嵌入式系統中的模擬設計

《嵌入式系統中的模擬設計》是2006年北京航空航天大學出版社出版的一本圖書，作者是(美)貝克(Baker B.) 李喻奎。

基本介紹

• 書名：嵌入式系統中的模擬設計
• ISBN：781077862
• 頁數：264
• 定價：32元
• 出版社：北京航空航天大學出版社
• 出版時間：2006年8月1日
• 裝幀：平裝
• 開本：16開

基本信息

書名:嵌入式系統中的模擬設計

ISBN:781077862

作者：(美)貝克(Baker B.) 李喻奎著

出版社:北京航空航天大學出版社

定價:32

頁數:264

出版日期:2006-8-1

版次: 1

開本:16開

包裝:平裝

簡介

將模擬技術最本質的“藝術”放進數字工程師的工具箱……

不像那些“理論”式的書，包含著不合實際套用的電路設計，這本書是多年實際工程測試經驗的總結。這種以實踐為基礎並結合最新技術是本書區別其他電路設計方面書籍的最大特色。

―John Titus , EDN 和《測試與測量世界》雜誌前主編

本書為那些希望掌握基本模擬知識的數字工程師而寫，內容包括A/D轉換器、D/A轉換器、運放、濾波器以及模擬和數字系統集成設計。本書共分為13章。作者採用工程師喜歡的談話、交流方式，第1章從分析數字和模擬設計的鴻溝開始，闡述兩者之間的聯繫；第2～7章中詳細介紹了SAR和∑－△A/D轉換器、運放的基本知識，並結合實際套用講解如何選擇合適的A/D轉換器、運放以及線性系統中運放電路的設計和SPICE仿真；第8～12章介紹模擬和數字電路協調工作所關注的噪聲、電源和地分割、PCB布局的技巧和策略以及選擇合適的工具進行電路調試，在理論介紹時，結合真實模擬設計實例，讓數字工程師對這些模擬工具有真實的感受，並進而去思考模擬，以及如何利用它來解決電路問題；第13章總結全書的內容，並以模擬/數字混合電路板設計為例，讓工程師體會到模擬技術最本質的“藝術”。.

本書特別適合那些從事信息家電、工業控制和機電控制系統等模擬/數字混合系統設計的數字工程師、學生、教師及套用工程人員。本書是一本有用的參考資料，既可以幫助讀者完成數字系統中的模擬設計，也可以作為掌握許多模擬電子方面重要內容的指導手冊。...

目錄

第1章 跨越模擬和數字的鴻溝

1.1 測量溫度並數位化4

1.2 設計中的攔路石5

1.3 不關我的事5

1.4 給我重要的數據6

1.5 不要讓這些小事來麻煩我——只給我數據9

1.6 模擬設計成功的關鍵因素11

1.7 模擬和數字設計的區別12

1.7.1 精度13

1.7.2 硬體和軟體13

1.8 時間及其倒數17

1.9 組織工具箱17

1.10 了解最基本原理並繼續提升，跳出思維定勢18

第2章 模/數轉換器基礎知識

2.1 A/D轉換器的關鍵參數20

2.1.1 A/D轉換器的輸入範圍20

2.1.2 模擬信號的數字編碼21

2.1.3 吞吐率與精度及準確度的關係24

2.1.4 準確度與精度關係25

2.2 逐次逼近型（SAR）轉換器29

2.2.1 CMOS SAR拓撲結構31

2.2.2 SAR轉換器的輸入接口33

2.3 ΣΔ轉換器36

2.3.1 ΣΔ轉換器的工作原理36

2.3.2 ΣΔ轉換器中的可程式增益放大器37

2.3.3 多級電荷平衡ADC 39

2.3.4 數字低通濾波器41

2.3.5 抽取濾波器44

2.3.6 ΣΔ轉換器的最大好處44

2.3.7 ΣΔ轉換器參數——數字濾波器設定時間46

2.3.8 不同廠家ΣΔ轉換器的區別46

2.4 結論47

第3章 為套用選擇合適的A/D轉換器

3.1 輸入信號的分類48

3.2 使用RTD的溫度測量：採用SAR轉換器，還是ΣΔ轉換器？55

3.2.1 SAR轉換器的RTD電流激勵電路57

3.2.2 使用SAR A/D轉換器的RTD信號調理電路58

3.2.3 SAR A/D轉換器適合這個溫度測量套用嗎？59

3.3 使用ΣΔ A/D轉換器的RTD信號調理59

3.4 壓力測量：選用ΣΔ轉換器，還是SAR轉換器？60

3.5 使用SAR A/D轉換器的壓力感測器信號調理61

3.6 使用ΣΔ A/D轉換器的壓力感測器信號調理62

3.7 光敏二極體套用63

3.8 使用SAR A/D轉換器的光電檢測信號調理63

3.9 使 用ΣΔ A/D轉換器的光電檢測信號調理65

3.10 電動機控制方案66

3.11 結論69

第4章 模擬濾波器的使用與設計

4.1 模擬低通濾波器的關鍵設計參數73

4.2 抗混疊濾波器原理80

4.3 模擬濾波器的實現82

4.3.1 無源濾波器83

4.3.2 有源濾波器83

4.3.3 單極點濾波器84

4.3.4 雙極點Sallen?Key濾波器84

4.3.5 雙極點多反饋濾波器85

4.4 如何選擇運算放大器85

4.5 為接近直流的模擬信號設計抗混疊濾波器86

4.6 復用系統89

4.7 連續模擬信號91

第5章 為你的電路選擇合適的運放

5.1 明智的工藝選擇94

5.2 運放電路的基礎知識95

5.2.1 電壓跟隨器95

5.2.2 放大模擬信號97

5.2.3 差分放大器98

5.2.4 加法器99

5.2.5 電流電壓轉換100

5.2.6儀表放大器101

5.2.7 浮空電流源102

5.3 運放設計的技巧103

5.3.1 一般的建議103

5.3.2 單電源軌對軌運放的設計104

第6章 線性系統中的運放

6.1 運放直流特性基礎105

6.2 高輸入阻抗會有區別109

6.3 運放輸出不能擺至軌對軌110

6.3.1 正確使用運放的輸入和輸出113

6.3.2 直流參數：VOS 、AOL 、CMRR和PSRR115

6.4 每個運放都會振盪，每個振盪器都會放大118

6.4.1 運放內部框圖118

6.4.2 閉環運放系統的穩定性120

6.4.3 閉環傳遞函式121

6.4.4 運放電路中1/β的計算121

6.5 確定系統的穩定性123

6.6 時域性能126

6.6.1 壓擺率（SR）126

6.6.2 設定時間（ts）和過沖127

第7章 SPICE仿真

7.1 “紙和筆”的傳統設計流程133

7.2 仿真的結果可靠嗎？136

7.3 宏模型139

7.4 結論143

第8章 從數字域解決模擬問題

8.1 PWM實現D/A轉換器145

8.1.1 從時域的角度了解參考電壓145

8.1.2 將數位訊號變成模擬信號146

8.1.3 為PWM D/A轉換器確定模擬低通濾波器147

8.1.4 將時域和頻域合在一起149

8.2 使用比較器實現A/D轉換150

8.2.1 比較器的輸入範圍（VIN+和VIN-） 150

8.2.2 輸入遲滯150

8.3 視窗比較器152

8.4 比較器和定時器合在一起153

8.5 利用定時器和比較器來設計ΣΔ A/D轉換器154

8.5.1 ΣΔ原理154

8.5.2 微控制器實現156

8.5.3 微控制器實現的ΣΔ A/D轉換器的誤差分析158

8.5.4 其他輸入範圍159

8.6 結論162

第9章 模擬和數字電路協同工作

9.1 為套用選擇適合化學特性的電池163

9.2 轉換電池電壓為系統所需電壓165

9.3 定義電源轉換效率166

9.3.1 Buck降壓電路的效率166

9.3.2 電荷泵電路的效率167

9.3.3 低壓差線性穩壓器的效率168

9.4 3種電源器件的比較170

9.5 電池供電系統的最佳電源方案172

9.6 微控制器套用的低功耗實現173

9.6.1 模擬和數字電路協同工作173

9.6.2 控制時鐘174

9.6.3 休眠模式下數字電路的工作177

9.6.4 結論178

第10章 器件、傳導和輻射噪聲

10.1 噪聲參數的定義和術語180

10.2 電路噪聲示例181

10.3 器件噪聲184

10.3.1 電阻噪聲184

10.3.2 運放噪聲188

10.3.3 A/D轉換器噪聲193

10.3.4 電源噪聲194

10.3.5 減小器件噪聲197

10.4 傳導噪聲198

10.4.1 信號路徑上的噪聲198

10.4.2 電源匯流排上的噪聲199

第11章 高速、精密數字電路的布板和鋪地

11.1 模擬和數字布線策略的相似之處203

11.1.1 旁路或去耦電容203

11.1.2 電源線和地線要布在一起204

11.2 地平面可能是一個難題206

11.3 電路板和元件的寄生效應會產生巨大危害207

11.3.1 寄生電容的危害207

11.3.2 PCB設計產生的寄生電感212

11.4 A/D轉換器精度和解析度提高時所使用的布局技巧212

11.4.1 逐次逼近型A/D轉換器的布線213

11.4.2 高精度ΣΔ轉換器布線策略215

11.5 雙面電路板的布局藝術216

11.6 有/無地平面時的電流迴路設計220

11.7 12位感測系統的布局竅門221

11.8 布線的一般準則——器件布局222

11.9 布線的一般準則——地和電源策略222

11.10 信號線225

11.11 旁路電容和抗混疊濾波器的使用226

11.12 旁路電容226

11.13 抗混疊濾波器226

11.14 PCB設計檢查表226

第12章 選用正確的工具調試混合信號設計

12.1 解決問題的基本工具228

12.2 電源噪聲232

12.3 使用運放不正確236

12.4 不要忽略細節237

12.5 結論239

第13章 同一個電路板上的數字/模擬混合設計

13.1 連線真實世界的信號鏈240

13.2 可選的工具241

13.3 考慮模擬的數字電路設計245

13.4 結論249

附錄A A/D轉換器的參數定義和公式

附錄B 讀懂FFT

B.1 讀懂FFT圖256

B.2 基頻輸入信號257

B.3 輸入信號容限258

B.4 信噪比258

B.5 無失真動態範圍（SFDR）258

B.6 平均噪聲門限259

B.7 FFT圖中的其他參數259

B.8 FFT精度259

B.9 視窗函式260

附錄C 運放參數定義和公式