的功能如下：

引腳1，9（GND1，3）：模擬地。為獲得最佳的性能，應(yīng)使用較短的印制板導(dǎo)線直接連接到接地板。

引腳2（PD）：低功耗模式控制端。當(dāng)PD為低電平時(shí)，所有電路關(guān)斷。當(dāng)PD為高電平時(shí)，所有電路導(dǎo)通工作。

引腳3（TXOUT）：發(fā)射器輸出端。輸出為晶體管集電極開(kāi)路（OC）方式，但需要一個(gè)提供偏壓（或匹配）的上拉電感和一個(gè)匹配電容。

摘要：介紹了一種采用TOP249Y智能控制集成芯片設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源的方法，同時(shí)介紹了TOP249Y芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，給出了基于TOP249Y的單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)電路，并對(duì)外圍電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；TOP249Y；脈寬調(diào)制；TOPSwitch

1引言

隨著PWM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，開(kāi)關(guān)電源得到了廣泛的應(yīng)用，以往開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)通常采用控制電路與功率管相分離的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種方案存在成本高、系統(tǒng)可靠性低等問(wèn)題。美國(guó)功率集成公司POWERIntegrationInc開(kāi)發(fā)的TOPSwitch系列新型智能高頻開(kāi)關(guān)電源集成芯片解決了這些問(wèn)題，該系列芯片將自啟動(dòng)電路、功率開(kāi)關(guān)管、PWM控制電路及保護(hù)電路等集成在一起，從而提高了電源的效率，簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，使開(kāi)關(guān)電源發(fā)展到一個(gè)新的時(shí)代。文中介紹了一種用TOPSwitch的第三代產(chǎn)品TOP249Y開(kāi)發(fā)變頻器用多路輸出開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。

2TOP249Y引腳功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2．1TOP249Y的管腳功能

摘要：介紹LCD的控制驅(qū)動(dòng)及基與MCU接口的特點(diǎn)；詳細(xì)闡述嵌入式系統(tǒng)人機(jī)界面中各種常見(jiàn)LCD的控制驅(qū)動(dòng)與MCU接口設(shè)計(jì)，以及一些基礎(chǔ)LCD外圍電路設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：LCDMCU接口控制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)液晶顯示，穩(wěn)定可靠、成本低、功耗小、控制驅(qū)動(dòng)方便、接口簡(jiǎn)單易用、模塊化結(jié)構(gòu)緊湊，在嵌入式系統(tǒng)中作為人機(jī)界面獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多廠商，如紫晶、冀雅、晶華、信利、蓬遠(yuǎn)等已經(jīng)能夠滿足各種定制液晶顯示的需求；很多著名半導(dǎo)體廠商，如Hitachi、SeikoEpson、Toshiba、Holtek、Solomon、Samsung等相繼推出了許多控制驅(qū)動(dòng)器件。本文以現(xiàn)有的控制驅(qū)動(dòng)器件和液晶顯示器如何構(gòu)成各種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、簡(jiǎn)單易用、性能優(yōu)良的嵌入式人機(jī)界面的設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合闡述。1液晶顯示及其控制驅(qū)動(dòng)與接口概述液晶顯示LCD（LiquidCrystalDisplay），是利用液晶材料在電場(chǎng)作用下發(fā)生位置變化而遮蔽/通透光線的性能制作成為一種重要平板顯示器件。通常使用的LCD器件有TN型（TwistNematic，扭曲向列型液晶）、STN型（SuperTN，超扭曲向列型液晶）和TFT型（ThinFilmTransistor，薄膜晶體管型液晶）。TN、STN、TFT型液晶，性能依次增強(qiáng)，制作成本也隨之增加。TN和STN型常用作單色LCD。STN型可以設(shè)計(jì)成單色多級(jí)灰度LCD和偽彩色LCD，TFT型常用作真彩色LCD。TN和STN型LCD，不能做成大面積LCD，其顏色數(shù)在218種以下。218種顏色以下的稱為偽色彩，218種及其以上顏色的稱為真彩色。TFT型可以實(shí)現(xiàn)大面積LCD真彩顯示，其像素點(diǎn)可以做成0.3mm左右。TFT-LCD技術(shù)日趨成熟，長(zhǎng)期困擾的難題已獲解決：視角達(dá)170°，亮度達(dá)500cd/m2(500尼特)，顯示器尺寸達(dá)101.6cm(40in)，變化速度達(dá)60幀/s。

進(jìn)行LCD設(shè)計(jì)主要是LCD的控制/驅(qū)動(dòng)和外界的接口設(shè)計(jì)?？刂浦饕峭ㄟ^(guò)接口與外界通信、管理內(nèi)/外顯示RAM，控制驅(qū)動(dòng)器，分配顯示數(shù)據(jù)；驅(qū)動(dòng)主要是根據(jù)控制器要求，驅(qū)動(dòng)LCD進(jìn)行顯示?？刂破鬟€常含有內(nèi)部ASCII字符庫(kù)，或可外擴(kuò)的大容量漢字庫(kù)。小規(guī)模LCD設(shè)計(jì)，常選用一體化控制/驅(qū)動(dòng)器；中大規(guī)模的LCD設(shè)計(jì)，常選用若干個(gè)控制器、驅(qū)動(dòng)器，并外擴(kuò)適當(dāng)?shù)娘@示RAM、自制字符RAM或ROM字庫(kù)?？刂婆c驅(qū)動(dòng)器大多采用低壓微功耗器件。與外界的接口主要用于LCD控制，通常是可連接單片機(jī)MCU的8/16位PPI并口或若干控制線的SPI串口。顯示RAM除部分Samsung器件需用自刷新動(dòng)態(tài)SDRAM外，大多公司器件都用靜態(tài)SRAM。嵌入式人機(jī)界面中常用的LCD類型及其典型控制/驅(qū)動(dòng)器件與接口如下：

段式LCD，如HT1621（控/驅(qū)）、128點(diǎn)顯示、4線SPI接口；字符型LCD，如HD44780U（控/驅(qū)）、2行×8字符顯示、4/8位PPI接口；單色點(diǎn)陣LCD，如SED1520（控/驅(qū)）、61段×16行點(diǎn)陣顯示、8位PPI接口，又如T6863（控）+T6A39（列驅(qū)+T6A40（行驅(qū)）、640×64點(diǎn)雙屏顯示、8位PPI接口；

灰度點(diǎn)陣LCD，如HD66421（控/驅(qū)）、160×100點(diǎn)單色4級(jí)灰度顯示、8位PPI接口；偽彩點(diǎn)陣LCD，如SSD1780（控/驅(qū)）、104RGB×80點(diǎn)顯示、8位PPI或3/4線SPI接口；真彩色點(diǎn)陣LCD，如HD66772（控/源驅(qū)）+HD66774（柵驅(qū)）、176RGB×240點(diǎn)顯示、8/9/16/18位PPI接口、6/16/18動(dòng)畫接口、同步串行接口；視頻變換LCD，如HD66840（CRT-RGB→CD-RGB）、720×512點(diǎn)顯示、單色/8級(jí)灰度/8級(jí)顏色/4位PPI接口?？刂乞?qū)動(dòng)器件的供電電路、驅(qū)動(dòng)的偏壓電路、背光電路、振蕩電路等構(gòu)成LCD控制驅(qū)動(dòng)的基本電路。它是LCD顯示的基礎(chǔ)。

LCD與其控制驅(qū)動(dòng)、接口、基本電路一起構(gòu)成LCM（LiquidCrystalModule,LCD模塊）。常規(guī)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多使用現(xiàn)成的LCM做人機(jī)界面；現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，常把LCD及其控制驅(qū)動(dòng)器件、基本電路直接做入系統(tǒng)。本體考慮、既結(jié)構(gòu)緊湊，又降低成本，并且有昨于減少功耗、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品小型化?？刂芁CD顯示，常采用單片機(jī)MCU，通過(guò)LCD部分的PPI或SPI接口，按照LCD控制器的若干條的協(xié)議指令執(zhí)行。MCU的LCD程序一般包括初始化程序、管理程序和數(shù)據(jù)傳輸程序。大多數(shù)LCD控制驅(qū)動(dòng)器廠商都隨器件提供有匯編或C語(yǔ)言的例程資料，十分方便程序編制。

2常見(jiàn)LCD的控制驅(qū)動(dòng)與接口設(shè)計(jì)2.1段式LCD的控制驅(qū)動(dòng)與接口設(shè)計(jì)段式LCD用于顯示段形數(shù)字或固定形狀的符號(hào)，廣泛用作計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、狀態(tài)指示等。普遍使用的控制驅(qū)動(dòng)器件是Holtek的HT1621，它內(nèi)含與LCD顯示點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的顯存、振蕩電路，低壓低功耗，4線串行MCU連接，8條控制/傳輸指令，可進(jìn)行32段×4行=128點(diǎn)控制顯示，顯示對(duì)比度可外部調(diào)整，可編程選擇偏壓、占空比等驅(qū)動(dòng)性能。HT1621控制驅(qū)動(dòng)LCD及其MCU接口如圖1所示。2．2字符型LCD的控制驅(qū)動(dòng)與接口設(shè)計(jì)字符型LCD用于顯示5×8等點(diǎn)陣字符，廣泛用作工業(yè)測(cè)量?jī)x表儀器。常用的控制驅(qū)動(dòng)器件有：Hitachi的HD44780U、Novatek的NT3881D、Samsung的KS0066、Sunplus的SPLC78A01等。HD44780U使用最普遍。它內(nèi)嵌與LCD顯示點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的顯存SRAM、ASCII碼等的字符庫(kù)CGROM和自制字符存儲(chǔ)器CGRAM，可顯示1～行每行8個(gè)5～8點(diǎn)陣字符或相應(yīng)規(guī)模的5×10點(diǎn)陣字符，其內(nèi)振蕩電路附加外部阻容RC可直接構(gòu)成振蕩器。HD44780U具有可直接連接68XXMCU的4/8位PPI接口，9條控制/傳輸指令，顯示對(duì)比度可外部調(diào)整。HD44780U連接80XXMCU時(shí)有直接連接和間接連接兩種方式：直接連接需外部邏輯變換接口控制信號(hào)，而無(wú)需特別操作程序；間接連接將控制信號(hào)接在MCU的I/O口上，需特別編制訪問(wèn)程序。HD44780U控制驅(qū)動(dòng)LCD及其與80XXMCU的接口如圖2所示。

摘要：介紹了一種基于高度集成的DC/DC電源控制芯片DPA426的實(shí)用電路。

關(guān)鍵詞：DC/DC變換；控制芯片DPA426；應(yīng)用

引言

DPA426是PI(PowerIntegrationGmbH)公司設(shè)計(jì)的，高度集成的DC/DC電源控制芯片。它內(nèi)部集成了一個(gè)200V的高頻功率MOSFET，并將PWM控制、工作頻率選擇、輸入過(guò)欠壓檢測(cè)、可編程電流限制、ON/OFF開(kāi)關(guān)控制、外部時(shí)鐘同步、軟啟動(dòng)及關(guān)斷自動(dòng)重啟動(dòng)、熱關(guān)斷保護(hù)等功能集于一身。只需極少的外部元器件就可實(shí)現(xiàn)眾多功能，不但使設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，節(jié)省空間，而且可降低成本。DPA426支持正激和反激工作模式，工作頻率高，貼片式封裝；若將外圍元器件及變壓器采用貼片元器件和平面變壓器，并采用鋁基板設(shè)計(jì)，就可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。另外，DPA426只是DPASwitch系列控制芯片中的一種，它最大輸出100W，還有DPA423－425，輸出功率分別為18W，35W，70W，用戶可根據(jù)需要選用。

圖1

1DPA426簡(jiǎn)介

采用自保護(hù)MOSFET可以設(shè)計(jì)出高性價(jià)比的容錯(cuò)系統(tǒng)，但損害或毀壞自保護(hù)MOSFET器件的工作情況確實(shí)存在。只有在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮這些因素，才可以設(shè)計(jì)出高性價(jià)比而可靠的系統(tǒng)。

汽車電子系統(tǒng)中使用的功率器件必須能抵受極為嚴(yán)峻環(huán)境的考驗(yàn)：它們必須能承受關(guān)閉瞬流和負(fù)載切斷電源故障引起的高壓毛刺；若環(huán)境工作溫度超過(guò)120℃，器件結(jié)溫則將隨之而來(lái)升高；線束中的眾多連接器位于方便組裝和維修的位置，這可能造成器件電氣連接的間斷。由于新的負(fù)載需要的功率越來(lái)越大，所以即使在正常的條件下工作，器件承受的壓力也明顯加大。

為了提高系統(tǒng)可靠性并降低保修成本，設(shè)計(jì)人員在功率器件中加入故障保護(hù)電路，以免器件發(fā)生故障，避免對(duì)電子系統(tǒng)造成高代價(jià)的損害。這通常利用外部傳感器、分立電路和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在更多情況下，設(shè)計(jì)人員使用完全自保護(hù)的MOSFET功率器件來(lái)完成。隨著技術(shù)的發(fā)展，MOSFET功率器件能夠以更低的系統(tǒng)成本提供優(yōu)異的故障保護(hù)。

圖1顯示了完全自保護(hù)MOSFET的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些器件常見(jiàn)的其他特性包括狀態(tài)指示、數(shù)字輸入、差分輸入和過(guò)壓及欠壓切斷。高端配置包括片上電荷泵功能。但是，大多數(shù)器件都具備三個(gè)電路模塊，即電流限制、溫度限制和漏-源過(guò)壓箝制，為器件提供大部分的保護(hù)。

短路故障

最常見(jiàn)也最麻煩的故障可能是短路。這類故障有以下幾種形式：負(fù)載間的短路、開(kāi)關(guān)間的短路或電源接地的短路。而且，這些短路器件啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)都會(huì)發(fā)生。由于短路故障通常是間歇性，即使在很短時(shí)間中就存在多種形式，使問(wèn)題更為棘手。例如，在器件之間發(fā)生短路而MOSFET關(guān)閉的情況下，電流通過(guò)短路向MOSFET周圍分流。