现代电子技术讲稿

1、1陈明义中南大学电子与通信工程系中南大学电子与通信工程系2引引 言言一、概一、概 述述二、体系结构二、体系结构三、基础模块三、基础模块四、应用模块四、应用模块3一、概一、概 述述1 1、定义：、定义： 采用电路的方法来采用电路的方法来实现实现或或模拟模拟 人类人类社会社会的自然现象和的自然现象和人类的智能人类的智能活动。活动。2 2、实现方法：、实现方法：硬件硬件+ +软件软件 模块化设计方法：模块化设计方法：先进芯片应用先进芯片应用 E D A E D A 设计方法：硬件设计方法：硬件设计设计软件化软件化 硬件硬件功能功能 软件化软件化 仿仿 真设计方法：真设计方法：MULTISM、MATL

2、AB43 3、目标：成本低、速度快、体积小、目标：成本低、速度快、体积小 功耗功耗 低、可靠性高低、可靠性高 4、障碍：电路过于复杂成本太高、障碍：电路过于复杂成本太高 速度不够快达不实时性要求速度不够快达不实时性要求 技术不成熟模型难以建立技术不成熟模型难以建立能实现能实现-成本高成本高能模拟能模拟-无法实时实无法实时实现现无法模拟无法模拟55 5、发展趋势、发展趋势 EDAEDA技术的发展技术的发展 新的功能通用器件开发新的功能通用器件开发 新的集成工艺发展新的集成工艺发展 新材料功能器件出现新材料功能器件出现6二、体系结构二、体系结构电子技术电子技术基基 础础 模模 块块应应 用用 模模

3、 块块模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术高频电子技术高频电子技术现代电子技术现代电子技术MCU技技术术DSP技技术术ASIC技技术术PLD技技术术SOPC技技术术ARM技技术术7电子技术分类电子技术分类-基本理论篇基本理论篇 模拟电子技术模拟电子技术 数字电子技术数字电子技术 高频电子技术高频电子技术 现代电子技术现代电子技术8一一.模拟电子技术模拟电子技术-低频模拟小低频模拟小信号的放大、运算与处理信号的放大、运算与处理 一个工程观点一个工程观点 两种基本思想两种基本思想: :放大放大-反馈反馈 三种分析方法：等效电路图法、瞬时极性法、三种分析方法：等效电路图法、瞬时极性法、

4、虚短虚断法虚短虚断法 四种器件四种器件: :二极管、三极管、场效应管、集成运放二极管、三极管、场效应管、集成运放 五种常用测试仪器：示波器、信号源、直流稳压五种常用测试仪器：示波器、信号源、直流稳压源、交流毫伏表、万用表源、交流毫伏表、万用表 六种功能电路六种功能电路: :运算电路、有源滤波电路、电压比运算电路、有源滤波电路、电压比较器、功率放大电路、波形发生电路、直流稳压较器、功率放大电路、波形发生电路、直流稳压电源电源9模拟电子技术模拟电子技术-体系结构体系结构 PNPN结结 器件器件 电路电路 系统系统 结构结构 原理原理 分析分析 性能性能 应用应用10二、数字电子技术二、数字电子技术

5、-数字信号数字信号的逻辑运算与处理的逻辑运算与处理一个数学基础：逻辑代数基础一个数学基础：逻辑代数基础两类逻辑电路：双极型两类逻辑电路：双极型 （TTLTTL）、）、MOSMOS型型（CMOSCMOS）三种分析与设计方法：组合逻辑电路的分析与三种分析与设计方法：组合逻辑电路的分析与设计，时序逻辑电路的分析与设计，数字系统设计，时序逻辑电路的分析与设计，数字系统的分析与设计方法的分析与设计方法四类数字集成功能电路：四类数字集成功能电路：SSISSI（门电路、触发（门电路、触发器），器），MSIMSI（编码、译码、全加、比较、寄存、（编码、译码、全加、比较、寄存、计数等），计数等），LSILSI（

6、RAMRAM，ROMROM，PLAPLA，PALPAL，GALGAL）和模数混合电路（单稳态触发器，多谐振荡器，和模数混合电路（单稳态触发器，多谐振荡器，555555，ADCADC，DACDAC）若干常用芯片若干常用芯片11数字电子技术数字电子技术-体系结构体系结构 开关开关 器件器件 电路电路 芯片芯片 系统系统 结构结构 原理原理 分析分析 设计设计 功能功能 应用应用12三、高频电子技术三、高频电子技术-高频模拟高频模拟信号的放大与处理信号的放大与处理 高频小信号放大高频小信号放大 高频功率放大与功率合成高频功率放大与功率合成 选频调谐放大与高频振荡选频调谐放大与高频振荡 幅值调制幅值调

7、制/ /解调（解调（AMAM） 频率调制频率调制/ /解调（解调（FMFM） 相位调制相位调制/ /解调（解调（PMPM） 无线电发射与接收无线电发射与接收13四、现代电子技术四、现代电子技术-高速高精度高速高精度高稳定信号处理高稳定信号处理 以高速模拟电路、高速数字电路、新型以高速模拟电路、高速数字电路、新型有源滤波器、非线性电路为基点有源滤波器、非线性电路为基点 以电流模技术、开关电容技术、变跨导以电流模技术、开关电容技术、变跨导技术、技术、ECLECL技术、锁相环技术、串行技术、锁相环技术、串行A/DA/D转化（转化（-）技术为核心）技术为核心 以高速运算放大、仪用放大器、有源滤以高速运

8、算放大、仪用放大器、有源滤波器、模数转换器、频率合成电路为应波器、模数转换器、频率合成电路为应用背景用背景14电子技术分类电子技术分类-技术应用篇技术应用篇 单片机技术及应用单片机技术及应用 EDAEDA技术及应用技术及应用 DSPDSP技术及应用技术及应用 嵌入式技术及应用嵌入式技术及应用 SOPCSOPC技术及应用技术及应用 ASICASIC技术技术15教学安排教学安排 上课班级：电子信息工程上课班级：电子信息工程1修选修 上课时间：星期上课时间：星期五五1-21-2 上课地点：世上课地点：世B502B502 学时分配学时分配：授课授课24学时，实验实验8学时学时

9、16教材教材17教学内容教学内容1 1、高速运算放大、高速运算放大-4-4学时学时2 2、仪器放大器与隔离放大器、仪器放大器与隔离放大器-2-2学时学时3 3、有源滤波器、有源滤波器-4-4学时学时4 4、高速采样保持放大器、高速采样保持放大器-2-2学时学时5 5、高速、高速ADCADC、DAC -4DAC -4学时学时6 6、电源、电源-4-4学时学时7 7、频率合成、频率合成DDS -4DDS -4学时学时18实验安排实验安排1 1、高速运放特性测试与应用、高速运放特性测试与应用-2-2学时学时2 2、ECLECL器件特性测试与应用器件特性测试与应用-2-2学时学时3 3、DDS DDS

10、 数字合成正弦波数字合成正弦波-4-4学时学时19第一章第一章 高速运算放大高速运算放大1.1 运算放大器基础运算放大器基础1.2 1.2 高速电压反馈运算放大器高速电压反馈运算放大器1.3 1.3 高速电流反馈运算放大器高速电流反馈运算放大器201.1 运算放大器基础运算放大器基础一、运算放大器的分类一、运算放大器的分类高速放大器高速放大器精密放大器精密放大器通用型运算放大器通用型运算放大器21高速放大器高速放大器 最高转换速率放大器最高转换速率放大器 AD9610：3500V/s s 最短调整时间放大器最短调整时间放大器AD9611：0.1% 13ns 最高增益带宽放大器AD5539:1.

11、4GHz22精密放大器精密放大器 最低失调电压放大器AD707:15 v 最低偏流放大器AD549:60pA 最低漂移放大器AD707:100nv/ 最高开环增益放大器AD707:13106 最高共模抑制比放大器AD707:130dB23二二.运算放大器的选择运算放大器的选择1.失调与漂移失调与漂移1 1) )电路接上信号源时电路接上信号源时,电路应有的输入电阻电路应有的输入电阻2)2)可以容许的漂移误差可以容许的漂移误差 P6P6图图1-1-11-1-1 2.电流放大电流放大1) 1)电流注入反相输入端电流注入反相输入端2)2)构成电压跟随器构成电压跟随器 P7P7图图1-1-21-1-23

12、 3.增益带宽增益带宽单位增益带宽大于单位增益带宽大于2 2MHZ要求特殊设计技术要求特殊设计技术 P6P6图图1-1-11-1-124三三.应用应用1. 1.稳态应用稳态应用: :放大处理连续正弦波形成的复放大处理连续正弦波形成的复杂波形杂波形 反馈反馈,闭环增益和带宽闭环增益和带宽 P8P8图图1-1-31-1-32. 2.瞬态应用瞬态应用: :模数转换模数转换,数模转换数模转换,脉冲放大脉冲放大 转换速率转换速率,调整时间调整时间251.2 1.2 高速电压反馈运算放大器高速电压反馈运算放大器 由差动输入级、电压放大级和推挽输出级组成由差动输入级、电压放大级和推挽输出级组成 带宽增益积为

13、常数，牺牲开环增益带宽增益积为常数，牺牲开环增益 AD5539AD5539的开环总增益为的开环总增益为5050 电信应用电信应用(50 (50 传输线传输线), ),视频应用视频应用(75 (75 传输线传输线) ) 板上连线短板上连线短,考虑屏蔽与接地问题考虑屏蔽与接地问题 小信号放大接成反相放大器时小信号放大接成反相放大器时,应使用滞后超前应使用滞后超前补偿补偿26AD5539-模拟器件（模拟器件（ADAD）公司）公司 增益带宽为增益带宽为1.4GHZ1.4GHZ 小信号带宽达小信号带宽达220MHZ220MHZ 当闭环增益为当闭环增益为7 7时满功率响应达到时满功率响应达到82MHZ82

14、MHZ 转换速率为转换速率为600V/s600V/s 输入阻抗为输入阻抗为100K100K 输出阻抗为输出阻抗为22 调整时间为调整时间为12ns(12ns(1% ) 大信号传输延迟大信号传输延迟4nS27电压模电路电压模电路 输出电压的幅值受电源电压的限制输出电压的幅值受电源电压的限制 各级电压放大倍数很大，使得管子的各级电压放大倍数很大，使得管子的发射极等效电容较大，且回路电阻大，发射极等效电容较大，且回路电阻大，截止频率低。截止频率低。28一、电流模技术（一、电流模技术（CFACFA） VFAVFA：电压反馈放大器；以电压信号作输入、：电压反馈放大器；以电压信号作输入、输出及反馈信号，因

15、此在工作速度、频率等性输出及反馈信号，因此在工作速度、频率等性能方面不能满足高速系统的要求。能方面不能满足高速系统的要求。 CFACFA：电流反馈放大器；以电流为输入信号、：电流反馈放大器；以电流为输入信号、以电压为输出信号，当其同相输入端与反相输以电压为输出信号，当其同相输入端与反相输入端产生差值电流时，电路产生响应，逐级放入端产生差值电流时，电路产生响应，逐级放大，最后转化为电压输出。大，最后转化为电压输出。 采用采用CFACFA技术设计与制造的模拟集成电路在工技术设计与制造的模拟集成电路在工作速度、精度、带宽和线性度方面均获得很高作速度、精度、带宽和线性度方面均获得很高性能。性能。1.3

16、 1.3 高速电流反馈运算放大器高速电流反馈运算放大器29电流模电路电流模电路T1T2iIiOIIOiii21.2、只要、只要T2管的管压降管的管压降UCE2足够足够大，保证其工作在放大状态，输大，保证其工作在放大状态，输出电流的幅值仅受最大集电极电出电流的幅值仅受最大集电极电流流ICM的限制，因此电路可工作的限制，因此电路可工作在低电源电压下，并且电流可以在低电源电压下，并且电流可以有很大的变化范围。有很大的变化范围。3、只要、只要T1与与T2管理想对管理想对称，输入输出电流具有良称，输入输出电流具有良好的线性关系而不受晶体好的线性关系而不受晶体管输入特性非线性的影响管输入特性非线性的影响4

17、、在信号传递过程中由于、在信号传递过程中由于b-e间电间电压基本不随输入电流的变化，而且压基本不随输入电流的变化，而且晶体管的极间电容所在回路均为低晶体管的极间电容所在回路均为低阻回路故电路的截止频率很高，可阻回路故电路的截止频率很高，可以接近管子的特征频率以接近管子的特征频率30二二、AD846-模拟器件（模拟器件（ADAD）公司）公司 小信号带宽达小信号带宽达46MHZ46MHZ 转换速率为转换速率为450V/s450V/s 输入阻抗为输入阻抗为2020 开环互阻为开环互阻为500M500M 10V10V阶跃响应时间为阶跃响应时间为80ns80ns31三、电流反馈运算放大器的模型三、电流反馈运算放大器的模型cjIcjIIUAiiioui11.11roIiIiCzUoIn32cjIUAioui1.f(Hz)106uiAlg2033四、负反馈放大电路的频率响应四、负反馈放大电路的频率响应crjUcjIcjIUnniO011+-R1R2ViVoInIiI2I1UnOncUrjU034+-R1R2ViVoInIiI2I1Un21RUUrURUUOnonni)/2/1(2100rrRRRRURURUn