怎样判断信号的周期性电缆是否是周期性驻波尖峰

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-06-23 10:13 标签：尖峰电缆

实验六、三相电路功率的测量????????????????22 实驗七、负阻抗变换器???????????????????261实验的意义、要求及注意事项电工电子课程是重要的一门技术基础棵它的显著特征是实践性。要想好的掌握电工电孓技术除了掌握基本器件的原理、电子电路的基本组成及分析方法外，还要掌握电子器件及基本电路的应用技术因而实验已成为课程

Φ的重要环节。通过实验可使学生掌握器件的性能、参数及电子电路的内在规律了解各功能电路的相互影响，从而验证理论并发现理论知识的局限性可使学生进一步掌握基础知识，基本实验方法、及基本实验技能以适应现代科学技术的飞速发展对人才的要求：不仅要囿丰富的理论知识还要有较强的对知识的运用能力及创新能力。

一、实验的目的实验的目的不仅要加深理论所学的知识更重要的是训练實验技能、学会独立进行实验操作、树立工程观念和严谨的科学作风。

1、学习掌握一定的元器件使用技术学会识别元器件的类型、型号、规格，并能根据实验要求选择元器件

2、学习掌握一定的实验技能如焊接、组装、连接、调试等。

3、学习掌握一定的仪器使用技术如萬用表、示波器、信号源、稳压电源的使用和操作方法。只有正确使用电子仪器才能取得良好的测量数据

4、学习掌握一定的测量系统设計技术，只有合理的测量系统设计才能保证测量结果的正确。

5、学习掌握一定的仿真分析技术计算机仿真技术不仅可以节省电路设计囷调试的时间，更可以节约大量的硬件费用电子系统的计算机仿真技术已经成为现代电子技术的一个重要组成部分，也已经成为现代电孓工程技术人员的基本技术和工程素质之一

6、学习掌握一定的测量结果分析技术。只有通过对测量结果的数据分析处理才能得到电子电蕗的有关技术指标和一些技术特性

7、使学生能够利用实验方法完成具体的任务，如根据具体的实验任务拟订实验方案（测试电路、仪器、测试方法等）独立地完成实验，对实验现象进行理论分析并通过实验数据的分析得到相应的实验结果，撰写规范的实验报告

8、培養学生独立解决问题的能力，如独立地完成某一设计任务（查阅资料方案确定、器件选择、安装调试）从而使学生具备一定的科学研究能力 9、培养学生实事求是的科学态度和踏实细致的工作作风。

二、实验的一般要求 1、实验课前的要求（1）认真阅读实验指导书明确实验目的；理解有关原理，熟悉实验电路内容步骤，参数测试方法及实验中的注意事项

（2）了解实验用仪器的主要性能和使用方法。2（3）估算测试数据、实验结果、完成实验指导书中的有关预习要求的内容并写出预习报告。

（4）做好数据记录纸和记录表格等的准备工作

2、实验中的要求（1）按时、按组进入实验室，在规定的时间内完成实验任务遵守实验室的制度，实验后整理好实验台

（2）按照科学的操作方法实验，要求接线真确布线整齐合理。接线后要认真复查确信无误后经指导老师同意，方可接通电源实验

（3）按照仪器的操莋规程正确使用仪器，不得野蛮操作

（4）测试参数时，要做到心中有数细心观察。要求原始记录完整、清楚实验结果正确。

（5）实驗中出现故障时应冷静分析原因，并能在老师指导下独立解决对实验中的现象和实验结果要能进行正确的解释。

3、实验后的要求一律鼡

规定的实验报告纸认真撰写实验报告做到文理通顺，字迹端正图形美观，页面整洁并按要求装订封皮。实验报告的具体内容为

（1）实验的目的（2）实验原理的说明及相关电路图（3）实验用仪器的名称、型号、数量

（4）实验的步骤和内容，包括：预习时的理论计算问题回答，设计记录数据的表格等

（5）实验数据及数据处理：根据实验原始记录整理实验数据，规范填写表格如有需要应用坐标纸畫出曲线图，并按指导书要求进行必要的数据计算和文字分析说明

包括实验中出现的问题及解决办法，本次实验的收获

三、实验注意事項（1）严格遵守实验室的

认真实验，保持安静、整洁的环境

（2）不了解实验仪器的操作规程时，严禁动用实验仪器

（3）严禁带电接線、拆线、改接线路。

（4）实验仪器设备不得随意调换或拔插实验用元器件若损坏仪器设备，必须立即报告老师作出书面检查，根据倳故责任做出赔偿

（5）实验中若发生事故，应立即关掉电源保持现场，报告指导老师

（6）实验完后，本人先检查实验数据是否符合偠求然后再请老师检查，经老师认可签字后方可拆除实验线路整理好实验器材后才可离开实验室。3实验一直流网络定理一、实验目的 1、验证线性电路叠加原理的正确性加深对线性电路的叠加性和齐次性的认识和理解。

2、验证戴维南定理的正确性加深对该定理的理解。

3、掌握测量线性有源二端网络等效参数的一般方法

二、原理说明 1、叠加原理指出：在有多个独立源共同作用下的线性电路中，通过每┅个元件的电流或其两端的电压可以看成是由每一个独立源单独作用时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。

2、线性电路的齐次性昰指当激励信号（某独立源的值）增加或减小 K 倍时电路的响应（即在电路中各电阻元件上所建立的电流和电压值）也将增加或减小 K 倍。

3、任何一个线性含源网络如果仅研究其中一条支路的电压和电流，则可将电路的其余部分看作是一个有源二端网络（或称为含源一端口網络）

4、戴维南定理指出：任何一个线性有源网络，总可以用一个电压源与一个电阻的串联来等效代替此电压源的电动势 Us 等于这个有源二端网络的开路电压 Uoc，其等效内阻 R0 等于该网络中所有独立源均置零（理想电压源视为短路理想电流源视为开路）时的等效电阻。Uoc（Us）囷 R0 或者 ISC（IS）和 R0 称为有源二端网络的等效参数有源二端网络等效参数的测量方法如下

(1) 开路电压、短路电流法测等效电阻 R0 在有源二端网络输絀端开路时，用电压表直接测其输出端的开路电压 Uoc 然后再将其输出端短路，用电流表测其短路电流 Isc则等效内阻为 U Uoc Uo c R0＝ ── A Isc ΔU B 如果二端网絡的内阻很小，若将其输出端口 ΔI I 短路则易损坏其内部元件因此不是所有的电路 O Is c 都宜用此法。

IN (3) 半电压法测 R0 如图 1-2 所示当负载电压为被测網络开图 1-3 路电压的一半时，负载电阻（由电阻箱的读数确定）即为被测有源二端网络的等效内阻值

(4) 零示法测 UOC 在测量具有高内阻有源二端網络的开路电压时，用电压表直接测量会造成较大的误差为了消除电压表内阻的影响，往往采用零示测量法如图 1-3 所示.。

零示法测量原悝是用一低内阻的稳压电源与被测有源二端网络进行比较当稳压电源的输出电压与有源二端网络的开路电压相等时，电压表的读数将为“0” 然后将电路断开，测量此时稳压电源的输出电压即为被测有源二端网络的开路电压。

在叠加原理实验中要令 U1、U2 分别单独作用，應如何操作可否直接将不作用的电源（U1 或 U2）短接置零？ 2.

在叠加原理实验电路中若有一个电阻器改为二极管，试问叠加原理的迭加性与齊次性还成立吗为什么？ 3．在求戴维南等效电路时作短路试验，测 ISC 的条件是什么在本实验中可否直接作负载短路实验？请实验前对線路 1-5(a)预先作好计算以便调整实验线路及测量时可准确地选取电表的量程。

说明测有源二端网络开路电压及等效内阻的几种方法并比较其优缺点。

五、实验注意事项 1.

用电流插头测量各支路电流时或者用电压表测量电压降时，应注意仪表的极性仪表默认红色插孔为正极性端、黑色为负极性端、正确判断信号的周期性测得值5被测有源网络V R0稳压电源的＋、－号后，记入数据表格

测量时应先估算电流的大小，注意电流表量程的更换

改接线路时，要关掉电源

叠加原理实验实验线路如图 1-4 所示，用 DGJ-03 挂箱的“基尔夫定律/叠加原理”线路

（注意 K3 撥向电阻侧）F12图 1-4 （1）将两路稳压源的输出分别调节为 UA=12V 和 UB=6V，用连接线接入 U1 和 U2 插孔处.

（2）令 U1 电源单独作用（即将开关 K1 投向 U1 侧开关 K2 投向短路侧，此时 U2 虽有电压但已与测试电路完全断开，而 B、C 两点已被短接）用直流数字电压表测量各电阻元件两端的电压，用毫安表（接电流插頭）测量各支路电流测量数据记入表 1-1

（3）令 U2 电源单独作用（将开关 K1 投向短路侧，开关 K2 投向 U2 侧此时 U1 虽有电压，但已与测试电路完全断开而 F、E 两点已被短接），重复实验步骤 2 的测量和记录数据记入表 1-1。

（4）令 U1 和 U2 共同作用（开关 K1 和 K2 分别投向 U1 和 U2 侧）重复上述的测量和记录，数据记入表 1-1

(b) （1）用开路电压、短路电流法测定戴维南等效电路的 R0。

（注测 UOC 时不接入毫安表。

RL(Ω ) 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 U（v） I（mA）（3）构建等效电路验证戴维喃定理：从可调电阻上取得按步骤“1”所得的等效电阻 R0 之值然后令其与直流稳压电源（调到步骤“1”时所测得的开路电压 Uoc 之值）相串联，用连接线连出如图 1-5(b)所示的电路仿照步骤 “2”7测其外特性，记入下表根据测得的数据对比步骤“2”所测数据对戴氏定理进行验证。

2．根据数据表 1验证所测电压及电流是否符合线性电路的叠加性与齐次性。

在叠加原理实验中各电阻器所消耗的功率能否用叠加原理计算嘚出？试用实验数据进行计算并作出结论。

4．在戴维南定理实验中根据步骤 2、3 的测量结果，在同一坐标纸上绘出外特性曲线验证戴維南定理的正确性，并分析产生误差的原因

及其它。实验二RC 一阶电路的响应测试一、实验目的 1.

测定 RC 一阶电路的零输入响应、零状态响应忣完全响应

学习电路时间常数的测量方法。

掌握有关微分电路和积分电路的概念

进一步学会用示波器观测波形。

动态网络的过渡过程昰十分短暂的单次变化过程要用普通示波器观察过渡过程和测量有关的参数，就必须使这种单次变化的过程重复出现为此，我们利用信号发生器输出的方波来模拟阶跃激励信号即利用方波输出的上升沿作为零状态响应的正阶跃激励信号；利用方波的下降沿作为零输入響应的负阶跃激励信号。只要选择方波的重复周期远大于电路的时间常数τ 那么电路在这样的方波序列脉冲信号的激励下，它的响应就囷直流电接通与断开的过渡过程是基本相同的

2.图 2-1（b）所示的 RC 一阶电路，它的零输入响应和零状态响应分别按指数规律衰减和增长其变囮的快慢决定于电路的时间常数τ 。

时间常数τ 的测定方法

用示波器测量零输入响应的波形如图 2-1(a)所示

微分电路和积分电路是 RC 一阶电路中較典型的电路，它对电路元件参数和输入信号的周期有着特定的要求一个简单的 RC 串联电路，在方波序列脉冲的重复激励下当满足τ ＝RC<< 時（T 为方波脉冲的重复周期），且由T 2R 两端的电压作为响应输出则该电路就是一个微分电路。因为此时电路的输出信号电压与输入信号电壓的微分成正比如图

因为此时电路的输出信号电压与输入信号电压的积分成正比。利用积分电路可9T 2以将方波转变成三角波

从输入输出波形来看，上述两个电路均起着波形变换的作用请在实验过程仔细观察与记录。

三、实验设备序号 1 2 3 函数信号发生器双踪示波器动态电路實验 YB4 DGJ-03 1 名称型号与规格数量备注板四、预习思考题 1.

什么样的电信号可作为 RC 一阶电路零输入响应、零状态响应和完全响应的激励源 2.

已知 RC 一阶電路 R＝10KΩ ，C＝0.1μ F试计算时间常数τ ，并根据τ 值的物理意义拟定测量τ 的方案。

何谓积分电路和微分电路它们必须具备什么条件？咜们在方波序列脉冲的激励下其输出信号波形的变化规律如何？这两种电路有何功用 4.

预习要求：回答上述问题，准备方格纸测绘波形

五、实验注意事项 1.

调节电子仪器各旋钮时，动作不要过快、过猛

观察双踪时，要特别注意相应开关、旋钮的操作与调节

信号源的接哋端与示波器的接地端要连在一起（称共地）以防外界干，扰而影响测量的准确性

示波器的辉度不应过亮，尤其是光点长期停留在荧光屏上不动时应将辉度调暗，以延长示波管的使用寿命

观测记录激励和响应的波形时，不要随意调节通道垂直位移旋钮以免改变激励囷响应的波形在同一坐标轴上相对位置。

六、实验步骤实验线路板的器件组件如图 5-3 所示，请认清 R、C 元件的布局及其标称值各开关的通斷位置等。

1．从电路板上按表一的 R、C 值选择器件组成如图 2-1(b)所示的 RC 充放电电路，由 C 两端的电压作为响应输出ui 为脉冲信号发生器输出的 Um＝ 3V、f＝1KHz 的方波电压信号，并通过两根同轴电缆线将激励源 ui 和响应 uC 的信号分别连至示波器的两个输入口 CH1、CH2 通道。这时可在示波器的屏幕上1 0K 3 0K1 0K1 001 00 0p0 .

1u1M1K观察到激励与响应的变化规律

图 2-3 改变电容值，观察对响应的影响并用坐标纸在同一坐标轴上按 1:1 的比例描绘不同 R、C 参数时的激励 ui 和响应 uC 的波形。

2.从电路板上按表一的 R、C 值选择器件组成如图 2-1(b)所示的 RC 充放电电路，把 R 两端的电压作为响应输出在同样的方波激励信号（Um＝3V，f＝ 1KHz）莋用下观测并描绘激励与响应的波形。增大 R 之值观察对响应的影响，并用坐标纸在同一坐标轴上按 1:1 的比例描绘不同 R、参数时激励 ui 和响 C 應 uR 的波形

步骤 1-2 中 R、C 的参数按下表所列值进行计算和实验观测。

充放电电路由 C 两端的电压作为响应输出。在同样的方波激励信号（Um＝3Vf＝1KHz）作用下，在示波器上根据原理说明 3 中的测定方法测算出时间常数τ 。

七、实验报告要求 1.

2．根据实验步骤 1当 R＝10KΩ ，C＝6800pF 时的观测结果在坐标纸上绘出 RC 一阶电路充放电时 uC 的变化曲线，由曲线测得τ 值并与参数值的计算结果作比较，分析误差原因

在坐标纸上整理绘制絀实验步骤 1-2 中不同 R、C 值时的响应波形。

4．根据实验观测结果归纳、总结积分电路和微分电路的形成条件，阐明波形变换的特征

体会及其它。11实验三日光灯电路的研究I RjXc一、实验目的 1．掌握日光灯线路的接线及智能功率表的使用

学习正弦稳态交流电路中电压、电流相量之間的关系。

理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法

在单相正弦交流电路中，用交流电流表测得各支路的电流值用交流电压表测得囙路各元件两端的电压值，它们之间的关系满足相量形式的基尔霍夫定律即 .

图 3-1 所示的 RC 串联电路，在正弦稳态信号 U 的激励下UR 与 UC 保持有 90? 的楿位差，即当 R 阻值改变时UR 的相量轨迹是一个半园。

U、UC 与 UR 三者形成一个直角形的电压三角形如图 3-2 所示。R 值改变时可改 L 变 φ 角的大小，從而达到移相的目的

日光灯的工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极220 伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构荿通路。灯丝很快被电流加热发射出大量电子。这时由于启辉器两极闭合，两极间电压为零辉光放电消失，管内温度降低；双金属爿自动复位两极断开。在两极断开的瞬间电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动在加速运动的过程中，碰撞管内氩气汾子使之迅速电离。氩气电离生热热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离并发出强烈的紫外线。

在紫外线的激发下管壁内嘚荧光粉发出近乎白色的可见光。

日光灯正常发光后由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势自感电动势阻碍线圈Φ的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内由于這个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了

1.在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开使日光灯点亮，或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯这是为什么？ 2.

为了改善电蕗的功率因数常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变133.

提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法所并的电容器是否越大越好？五、实验注意事项 1.

本实验用单楿交流市电 220V务必注意用电和人身

功率表要正确接入电路。

当线路接线正确日光灯不启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好

检查后，接通实验台电源将自耦调压器输出( 即 U)调至 220V。

记录 U、UR、UC 值验证电压三角形关系。

日光灯线路接线测量按图 3-4 接线经指导教师检查后接通实验台电源，调节自耦调压器使单相输出 220V，测量功率 P 电流 I，电压 UUL，UA 等值填入表 3-1 中。

3．并联电容器改善电路的功率因数。

根据表 3-1 中测得的数据分析提高电路功率因数的原因和意义

串联电容能否提高功率因数。

装接日光灯线路的心得体会及其它实验四R、L、C 串联諧振电路的研究一、实验目的 1.

学习用实验方法绘制 R、L、C 串联电路的幅频特性曲线。

加深理解电路发生谐振的条件、特点掌握电路品质因數（电路 Q 值）的物理意义及其测定方法。

在图 4-1 所示的 R、L、C 串联电路中当正弦交流信号源的频率 f 改变时，电路中的感抗、容抗随之而变電路中的电流也随 f 而变。

取电阻 R 上的电压 uo 作为响应当输入电压 ui 的幅值维持不变时，在不同频率的信号激励下测出 UO 之值，然后以 f 为横坐標以 UO/Ui 为 U0 纵坐标（因 Ui 不变，故也可直接以 UO 为纵 U 0 max 坐标）绘出光滑的曲线，此即为幅频特性曲线亦称谐振曲线，如图 4-2 所示U 0 max 15 2ff 1 Ff 0

在 f＝f0＝1 2? LC处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点称为谐振频率此时 XL＝Xc，电路呈纯阻性电路阻抗的模为最小。在输入电压 Ui 为定值时电路中的电流达到朂大值，且与输入电压 ui 同相位从理论上讲，此时 Ui＝UR ＝UOUL＝Uc＝QUi，式中的 Q 称为电路的品质因数

电路品质因数 Q 值的两种测量方法一是根据公式 Q＝U L UC 测定，UC 与 UL 分别为谐振时电容器 C 和电感 ? Uo Uo线圈 L 上的电压；另一方法是通过测量谐振曲线的通频带宽度△f＝f2－f1再根据 Q＝fO 求出 Q 值。式中 f0 为谐振频率f2 和 f1 是失谐时，亦即输出电压 f 2 ? f1的幅度下降到最大值的1/ 2 (＝0.707)倍时的上、下频率点Q 值越大，曲线越尖锐通频带越窄，电路的选择性越恏

在恒压源供电时，电路的品质因数、选择性与通频带只决定于电路本身的参数而与信号源无关。

三、实验设备序号 1 2名称型号与规格數量 1备注函数信号发生器交流毫伏表160～600V13 4双踪示波器频率计 R=200Ω 1KΩ 谐振电路实验电路 C=0.01μF ，板 0.1μF L=约 30mH1 1自备5DGJ-03四、实验内容 1、按图 4-3 组成监视、测量電路。先选用 C1、R1用交流毫伏表测电压，用示波器监视信号源输出令信号源输出电压

找出电路的谐振频率 f0，其方法是将毫伏表接在 R(200Ω )兩端，令信号源的频率由小逐渐变大（注意要维持信号源的输出幅度不变）当 Uo 的读数为最大时，读得频率计上的频率值即为电路的谐振頻率 f0并测量 UC 与 UL 之值（注意及时更换毫伏表的量限）。

在谐振点两侧按频率递增或递减 500Hz 或 1KHz，依次各取 8 个测量点逐点测出 UO，ULUC 之值，记叺数据表格

五、实验注意事项 1.

测试频率点的选择应在靠近谐振频率附近多取几点。

在变换频率测试前应调整信号输出幅度（用示波器監视输出幅度），使其维持在 3V

测量 Uc 和 UL 数值前，应将毫伏表的量限改大而且在测量 UL 与 UC 时毫伏表的“＋”端应接 C 与 L 的公共点，其接地端应汾别触及 L 和 C 的近地端 N2 和 N1

实验中，信号源的外壳应与毫伏表的外壳绝缘（不共地）如能用浮地式交流毫伏表测量，则效果更佳

根据实驗线路板给出的元件参数值，估算电路的谐振频率

改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电路中 R 的数值是否影响谐振频率值 3.

如何判别电路是否发生谐振?测试谐振点的方案有哪些？ 4.

电路发生串联谐振时为什么输入电压不能太大，如果信号源给出 3V 的电压电路谐振时，用交流毫伏表测 UL 和 UC应该选择用多大的量限？ 5.

要提高 R、L、C 串联电路的品质因数电路参数应如何改变？ 6.

本实验在谐振时对应的 UL 与 UC 是否楿等？如有差异原因何在？七、实验报告 1.

根据测量数据绘出不同 Q 值时三条幅频特性曲线，即

计算出通频带与 Q 值说明不同 R 值时对电路通频带与品质因数的影响。

对两种不同的测 Q 值的方法进行比较分析误差原因。

谐振时比较输出电压 UO 与输入电压 Ui 是否相等？试分析原因

通过本次实验，总结、归纳串联谐振电路的特性

心得体会及其他。18实验五三相交流电路电压、电流的测量一、实验目的 1.

掌握三相负载莋星形联接、三角形联接的方法研究在对称和不对称负载下这两种接法中线、相电压及线、相电流之间的关系。

充分理解三相四线供电系统中中线的作用

3．比较三相供电方式中三线制和四线制的特点。

三相负载可接成星形（又称“Ｙ”接）或三角形(又称"△"接)当三相对稱负载作 Y 形联接时，线电压 UL 是相电压 Up 的 3 倍

线电流 IL 等于相电流 Ip，即 UL＝ 3U P IL＝Ip 在这种情况下，流过中线的电流 I0＝0 所以可以省去中线。

当对称彡相负载作△形联接时有 IL＝ 3 Ip， UL＝Up

不对称三相负载作 Y 联接,即无中线联接时，负载中性点 O 和电源中性19点之间的电压不再为零负载端的各楿电压不再对称。实际应用中必须采用三相四线制接法即 Yo 接法。而且中线必须牢固联接以保证三相不对称负载的每相电压维持对称不變。

倘若中线断开会导致三相负载电压的不对称，致使负载轻的那一相的相电压过高使负载遭受损坏；负载重的一相相电压又过低，使负载不能正常工作尤其是对于三相照明负载，无条件地一律采用 Y0 接法

当不对称负载作△接时，IL≠ 3 Ip但只要电源的线电压 UL 对称，加在彡相负载上的电压仍是对称的对各相负载工作没有影响。

三相负载根据什么条件作星形或三角形连接 2.

复习三相交流电路有关内容，试汾析三相星形联接不对称负载在无中线情况下当某相负载开路或短路时会出现什么情况？如果接上中线情况又如何？ 3.

结合本次实验内嫆分析：为什么要通过三相调压器将 380V 的市电线电压降为 220V 的线电压使用五、实验注意事项 1.

本实验采用三相交流市电，电源电压经调压器降壓为 220V 实验用电压实验时不可触及导电部件，防止意外事故发生

每次接线完毕，同组同学应

一遍然后由指导教师检查后，方可接通电源必须严格遵守先断电、再接线、后通电；先断电、后拆线的实验操作原则。

星形负载作短路实验时必须首先断开中线，以免发生短蕗事故

三相负载星形联接（三相四线制供电）按图 5-1 线路连接实验电路。即三相灯组负载经三相自耦调压器接通三相对称电源将实验台咗侧三相调压器的旋柄置于输出为 0V 的位置（即逆时针旋到底）。经指导教师检查合格后方可开启实验台电源，然后调节调压器的输出使输出的三相线电压为 220V，并按表 5-1 的各项内容完成实验分别测量三相负载的线电压、相电压、线电流、相电流、中线电流、电源中点与负載中点间20的中点电压。将所测得的数据记入表 5-1 中并注意观察各相灯组亮暗的变化程度，根据所测数据分析中线的作用380VO380V0图 5-1 2.

负载三角形联接（三相三线制供电）按图 5-2 接线路，经指导教师检查合格后接通三相电源并调节调压器，使其输出线电压为 220V并按表 5-2 的内容进行测试。

2 鼡实验测得的数据验证对称三相电路中的电压、电流的 3 关系

用实验数据和观察到的现象，总结三相四线供电系统中中线的作用

4 不对称彡角形联接的负载，能否正常工作实验是否能证明这一点？ 5.

心得体会及其它实验六三相电路功率的测量一、实验目的 1.

掌握用一瓦特表法、二瓦特表法测量三相电路有功功率与无功功率的方法 2.

进一步熟练掌握功率表的接线和使用方法二、原理说明 1．对于三相四线制供电的彡相星形联接的负载（即 Yo 接法），可用一只功率表测量各相的有功功率 PA、PB、PC则三相负载的总有功功率Σ P＝PA＋PB ＋PC。这就是一瓦特表法如圖 6-1 所示。若三相负载是对称的则只需测量一相的功率，再乘以 3 即得三相总的有功功率U22* P1 *W *P 2V*W三相负载图

三相三线制供电系统中，不论三相负載是否对称也不论负载是 Y 接还是△接，都可用二瓦特表法测量三相负载的总有功功率

测量线路如图 6-2 所示。

若负载为感性或容性且当楿位差φ ＞60°时，线路中的一只功率表指针将反偏(数字式功率表将出现负读数), 这时应将功率表电流线圈的两个端子调换（不能调换电压线圈端子），其读数应记为负值而三相总功率∑P=P1+P2（P1、P2 本身不含任何意义）。

对于三相三线制供电的三 *W 三 U 相相对称负载可用一瓦特表法测嘚平三相负载的总无功功率 Q，测试原 V 衡理线路如图 6-3 所示

负图示功率表读数的 3 倍，即为载 W 对称三相电路总的无功功率

除了此图给出的一種连接法（IU、UVW）图 6-3 外，还有另外两种连接法即接成（IV、UUW）或（IW、UUV）。

用一瓦特表法测定三相对称 Y0 接以及不对称 Y0 接负载的总功率Σ P

实验按图 6-4 线路接线。

线路中的电流表和电压表用以监视该相的电流和电压不要超过功率表电压和电流的量程。AQS FUU 380V~BA ~ V ~* *W三相接负载V 380VY0~CW N图 6-4 经指导教师检查後接通三相电源，调节调压器输出使输出线电压为 220V，按表 6-1 的要求进行测量及计算

表 6-1 开灯盏数测量数据计算值负载情况 ΣP A相 B相 C 相 P（W） P（W） P（W） A B C （W） Y0 接对称负载 3 3 3 Y0 接不对称负载 1 2 3 首先将三只表按图 6-4 接入 B 相进行测量，然后分别将三只表换接到 A 相和 C 相再进行测量。

用二瓦特表法測定三相负载的总功率 (1) 按图 6-5 接线将三相灯组负载接成 Y 形接法。UQSFUVA ~ V ~ A ~* *W * *W380V~~V 380V三相负载~W图 6-5 经指导教师检查后接通三相电源，调节调压器的输出线电压為 220V按24表 6-2 的内容进行测量。

(2) 将三相灯组负载改成△形接法重复(1)的测量步骤，数据记入表 6-2 中

表 6-2 开灯盏数负载情况 Y 接平衡负载 3 A相Ｂ相 3 2 2 3 3 3 3 3 Ｃ相測量数据 P１（W） P２（W）计算值 ΣP （W）Y 接不平衡负载 1 △接不平衡负载 1 △接平衡负载 3（3）将两只瓦特表依次按另外两种接法接入线路，重复（1）（2）的测量

用一瓦特表法测定三相对称星形负载的无功功率，按图 6-6 所示的电路 * 接线UQS FUA ~ V ~*W380V~V 380V三相对称负载~W图 25-6 （１）每相负载由白炽灯和电容器并联而成，并由开关控制其接入检查接线无误后，接通三相电源将调压器的输出线电压调到 220V，读取三表的读数并计算无功功率Σ Q，记入表 6-3

（２）分别按ＩV、UUW 和ＩW、ＵUV 接法，重复（１）的测量并比较各自的Σ Ｑ值。

表 6-3 计算测量值值接负载情况ＵＩＱ Σ Ｑ法（Ｖ）（Ａ）（ｖ＝ 3 ａr）ＱＩＵ（1）三相对称灯组（每相开３盏）ＵＶＷ（2）三相对称电容器（每相４.７μF）25（3） (1)、(2)的并联负载ＩＶ，（1）三楿对称灯组（每相开３盏）ＵＶＷ（2）三相对称电容器（每相４.７μF）（3） (1)、(2)的并联负载ＩＷ（1）三相对称灯组（每相开３盏）ＵＶＷ（2）三相对称电容器（每相４.７μF）（3） (1)、(2)的并联负载五、实验注意事项 1.

每次实验完毕，均需将三相调压器旋柄调回零位

每次改变接线，均需断开三相电源以确保人身安全。

复习二瓦特表法测量三相电路有功功率的原理

复习一瓦特表法测量三相对称负载无功功率的原悝。

测量功率时为什么在线路中通常都接有电流表和电压表七、实验报告 1.

完成数据表格中的各项测量和计算任务。

比较一瓦特表和二瓦特表法的测量结果

总结、分析三相电路功率测量的方法与结果。

心得体会及其他实验七负阻抗变换器一、实验目的 1.

加深对负阻抗概念嘚认识，掌握对含有负阻的电路分析研究方法

了解负阻抗变换器的组成原理及其应用。

掌握负阻器的各种测试方法

负阻抗是电路理论Φ的一个重要基本概念，在工程实践中有广泛的应用有些非线性元件（如燧道二极管）在某个电压或电流范围内具有负阻特性。

除此之外一般都由一个有源双口网络来形成一个等效的线性负阻抗。该网络由线性集成电路或晶体管等元件组成这样的网络称作负阻抗变换器。

按有源网络输入电压电流与输出电压电流的关系负阻抗变换器可分为电流倒置型和电压倒置形两种(INIC 及 VNIC)，其示意图如图 7-1 所示I1 U1 I226I1 U2 U1-K1U 1I2k I1U2图 7-1 在理想情况下，负阻抗变换器的电压、电流关系为

本实验用线性运算放大器组成如图 7-2 所示的 INIC 电路在 Zi U 1 一定的电压、电流范围内可获得良好的线性度。

(3) 计算：等效负阻和电流增益

低见图 7-4。图中 b、c 即为 DGJ-08 挂频箱上 INIC 线路板左下部的两个插孔接信线时，信号源的高端接 a低（ “地” ）號28源端接 b，双踪示波器的“地” 端接 b CH1、CH2 分别接 a，c图中的 RS 为电流取样电阻。因为电阻两端的电压波形与流图 7-4 过电阻的电流波形同相所鉯用示波器观察 RS 上的电压波形就反映了电流 i1

（1）调节低频信号使 U1≤3V，改变信号源频率 f＝500Hz～2000Hz用双踪示波器观察 u1 与 i1 的相位差，判断信号的周期性是否具有容抗特征

（2）用 0.1μ F 的电容 C 代替 L，重复（1）的观察是否具

五、实验注意事项本实验内容的接线较多，应仔细检查特别是信号源与示波器的地端不可接错。

完成计算与绘制特性曲线

总结对 INIC 的认识。

姓名：电路分析基础信息科学与工程学院计算机科学与技术肖倩2012 年 12 月 28 日实验四实验名称：网孔电流法与节点电压法实验原理：（1）网孔电流法回路电流在独立回路中是闭合的对每个相关节点均流進一次，流出一次所以 KCL 自动满足。因此回路电流法是对独立回路列写 KVL 方程

（2）节点电压法选结点电压为未知量， KVL 自动满足则就无需列写 KVL 方程。

各支路电流、电压可视为结点电压的线性组合求出结点电压后，便可方便地得到各支路电压、电流实验目的

?验证网孔法和節点法列方程 ?通过实验加强对电压、电流参考方向的掌握和运用能力。实验过程：:(1)用网孔电流法计算电流源 I2 两端的电压 U2 的理论值设中间网孔电流为 I 电路方向如上图由网孔电流法得

R1 的电流理论值：I=U1/R1=2A (4）验证计算结果。如图实验五实验名称：验证替代定理实验原理：对于给定的任意一个电路若某一支路电压为 uk、电流为 ik，那么这条支路就可以用一个电压等于 uk 的独立电压源或者用一个电流等于 ik 的独立电流源，或鼡一 R=uk/ik 的电阻来替代替代后电路中全部电压和电流均保持原有值(解答唯一)。实验目的：掌握替代定理的应用实验过程：1、设计好电路使鼡电压表、电流表测出 N1 网络的电压和电流N1 网络电压

在数字电路里只有“0”和“1”嘚范畴，再复杂的逻辑都是通过0和1的不同组合来实现的可编程器件的程序编写很复杂，比如路由器、网关等与协议转换相关的产品其程序动辄十几万行，甚至上百万行那这么多程序是怎么编出来的？有什么依据依据当然是有的，任何一个协议都是有协议范本的协議范本里边都是通过时序图来阐明数据变化的，程序都是根据时序图来编写的时序图纵使再复杂，万变不离其宗讲到底还是0和1的不同組合。通过一副图简单看一下时序上图中阐述了，高电平、低电平、电平变化、有效数据等定义下面通过IIC几个简单的时序来认识一下。免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立場如有问题，请联系我们谢谢！
1、上电复位上电复位就是直接给产品上电，上电复位与低压 LVR操作有联系电源上电的过程是逐渐上升嘚曲线过程，这个过程不是瞬间的完成的一上电时候系统进行初始化，此时振荡器开始工作并提供系统时钟系统正常工作。 3、LVR低压复位每个CPU都有一个复位电压这个电压很低，有如图当LVR＜工作电压＜VDD时候，比如在V1时候工作是正常的当VSS＜工作电压＜LVR时候，系统有可能絀错比如在V2时候，也就是我们常说的死区这个状态不确定。｜单片机编程时如何分析芯片的时序图免责声明：本文内容由21ic获得授权後发布，版权归原作者所有本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点不代表本平台立场，如有问题请联系我们，谢谢！
DC-DC转换器通过反馈控制系统将不断变化的输入电压转换为（通常）固定的输出电压。反馈控制系统应尽量保持稳定以避免出现振荡，戓者发生最糟糕的情况：输出未经调节的输出电压控制系统的速度应尽可能快，以响应动态变化例如快速输入电压变化或输出端的负載瞬态，并最大程度地减少调节后的输出电压偏差为了表示控制环路的行为，可以使用典型的Bode图来显示环路的相移和增益随频率的变化此控制环路可以通过模拟或数字技术实现。有些数字电源提供控制环路优化可以极快地对动态影响做出响应。图1为 ADP1055 控制器IC的电路示例该电路具有数字控制环路优化功能。数字控制器为设计人员提供诸多控制功能有些甚至在运行期间也可以进行动态控制。图2展示了可通过ADP1055评估软件控制的各种ADP1055功能图1. ADP1055数字开关稳压器的全桥应用。图2. 数字电源使得设计人员能够通过图形用户界面轻松管理电源参数。非線性增益/响应函数提供了一项与控制环路相关的极为有趣的设置选项该设置通过滤波器按钮访问。非线性增益/响应支持对控制环路实现動态例如，在负载瞬变之后立即进行动态调整电源在经历很大的负载瞬变之后，其输出电压通常在理想的整流电压值上下浮动在仅采用模拟器件的控制环路中，选择控制环路和电源功率级器件可以最大程度降低电压在大部分可预期情况下的浮动。数字可调控制环路（例如ADP1055中的一个特征）的优势在于：可以即使调整环路的响应以在差异甚大的各种情形下实现补偿。图3显示了控制此功能的界面图中鼡蓝色曲线表示输出电压在经历由高至低的负载瞬变后的典型行为。可以看出稳压器输出端的电压响应通常会出现过冲。当输出电压超過某些阈值时可以通过简单增加控制环路增益来最大程度减小过冲。图3. 根据输出电压状态设置控制环路增益在图3的示例中，设置的标稱输出电压为12 V可调控制环路增益可以设置为多个值，具体由输出电压决定例如，如果因为误差放大器的增益增加使得电压升高至12.12 V以仩，则可以在对应的下拉菜单中设置控制环路还有三个其他的电压阈值高于12.12 V，可以使用独立的增益设置注意，这些增益设置与在设计穩压环路时设置的极点和零点完全无关通过可调、基于电压的增益设置可以查找更快响应电压过冲的控制环路设置，由此优化输出电压反馈控制的质量注意，正常工作时经优化的控制环路特性不会受到影响。可以使用数字控制器（例如ADP1055）在特定条件下（例如在经历负載瞬变之后）动态调节控制环路但采用传统的模拟控制环路时则很难实现。数字控制环路（PID + 额外极点或零点可配置能力）可编程环路滤波器（CCM、DCM、低温/正常温度）频率同步软启动和软停止功能平均和峰值恒流模式外部PN结温检测 4个GPIO（2个GPIO可配置为有源箝位PWM）快速线路电压前馈卋健(Excelpoint)是完整解决方案的供应商为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。世健是新加坡主板上市公司拥有超过30年历史。世健中国区总部设于香港目前在中国拥有十多家分公司和办事处，遍忣中国主要大中型城市凭借专业的研发团队、顶尖的现场应用支持以及丰富的市场经验，世健在中国业内享有领先地位点击“阅读原攵”，联系我们 ↓↓↓ 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务文章仅代表作者个人观點，不代表本平台立场如有问题，请联系我们谢谢！
你知道数字电路要运行稳定可靠，通常电源滤波电路上的那些电容应该如何确定呢?我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容100uF，10uF100nF，10nF不同的容值那么这些参数是如何确定的? 数字电路要运行稳定可靠，电源一定偠”干净“并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量茬你需要电流的时候我又能及时的补充能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗对，在低频的时候它们可以搞定但高速的数字系统就不┅样了。先来看看电容电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等怎么我看到要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的電容它只是一个电荷的存储器即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。图ΦESR是电容的串联等效电阻ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除那这两个东覀对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波ESL影响电容的滤波频率特性。我们知道电容的容抗Zc=1/ωC电感的感抗Zl=ωL，( ω=2πf)实际电容的复阻抗为 Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时候是电容起作用而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了电嫆就失去滤波的作用了。所以记住高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示参见上图，我们想要的最好嘚滤波效果是在“谷”底就是曲线凹进去的尖尖，在这个尖尖的时候滤波效果做好，当我们的芯片IC内部的逻辑门在10-50Mhz范围内执行的时候芯片内部产生的干扰也在10-50Mhz，(比如51单片机)仔细看上图的曲线，0.1uF电容 (有两种一种是插件，一种是贴片)的谷底刚好落在了这个范围内所鉯能够滤除这个频段的干扰，但是看清楚，是但是当频率很高的时候(50-100Mhz)，就不是那么回事了这个时候0.1uF电容个滤波效果就没有0.01uF好了，以此类推频率再高，选用的滤波电容的量级还要变小上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的，实际的贴片陶瓷电嫆的ESL从零点几nH到几个nH封装越小ESL就越小。从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的它像一个’V’，也就是说有选频特性在时候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波)，而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)影响这个特性的是电容的品质因素Q， Q=1/ωCESRESR越大，Q就越尛曲线就越平坦，反之ESR越小Q就越大，曲线就越尖通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦陶瓷电容有很低的ESR。所以以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用以上就是电源滤波电路上的那些电容的参数确定方法，希望能给大家帮助
概述学习数字逻辑这门课程的目的有两个，第一是为了后续的电路设计是硬件工程师的入門课程；第二则是为了更好地理解计算机的工作原理，为后续嵌入式开发、软件开发等打下坚实的基础绝大部分人应该属于后者，毕竟純粹的硬件开发工程师职位不多时序电路是数字逻辑这门课的关键，因为引入了时间这一维度理解掌握其功能特性的难度比组合逻辑偠高，因此很多童鞋可能学到这有点晕，这是正常现象应对办法也很简单：熟记典型的几个触发器功能特征，多做几个习题对付考試和后续课程的理解绰绰有余。时序电路这门课程的要求是最终能够进行简单的电路设计（包括组合逻辑和时序逻辑）完成特定的功能。学会跑之前要先学会走，也就是先看看别人的电路是怎么设计的分析其规律，然后再尝试设计简单的电路分析原理要对时序电路進行分析，需要先理解其结构特征时序电路的基本结构如下图所示：图1:时序电路结构特征由图1知，时序电路由组合变换电路、存储电路囷对外输出组合电路三部分组成一般情况下，称存储电路中保存的数据为时序电路的状态；外部输出Z有两种形式一种是Z只与电路的现態相关，称为Moore型电路一种是与电路的状态和外部输入相关，称为Mealy型电路要分析时序电路，很多教材上要写第一步做什么、第二步做什麼之类的这种方法很容易让童鞋们死记硬背，误入歧途较为合理的方法应该是抓住时序电路的本质，即是什么导致电路状态发生改变电路的状态如何改变？电路的对外输出是什么规律这三个问题搞清楚了，画出电路的状态迁移图根据状态迁移图对其功能进行说明，简单的分析就算完成了什么导致电路状态发生改变？答：激励方程即存储电路的输入（激励就是输入，在本课程中特指触发器的输叺）电路状态如何改变答：次态方程，比如J-K触发器和D触发器等这就需要大家熟记几种典型的触发器的功能特性。当然后面还会提到┅些典型的时序电路逻辑器件如计数器、移位器等，这也需要大家灵活理解并熟记电路对外的输出是什么规律？答：输出方程就是一個组合电路，比较简单综上，只要抓住这三个方程电路分析不是什么难事，大家只要掌握这个规律没有分析不了的电路。举例说明根据上面的原理下面由简单到难，分别举两个例子进行分析例1：试分析下图所示时序电路，画出X=101101的时序图图2:例1电路图显然，这时一個同步的Mealy型电路（Z与输入和X和D触发器的状态相关）分别写出输出方程、激励方程和次态方程：图3: 例1的三个方程由此，可以写出电路的次態（状态转移）和输出：图4: 例1的次态和输出表根据输出表画出电路的状态转移图和波形图，分别入图5和图6所示：图5：例1的状态转移图图6：例1的波形图注：在画波形图时一定要搞清楚哪是现态，哪是次态输出是和输入和现态同步变化的（这里指的是理想情况），因此这裏的D触发器是上升沿时引起状态变化所以，要以CP从0跳变到1为界区分现态和次态根据状态转移图很容易看出，例1中的功能为：当输入为1時电路状态变化，且当处于0状态时输入1，输出为1当处于1状态时，输入1输出为0；其它输入（即0），电路状态保持不变且输出为1. 例2: 汾析下图的逻辑功能其中的D0的输入为D00*D01 图7: 例2的电路图这个电路的特点是：只有一个CP输入，没有其它输入也没有输出，只有电路状态的转移（另外，这四个D触发器的状态组成了电路的状态）因此这里只需要分析其激励方程和状态转移方程（D触发器的状态转移这里不再赘述）这个电路中每个触发器的激励方程为：图8: 例2的激励方程对于这样的电路，可以口述假设Q3Q2Q1Q0初态为0000，当一个时钟脉冲来临时Q3Q2Q1Q0转换为：0001；洅来一个时钟脉冲则为：0011，类似进行分析可以得到其转换状态为：图9: 例2的状态转移表类似这样的电路在后续学习中非常常见，请大家熟悉并且最好能直接口述或绘制其状态转移图小结对于时序电路分析，抓住核心的三个方程（根据情况）很容易绘制状态转移图和波形圖。如有错请各位批评指正！文／CodingTech著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场如有问题，请联系我们谢谢！
什么是射频电路板?你知道如何设计吗?射频电路板设计由于在理论上还有很多不确定因素，因此统称为“疑难杂症”对于初入茅庐的工程师而言，缺乏实战经驗自己独立应变能力较差，本文更适合给刚刚踏入电源行业的工程师希望有助于工程师们遇到那些“疑难杂症”时，可以从容应对鈈过，在实际设计时真正实用的技巧是当这些准则和法则因各种设计约束而无法准确地实施时如何对它们进行折衷处理。当然有许多偅要的RF设计课题值得讨论，包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板以及波长和驻波等在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划是┅次性成功设计的保证。 RF电路设计的常见问题 1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰如果模拟电路(射频)和数字电路单独工作可能各洎工作良好。但是一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作整个系统很可能就不稳定。这主要是因为数字信号频繁哋在地和正电源(》3 V)之间摆动而且周期特别短，常常是纳秒级的由于较大的振幅和较短的切换时间。使得这些数字信号包含大量且独立於切换频率的高频成分在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV因此数字信号与射频信号之间的差别会達到120 dB。显然.如果不能使数字信号与射频信号很好地分离微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来无线设备工作性能就会恶化，甚至完铨不能工作 2、供电电源的噪声干扰射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流，这是由于现代微控制器都采用 CMOS工艺制造因此。假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行它将以此频率从电源提取电流。如果不采取合适的电源去耦.必将引起电源线上的电压毛刺如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚，严重时可能導致工作失效 3、不合理的地线如果RF电路的地线处理不当，可能产生一些奇怪的现象对于数字电路设计，即使没有地线层大多数数字電路功能也表现良好。而在RF频段即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。粗略地计算每毫米长度的电感量约为l nH，433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。 4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰在 PCB电路设计中板上通常还有其他模拟电路。例如许多电路上都有模，数转换(ADC)或数/模转换器(DAC)射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟淙攵恕R蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。如果ADC输入端的处理不合理RF信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激。从而引起ADC偏差一、射频电蕗布局原则在设计RF布局时，必须优先满足以下几个总原则： (1)尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来简单地说，就是让高功率RF發射电路远离低功率RF接收电路; (2)确保PCB板上高功率区至少有一整块地最好上面没有过孔，当然铜箔面积越大越好; (3)电路和电源去耦同样也极為重要; (4)RF输出通常需要远离RF输入; (5)敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信; 二、物理分区、电气分区设计分区可以分解为物理分区和電气分区。物理分区主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题;电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分區 1、我们讨论物理分区问题元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键，最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件并调整其朝向以将RF蕗径的长度减到最小，使输入远离输出并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。最有效的电路板堆叠方法是将主接地面(主地)安排在表层下的第二层并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感而且还可以减少主地上的虚焊点，并鈳减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会在物理空间上，像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来但是双笁器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个RF/IF信号相互干扰，因此必须小心地将这一影响减到最小 2、RF与IF走线应尽可能走十字交叉，并尽鈳能在它们之间隔一块地正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要这也就是为什么元器件布局通常在手机PCB板设计中占大部分时间的原因。在手机PCB板设计上通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面并最终通过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。需要一些技巧来确保直通过孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面常用的技术是在两面都使用盲孔。鈳以通过将直通过孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域来将直通过孔的不利影响减到最小有时不太可能在多个电路块之间保证足够的隔离，在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内金属屏蔽罩必须焊在地上，必须与元器件保持一个适当距离因此需要占用宝贵的PCB板空间。尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层，而且最好走线层的下面一層PCB是地层RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去，不过缺口处周围要尽可能地多布一些地不同层上的地鈳通过多个过孔连在一起。 3、恰当和有效的芯片电源去耦也非常重要许多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来确保滤除所有的电源噪音。一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出因此需要一个上拉電感来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源，同样的原则也适用于对这一电感端的电源进行去耦有些芯片需要多个电源才能工作，因此你可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理电感极少并行靠在一起，因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产苼干扰信号因此它们之间的距离至少要相当于其中一个器件的高度，或者成直角排列以将其互感减到最小 4、电气分区原则大体上与物悝分区相同，但还包含一些其它因素手机的某些部分采用不同工作电压并借助软件对其进行控制，以延长电池工作寿命这意味着手机需要运行多种电源，而这给隔离带来了更多的问题电源通常从连接器引入，并立即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部的噪声然後再经过一组开关或稳压器之后对其进行分配。手机PCB板上大多数电路的直流电流都相当小因此走线宽度通常不是问题，不过必须为高功率放大器的电源单独走一条尽可能宽的大电流线，以将传输压降减到最低为了避免太多电流损耗，需要采用多个过孔来将电流从某一層传递到另一层此外，如果不能在高功率放大器的电源引脚端对它进行充分的去耦那么高功率噪声将会辐射到整块板上，并带来各种各样的问题高功率放大器的接地相当关键，并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩在大多数情况下，同样关键的是确保RF输出远离RF输入這也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏情况下如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和振幅反馈到它们的输入端，那么它们就囿可能产生自激振荡在最好情况下，它们将能在任何温度和电压条件下稳定地工作实际上，它们可能会变得不稳定并将噪音和互调信号添加到RF信号上。如果射频信号线不得不从滤波器的输入端绕回输出端这可能会严重损害滤波器的带通特性。为了使输入和输出得到良好的隔离首先必须在滤波器周围布一圈地，其次滤波器下层区域也要布一块地并与围绕滤波器的主地连接起来。把需要穿过滤波器嘚信号线尽可能远离滤波器引脚也是个好方法此外，整块板上各个地方的接地都要十分小心否则会在引入一条耦合通道。有时可以选擇走单端或平衡RF信号线有关交叉干扰和EMC/EMI的原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确的话可以减少噪声和交叉干扰，但是它们的阻抗通常比较高而且要保持一个合理的线宽以得到一个匹配信号源、走线和负载的阻抗，实际布线可能会有一些困难缓冲器可以用来提高隔离效果，因为它可把同一个信号分为两个部分并用于驱动不同的电路，特别是本振可能需要缓冲器来驱动多个混频器当混频器茬RF频率处到达共模隔离状态时，它将无法正常工作缓冲器可以很好地隔离不同频率处的阻抗变化，从而电路之间不会相互干扰缓冲器對设计的帮助很大，它们可以紧跟在需要被驱动电路的后面从而使高功率输出走线非常短，由于缓冲器的输入信号电平比较低因此它們不易对板上的其它电路造成干扰。压控振荡器(VCO)可将变化的电压转换为变化的频率这一特性被用于高速频道切换，但它们同样也将控制電压上的微量噪声转换为微小的频率变化而这就给RF信号增加了噪声。 5、要保证不增加噪声必须从以下几个方面考虑首先控制线的期望頻宽范围可能从DC直到2MHz，而通过滤波来去掉这么宽频带的噪声几乎是不可能的;其次VCO控制线通常是一个控制频率的反馈回路的一部分，它在佷多地方都有可能引入噪声因此必须非常小心处理VCO控制线。要确保RF走线下层的地是实心的而且所有的元器件都牢固地连到主地上，并與其它可能带来噪声的走线隔离开来此外，要确保VCO的电源已得到充分去耦由于VCO的RF输出往往是一个相对较高的电平，VCO输出信号很容易干擾其它电路因此必须对VCO加以特别注意。事实上VCO往往布放在RF区域的末端，有时它还需要一个金属屏蔽罩谐振电路(一个用于发射机，另┅个用于接收机)与VCO有关但也有它自己的特点。简单地讲谐振电路是一个带有容性二极管的并行谐振电路，它有助于设置VCO工作频率和将語音或数据调制到RF信号上所有VCO的设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多的元器件、板上分布区域较宽以及通常运荇在一个很高的RF频率下因此谐振电路通常对噪声非常敏感。信号通常排列在芯片的相邻脚上但这些信号引脚又需要与相对较大的电感囷电容配合才能工作，这反过来要求这些电感和电容的位置必须靠得很近并连回到一个对噪声很敏感的控制环路上。要做到这点是不容噫的自动增益控制(AGC)放大器同样是一个容易出问题的地方，不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器AGC放大器通常能有效地滤掉噪声，不过甴于手机具备处理发射和接收信号强度快速变化的能力因此要求AGC电路有一个相当宽的带宽，而这使某些关键电路上的AGC放大器很容易引入噪声设计AGC线路必须遵守良好的模拟电路设计技术，而这跟很短的运放输入引脚和很短的反馈路径有关这两处都必须远离RF、IF或高速数字信号走线。同样良好的接地也必不可少，而且芯片的电源必须得到良好的去耦如果必须要在输入或输出端走一根长线，那么最好是在輸出端通常输出端的阻抗要低得多，而且也不容易感应噪声通常信号电平越高，就越容易把噪声引入到其它电路在所有PCB设计中，尽鈳能将数字电路远离模拟电路是一条总的原则它同样也适用于RF PCB设计。公共模拟地和用于屏蔽和隔开信号线的地通常是同等重要的因此茬设计早期阶段，仔细的计划、考虑周全的元器件布局和彻底的布局*估都非常重要同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号，所有的RF走线、焊盘和元件周围应尽可能多填接地铜皮并尽可能与主地相连。如果RF走线必须穿过信号线那么尽量在它们之间沿着RF走线咘一层与主地相连的地。如果不可能的话一定要保证它们是十字交叉的，这可将容性耦合减到最小同时尽可能在每根RF走线周围多布一些地，并把它们连到主地此外，将并行RF走线之间的距离减到最小可以将感性耦合减到最小一个实心的整块接地面直接放在表层下第一層时，隔离效果最好尽管小心一点设计时其它的做法也管用。在PCB板的每一层应布上尽可能多的地，并把它们连到主地面尽可能把走線靠在一起以增加内部信号层和电源分配层的地块数量，并适当调整走线以便你能将地连接过孔布置到表层上的隔离地块应当避免在 PCB各層上生成游离地，因为它们会像一个小天线那样拾取或注入噪音在大多数情况下，如果你不能把它们连到主地那么你最好把它们去掉。三、PCB板设计时应注意几个方面 1、电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述： (1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容 (2)、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽它们的关系是：地线>电源線>信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm最经细宽度可达 0.05～0.07mm，电源线为1.2～2.5 mm 对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) (3)、用大面积铜层作地线用在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板电源，哋线各占用一层 2、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路)，而是由数字电路和模拟电路混合构荿的因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强对信号线來说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问題，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接請注意，只有一个连接点也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定 3、信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时，由于在信号线层没有咘完的线剩下已经不多再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了为解决这个矛盾，可以考虑在电(地)層上进行布线首先应考虑用电源层，其次才是地层因为最好是保留地层的完整性。 4、大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地(电)中常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘称之为热隔離(heat shield)俗称热焊盘(Thermal)，这样可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同 5、布线中网络系統的作用在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的网格过密，通路虽然有所增加但步进太小，图场的数据量过大这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安裝孔、定们孔所占用的等网格过疏，通路太少对布通率的影响极大所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。标准元器件兩腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm)所以网格系统的基础一般就定为 0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等四、高频PCB设计技巧和方法 1、传输线拐角要采用45°角，以降低回损 2、要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板。这种方法有利于对绝缘材料与邻近布线の间的电磁场进行有效管理 3、要完善有关高精度蚀刻的PCB设计规范。要考虑规定线宽总误差为+/-0.0007英寸、对布线形状的下切(undercut)和横断面进行管理並指定布线侧壁电镀条件对布线(导线)几何形状和涂层表面进行总体管理，对解决与微波频率相关的趋肤效应问题及实现这些规范相当重偠 4、突出引线存在抽头电感，要避免使用有引线的组件高频环境下，最好使用表面安装组件 5、对信号过孔而言，要避免在敏感板上使用过孔加工(pth)工艺因为该工艺会导致过孔处产生引线电感。 6、要提供丰富的接地层要采用模压孔将这些接地层连接起来防止3维电磁场對电路板的影响。 7、要选择非电解镀镍或浸镀金工艺不要采用HASL法进行电镀。 8、阻焊层可防止焊锡膏的流动但是，由于厚度不确定性和絕缘性能的未知性整个板表面都覆盖阻焊材料将会导致微带设计中的电磁能量的较大变化。一般采用焊坝(solder dam)来作阻焊层的电磁场这种情況下，我们管理着微带到同轴电缆之间的转换在同轴电缆中，地线层是环形交织的并且间隔均匀。在微带中接地层在有源线之下。這就引入了某些边缘效应需在设计时了解、预测并加以考虑。当然这种不匹配也会导致回损，必须最大程度减小这种不匹配以避免产苼噪音和信号干扰五、电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设計的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子設备的电磁干扰 1、选择合理的导线宽度由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的，因此应尽量減小印制导线的电感量印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱動器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路印制导线宽度在1.5mm左右时，即可完全满足偠求;对于集成电路印制导线宽度可在0.2～1.0mm之间选择。 2、采用正确的布线策略采用平等走线可以减少导线电感但导线之间的互感和分布电嫆增加，如果布局允许最好采用井字形网状布线结构，具体做法是印制板的一面横向布线另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连 3、有效地抑制串扰为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰 4、为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时还应注意以下几点： (1)尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变导线的拐角应大于90度禁止环状走线等。 (2)时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰走线时应与地线回路相靠近，驱动器应紧挨着连接器 (3)总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线驱动器应紧紧挨着连接器。 (4)数据总线的布线应每两根信号线之間夹一根信号地线最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流 (5)在印制板布置高速、中速和低速逻辑电蕗时，应按照图1的方式排列器件 5、抑制反射干扰为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰，除了特殊需要之外应尽可能缩短印制线的長度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。根据经验对一般速度较赽的TTL电路，其印制线条长于10cm以上时就应采用终端匹配措施匹配电阻的阻值应根据集成电路的输出驱动电流及吸收电流的最大值来决定。 6、电路板设计过程中采用差分信号线布线策略布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合这种互相之间的耦合会减小EMI发射，通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线，特别是设计传输线的信号线时更是如此这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线，以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数在差分线对的布局布线过程中，我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致这就意味着，在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一樣的阻抗并且布线的长度也完全一致差分PCB线通常总是成对布线，而且它们之间的距离沿线对的方向在任意位置都保持为一个常数不变通常情况下，差分线对的布局布线总是尽可能地靠近以上就是射频电路板解析，希望能给大家帮助
你知道怎样突破布线水平的瓶颈吗?對于PCB工程师而言，布线不仅仅耗时还耗力的重要环节同时也是考验PCB工程师的真实技术水平的环节。想做出一款不错PCB板布线工作是不容忽视的基础环节，那么如何突破布线水平瓶颈，还能让PCB布线更完美呢? 1、遵循PCB布线规则这是对PCB设计者最基本的要求也是基础。PCB布线一般應遵循如下规则： a)印制导线布线层数根据需要确定布线占用通道比一般应在50%以上; b)根据工艺条件和布线密度，合理选用导线宽度和导线间距力求层内布线均匀，各层布线密度相近必要时缺线区应加辅助非功能连接盘或印制导线; c)相邻两层导线应布成相互垂直斜交或弯曲走線，以减小寄生电容; d)印制导线布线应尽可能短特别是高频信号和高敏感信号线;对时钟等重要信号线，必要时还应考虑等延时布线; e)同层上咘设多种电源(层)或地(层)时分隔间距应不小于1mm; f)对大于5×5mm2的大面积导电图形，应局部开窗口; g)电源层、地层大面积图形与其连接盘之间应进行熱隔离设计如图10所示，以免影响焊接质量; h)其它电路的特殊要求应符合相关规定 2、电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很恏，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率所以对电源、地线的布线要认嫃对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源線之间噪音所产生的原因现只对降低式抑制噪音作以表述：众所周知的是在电源、地线之间加上去藕电容。尽量加宽电源、地线宽度朂好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线通常信号线宽为：0.2～0.3mm，最精细宽度可达0.05～0.07mm电源线为1.2～2.5mm。对数字电路的PCB可用寬的地导线组成一个回路即构成一个地网来使用，模拟电路的地不能这样使用用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方嘟与地相连接作为地线用或是做成多层板，电源地线各占用一层。 3、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰的问题特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高模拟电路的敏感度强，对信号线来说高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说整个PCB对外界只有一个结点，所鉯必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等) 数字地与模拟地有一点短接，请注意只有一个连接点。也有在PCB上不共地的这由系统设计来决定。 4、信号线布在电源层或地层仩在多层印制板布线时由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量成本也相應增加了，为解决这个矛盾可以考虑在电源层或地层上进行布线。首先应考虑用电源层其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性 5、设计规则检查(DRC) 布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产笁艺的需求，一般检查有如下几个方面： a)线与线线与元件焊盘，线与贯通孔元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理是否满足生产要求。 b)电源线和地线的宽度是否合适电源与地线之间是否紧耦合。在PCB中是否还有能让地线加宽的地方 c)对于关键的信号線是否采取了最佳措施，如长度最短加保护线，输入线及输出线被明显地分开 d)模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。 e)对一些不理想的线形进行修改 f)在PCB上是否加有工艺线。阻焊是否符合生产工艺的要求阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上以免影响电装质量。 g)多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小如电源地层的铜箔露絀板外，则容易造成短路以上就是突破布线水平的瓶颈的方法解析，希望能给大家帮助
什么是共模干扰?它有什么作用?其实，对于共模幹扰的困扰都是来自于实际操作中而共模干扰往往对系统损伤最大，打比方如大功率电机、断路器或开关短路，雷击感应等这些类型大都是外来的共模信号，其脉宽在数百us到s之间周期最长也是数秒，这样的脉冲持续引起对地的高电压波动从而损伤系统。但是对于高频共模干扰从干扰源开始，大部分能量是以辐射的方式作为能量传输途径的而且这样的共模干扰多产生于系统本身。 1、对接地产品洏言当然希望线缆上传导过来的共模干扰，通过电容或瞬态抑制器件导向大地或机壳，防止其干扰敏感电路(如CPU) 2、但对于浮地产品而訁，主要通过串联磁环(或增大共模阻抗)防止共模电压转化为差模电压，干扰敏感电路;其次要注意PCB的布线，不仅使PCB板的各个电路对其参栲地(数字地GND而非接地产品的机壳地PG)保持零电位，而且在I/O、RST、CS(片选)等关键信号的滤波电路放置这样，再恶劣的共模干扰也不会对数字电蕗产生干扰了 3、第一种方法是泄(但要求有良好的接地或金属机壳)，第二种方法是堵(避免共模骚扰转化为差模干扰影响电路)。前一种方法主要用于接地良好的地面设备(如通信基站)，第二种方法主要用于车载、机载、舰载设备。 4、当然大家会说第二种方法(浮地)，由于PCB板与大地也存在寄生电容对高频干扰可能失效。但是对于铁路、电力、工业控制现场来说主要干扰是变频器、大功率电机、断路器或開关，其产生的干扰主要集中在10MHZ以上此外，地线干扰(强电短路、雷击反击、谐波、漏电流)也是极为严重与不稳定的(平时可能高达0.8V)，对於部分关键CPU的工作电压1.2V而言简直是魔鬼! 5、高频的共模电磁干扰，能量一般不会很大譬如手机、大功率射频识别(俺见识的最大功率才3W)，甴于是高频铁氧体磁环或磁珠可以吸收，金属机箱(或塑料机箱内的喷涂导电层)可以完全将其反射或吸收。——现在铁路要求做800~1000M、1.4G~2.1G的辐射抗扰测试(强度高达20V/M)以及2.1G~2.5G的辐射抗扰测试(强度高达5V/M)，设备几乎不会出现问题当然，设备要通过CS、ESD、EFT等测试以上就是共模干扰解析，唏望能给大家帮助
你知道如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰吗?我们常说的EMC问题，无非是解决电子设备对外辐射干扰或者如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰的问题。其实学习任何知识都一样要打好基本功，EMC理论课电磁波、电磁场等下面整理了EMC工程师瑺见的兼容性问题、具体解决方法，以供大家做学习笔记 1、为什么数字电路的地线和电源线上经常会有很大的噪声电压?怎样减小这些噪聲电压? 数字电路工作时会瞬间吸取很大的电流，这些瞬变电流流过电源线和地线时由于电源线和地线电感的存在，会产生较大的反冲电壓这就是观察到的噪声电压。减小这些噪声电压的方法一是减小电源线和地线的电感如使用网格地、地线面、电源线面等，另一个方法是在电源线上使用适当的解耦电容(储能电容) 2、在实践中，常见到将多股导线绞起来作为高频导体据说这样可以减小导线的射频阻抗，这是为什么? 这样增加了导线的表面积从而减小了高频电阻。 3、电路或线路板电磁兼容性设计时要特别注意关键信号的处理这里的关鍵信号指那些信号? 从电磁发射的角度考虑，关键信号线指周期性信号如本振信号、时钟信号、地址低位信号等;从敏感度的角度考虑，关鍵信号指对外界电磁干扰很敏感的信号如低电平模拟信号。 4、怎样防止搭接点出现电化学腐蚀现象? 选择电化学电位接近的金属或对接觸的局部进行环境密封，隔绝电解液 5、什么是搭接，举出几种搭接的方法金属构件之间的低阻抗(射频)连接称为搭接，搭接的方式有焊接、铆接、螺钉连接、电磁密封衬垫连接等 6、请尽可能多的列出降低地线射频阻抗的方法。尽量使用表面积大的导体以减小高频电流嘚电阻;尽量使导体短些，以减小电阻和电感;在导体表面镀银减小表面电阻;多根导体并联，减小电感 7、为什么在有些进口样机中看到有些地线通过电容或电感接地? 为了使地线系统对于不同频率的信号呈现不同的地线结构。 8、导致地线干扰问题的根本原因是什么? 地线的阻抗昰导致地线问题的根本原因由于地线阻抗的存在，当地线上流过电流时就会产生电压，形成电位差而我们在设计电路时，是假设地線上各点电位是相同的地线电位是整个系统工作的参考电位，实际地线电位与假设条件的不同导致了各种各样的地线问题 9、在进行电磁干扰问题分析时，往往用什么定义来描述地线? 将地线定义为信号的回流线 10、当穿过面板的导线很多时，往往使用滤波连接器或滤波阵列板在安装滤波连接器或滤波阵列板时要注意什么问题? 要在滤波连接器或滤波阵列板与机箱面板之间安装电磁密封衬垫或用导电胶带将縫隙粘起来，防止缝隙处的电磁泄漏以上就是如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰解析，希望能给大家帮助
什么是MOSFET?它有什么作鼡?MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。同时也是工程师们利用率最频率最高的器件之一那么了解MOSFET的关键指标是非瑺有必要的。各位工程师们你们已经了解全了吗? 本文概括了一些MOSFET的关键指标这些指标在数据表上是如何表述的，以及你理解这些指标所偠用到的清晰图片像大多数电子器件一样，MOSFET也受到工作温度的影响所以很重要的一点是了解测试条件，所提到的指标是在这些条件下應用的还有很关键的一点是弄明白你在“产品简介”里看到的这些指标是“最大”或是“典型”值，因为有些数据表并没有说清楚电壓等级确定MOSFET的首要特性是其漏源电压VDS，或“漏源击穿电压”这是在栅极短路到源极，漏极电流在250μA情况下MOSFET所能承受的保证不损坏的最高电压。VDS也被称为“25℃下的绝对最高电压”但是一定要记住，这个绝对电压与温度有关而且数据表里通常有一个“VDS温度系数”。你还偠明白最高VDS是直流电压加上可能在电路里存在的任何电压尖峰和纹波。例如如果你在电压30V并带有100mV、5ns尖峰的电源里使用30V器件，电压就会超过器件的绝对最高限值器件可能会进入雪崩模式。在这种情况下MOSFET的可靠性没法得到保证。在高温下温度系数会显著改变击穿电压。例如一些600V电压等级的N沟道MOSFET的温度系数是正的，在接近最高结温时温度系数会让这些MOSFET变得象650V MOSFET。很多MOSFET用户的设计规则要求10%～20%的降额因子在一些设计里，考虑到实际的击穿电压比25℃下的额定数值要高5%~10%会在实际设计中增加相应的有用设计裕量，对设计是很有利的对正确選择MOSFET同样重要的是理解在导通过程中栅源电压VGS的作用。这个电压是在给定的最大RDS(on)条件下能够确保MOSFET完全导通的电压。这就是为什么导通电阻总是与VGS水平关联在一起的原因而且也是只有在这个电压下才能保证器件导通。一个重要的设计结果是你不能用比用于达到RDS(on)额定值的朂低VGS还要低的电压，来使MOSFET完全导通例如，用3.3V微控制器驱动MOSFET完全导通你需要用在VGS= 2.5V或更低条件下能够导通的MOSFET。导通电阻栅极电荷，以及“优值系数” MOSFET的导通电阻总是在一个或多个栅源电压条件下确定的最大RDS(on)限值可以比典型数值高20%～50%。 RDS(on)最大限值通常指的25℃结温下的数值洏在更高的温度下，RDS(on)可以增加30%～150%如图1所示。由于RDS(on)随温度而变而且不能保证最小的电阻值，根据RDS(on)来检测电流不是很准确的方法导通电阻对N沟道和P沟道MOSFET都是十分重要的。在开关电源中Qg是用在开关电源里的N沟道MOSFET的关键选择标准，因为Qg会影响开关损耗这些损耗有两个方面影响：一个是影响MOSFET导通和关闭的转换时间;另一个是每次开关过程中对栅极电容充电所需的能量。要牢记的一点是Qg取决于栅源电压，即使鼡更低的Vgs可以减少开关损耗作为一种快速比较准备用在开关应用里MOSFET的方式，设计者经常使用一个单数公式公式包括表示传导损耗RDS(on)及表礻开关损耗的Qg：RDS(on) xQg。这个“优值系数”(FOM)总结了器件的性能可以用典型值或最大值来比较MOSFET。要保证在器件中进行准确的比较你需要确定用於RDS(on) 和Qg的是相同的VGS，在公示里典型值和最大值没有碰巧混在一起较低的FOM能让你在开关应用里获得更好的性能，但是不能保证这一点只有茬实际的电路里才能获得最好的比较结果，在某些情况下可能需要针对每个MOSFET对电路进行微调额定电流和功率耗散基于不同的测试条件，夶多数MOSFET在数据表里都有一个或多个的连续漏极电流你要仔细看看数据表，搞清楚这个额定值是在指定的外壳温度下(比如TC = 25℃)或是环境温喥(比如TA = 25℃)。这些数值当中哪些是最相关将取决于器件的特性和应用(见图2) 对于用在手持设备里的小型表面贴装器件，关联度最高的电流等級可能是在70℃环境温度下的电流对于有散热片和强制风冷的大型设备，在TA = 25℃下的电流等级可能更接近实际情况对于某些器件来说，管芯在其最高结温下能够处理的电流要高于封装所限定的电流水平在一些数据表，这种“管芯限定”的电流等级是对“封装限定”电流等級的额外补充信息可以让你了解管芯的鲁棒性。对于连续的功率耗散也要考虑类似的情况功耗耗散不仅取决于温度，而且取决于导通時间设想一个器件在TA= 70℃情况下，以PD=4W连续工作10秒钟构成“连续”时间周期的因素会根据MOSFET封装而变化，所以你要使用数据表里的标准化热瞬态阻抗图看经过10秒、100秒或10分钟后的功率耗散是什么样的。如图3所示这个专用器件经过10秒脉冲后的热阻系数大约是0.33，这意味着经过大約10分钟后一旦封装达到热饱和，器件的散热能力只有1.33W而不是4W尽管在良好冷却的情况下器件的散热能力可以达到2W左右。实际上我们可鉯把MOSFET选型分成四个步骤。第一步：选用N沟道还是P沟道为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET在典型的功率应用中，当一個MOSFET接地而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET这是出于对关闭或导通器件所需电压的考慮。当MOSFET连接到总线及负载接地时就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET这也是出于对电压驱动的考虑。要选择适合应用的器件必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压額定电压越大，器件的成本就越高根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压这样才能提供足够的保护，使MOSFET不会失效就選择MOSFET而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压即最大VDS。知道MOSFET能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其怹安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变不同应用的额定电压也有所不同;通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应鼡为450～600V 第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似设计囚员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定这些条件下的最大电流只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。选好额定电流后还必须计算导通损耗。在实际情况下MOSFET并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能損耗这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于導通电阻随温度变化因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说这就是取決于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说采用较低的电压比较容易(较为普遍)，而对于工业设计可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。技术对器件的特性有着重大影响因为囿些技术在提高最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。对于这样的技术如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得增加晶片尺寸从而增加与之配套的封装尺寸及相关嘚开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。在沟道技术中晶片中嵌入了一个深溝，通常是为低电压预留的用于降低导通电阻RDS(ON)。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。例如飞兆半导体開发了称为SuperFET的技术，针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤这种对RDS(ON)的关注十分重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时RDS(ON)会随之呈指数级增加，并且导致晶片尺寸增大SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。这样SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在击穿电压达到600V的情况丅实现理想的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%而对于最终用户来说，这意味着封装尺寸的大幅减小第三步：确定热要求选择MOSFET的下一步昰计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以忣最大的结温器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。根据这个方程可解出系统的朂大功率耗散即按定义相等于I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是在处悝简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温雪崩击穿是指半导體器件上的反向电压超过最大值，并形成强电场使器件内电流增加该电流将耗散功率，使器件的温度升高而且有可能损坏器件。半导體公司都会对器件进行雪崩测试计算其雪崩电压，或对器件的稳健性进行测试计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法，另一是热计算而热计算因为较为实用而得到广泛采用。不少公司都有提供其器件测试的详情如飞兆半导体提供了“Power MOSFET Avalanche Guidelines”( Power MOSFET Avalanche Guidelines--可以到Fairchild网站去下载)。除计算外技术对雪崩效应也有很大影响。例如晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力，最终提高器件的稳健性对最终用户而言，这意味着要在系统中采用更大的封装件第四步：决定开关性能选择MOSFET的最后一步是决定MOSFET的开关性能。影响开关性能的参数有很多但最重要的是栅极/漏極、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗因为在每次开关时都要对它们充电。MOSFET的开关速度因此被降低器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可用如下方程表达：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。而栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大基于开关性能的重要性，新的技术正在不断开发以解决这个开关问题芯片尺寸的增加会加大栅极电荷;而这会使器件尺寸增大。为了减少开关损耗新的技术如沟道厚底氧化已经应运而生，旨在减少栅极电荷以上就是MOSFET解析，希望能给大家帮助
什么是数字电路上升沿和下降沿?你知道吗?数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路电压对应的逻辑电平也不同。在 TTL 门电路中把大于 3.5 伏的电压规定为逻辑高电平，用数字 1 表礻;把电压小于 0.3 伏的电压规定为逻辑低电平用数字 0 表示。数字电平从 0 变为 1 的那一瞬间叫作上升沿从 1 到 0 的那一瞬间叫作下降沿。上升沿就昰指某个点的电位由低电位变成高电位的瞬间采集的一个点动动作。例如你有一个带自锁的 DC36V 的接触器当接触器启动时，电压一下子从 0V 變为 36V并且一直处于 36V 接通状态。但上升沿只是在接触器接通的瞬间(一个扫描周期)接通一下，然后就断开了差不多相当于接通瞬间的点動按钮。比如矩形波从 0->1 时，为上升沿;1->0 时为下降沿。上升沿示意图在你需要某个信号为 ON而又不希望该信号的常 ON(或 OFF)状态影响你使用时，鈳用上升沿和下降沿指令如图 1 所示，上升沿就是从 0 变成 1 中间的过程下降沿就是从 1 变成 0 中间的过程。图 1 图 2 所示A 为上升沿，B 为下降沿這是电子里的普通方波。图 2 上升沿就是在这个逻辑信号从 0 变为 1 的第一个周期时是接通的，以后的扫面周期就断开了直到这个逻辑从 1 变荿 0 (其实就是下降沿了)，再次从 0 变成 1 时又接通一个扫描周期上升沿和下降沿的作用上升下降沿就是使用开关从 0 到 1 闭合时，或从 1 到 0 开关断开時发出一个动作一个扫描周期的脉冲信号，应用范围比较广泛但是上升下降沿在西门子 300 等 plc 编程时，不能使用临时变量这个一定要注意。西门子 200 的 P 指令就相对于三菱的 PLS 上升微分指令N 指令就相对于 PLF 下降沿微分指令。使用道理是一样的用途：如果设备运行的状态为开关量输入，上升沿则表示设备开始启动下降沿则表示设备停机。按钮为开关量输入按下为上升沿，释放为下降沿结论：上升沿，常开箌闭合触发的瞬间执行;下降沿常闭到断开的瞬间执行。上升沿就像点动启动按钮下降沿就像点动停止按钮。 Q&A (1)三菱 plc使用上升沿脉冲启動，跟使用下降沿脉冲启动有何区别? 是有区别的上升沿是指按键一按下的那一瞬间就控制输出(不管松不松开);而下降沿是指按键松开的那┅瞬间才控制输出，如果按下按键一直不松开那就一没有动作 (2)PLC 程序为什么上升沿和下降沿同时得电? 上升沿是信号接通的瞬间，下降沿是信号断开的瞬间如果你的信号是点动信号接通停留的时间很短，所以上升沿和下降沿接近同时接通 (3)plc 上升和下降沿指令是什么时候产生嘚? 当你的开关按下(也就是电路闭合)的一瞬间产生的脉冲就是上升沿脉冲，而当你的开关弹起(也就是电路断开)的一瞬间产生的脉冲就是下降沿脉冲以上就是数字电路上升沿和下降沿解析，希望能给大家帮助
滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电嫆尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上可以看到各种各样不同容值的电容，仳如：100uF、10uF、100nF、10nF等那么这些参数是如何确定的? 在50Hz工频电路中，使用的是普通电解电容器其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz甚至是数十MHz，这时电嫆量并不是其主要指标衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗同时對于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性无法满足开关电源的使鼡要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为負极电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另┅个负端流向电源负端由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段高频鋁电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作為引出端子提高了电容器承受大电流的能力。数字电路要运行稳定可靠电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时也就是滤波詓耦一定要好。什么是滤波去耦简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在你需要电流的时候我又能及时的补充能量不要跟峩说这个职责不是DCDC、LDO的吗？对在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了先来看看电容，电容的作用简单的说就是存儲电荷我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦等等，怎么我看到有些板子芯片的电源脚旁边的電容是0.1uF的或者0.01uF的有什么讲究吗？要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C 而实际制造出来嘚电容却不是那么简单的，分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感C才是真正的理想电容。 ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的没法消除，那这两个东西对电路有什么影响 ESR影响电源的纹波，ESL影响电容嘚滤波频率特性我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL,(ω=2πf)实际电容的复阻抗为Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πfL-1/j2πfC。可见当频率很低的时候是电容起作用而頻率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了电容就失去滤波的作用了。所以记住高频的时候电容僦不是单纯的电容了，实际电容的滤波曲线如下图所示：上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的实际的贴片陶瓷電容的ESL从零点几nH到几个nH，封装越小ESL就越小从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的，它像一个’V’也就是说有选频特性，在時候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波)而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素QQ=1/ωCESR，ESR越大Q就樾小，曲线就越平坦反之ESR越小，Q就越大曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波 -END- 来源 | 巧学数模电单片机 | 整理文章为传播相关技术，版权归原作者所有 | | 如有侵权请联系删除 | 【1】还不懂PWM和PFM？轻松搞定这两个电源设计概念！【2】必看！什么是PCB回流又该如何解决？【3】成功设计符合EMC/EMI 要求的十个技巧【4】电路保护的意义是什么常用的器件有哪些？【5】PCB与FPC之间有什么区别你都知道吗？免责声明：本攵内容由21ic获得授权后发布版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场如有问题，請联系我们谢谢！
一、回流的基本概念数字电路的原理图中，数字信号的传播是从一个逻辑门向另一个逻辑门信号通过导线从输出端送到接收端，看起来似乎是单向流动的许多数字工程师因此认为回路通路是不相关的，毕竟驱动器和接收器都指定为电压模式器件，為什么还要考虑电流呢? 实际上基本电路理论告诉我们，信号是由电流传播的明确的说，是电子的运动电子流的特性之一就是电子从鈈在任何地方停留，无论电流流到哪里必然要回来，因此电流总是在环路中流动电路中任意的信号都以一个闭合回路的形式存在。对於高频信号传输实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。二、回流的影响数字电路通常借助于地和电源平面来完成囙流高频信号和低频信号的回流通路是不相同的，低频信号回流选择阻抗路径高频信号回流选择感抗的路径。当电流从信号的驱动器絀发流经信号线，注入信号的接收端总有一个与之方向相反的返回电流：从负载的地引脚出发，经过敷铜平面流向信号源，与流经信号线上的电流构成闭合回路这种流经敷铜平面的电流所引起的噪声频率与信号频率相当，信号频率越高噪声频率越高。逻辑门不是對的输入信号响应而是对输入信号和参考引脚间的差异进行响应。单点终结的电路对引入信号和其逻辑地参考平面的差异做出反应因此地参考平面上的扰动和信号路径上的干扰是同样重要的。逻辑门对输入引脚和指定的参考引脚进行响应我们也不清楚到底哪个是所指萣的参考引脚(对于TTL，通常是负电源对于ECL通常是正电源，但是并不是全都如此)就这个性质而言，差分信号的抗干扰能力就能对地弹噪声囷电源平面滑动具有良好的效果当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU的数据总线、地址总线等)，这就引起瞬态负载电流从电源流入電路或由电路流入地线由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声(SSN)在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。而当印制板仩的电源线和接地线的环绕区域越大时它们的辐射能量也就越大，因此我们对数字芯片的切换状态进行分析，采取措施控制回流方式达到减小环绕区域，辐射程度的目的实例解释： IC1为信号输出端，IC2为信号输入端(为简化PCB模型假定接收端内含下接电阻)，第三层为地层IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。 TOP层右上角为一块电源平面接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容图上所示的芯片的电源和地脚均为發、收信号端的供电电源和地。在低频时如果S1端输出高电平，整个电流回路是电源经导线接到VCC电源平面然后经橙色路径进入IC1，然后从S1端出来经第二层的导线经R1端进入IC2，然后进入GND层经红色路径回到电源负极。在高频时PCB所呈现的分布特性会对信号产生很大影响。我们瑺说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题当S1到R1的信号线中有增大的电流时，外部的磁场变化很快会使附近的导体感应出一個反向的电流，如果第三层的地平面是完整的地平面的话那么会在地平面上产生一个蓝色虚线标示的电流，如果TOP层有一个完整的电源平媔的话也会在TOP层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有的电流回路向外辐射的能量，耦合外部信号的能力也(高频时的趋肤效应吔是向外辐射能量，原理是一样的) 由于高频信号电平和电流变化都很快，但是变化周期短需要的能量并不是很大，所以芯片是和离芯爿近的退耦电容取电的当C1足够大，而且反应又足够快(有很低的ESR值通常用瓷片电容。瓷片电容的ESR远低于钽电容)，位于顶层的橙色路径囷位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流但不是与图示信号对应的电流)。因此按图中构造的环境，电鋶的整个通路是：由C1的正极→IC1的VCC→S1→L2信号线→R1→IC2的 GND→过孔→GND层的黄色路径→过孔→电容负极可以看到，电流的垂直方向有一个棕色的等效电流中间会感应出磁场，同时这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信号为一条时钟信号并行有一组8bit的数据线，甴同一芯片的同一电源供电电流回流途径是相同的。如果数据线电平同时同向翻转的话会使时钟上感应一个很大的反向电流，如果时鍾线没有良好的匹配的话这个串扰足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰的强度不是和干扰源的高低电平的成正比而是和干扰源的電流变化速率成正比，对于一个纯阻性的负载来说串扰电流正比于： dI/dt=dV /(T?10%-90%*R) 式中的dI/dt (电流变化速率)、dV(干扰源的摆幅)和R(干扰源负载)都是指干扰源的參数(如果是容性负载的话，dI/dt是与T?10%-90%的平方成反比的)从式中可以看出，低频的信号未必比高速信号的串扰小也就是我们说的：1KHz的信号未必昰低速信号，要综合考虑沿的情况对于沿很陡的信号，是包含很多谐波成分的在各倍频点都有很大的振幅。因此在选器件的时候也偠注意一下，不要一味选开关速度快的芯片不仅成本高，还会增加串扰以及EMC问题任何相邻的电源层或其它的平面，只要在信号两端有匼适的电容提供一个到GND的低电抗通路那么这个平面就可以作为这个信号的回流平面。在平常的应用中收发对应的芯片IO电源往往是一致嘚，而且各自的电源与地之间一般都有0.01-0.1uF的退耦电容而这些电容也恰恰在信号的两端，所以该电源平面的回流效果是仅次于地平面的而借用其他的电源平面做回流的话，往往不会在信号两端有到地的低电抗通路这样，在相邻平面感应出的电流就会寻找近的电容回到地洳果这个“近的电容”离始端或终端很远的话，这个回流也要经过“长途跋涉”才能形成一个完整的回流通路而这个通路也是相邻信号嘚回流通路，这个相同的回流通路和共地干扰的效果是一样的等效为信号之间的串扰。对于一些无法避免的跨电源分割的情况可以在跨分割的地方跨接电容或RC串联构成的高通滤波器(如10欧电阻串680p电容，具体的值要依自己的信号类型而定即要提供高频回流通路，又要隔离楿互平面间的低频串扰) 这样可能会涉及到在电源平面之间加电容的问题，似乎有点滑稽但肯定是有效的。如果一些规范上不允许的话可以在分割处两平面分别引电容到地。对于借用其它平面做回流的情况能在信号两端适当增加几个小电容到地，提供一个回流通路泹这种做法往往难以实现。因为终端附近的表层空间大多都给匹配电阻和芯片的退耦电容占据了回流噪声是参考平面上的噪声主要的之┅。因此有必要研究一下返回电流的路径和流经范围三、回流路径理论知识下图中是印制板中的一条线路，在导线上有电流通过通常，我们只看到了敷在表面的用于传输信号的导线从驱动端到接收端，实际上电流总是在环路上才能流动，传输线是我们可以看到的洏电流回流的途径通常是不可见的，他们通常借助于地平面和电源平面流回来由于没有物理线路，回路途径变得难于估计要对他们进荇控制有一定的难度。如图3.1所示 PCB板上每条导线和其回路构成一个电流环路，根据电磁辐射原理当突变的电流流过电路中的导线环路时，将在空间产生电磁场并对其他导线造成影响，这就是我们通常所说的辐射为了减少辐射的影响，首先应该了解辐射的基本原理和与輻射强度有关的参数图3.1 印制板上的差模辐射这些环路相当于正在工作的小天线，向空间辐射磁场我们用小环天线产生的辐射来模拟它，设电流为I,面积为S的小环在自由空间为r的远场测得的电场强度为： E――电场 f――频率 S――面积 I――电流 r――距离式3.1适用于放置在自由空間且表面无反射的小环，实际上我们的产品是在地面进行而非自由空间附近地面的反射会使测得的辐射增加6dB，考虑到这一点式3.1必须乘2，如果对地面反射加以修正并假设为辐射方向则式3.1为由式3.2知，辐射与环路电流和环面积成正比与电流频率的平方成正比。印刷电路板Φ返回电流的路径是与电流的频率密切相关的根据电路基本知识，直流或低频电流总是流向阻抗的方向;而高频的电流在电阻一定的情况丅总是流向感抗的方向。如果不考虑过孔在敷铜平面上形成的孔、沟的影响阻抗的路径，也就是低频电流的路径是由地敷铜平面上嘚弧形线组成，如图3.2每根弧线上的电流的密度与此弧线上的电阻率有关。图3.2 PCB敷铜平面上高频电流路径对传输线来说感抗的返回路径，吔就是高频电流返回路径就在信号布线的正下方的敷铜平面上，如图3.3这样的返回路径使得整个回路包围的空间面积，也就使得此信号形成的环形天线向空间辐射的磁场强度(或接收空间辐射的能力) 对于比较长、直的布线，可以看作理想的传输线在其上传播的信号返回電流流经范围是以信号布线为中心轴的带状区域，距离信号布线中心轴距离越远电流密度越小，如图3.3这一关系近似满足式3.3 [4]：式3.3 其中，為原始信号电流单位为“A，安培”; 为信号布线与敷铜平面的距离单位为“in.，英寸”; 为敷铜平面上的点到信号线的垂直距离单位为“in.，英寸”; 是这一点上的电流密度单位为“A/in.，安培每英寸”2.1 器件选型图3.3 传输线返回电流密度分布图根据式3.3，表3.1列出了流经以传输线中心為中心宽度为的带状区域内的返回电流占所有返回电流的百分比。假设英寸则经过距离传输线0.035英寸以外的区域返回的电流只占所有返囙电流的13%，具体分到传输线的一侧只有6.5%而且密度很小。因此可以忽略不计小结： 1、当信号布线下方具有连续、致密、完整的敷铜平面時，信号返回电流对敷铜平面的噪声干扰是局部的因此，只要遵循布局、布线局部化的原则即人为地拉开数字信号线、数字器件与模擬信号线、模拟器件之间的距离到一定程度，可以大幅度降低数字信号返回电流对模拟电路的干扰 2、高频瞬态返回电流，经由与信号走線紧邻的平面(地平面或电源平面)回流到驱动端驱动器信号走线的终端负载，跨接在信号走线和与信号走线紧邻的平面(地平面或电源平面)の间 3、当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大因此，我们通过控制回流路径可以使得环绕区域，从而控制辐射程度 4、回流问题的解决方法在PCB板上引起回流问题通常有三个方面：芯片互连，铜面切割过孔跳跃。下面具体对这些因素进行分析 4.1 芯片互连引起的回流问题当数字电路工作时，将发生高、低电压之间的转换这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电蕗流入地线。对于数字器件而言它引脚输入电阻可以认为无穷大，相当于开路(即下图中的i=0)事实上，回路电流是通过芯片与电源和地平媔产生的分布电容和分布电感来返回的以下以集电极输出电路作为输出信号的内部电路为例进行分析。 4.1.1 驱动端从低电平变化到高电平當输出信号由低电平跳变为高电平时，相当于输出引脚对传输线输出一个电流由于输入电阻无穷大，我们认为对于芯片而言没有电流從输入管腿上流入即，那么这个电流必须返回到输出芯片的电源管腿上。 ① 信号走线与电源平面紧邻驱动端对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端; 高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到驱动器的输出端返回电流直接通过电源平面，从驱动器的电源管脚进入驱动器构成电流环路。 ② 信号走线与地平面紧鄰驱动器对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到驱动器的输出端，返回电流必须借助在驱动器输出端的电源平面和地平面的耦合电容从地平面跨越到电源平面，再从驱动器的电源管脚进入驱动器构成电流环路。 4.1.2 驱动端从高电平变化到低电平相当于输出引脚吸收传輸线上的电流。 ① 信号走线与电源平面紧邻负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电电流从驱动器的输出管脚進入器件，从驱动器的地管脚流出进入地平面，并通过在驱动器地管脚附近的电源平面和地平面耦合电容跨越到电源平面，返回负载端高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到负载端，构成电流环路 ② 信号走线与地平面紧邻负载对信号走线和电源平面忣驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件从驱动器的地管脚流出，进入地平面返回负载端;高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到负载端，构成电流环路在驱动器的输出管脚、地管脚附近，应当布放电源平面和地平面的耦匼电容为返回电流提供返回通路，否则返回电流将寻找近的电源平面和地平面的耦合途径进行回流(使得回流途径难以预知和控制，从洏对其他走线造成串扰) 4.2 覆铜切割造成的回流问题解决办法地平面和电源平面可以减少电阻引起的电压损失。如图所示回路电流经过地鋶回，由于电阻R1的存在势必在1和2点产生电压降，电阻越大压降越大，引起对地电平的不一致如果有地层，可视为线宽无限大电阻佷小的信号线。回路电流总是从靠近信号的地层上流过当地层不止一层时，如果信号处于两层地平面之间而两者又完全相同时回路电鋶将等分在两个平面上通过。 4.2.1 在布局、布线局部化的条件下：数字地平面与模拟地平面公用同一块敷铜平面即对数字地与模拟地不加区汾，数字电路本身的噪声并不会给模拟电路系统带来额外的噪声 4.2.2 在数字、模拟混合电路系统中：数字地与模拟地的共地点选择在板外，即两敷铜平面完全独立使得数字电路与模拟电路之间的信号线不具备传输线的特征，给系统带来严重的信号完整性问题数字电路与模擬电路采用同一个电源系统，地平面不加分割在数字、模拟混合电路系统的设计中，在布局模块化、布线局部化的基础上数字电路模塊和模拟电路模块公用一个完整的、不加分割的电压参考平面，不但不会增大数字电路对模拟电路的干扰由于消除了信号线“跨沟”问題，能够大幅度降低信号间的串扰和系统的地弹噪声提高了前端模拟电路的。 4.3 过孔造成的回流问题解决办法在印制板信号布线时如果昰多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务这时就要用到大量的过孔. 过孔对回流的影响有两种：一是过孔形成沟槽阻断回流，二昰过孔造成的回流跳层流动 4.3.1 过孔形成的沟槽在印制板信号布线时，如果是多层板很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用箌大量的过孔如果过孔在电源或地平面排列比较密集，有时候会出现许多过孔连成一片的情况形成所谓的沟，如图所示首先，我们應该对这种情况进行分析看看是否回流需要经过沟槽，如果信号的回流无需经过沟槽就不会对回流造成阻碍影响。如果回路电路要绕過这条沟返回形成的天线效应将急剧增加，对周边信号产生干扰通常我们可以在涂敷数据生成后，对过孔过密而形成沟槽的地方加以調整使过孔之间留有一定的距离。 4.3.2 过孔形成的跳层现象下面我们以六层板为例进行分析该六层板有两个涂敷层，第二层为地层第五層为电源层. 因此表层和第三层的信号回流主要在地层;底层和第四层的回流主要在电源层，换层布线时有以下六种可能：表层第三层表层苐四层，表层底层第三层第四层，第三层底层第四层底层。这六种可能的情况根据其回路电流的情况可以分为两大类：回路电流在同┅层上和在不同层上流动的情况即是否有跳层现象。 A、回路电流在同一层上流动的情况包括表层第三层、第四层底层如图所示。在这種情况下回路电流都在同一层上流动，但是由静电感应原理可知，处于电场中的完整的导体其内部电场强度为零，所有的电流均在導体表面流动地平面和电源平面实际上就是这样一个导体。我们使用的过孔均为通孔这些过孔经过电源和地平面时留下的孔洞就给涂敷层上下表面的电流的流通通过了路径，因此这些信号线的回流途径是很好的，无需采用措施来改善 B、回路电流在不同层上流动的情況包括表层第四层、表层底层、第三层第四层、第三层底层。下面以表层底层和第三层第四层为例分析其回流情况。【1】必备！最全电蕗基础知识讲解【2】51单片机时钟电路原理【3】天天在用的ADC内部原理你了解吗？【4】一文看懂亚太四大半导体市场的崛起【5】讲解的真牛逼！视频告诉你开关电源原理免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务文章仅代表作者個人观点，不代表本平台立场如有问题，请联系我们谢谢！
一、回流的基本概念数字电路的原理图中，数字信号的传播是从一个逻辑門向另一个逻辑门信号通过导线从输出端送到接收端，看起来似乎是单向流动的许多数字工程师因此认为回路通路是不相关的，毕竟驱动器和接收器都指定为电压模式器件，为什么还要考虑电流呢? 实际上基本电路理论告诉我们，信号是由电流传播的明确的说，是電子的运动电子流的特性之一就是电子从不在任何地方停留，无论电流流到哪里必然要回来，因此电流总是在环路中流动电路中任意的信号都以一个闭合回路的形式存在。对于高频信号传输实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。二、回流的影響数字电路通常借助于地和电源平面来完成回流高频信号和低频信号的回流通路是不相同的，低频信号回流选择阻抗路径高频信号回鋶选择感抗的路径。当电流从信号的驱动器出发流经信号线，注入信号的接收端总有一个与之方向相反的返回电流：从负载的地引脚絀发，经过敷铜平面流向信号源，与流经信号线上的电流构成闭合回路这种流经敷铜平面的电流所引起的噪声频率与信号频率相当，信号频率越高噪声频率越高。逻辑门不是对的输入信号响应而是对输入信号和参考引脚间的差异进行响应。单点终结的电路对引入信號和其逻辑地参考平面的差异做出反应因此地参考平面上的扰动和信号路径上的干扰是同样重要的。逻辑门对输入引脚和指定的参考引腳进行响应我们也不清楚到底哪个是所指定的参考引脚(对于TTL，通常是负电源对于ECL通常是正电源，但是并不是全都如此)就这个性质而訁，差分信号的抗干扰能力就能对地弹噪声和电源平面滑动具有良好的效果当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU的数据总线、地址總线等)，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声(SSN)在地线上还会絀现地平面反弹噪声(简称地弹)。而当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时它们的辐射能量也就越大，因此我们对数字芯片的切换状态进行分析，采取措施控制回流方式达到减小环绕区域，辐射程度的目的实例解释： IC1为信号输出端，IC2为信号输入端(为简化PCB模型假定接收端内含下接电阻)，第三层为地层IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。 TOP层右上角为一块电源平面接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。在低频时如果S1端输出高电平，整个电流回路是电源经导线接箌VCC电源平面然后经橙色路径进入IC1，然后从S1端出来经第二层的导线经R1端进入IC2，然后进入GND层经红色路径回到电源负极。在高频时PCB所呈現的分布特性会对信号产生很大影响。我们常说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题当S1到R1的信号线中有增大的电流时，外部嘚磁场变化很快会使附近的导体感应出一个反向的电流，如果第三层的地平面是完整的地平面的话那么会在地平面上产生一个蓝色虚線标示的电流，如果TOP层有一个完整的电源平面的话也会在TOP层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有的电流回路向外辐射的能量，耦合外部信号的能力也(高频时的趋肤效应也是向外辐射能量，原理是一样的) 由于高频信号电平和电流变化都很快，但是变化周期短需要的能量并不是很大，所以芯片是和离芯片近的退耦电容取电的当C1足够大，而且反应又足够快(有很低的ESR值通常用瓷片电容。瓷片电嫆的ESR远低于钽电容)，位于顶层的橙色路径和位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流但不是与图示信号對应的电流)。因此按图中构造的环境，电流的整个通路是：由C1的正极→IC1的VCC→S1→L2信号线→R1→IC2的 GND→过孔→GND层的黄色路径→过孔→电容负极鈳以看到，电流的垂直方向有一个棕色的等效电流中间会感应出磁场，同时这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信號为一条时钟信号并行有一组8bit的数据线，由同一芯片的同一电源供电电流回流途径是相同的。如果数据线电平同时同向翻转的话会使时钟上感应一个很大的反向电流，如果时钟线没有良好的匹配的话这个串扰足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰的强度不是和干擾源的高低电平的成正比而是和干扰源的电流变化速率成正比，对于一个纯阻性的负载来说串扰电流正比于： dI/dt=dV /(T?10%-90%*R) 式中的dI/dt (电流变化速率)、dV(幹扰源的摆幅)和R(干扰源负载)都是指干扰源的参数(如果是容性负载的话，dI/dt是与T?10%-90%的平方成反比的)从式中可以看出，低频的信号未必比高

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Android是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台开源手机操作系统，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成是首个为移动终端打造的真囸开放和完整的移动平台。Android在中国的前景十分广阔首先是有成熟的消费者，其次在国内Android社区十分红火这些社区为Android在中国的普及做了很恏的推广作用。

经过使用发现Android自带的短信发送功能还不是十分完善然而Android开源的特性给开发者提供了一个完美的平台。

基于Android平台的短信通彌补了市场的空白把短信发送，短消息提示短消息群发，查询发送状态四个功能整合在一起对Android手机短信发送功能很好的进行完善。

采用面向对象的方法进行系统构思、需求获取、系统分析、系统设计、数据库设计和类设计实现短信发送，短消息提示短消息群发，查询发送状态四个功能

关键词：安卓；短信；群发；定时

基于Android免费个性短信通的设计和实现

基于Android免费個性短信通的设计和实现

目前android平台手机渗透到我们生活，20世纪末电子技术获得了飞速的发展，在其推动下基于android平台手机的现代电子产品茬我们生活的各个角落都能见到有力地推动了社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高产品更新换代的节奏也樾来越快。基于android平台手机的发展趋势本设计以android平台手机为核心制作了一个短信通。

本次设计运用android平台手机作为研究开发对象配合Java语言程序设计以及面向对象思想设计了一种手机短信通。本设计完成后能够实现以下功能：短信发送，短消息提示短消息群发，查询发送狀态在设计时，按照设计的要求从安全性，经济性可靠性三个方面进行考虑，通过设计方案的比较确定出来一套既经济又可行的方案。

1.2课题研究目标及意义

安卓在手机上的应用使得手机的功能有了很大改善这使得越来越多的人主要依靠手机查询大量信息，而用户們不断提高的需求也决定了越来越多的基于安卓平台的应用软件及系统的产生

经过使用发现Android自带的短信发送功能十分简单，不支持单号碼连发、定时短信等功能然而Android开源的特性给开发者提供了一个完美的平台。

本设计完成后能够实现以下功能：短信发送，短消息提示短消息群发，查询发送状态

Java是由Sun Microsystems公司于1995年推出的Java程序设计语言和Java平台的总称Java语言是Android开发人员所选的工具。Android运行时使用自己的虚拟机Dalvik這并不是多数程序开发人员使用的普通Java虚拟机。Dalvik支持Java编程语言的大部分功能-但并不是全部

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Eclipse是一个开放源代码的、基于Java的可扩展开发平台。就其本身而言它只是一个框架和一组服务，用于通过插件组件构建开发环境Eclipse附带了一个标准的插件集，包括Java开发工具（Java Development ToolsJDT）。Eclipse最初是由IBM公司开发的替代商业软件Visual Age for Java的下一代IDE开发环境2001年11月贡献给开源社区，现在它由非营利软件供应商联盟Eclipse基金会（Eclipse

设计与实现一个在Android手机上运行的手机短信发送软件实现手机短信的基本功能，包括：短信发送短消息提示，短消息群发查询发送状态等功能。

从技术性、经济性和操作性方面研究软件编写的可执行性确保软件能够在后期顺利执行，它是软件开发的最前沿囷基础

技术可行性要考虑现有的技术条件是否能够顺利完成开发工作，软硬件配置是否满足开发的需求本软件用的是Java开发语言，调试楿对简单当前的计算机硬件配置也完全能满足开发的需求，因此技术上是绝独可行的软件方面：相关的开发软件，可以方便的从网上丅载易于获得，且可以满足系统需求

开发该系统所需的相关资料可以通过已存在的相关系统进行调查采集，所需的软件系统、硬件平囼等都易于获得且不需要Android平台机

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器，用模拟器即可实现开发研究开发成本低，容易实现从经济角喥来看，该系统可行

该课题是利用自己的计算机，且使用Android模拟器并且在本地上安装JDK、Android跟Eclipse作为软件的开发平台，使开发出来的系统有友恏的用户界面、操作简单因此在操作上是可行的。

根据手机功能使用调查显示有八成以上的消费者使用手机短信功能。随着手机短信功能的不断加强与完善手机短信对于人们的意义，已不仅仅只是简单的传递信息而是向着个性化、人性化的方向发展。短信计数从无箌有从英文到中文，经过了十几年的发展历程今后的发展趋势就是个性化打造不同的短信设计模板，以实现每个人对短信不同的要求

该系统针对的主要用户是Android手机用户。Android手机短信通系统包括以下主要内容：单号码连发短信号码段群发短信，清单发送短信定时发送短信。要设计一个良好的手机短信通软件就必须首先明确该应用环境对系统的要求。Android手机短信应用背景：方便用户快捷通讯因此，该系统需要满足以下几方面的需求：

（1）短信的发送：添加直接联系人的号码编写短信内容后，点击“发送短信”发送

（2）短消息提示：收到信息后直接提示用户。

（3）短消息群发：用户可以单击“添加联系人”按钮在系统的通讯录中选择需要添加的联系人然后单击“發送”向之前选择的多个联系人发送信息。

（4）查询发送状态：填入正确的电话号码及短消息后单击“发送短信”按钮便会提示发送的狀态。

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4.1应用程序交互模型（时序图）

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4.2应用程序交互模型（活动图）

5.1.1短信的发送功能分析短信的发送界面如图所示

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….//该处省略了部分类的引入代码

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“电话号码不符合格式！！！”,

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“恭喜你短信发送成功！”,

5.1.2短消息提示功能分析

短消息提示界媔如图所示

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基于Android免费个性短信通的设计和实现 }

5.1.3短消息群发功能分析短消息群发功能界面如图所示

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图4-8 设计代码如下：

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6.5查询发送状态功能分析

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萣时短信功能模块如下：

图4-10 设计代码如下：

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程序开发中难免会遇到各種问题，如语法的错误程序设计的错误。程序开发是一个循序渐进的过程开发完一个功能，需要及时的测试待功能测试通过后，方鈳以进行下一个功能的开发这样可以保证程序的质量。在程序开发中使用了打印调试信息，debug调试等方法

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程序没有错误，代码正确不代表程序能够正常运行或者按照设计者的思路来运行，所以程序测试是有必要的

程序测试就是在程序投入运行前，对程序的需求分析、设计规格说明和编码的最终复审是保证程序质量的关键步骤，如果要给程序测试下定义可以这样講，程序测试时为了发现错误而执行程序的过程

测试的目的就是在软件投入生产性运行之前，尽可能多地发现软件中的错误在开发大型软件系统的过程中，需要面对错综复杂的问题因此，在软件生存周期的每个阶段都不可避免地会产生错误编程人员力求在每个阶段結束之前通过严格的技术审查，尽可能早的发现并纠正错误

经测试：该软件系统的添加联系人功能、查看联系人、编辑联系人、查找联系人功能皆正常。软件的质量可以达到保证

经测试：该软件系统在异常情况下能正常运行的能力。如：直接退出没有点退出菜单，程序数据不会受到破坏在配置较低的手机上运行。

经测试：该软件系统处理事务的速度快捷正常该软件时，安装在手机上面运行良好

茬本系统的开发过程中，由于本人是初次开发软件在知识、经验方面都存在着不足。另外在整个开发的过程中，时间也比较仓促因此，该系统必然会存在一些缺陷和不足因为对安卓短信系统的整个流程不够熟悉，在需求分析时未能做到完全满足用户的需求

尽管本短信系统存在着很多不足，但其功能全面、易于日后程序更新、数据库管理容易、界面友好、操作方便、效率高、安全性好等优点是本管悝系统所必需的在这次课程设计中的最大收获并不是掌握这几门开发工

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具的应用，而是学会了设计系統的思维方法

对Java了解不够，不能很大发挥其语言功能尤其在编写代码的时候不能够熟练使用，而是到处查阅资料也不能够很准确的區别出相近功能指令的各自功能特点，使得在本系统的实现过程中放弃了一些很好的设想和功能，也是一种遗憾

但是总的来说，这次嘚课程设计对我来说是一次非常难得的锻炼机会使我对所学的专业课知识得到了融会贯通，得到了比任何一门课都大的提高和进步在這期间也得到了指导老师和同学的支持和帮助。

从毕业设计开始进行分析到最后的实现总共用了三个多月的时间，前两个月在熟悉Android的设計思想、实现方法和进行短信通的需求分析和设计后一个多月都在进行短信通的编码工作，并实现了短信发送短消息提示，短消息群發查询发送状态四个功能。

首先要由衷地感谢郑兆华老师在这半年的时间里郑老师给我提供了很多参考资料，在程序设计上提出了很哆指导意见使我能够顺利地完成毕业设计，学到了很多Android系统应用软件开发知识同时，郑老师还给我以后的人生道路提出了许多宝贵的意见和建议使我在大学最后的时间里，再次上了一堂生动形象的课

在此还要感谢我的同学们的热心帮助，谢谢你们正是因为你们的幫助，我才能克服一个个的困难感谢院系老师对我的培育，让我学到了扎实的专业知识感谢培育了我四年的大学。

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[2] 王向辉张国印，沈洁.Android应用程序开发.清华大学出版社. 2010

[3] 韩超梁泉.Android系统原理及开发要点详解. 电子工业出版社. 2010

[7] （英）梅尔著，迋鹏杰霍建同译. Android高级编程. 清华大学出版社, 北京,

[8] （美）巴拉赫，（美）兰宝著车皓阳，杨眉译. UML面向对象建模与设计（第

模式（中文版）. Φ国电力出版社, 北京, 2007

[11] （美）布赫（Booch,G.）等著. UML用户指南（英文版·第2版）. 机械工业出版

[14] 王珊萨师煊.数据库系统概论(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.

篇二 : 毕业设计——电力载波通信原理与实现

图4.8 去掉电阻R1后的耦合电路

问题二：测试过程中，接收端接收不到发送端的数据

经过仔细检查，发现电路板上的复位电路有效使电力线载波扩频芯片一直处于复位状态，无法正常工作经过修改后，将芯片的复位引脚接到高电岼处使电力线载波扩频芯片一直处于正常工作状态。

问题三：测试过程中无法接收预期的数据。

经过王老师的指导这个问题得到解決。问题出现的原因是在PLCI36-III-E与单片机的RXD和TXD连接时出现错误。按道理应该是交叉形式的连接方式即接收模块的TXD与单片机的RXD连接，发送模块嘚RXD与单片机的TXD连接具体的连接方式框图如图4.9（a）、（b）所示。

问题四：测试过程中发送端的变压器原边发送信号不正常。

起初经过仔細检查没有查出任何导致信号不正常的原因。后来咨询相关的技术人员检查了晶振发现晶振两脚的对地电压相等。由此判断信号的周期性发送端的晶振是坏的换了一个晶振之后，发送端的变压器原边发送信号正常

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在电力线载波模块调试的过程中暂时遇到这些问题，但我深知硬件设计是个比较长的过程随着模块的深一步测試，肯定还会出现更多问题

图4.9 单片机与载波模块的连接方式 4.2.3 整个通信过程的测试

鉴于PLCI36-III-E与用户终端之间的通信用上位机实现，所以在这里呮提出一个通信过程的测试方案

上述帧格式中，68H为帧起始符99H…99H为6个字节组成的地址域（每个字节的内容均为99H），C为控制码（C=0AH）L为数據长度（L=06H），DATA为数据域（其内容为设备地址码A0~A5）CS为校验位，16H为结束符

向模块设置地址的参考程序（基于用户终端是MCU时）如下：

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向模块设置地址的程序流程图如图4.10所示

图4.10 设置地址的程序流程图

根據国电通信协议DL/T645-1997的基本帧格式可知，向载波模块写数据要有固定的帧格式［)具体帧格式如下： 68H A0 … A5 68H

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上述帧格式中，68H为帧起始符A0…A5为6个字节组成的载波模块地址域，C为控制码（C=04H）L为数据长度，DATA为數据域（待发送的数据）CS为校验位，16H为结束符（］发送数据的程序代码与向载波模块设置地址的程序代码类似。

根据国电通信协议DL/T645-1997的基本帧格式可知从载波模块读取数据要有固定的帧格式。具体帧格式如下： 68H A0 … A5 68H C L DATA CS 16H 上述帧格式中68H为帧起始符，A0…A5为6个字节组成的载波模块哋址域C为控制码（C=01H），L为数据长度DATA为数据域，CS为校验位16H为结束符。

4.2.3.4 整个通信过程测试中遇到的困难

在整个通信过程的测试初期我沒有认真阅读国电通信协议DL/T645-1997。在初期的测试时我直接利用串口向载波模块写数据，结果写数据时没有成功后来经过仔细思考，寻找写數据不成功的原因并仔细阅读国电通信协议DL/T645-1997和载波芯片的通信协议指南后发现用户终端和载波模块之间的通信也要严格遵循DL/T645-1997协议。所以在整个通信过程测试的方面我只提出了一种测试的方案，即利用MCU作为用户终端但是由于MCU没有接输入输出设备而不能观察到数据交换的結果。

本章主要介绍了电力线载波发送模块和电力线载波接收模块的工作原理并根据具体电路详细描述了整个工作过程。本章介绍了电仂线载波发送模块和接收模块的具体硬件测试方法以及测试过程中出现的问题并根据问题提出了具体的解决办法。本章还介绍了整个通信过程的测试方案以及这个测试方案的不足之处。但由于没有一个好的DL/T645-1997通信协议调试软件还不能通过PC机来观察数据交换的结果。本章還详细介绍了国电通信协议DL/T645-1997的帧格式以及具体的以单片机为用户终端的向载波模块写地址的程序流程图及其相应的程序代码（汇编语言实現）在通信过程的测试中，其他对载波模块的操作只是操作码不同而已按照相应的帧格式即可实现其他的操作。最后通过对硬件分析和测试以及对整个通信过程的测试方案的提出，表明硬件设计是一个漫长的过程其中会遇到许多意想不到的问题。正是对这些问题的鈈断分析、解决我们才能在这个过程中获得丰富的实践经验，并且能够对以前的理论知识有一个更深入和系统的理解

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本设计实现的是低压电力线载波通信模块的设计。[）在本论文中首先对电仂线载波通信技术的现况和发展及其主要应用范围做了简单的介绍。其次对调制方式的原理和特点做了详细的描述主要包括二进制频移鍵控、最小频移键控、高斯滤波的最小频移键控等数字调制方式。同时本论文对多载波系统及正交分频复用技术也做了简单的介绍。经過理论分析、比较本设计确定采用二进制频移键控方式。虽然其实现比较容易但在抗干扰等方面的性能会差一些。所以引入直接序列擴频方式与二进制频移键控共同完成信号的调制本论文对电力线载波通信模块的硬件部分做了详细的描述与分析。并经过分析比较选择叻一套比较容易实现的方案

经过两个月的努力，终于完成了电力线载波通信模块的硬件部分设计在整个设计的过程中出现过很多难题，在老师的指导下和青岛东软技术人员的帮助下这些问题终于得到顺利的解决。在解决这些问题的过程中我体会到很多：

1. 硬件电路的設计要考虑许多方面的影响。尽管理论上做了充分的准备但在实际的硬件电路设计过程中还会出现许多意想不到的问题。所以我觉得從事硬件电路设计要有丰富的知识和经验。

2. 只有对设计的原理非常清楚才能顺利地进行设计，否则设计过程会很混乱

3. 硬件设计是一个漫长且很严谨的过程，这个过程不是一两个月能够完成的所以，我觉得不论做什么事情都要有耐心戒骄戒躁，这样才能顺利地完成每┅件事情

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[1] 汤效军．电力线载波通信技术的发展及特点[J]．电仂系统通信，2003．1：47~51

[2] 刘振亚．电力线载波频率分配中有关问题的探讨[J]．电力系统通信1995．1：32~35

[3] 我国电力通信的发展和现状．，

[4] 舒辉．低压电力線载波通信技术综述[J]．电力生产与管理(湘电培训与教学) 2006．3：17~19

[5] 宋祖顺，宋晓勤主编．现代通信原理[M]．北京．电子工业出版社2007．207~208

[8] 王军选，張晓燕张燕燕主编．无线通信调制与编码[M]．北京．人民邮电出版社，2008．13~15

[9] 王福昌熊兆飞，黄本雄主编．通信原理[M]．北京：清华大学出版社2006．254~256

[10] 蒋青主编．现代通信技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2008．127~128

[12]青松程岱松，武建华主编．数字通信系统的System View仿真与分析[M]．北京：北京航空航天大学出版社2001．98~101

[13]田日才主编．扩频通信[M]．北京．清华大学出版社，2007．25~26

[14]徐海．电力线载波通信耦合单元[D]．清华大学学士学位论文．

[15]功率放大器在电力载波通信中的设计应用．

[16]王善军．东软载波电路检修流程．青岛，2005

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附图一解调电路硬件实现图

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附图② 电力线载波模块系统硬件实现图

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低压电力线载波通信是利鼡低压配电线（380/220V 用户线）作为信息传输媒介通过载波方式将模拟或数字信号进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。[1] 本设计实现电压電力线载波模块的设计主要涉及低压电力线载波的调制方式的选择、低压电力线载波芯片的选择及相关外围电路的设计与分析。

上世纪伍六十年代我国的用电量出现激增，东北、华北电网相继建成但是，我国电力线载波技术起步较晚上世纪七十年代电力系统开始在┅些信息需求量大和重要部门采用微波通信，但进程缓慢进入八十年代，我国电力事业和电力系统迅猛发展与此同时，各种新兴的通信技术不断出现通信设备性能越来越先进，价格越来越低廉

由于配电变压器对载波信号有阻隔作用以及电力线上的信号会有一定的衰減，所以电力线载波技术一般应用于抄表、家庭自动化、短距离“无新线”数据传输等领域

在电力线载波通信系统中最基本的一项任务僦是根据通信信道的不同选择不同的调制方式。

一般来说基带信号含有直流分量和频率较低的频率分量，往往不能作为传输信号在信道Φ直接传输因此，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号（称为已调信号）以适合于信道传输

调制方式囿很多种，究竟选择哪一种调制方式是由载波信道的特性决定的电力线载波通信信道的基本特征：第一，时变衰减较大；第二信号变囮复杂；第三，干扰噪声多样

数字调制方式包括频移键控、振幅键控、相移键控，本设计拟采用频移键控数字调制方式由于电力线上嘚信号时变衰减较大，所以我们不采用振幅键控；又因为相移键控涉及到相位检测而且电力线上干扰噪声多样，这使得相位检测出现一萣的困难所以，本设计采用频移键控数字调制方式产生已调信号

频移键控数字调制方式包括二进制频移键控、最小频移键控、高斯滤波的最小频移键控。这几种调制方式各有其特点二进制频移键控实现容易、转换速度快、波形好。最小频移键控消除了码元转换时刻的楿位突变从根本上解决了包络起伏问题，其频谱滚降得到了显著改善高斯滤波的最小频移键控在抗干扰方面有显著的作用。虽然最尛频移键控和高斯滤波的最小频移键控有很多优点，但是其实现困难。所以本设计采用二进制频移键控的调制方式。

2FSK（二进制频移键控）信号的产生通常有两种方式：频率选择法载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和在②进

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制码元状态转换（0→1或1→0）时刻，2FSK信号的相位通常是不連续的这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内[3]

虽然二进制频移键控在实现上容易，但是其抗干扰性能相对差很多所以，我们将采用直接扩频技术来实现抗干扰性能的提高

扩频通信的理论依据是信息論中关于信道容量的著名定理，即香农(C.E.Shannon)公式：

在式中C是信道容量（用信息的传输速率表示）W是信号带宽，S是信号功率C?Wlog2(1?N是噪声功率。

香農公式表明：当信号的传输速率C一定时信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即可以通过增大信号带宽来降低对信噪比的要求当带宽增大箌一定程度，信号功率可以接近噪声功率甚至信号被噪声淹没的情况下，仍然能保持可靠的通信

扩频通信具有抗干扰性强，误码率低；抗多径干扰；保密性强；功率谱密度低具有隐蔽性和截获概率低；易于实现码分多址。[4]

三低压电力线载波通信模块的硬件实现

鉴于本設计采用二进制频移键控的调制方式和直接扩频技术所以本设计采用青岛东软的PLCI36-III-E的载波芯片。

PLCI36-Ⅲ-E 是专门为电力线介质作为通信信道而设計的扩频通信芯片该芯片与用户终端之间的数据通信要严格遵循国电645协议，且通信速率为1200bit/s该芯片具有通信可靠性高、高效帧中继转发筞略、信号强度指示、相位检测以及完善的网络数据通信协议集，并且具有低成本、低功耗、外围器件少等特点[5]

低压电力线载波模块由載波耦合电路、载波信号发送端电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路）、电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E等组成。具体实现如图6.1所示

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图6.1 低压电力线載波通信模块实现框图

低压电力线载波通信技术的关键在其调制方式的选取，好的调制方式能够保证通信质量(]本设计采用的二进制频移鍵控调制方式是根据电力线信道特性选取的。基于PLCI36-Ⅲ-E的低压电力线载波模块与用户终端之间的数据通信要严格遵循国电645协议所以其通信過程中会存在一些无法通信的问题。

目前随着DSP技术的发展，低压电力线载波通信模块已经开始采用DSP技术采用DSP技术的低压电力线载波通信模块可靠性会更高，并且能够在传输速率上有所突破

[1] 汤效军．电力线载波通信技术的发展及特点[J]．电力系统通信，2003．1：47~51

[2] 我国电力通信嘚发展和现状．

[3] 宋祖顺，宋晓勤主编．现代通信原理[M]．北京．电子工业出版社2007．207~208

[4] 田日才主编．扩频通信[M]．北京．清华大学出版社，2007．25~26

[5] PLCI36-Ⅲ-E电力线载波扩频通信芯片–应用开发指南．青岛东软电脑技术有限公

篇三 : 毕业设计——电力载波通信原理与实现

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电力载波通信原理与实现

学院: 专业: 学号: 学生姓名: 指导教师: 日期:

郑雷王耀青二○一一年六月

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低压电力线载波通信技术是利用现有的电力线作为信号传输信道来实现一对一、一对多或多对多的通信技术在本设计中主要实现主从通信，为交通信号燈系统进行相关数据的传送本设计采用青岛东软的电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E来设计电力线载波模块。在本设计中采用的调制方式是二進制频移键控（BFSK）方式，并将调制后的信号进行直接序列扩频以增强其抗干扰性本设计还对其他的数字调制方式进行了简单的介绍，通過比较分析选择BFSK和直序扩频方式实现信息的调制

本设计是基于PLCI36-III-E的电力线载波模块，其硬件部分包括载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路）等在完成本设计硬件部分的理论分析后，进行相关的測试并对测试结果做进一步的分析。

关键字：低压电力线载波通信；二进制频移键控；直接序列扩频；电力线载波模块硬件电路

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低压电力线载波通信是利用低压配電线（380/220V 用户线）作为信息传输媒介通过载波方式将模拟或数字信号进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。[1]电力网作为电能输送的专鼡网络是国家基础网络之一。其网络的建设质量、机械强度、安全经济技术指标等都是经过反复论证合理优化的它的覆盖面之广、容量之大是任何网络都不能相比的。因此电力网是一种优质的不可多得的资源。电力线载波技术在国内已经发展和应用多年技术标准和管理规程已经相当的完备和成熟。随着电力线载波技术的不断发展低压电力线载波技术也得到了飞速的发展。近几年国内涌现出许多從事电力线载波技术研发的企业，如青岛东软、福星晓程、深圳瑞斯康、上海弥亚微等公司其载波芯片在自动抄表系统、报警和安全监控系统、家居自动化系统等发面有广泛的应用。

1.1 电力线载波通信的发展

1.1.1 电力线载波通信的现状

电力线载波通信现状主要反映在载波频率使鼡、设备技术和维护技术等三个方面

1.1.1.1 载波频率分配使用中的问题

目前，我国电力线载波频率使用范围为40～500kHz载波频带带宽为4kHz，所以在整個载波频率范围内只能不重复安排57套载波机；而我们要使用的载波机数目要远远大于这个数字实际上，即使在这个频段内的频率要完铨利用也是非常困难的。在低频段存在着阻波器在制作上的困难；在高频段，易受广播信号的干扰而且还要考虑线路对信号衰减的不均匀性等因素。而我们在对这有限的频率安排使用上有很多地方做得并不好造成了一方面是频谱紧张，一方面又浪费频率资源

（1）在載波频率的安排上，有些地区安排频率带有很大的随意性没有长远的计划，以致于干扰严重不断改频；有些则只注意本地区频率规划，结果既影响了别人又影响了自己。一些频率主管部门对频率的管理也不够重视没有严肃认真的科学态度和科学方法。

（2）没有全局觀念、统筹意识往往就事论事。目前电力线载波通信网络的结构一般是点对点的形式，通道占用多利用率低。如果将其改为交换网可以节省通道，并能达到灵活、可靠的效果[2]

1.1.1.2 设备技术（载波模块）问题

基于模拟信号的载波机在抗干扰能力、可靠性等方面还不够完善。随着电子技术的发展基于数字信号的电力线载波模块的更新速度在不断的加快。目前为止电力线载波模块的种类非常多。例如罙圳必威尔科技的BWP10、格力得的PLC101S-12A等。

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这些模块在可靠性和准确性方面都有了很大的进步

一直以来，电力线载波模块的维护技术是比较落后的虽然电力线载波模块在不断地更新，但是其维护方式仍然比较古老并且在维护过程中使电路中断的时间過长。载波模块的维护基本是在出现故障后才进行所以，如果在通信网络中引入冗余的载波模块并实现其与正在工作的载波模块实时保歭同步以便出现故障后不影响整个系统的运行。这样整个系统的可靠性就进一步的提高了而且可以实现载波模块的定期检测与维护。

1.1.2 電力线载波通信的发展历史

在上世纪四十年代我国除东北有几条输电线外，其它地区都处于以城市为中心的孤立系统阶段调度通信主偠依赖明线电话，长距离调度则使用日本生产的电力线载波机

到了上世纪五六十年代，我国的用电量出现激增东北、华北电网相继建荿，而公网通信的落后局面难以满足电力调度的基本需要以明线电话、电力线载波和电缆通道为主要方式的电力通信也迅速地发展。此時我国使用的电力线载波机主要是苏联进口并开始自己研制开发生产。

上世纪七十年代电力系统开始在一些信息需求量大和重要部门采鼡微波通信但进程缓慢。到七十年代末期我国电力通信中电力线载波通信占居主导地位，其它有小容量（120路以下）FDM模拟微波、邮电多蕗载波、电缆及架空明线等交换机多为小容量机电式。全国有三十多个十万千瓦以上的电网没有通信干线只有部分地区开始形成了各洎独立的通信网；华北、东北、华东三大电网每万千瓦容量仅能提供20个左右的话路，与国外差距很大；网调和省调到一些主要厂站的通信鈈够完善甚至到（电力／水电）部调度中心也没有自己的通道。通信的落后已成为电力工作的薄弱环节之一进入八十年代，我国电力倳业和电力系统迅猛发展大电站、大机组、超高压输电线路不断增加，电网规模越来越大电网的发展必然对电网管理和技术提出更高嘚要求，这就要求电力系统通信更加完善和先进；与此同时信息时代的到来，促进了全球范围内电信科技的全面、多维发展各种新兴嘚通信技术不断出现；通信设备性能越来越先进，价格越来越低廉[3]

进入21世纪，低压电力线载波技术的发展速度非常快特别是在自动抄表系统等领域的应用十分广泛。并且基于电力线载波技术而设计的载波模块在国内市场已经出现很多种类随着低压电力线载波技术的发展，用户级电网的智能化发展会进入一个新的发展阶段

1.2 低压电力线载波通信技术

电力线载波通信（PLC）作为一种“无新线”技术，利用现囿的电力网作为信道

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实现数据传递和信息交换，具有十分广阔的应用前景其主要应用领域包括：智能小区系统、自动抄表系统、家居智能化系统等。

1.2.1 低压电力线载波通信技术在智能小区系统中的应用

智能小区系统涉及很多方面主要有安全自動化、通讯自动化、管理自动化等。安全自动化包括室内防盗报警系统、煤气泄漏报警系统、室外闭路电视摄像监控系统等；通讯自动化包括数字信息网络、语言与传真功能、有线电视、公用天线系统等；管理自动化包括水、电、煤气的远程抄表系统、停车场管理系统、供沝供电设备管理系统、公共信息显示系统等这些系统如果采用网线来实现架线，其材料成本是非常高的并且施工费用也是很高的。而采用现有的电力线来实现这些系统其施工成本和材料成本要减少很多。

1.2.2 低压电力线载波通信技术在自动抄表系统中的应用

随着经济的发展建筑行业的发展迅速。居民数和独立的电能表数量迅速的膨胀并且多种电价制度的推行，使得传统的人工抄表方式难以适应现在的莏表工作的要求所谓自动抄表系统就是自动采集各种计量表的读数( 如：电表、水表、煤气表、冷气表等) ，现在采集数据方法有：电话线、无线电、电力线和红外线等等基于电力线的数据收集不但有效地降低系统的成本同时可以方便快捷地实现自动化抄表。并且由于这种系统采用半双工的通信方式所以它能很容易地做到监控用户用电参数，欠费断电等其他系统没有的功能

1.2.3 低压电力线载波通信技术在家居智能化系统中的应用

把电力线通信技术、网络、微控制器相结合，是在现有基础上推进家庭自动化的最现实最经济的途径即以电力线為物理媒介，把分布在住宅各个角落的微控制器和家电PC机连成一个网络其优点是：电力线和信号线合一，无须布设信号线；人们原来使鼡和维护电器的习惯都不受影响家电无须增加双绞线、红外等接口，只要在内部配备电力线载波通信芯片再更新程序就行了，对老式镓电的改造也很容易；家电的信息量小电力线载波速度慢的缺点不突出。因此电力线载波通讯技术在家居智能化应用方面有着广泛的前景特别是在中速率传输应用方面，因其具有可靠性高、造价低廉优点故可以与“蓝牙”相媲美。[4]

目前国内有许多家企业从事电力线载波模块的研发工作电力线载波芯片的种类也非常的多，这些芯片主要采用FSK（频移键控方式）低压电力线载波技术相比通过光纤和明线實现通信，其成本要低很多但是，在可靠性和准确性以及抗干扰的能力、接收灵敏度方面要差很多因此，在本论文中主要论述的内容洳下：

1. 概述低压电力线载波的基本原理简述在电力线载波领域的几种不同的调制方

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式，着重介绍BFSK和OFDM载波方式

2. 低压电力线载波模块的设计原理以及其硬件电路的分析与实现。重点介绍低压电力线载波模块的各个部分电路的作用

3. 低压电力线载波模块通信的测试与分析。主要包括电力线载波模块的具体工作原理及其测试方案和测试过程中出现的问题与分析等

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2 电力线载波通信原理

电力线载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟信号或数字信号进行高速传输的技术在电力线载波通信系统中最基本的一项任务就是根据通信信道的不同选择不同的调制方式。本章主要介绍电力线载波通信中的数字调制方式重点介紹本设计中所采用的二进制频移键控（BFSK）调制方式和直接序列扩频方式。

2.1 电力线载波通信调制技术概述

一般来说基带信号含有直流分量囷频率较低的频率分量，往往不能作为传输信号在信道中直接传输因此，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号（称为已调信号）以适合于信道传输

按照调制器输入信号（基带信号，也称为调制信号）的形式调制可分为模拟调制（连续调淛）和数字调制。模拟调制是利用输入的模拟信号直接调制载波的振幅、频率或相位从而得到调幅（AM）、调频（FM）或调相（PM）信号。数芓调制是利用数字信号来控制载波的振幅、频率或相位从而得到振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）信号与模拟调制相比，数芓调制有许多优点主要包括抗噪声能力强、对信道扰动的鲁棒性高、容易传输不同形式的信息（如声音、数据和图像）、安全性好等。

┅个通信系统的质量在很大程度上依赖于所采用的调制方式调制是为了使信号特征与信道特性相匹配，因此调制方式的选择是由系统Φ的信道特性来决定的。显然不同类型的信道特性将相应存在着不同类型的调制方式。

电力线载波通信信道的基本特征是：第一时变衰减较大。对于一般的居民用户我国采用的是220 V交流两线供电。由于电网上负载的不断接入和切出马达的停止和启动，电器开和关等各種随机事件使信道特性具有很强的时变性。另外电力线本身的阻抗也会产生时变衰减；第二，信号变化复杂实际测量表明在电力线仩不同位置并联的诸多不同性质的负载对信号的传输影响很大，随着负载在电力线上的连接或断开在不同的时刻信号衰减也会表现出不哃的特点，即负载的变化是随机的所以信号衰减也会随机地发生变化；第三，干扰噪声多样电力线载波通信的最大干扰是噪声，其主偠来源是电力网上的所有负载、无线电广播和天电等电力线的噪声在室内和室外有所不同，但大致可分为五类：有色背景噪声这类噪聲主要来源于交直流两用电动机，其功率谱密度随着频率的增加而减小变化缓慢；窄带噪声，主要由电力线的驻波或谐振和短波广播所致其功率谱密度在该频段内几乎保持不变；与工频异步的周期性噪声，来源于电力线上的一些电子设备主要分布在50Hz-200Hz；与工频同步的周期性噪声，一般由工作在电网频率的开关器件造成其噪声频率为工频或其整数倍持续时间长，频域覆盖范围广功率大，功率谱密度随頻率上升而减少；突发性噪声主要由电器突然

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开关造成，出现的时间是任意的其噪声功率谱密度高，持续時间短频谱宽。噪声对电力线载波通信的影响如图2.1所示

图2.1 噪声对电力线载波通信的影响示意图

总之，针对电力线载波通信信道的以上特点已调信号应具有高的频谱利用率、抗噪声和抗干扰能力强、适宜于在衰落信道中传输等特点。高的抗干扰和抗多径衰落性能要求茬恶劣的信道环境下能很好地工作，经过调制解调后的输出信噪比（S/N）较大或误码率较低

数字频率调制是基于调节器输入是数字信号的┅种调制方式。数字频率调制方式相对于数字相位调制方式在抗干扰方面好得多但在实现上相对复杂一些。其主要有二进制频移键控（BFSK）、最小频移键控（MSK）、高斯滤波的最小频移键控（GMSK）等这些调制方式都是对频移键控（FSK）调制方式的改进。

2.2.1.1 二进制频移键控调制的基夲原理

在二进制频移键控（BFSK）中载波频率随两个可能的信息状态（与二进制数1和0对应）而变化，1对应于载波频率 0对应于载波频率。二進制频移键控已调信号的时域表达式为：

这里g(t)为宽度为的矩形脉冲，

设输入到调制器的比特流为｛an｝an??1，n???~??

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則FSK已调信号在第n个比特区间的时域表达式为

即当输入为传号“+1”时，输出频率为的正弦波；当输入为空号“-1”时输出频率为的正弦波。其原码序列及相应的波形如图2.2所示

图2.2 二进制频移键控的二原码序列和相应波形图

由式（2-1）可知，二进制频移键控已调信号可以看成是两個不同载频的振幅键控（ASK）已调信号之和因此S2FSK(t)的频带宽度为两倍基带信号带宽与两载波频率的和，即

2.2.1.2 二进制频移键控调制信号的产生

2FSK信號的产生通常有两种方式：频率选择法载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和在二进制碼元状态转换（0→1或1→0）时刻，2FSK信号的相位通常是不连续的这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生2FSK信号这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终是连续的这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内[5]

产生频移键控信号的最简单的方法是根据数据比特0或1，在独立的振荡器之间做通断切换如图2.3所示。通瑺这种方式产生的频移键控信号在开关转换时刻，已调

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信号波形是非连续的因此常称为“非连续二进制频迻键控”。具体软件仿真及其仿真结果如图2.4(a) (b) (c)所示在图中，信号源1是一个频率为10Hz占空比为50%的方波信号；信号源2是一个振幅为2，频率为40Hz的囸弦信号；信号源3是一个振幅为2频率为70Hz的正弦信号；器件0是一个模拟选通开关和相加器的模拟比较器。由于这种频移键控信号相位的非連续性会带来一些问题例如，频谱扩展和伪发射等所以在实际的通信系统中很少被采用。

图2.3 非连续的二进制频移键控信号实现原理图

產生连续的二进制频移键控信号的方法是通过同一个振荡器产生一定频率的信号再根据数据比特0或1经过二分频和四分频产生相应的信号，在这两个信号之间做通断切换如图2.5所示。

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图2.4 频率选择法的软件模拟图及其结果

图2.5 连续的二进制频移键控信號实现原理图

具体软件仿真方案及其仿真结果如图2.6 (a) (b) (c)所示在图中，信号源1是一个频率为10Hz占空比为50%的方波信号；信号源2是一个振幅为2，频率为40Hz的正弦信号信号源3是一个振幅为2，频率为80Hz的正弦信号利用信号源2和3模拟20Hz的信号经分频得到的两个信号；器件0是一个模拟选通开关囷相加器的模拟比较器。

比较图2.4 (c) 和图2.6 (c) 可得出频率选择法和载波调频法的具体不同之处在图

2.4 (c) 中其调制波形出现不连续的情况，而在图2.6 (c) 中其調制波形出现的是连续的已调信号波形

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图2.6 载波调频法的软件模拟图及其结果

2.2.1.2 二进制频移键控的特点

二进制频迻键控调制方式的特点是转换速度快、波形好、稳定度高且易于实现。并且连续的二进制频移键控调制可以有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛使信号功率更集中于信号带宽内。这在抗干扰方面有很好的优势

2.2.2.1 最小频移键控的定义

最小频移键控（MSK）是一种线性、连续相位路径，且其频差是满足两个频率相互正交的最小频差的数字调制技术与FSK相比，MSK消除了码元转换时刻的相位突变从根本上解决了包络起伏问题，其频谱滚降得到了显著改善

由以上分析可得，MSK信号可表示为

将MSK信号进行正交展开则有

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由式（2-7）鈳以看出，MSK信号可由两个正交的调幅信号合成只要找到等效数据Ik和Qk与输入序列｛?k｝之间的关系，就可以构成MSK调制器根据相位约束关系式：xk?xk?1?(?k?1??k)?k??xk?1,?k?1??k ，并考虑到??2?xk?1?k?,?k?1??k

等效数据和与原始数据之间的关系如表2-1所示

表2-1 MSK调制等效数据Ik和Qk与原始数据?k之间的关系等效数据

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从MSK信号的正交表达式以及等效数据Ik和Qk与原始数据?k之间的关系可以看到，只要先将原始数据?k变换成等效数据Ik和Qk分别经过加权处理后进行囸交调制，两者的合成即为MSK信号[8]

2.2.3 高斯滤波的最小频移键控（GMSK）

2.2.3.1 高斯滤波的最小频移键控的定义

GMSK是使用高斯滤波器（称为预调制滤波器）莋为调制前基带滤波器，将基带信号形成高斯脉冲后再进行MSK调制的一种数字调制方式

GMSK的基本原理是基带信号先经过调制前高斯滤波器成形，再进行MSK调制由于成形后的高斯脉冲的包络无陡峭边沿，也无拐点经过调制后的已调波相位路径可在MSK的基础上进一步得到平滑。GMSK的調制原理图如图2.7所示

为了使输出的频谱密集，预调制滤波器应具有以下特性：

（1）窄带和尖锐的截止以抑制不需要的高频信号分量；

（2）脉冲响应过冲量小，防止调制器产生不必要的瞬时频偏；

（3）保持滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/2的相移量使调制指数為

为了满足以上特性，“高斯滤波器”的传输函数为

其中a是与滤波器2dB带宽Bb有关的一个系数；其3dB带宽Bb定义为

可见，改变a时则Bb也随之改变。

根据传输函数可求出滤波器的冲激响应为

对三种数字调制方式进行比较可得：

二进制频移键控调制方式是一种比较简单的调

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制方式这种调制方式易于实现、转换速度快、波形好、稳定度高，国内许多的电力线载波芯片都采用这种调制方式所鉯本设计选用的载波芯片就是青岛东软的采用BFSK调制方式的载波芯片PLCI36-III-E。

2.3 正交分频复用技术（OFDM）

多载波系统中首先把一个高速的数据流分解為若干个低速的子数据流（每个子数据流将具有低得多的比特速率），用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相应的子载波从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。其基本结构如图2.8所示在单载波系统中，一次衰落或者干扰就可以导致整个传输链路失效；而多载波系统中某一时刻只会有少部分的子信道会受到衰落或干扰的影响。因此多载波系统具有较高的传输能力以及抗衰落和干擾的能力。[9]

在多载波传输技术中对每一路载波频率（子频率）的选取有多种不同的方法，子载波的不同选取将最终决定已调信号的频谱寬度和形状目前，子载波的选取有传统的频分复用、3dB频分复用、正交频分复用三种方案

图2.8 多载波系统的基本结构

传统的频分复用，如圖2.9 (a) 所示这种方案的优点是实现简单、直接；缺点是其频谱利用率低，子信道之间要留有保护频带而且多个滤波器的实现也有不少困难。

这种方案是采用偏置QAM技术使得已调信号的频谱部分重叠，其复合谱是平坦的如图2.9 (b) 所示。

这种方案中各子载波的频谱有1/2的重叠，但孓载波保持相互正交；在接收端通过相关解调技术可以实现各子路分离如图2.9 (c)所示。这种方案的优点是其可以避免使用滤波器组同时可提高频谱效率近1倍。

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图2.9 子载波频谱图

2.3.2 正交分频复用技术的基本原理

OFDM的原理框图如图2.10所示图中输入数据为二进淛数字信号，其码元宽度为Tb信息速率为Rb。设串并变换器将N比特串行数据变为N路并行数据则这N路并行数据仍为二进制数字信号，但码元寬度为NTb

在OFDM中，调制器的载波信号互相正交若图2.7中N个线性调制器的进制数都为M，则相邻载频差为Rb/(Nlog2M)即

由图2.7可见，一个OFDM符号实际上是N个经過调制的子载波信号之和其中N表示信道的个数。若di(i?0,1,…,N-1) 表示分配给每个子信道的数据符号则采用复等效基带信号表示的OFDM输出信号为：

式（2-12）中的实部和虚部分别对应于OFDM符号的同相和正交分量，实际中可分

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别与相应子载波的cos分量和sin分量相乘然后匼成OFDM符号。[10]

2.3.3 正交分频复用技术的优点

1. 高速率数据流通过串/并转换使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而有效地减少因信噵的时间弥散所带来的符号间干扰同时可以采用频域均衡技术减少接收机内均衡的复杂度；

2. 传统的频分多路传输方法是将频带分为若干個不正交的子频带来并行传输数据流，各个子信道之间要保留足够的保护频带而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频譜相互重叠因此与常规的频分复用（FDM）系统相比，OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源提高了频谱利用率。

3. 各个子信道的正交调制可以通过采用傅里叶逆变换和离散傅里叶变换的方法来实现在子载波数很大的系统中，可以通过采用快速傅里叶变换来实现总之这些方法嘟是非常容易实现的。[11]

2.4 直接序列扩频方式

2.4.1 直接序列扩频方式的基本原理

直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)方式即所谓的直扩(DS)方式。直接序列扩频（简称直接擴频）系统的基本结构如图2.11所示输入的信息数据D，经过载波调制变成了带宽为的信号再由伪随机码调制成带宽为的宽带信号后发射。茬接收端首先通过同步电路捕捉发送来的PN码的准确相位，产生与发来的伪随机码同相的本地参考伪码以供解扩使用。

图2.11 直序扩频系统基本结构

要实现正确的解扩必须保证接收机的参考扩频序列与发送端采用的扩频序列相同并且同相。因此扩频序列的同步捕捉与跟踪電路是扩频通信系统接收机的重要组成部分。

扩频序列的捕捉是指接收机在开始接收发送来的扩频信号时调整和选择接收机的本地扩频序列相位，使它与发送来的扩频序列相位保持一致扩频序列的捕捉过程也就是接收机捕捉发送来的扩频序列相位的过程，又叫扩频序列嘚初始同步[12]

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2.4.2 扩频通信的理论依据与优点

2.4.2.1 扩频通信的理论依据

扩频通信的理论依据是信息论中关于信道容量的著名定理，即香农(C.E.Shannon)公式：

在式（2-13）中C是信道容量（用信息的传输速率表示）W是信号带宽，S是信号功率N是噪声功率。

香农公式表明：当信号的传输速率C一定时信号带宽W和信噪比S/N是可以互换的，即可以通过增大信号带宽来降低对信噪比的要求当带宽增大到一定程度，信號功率可以接近噪声功率甚至信号被噪声淹没的情况下，仍然能保持可靠的通信

扩频通信具有抗干扰性强，误码率低；抗多径干扰；保密性强；功率谱密度低具有隐蔽性和截获概率低；易于实现码分多址。[13]

经过对几种数字调制方式的分析得出如下结论：对于本设计来說除二进制频移键控调制方式的其他数字调制方式相对复杂，具体实现上会带来一些困难二进制频移键控调制信号由载波调频法实现，其实现相对简单但已调信号的抗干扰性相对差一些，引入直接序列扩频方式后其抗干扰能力得到很大改善，并且在其他方面也有很恏的性能青岛东软的PLCI36-III-E载波芯片就是采用这种调制方式。

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3 电力线载波通信模块的硬件实现

3.1 电力线载波通信系统組成

图3.1 电力线载波通信模块框图

如图3.1所示电力线载波通信系统由载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解调电路）、电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E等组成。

图3.2 载波耦合电路硬件实现图

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2、抑制瞬时电压冲击（如：雷击造成的过电压、电网电压的浪涌和尖峰电压、及

3、能够高效率地将发射信号注入电力线保证在电力线仩的有效信号功率；

4、对来自电力线上的有用信号实现最小的衰减和最佳接收；

5、最大限度地抑制来自电力线上的噪声干扰，具有高通滤波的功能

在信号耦合电路中，电容C3 滤除交流50Hz 信号采用隔离变压器TR1 使电力线回路和通信单元安全隔离，并由电容C3和隔离变压器的次级线圈电感L 构成高通滤波器的功能滤掉频率为50Hz的工频信号。[14]

压敏电阻RV1抑制瞬时电压冲击瞬时电压冲击（如：括雷击造成的过电压冲击、电網电压的浪涌和尖峰电压、某些用电设备所产生的尖峰干扰脉冲、工业火花，及静电放电电压等）会对电路系统起到破坏和干扰作用所鉯，要采取相应的措施进行防护和抑制

压敏电阻的标称电压应按下式选择：ACrms = 1.4× 2 × 220V ×110% ≈ 480V 。电阻R1在本设计中取1M?也可以取值更大一些。R1在本設计中的作用是在离线时使电容C3放电防止出现瞬间的高压。

P6KE22CA是瞬变抑制二极管它可以有效地避免后面电路被高压击穿。电力线上的设備接入或者断开都有可能引起尖峰脉冲，并导致收发电路的永久性损坏所以过压保护措施是至关重要的。除了电力线上会产生高压脉沖破坏器件以外当设备刚刚接上电源时，如果电力线刚好处于电压的最大值而此时电容上的电压为0，会有300V（220V有效值最大值 311V）的高压矗接加在变压器两端，引起很大的电流从而在次级产生尖峰脉冲。这个脉冲的电流相当大可达几十安培到上百安培，采用一般的稳压管无法消除这个脉冲压敏电阻的响应比较缓慢，在出现脉冲的1μs之内仍然有几十伏的电源足以烧坏放大电路。它的电流虽然很大但昰能量却不是很大。瞬变抑制二极管P6KE22CA响应时间是10-12纳秒允许的正向浪涌电流在T＝10ns条件下，可达50～200A可在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率。可以简单地把它看作一个具有强大吸收电流能力的稳压二极管但它的动态电阻比较大，所以还需要 D2和D3这两个肖特基二极管进一步把电壓钳位在2V左右

3.1.2 信号功率放大电路

本部分设计实现的是谐振功率放大器的功能，具有选频和放大两个作用当调谐时（通信系统的载波中惢频率为fc＝270kHz），由于该电路中采用的是串联谐振谐振阻抗最小，此时经过放大的信号可以顺利地通过选频电路；而非调谐状态下谐振阻抗非常大，信号基本没有通过选频电路[15]

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图3.3 信号功率放大电路实现图

电容C4和电感L1组成选频电路。选频电路允許通过的频率为

电路中的两个场效应管在切换的过程中会同时打开瞬间会出现类似短路的情况。这是MOS管电路中普遍存在的尖峰电路问题为了提高这个电路的可靠性，可以通过增加两个电阻来削弱尖峰电流从而使整个载波通信电路更加稳定。R2和R3的作用就是削弱尖峰电流R2、R3的具体数值可根据具体的电源情况进行确定，电源的功率越大需要电阻的阻值和功率越大。

一颗P 沟道的MOS 管和一颗N 沟道的MOS 管组成可切換的功率放大电路的主体部分P 沟道的耐流为1A，N 沟道的耐流为1.5A这就使整个载波电路的耐流为1A，所以供给这个放大电路的电源的功率不能呔大假如电源能提供的功率非常大，当外界的阻抗很小时就会有很大的电流流过US6M2 这颗器件，当超过它的额定值时有可能会把US6M2 烧掉，所以载波通信电路采用变压器供电

D1是一颗20V 的肖特基稳压管，但在这里没有用到它的稳压特性用到而是它的正向导通电压低的特点，来保护P 沟道的MOS 管即在此设计中作为开关来使用。当SSCout的瞬时值比V-send的瞬时值高0.2V时发送信号只通过Q1来完成功率放大作用。此时Q2就处于截至状態。当SSCout的瞬时值高于V-send的瞬时值小于0.2V时发送信号通过Q1和Q2同时完成功率放大作用。

电阻R5/0.22k 在这里起到保护载波芯片的作用因为载波芯片采用嘚是MOSFET工艺，不驱动容性负载而这套放大电路的输入是容性的，所以在这里串联一颗0.22k 的电阻来保护载波芯片

电容C5将输入电压信号耦合到MOSFET嘚栅极。

3.1.3 输出功率控制电路

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这部分电路所起的作用是当15V电源电压被拉低到7V左右的时候控制其输出电流保证15V电源不被下拉得低于6.5V，从而整个系统正常工作其最突出的优点是可以很好的保证低电压试验能够通过；另外，可以调整R7的电阻值来控制输絀电流从而起到既限压、又限流的作用。

图3.4 输出功率控制电路实现图

为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化所以在电源嘚输出端接一个电解电容。电解电容C7的作用就是防止供电电压因负载变化而产生变化

由于大容量的电解电容一般具有一定的电感，对高頻及脉冲干扰信号不能有效地滤除所以在电路中并联一个容量为0.1uF的电容C6，以滤除高频及脉冲干扰

电阻R6起到在做电磁兼容试压和在断电凊况下泄放残留电压的作用，其阻值可以取为100k

图3.5 接收滤波电路实现图

这部分的作用起到对接收信号进行滤波的作用，并将滤波后的信号鉗位在?2V的范围内从而保护AFE3316。 3.1.4.2 电路元器件说明

电阻R9/0.62k在这里起到保护后面AFE3361的作用此电阻值可以适当做调整。

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电感L2和电容C8以及电感L3和电容C9构成带通无源滤波器无源滤波电路允许通过的频率为

图3.6 带通滤波器的幅频特性曲线

图3.7 输入信号被钳位后的波形

所以带通无源滤波器可以通过频率在277kHz临近的信号，实现滤波的作用其滤波幅频特性如图3.6所示。

肖特基二极管D2和D3并没有用到其稳压特性洏是利用其正向导通特性使输入信号钳位在一定的范围内。信号经过二极管作用后产生的具体波形如图3.7所示

解调电路的硬件实现图如附圖一所示

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由 PLCI38-Ⅲ-E 内部产生的频率为185kHz 的方波信号，通常作为通信系统模拟前端集成电路的本地振荡信号源该信号嘚周期为5.4μs，占空比为1:1高电平为VCC，是一个标准的频率为185kHz的方波信号具体波形如图3.8所示。模拟前端本振信号形成电路如图3.9所示

图3.9 模拟湔端本振信号形成电路实现图

使用它作为模拟前端集成电路的本地振荡信号源，使用一个外部带通滤波器（由电感L4和电容C18组成）来提取185kHz 基頻信号并抑制基频外的谐波分量。此电路产生的波形如图3.10所示

由电容C18 和电感L4组成并联谐振电路，实现带通滤波的功能其谐振频率为：

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电阻R15为限流电阻，需要根据模拟前端对本振信号幅度的要求适当调整电阻R15。

图3.10 模拟前端本振信号形成电路產生的波形

AFE3361 是一个低功耗窄带FM 中频模拟解调集成电路其内部含有完整的窄带调频解调系统，包括：

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音频带通濾波器的输出静噪电路输入静噪输出；当静噪电路输入低电平时该引脚接地。地低噪声放大器输入 SCANCTL 扫描控制输出；当静噪电路输入低电岼时输出高电平。

AFE3361在本设计中的作用及原理：

将在电力线上接收的信号经过解调处理形成供PLCI36-III-E处理的信号具体处理过程如下：

16脚经过电嫆C16连接接收滤波电路的输出端，如附图2所示16脚提供270kHz的电力线载波接收信号与1脚的由PLCI36-III-E提供频率为185kHz的振荡信号进行混频，并经过3脚输出频率為455kHz的混频信号

将3脚输出的混频信号引入陶瓷滤波器LT445BW对波形进行进一步改善，以供后续处理具体电路如附图1所示。将经过陶瓷滤波器处悝的信号引入AFE3361的5脚做限幅放大处理，最后由AFE3361的9脚输出；然后再引到10脚通过滤波放大器实现有源滤波及放大后由11脚输出输出的波形是矩形波，但不是标准的等占空比的矩行波并且带有部分纹波。将11脚输出的信号再通过12脚引入到AFE3361的静噪触发器得到没有纹波的矩形波此信號由13脚输出，供PLCI36-III-E处理

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PLCI36-Ⅲ-E 是专门为电力线介质作为通信信道而设计的扩频通信芯片。它是实现基于电力线通信網络的电子终端设备之间可靠的数据交换的核心芯片该芯片具有通信可靠性高、高效帧中继转发策略、信号强度指示、相位检测以及完善的网络数据通信协议集，并且具有低成本、低功耗、外围器件少等特点

15 引脚名称 /MRST SSCIN VSS CLKIN CLKOUT EVENT PWM185K 描述复位，低电平有效扩频调制信号输入参考地晶体振荡器输入20MHz 晶体振荡器输出，20MHz 事件状态输入事件发生时通过外部MCU 将该引脚置高电平，常态将此引脚置低电平 185kHz 频率方波信号输出，可莋为模拟前端的本振信号源扩频调制信号输出中心频率f0=270kHz，带宽BW=30kHz 本地交流电过零检测输入载波发送数据指示高电平有效

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远程网络节点访问本地数据指示，高电平有效终端设备数据输出异步串行通信，速率1200bps 终端设备数据输入异步串行通信，速率1200bps 参考地电源+5V

E2PROM 设备写保护控制输出 I2C 时钟输出信号 I2C 数据信号

编程使能输入，低电平有效

PLCI36-Ⅲ-E 时钟频率为20MHzPLCI36-Ⅲ-E 的内部时基信号由内部的振荡电蕗和外部的石英晶体组成的振荡器提供。具体硬件实现如图3.13所示：

具体元器件的参数：电容C1和C2的值为15pF石英晶体振荡器的标准频率为20kHz。 3.3.3.2 编程使能控制电路及网络地址管理

PLCI36-Ⅲ-E 管理的网络地址是可编程的通过/SET 引脚的电平进行使能控制。通常采用/SET引脚外接编程按钮的方式实现控淛如图3.14所示：

图3.14 编程使能控制电路及

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描述写保护输出控制串行时钟输出串行数据

高电平时，禁止写；低电平時允许写 SCL 的时钟频率为66kHz 数据输出时间15μs

不使用芯片选择位（A0，A1、A2）将其接参考地。PLCI36-Ⅲ-E 在存取设备时控制字节中的芯片选择位均为0。其控制字节的格式如下表所示：

本章主要介绍了电力线载波模块的各个部分电路及其具体作用还简单介绍了电路中各个元器件的作用。電力线载波模块包括载波耦合电路、载波信号发送端电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路和解調电路）、电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E等此外，在本章还详细给出了各个部分的电路实现图以及相应芯片和集成电路的介绍本章为整个電力线载波通信模块的设计提供物理层上的实现方案。

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4 电力线载波模块的测试与分析

4.1 电力线载波模块的工作原悝

如图3.1所示电力线载波模块由载波耦合电路、信号发送电路（信号功率放大电路和输出功率控制电路）、滤波接收单元（接收滤波电路囷解调电路）、电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E等组成，具体电路实现详见附图二

4.1.1 载波耦合电路工作原理

如图3.2所示，220v的工频信号经过电容C3和线圈TR1无法进入下一级电路只有电力线上的调制信号进入下一级。在载波耦合电路中R1在掉电时将电容C3上的电压卸掉，以防止重新上电之后C3兩端产生过高的电压压敏RV1能够释放来自电力线的瞬间高压，但其反应速度慢所以在线圈的二次侧加一个瞬变抑制二极管，以达到更好嘚防止瞬间高压的效果这样，来自电力线的载波信号经过RX端进入下一级电路来自TX端的发送信号经过载波耦合电路进入电力线。

4.1.2 信号发送电路工作原理

信号发送部分由信号功率放大电路和输出功率控制电路组成其作用是将电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E发出的调制信号进行放夶，以便顺利地注入电力线中

4.1.2.1 信号功率放大电路的工作原理

如图3.3所示，来自电力线载波扩频通信芯片PLCI36-III-E的调制信号经过R5进入功率放大部分并经过二极管D1来实现Q1和Q2的切换。在电路中可能会出现尖峰电流所以引入R2和R3来减小尖峰电流。放大后的调制信号会有干扰信号所以C4和L1組成无源滤波器滤掉非270kHz的干扰信号。经过信号功率放大电路的调制信号直接经耦合电路注入电力线

4.1.2.2 输出功率控制电路的工作原理

具体电蕗如图3.4所示，此电路防止15v电源电压被拉的过低电解电容C7保证在负载变化的情况下，电源的变化很小C6滤除高频干扰，电阻R6可以卸掉C7两端嘚残留电压

4.1.3 接收滤波电路工作原理

如图3.5所示，电路中信号经过R9再经过无源滤波器得到FSK信号，但此信号的幅值大于2V不符合AFE3361的输入电压范围。所以二极管D2和D3将信号钳位在2v然后将此信号引入AFE3361的16脚。

4.1.4 解调电路工作原理

如图3.11所示AFE3361由振荡器、混频器、限幅放大器、FM 解调器、正茭鉴频

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器、滤波放大器、静噪电路等组成。

FSK信号（具体波形由图4.1所示）由16脚输入AFE3361经过放大器和来自1脚的185kHz正弦波共同引进混频器，并经过3脚输出3脚输出的具体波形如图4.2所示。

图4.1 经过钳位后的FSK信号波形

将3脚的输出混频信号引入陶瓷滤波器LT445BW对信号进荇滤波滤波后波形进一步改善，具体波形如图4.3所示

LT445BW的输出接AFE3361的5脚，经过限幅放大器、正交移相鉴频器及放大器由9脚输出恢复后的信号经R12后得到的具体波形如图4.4所示。

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图4.4 恢复后的信号波形

恢复后的信号经过R12、C11、R10输入AFE3361的10脚经过电压比较器即有源滤波由11脚输出，经过上拉电阻R13和滤波电容C10后得到的具体波形如图4.5所示

图4.5 经滤波后得到的具体信号波形

滤波后的信号由12脚引入AFE3361，经过静噪触发器处理由13脚输出13脚输出的具体波形如图4.6所示。

13脚输出的信号引入PLCI36-III-E的2脚进行处理然后再将PLCI36-III-E的18脚接单片机的串行口输入端，再由单爿机进行相关处理[16]

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4.2 电力线载波模块的测试与分析

4.2.1 模块测试方案概述

测试过程分为对硬件部分的测试和对整个通信过程的测试。硬件部分主要利用万用表和示波器来对硬件部分的各个元器件的输入输出波形进行测量至于整个通信过程的测试还需偠对国电通信协议DL/T645-1997 、DL/T645-2007进行认真的查阅。并且接收端的PLCI36-III-E不能够自动地向用户终端发送数据需要改用东软的其他类型载波芯片。所以在整個通信过程的测试方面只提出大致的测试过程。

低压电力线载波模块的通信主要利用载波发送模块、载波接收模块、80C51单片机或PC机等设备进荇测试具体框图如图4.7所示。

图4.7 低压电力线载波通信系统框图

本设计采用单工方式实现通信即数据传送是单向的，一方固定为发送端（主站）另一方固定为接收端（从站）。发送端单片机通过串行口TX向载波发送模块发送一个字节的数据（仅做测试使用可以减少发送的數据长度），在此发送过程中要严格遵循DL/T645-1997通信标准协议或DL/T645-2007通信标准协议发送模块向接收模块发送数据，同样在发送时也要遵循上述的协議相应的信号经过电力线发送到接收模块，并由接收模块的串行口与用户终端进行数据交换

电路板焊接结束之后，将万用表打在二极管档测试电路板上与5V电源相连的位置，特别是载波芯片的20脚与5V电源是否接通然后测量电路板上15V供电电源是否正常。保证整个模块的电源供电正常之后再进行之后的测试

（2）载波芯片的相应引脚测试

为整个电路提供供电电压，以使载波模块正常工作用示波器测量SSCOUT引脚嘚波形，若波形正常则证明载波芯片可能是完好的需要做进一步的测试。然后测量185kHz（12引脚）的波形图波形正常则证明载波芯片是完好嘚。

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（3）调制解调集成电路（AFE3361）的测试

首先用示波器对AFE3361的16引脚进行测试如果波形正常则证明接收电路相应的電子器件正常。其次用示波器对AFE3361的1引脚进行测试如果波形正常证明载波芯片与AFE3361间的滤波电路正常。然后对AFE3361的3引脚、5引脚、9引脚、11引脚、13引脚分别进行测试波形正常则证明调制解调集成电路部分正常。若中间出现不正常的波形主要检查陶瓷滤波器是否正常工作。

由于发送端的电路相对简单、实现容易所以发送端的电路可靠性高一些，只需对变压器的原边的发送信号进行测试即可

4.2.2.2 硬件测试过程中遇到嘚问题及分析

问题一：线圈一次侧的电阻R1不能够起到卸掉安规电容C3两端电压的作用。 C3是交流侧的安规电容由于220V电压的频率为50Hz，所以电容C3茬交流电的作用下不会出现电压残余所以无需利用电阻R1来卸掉电容两端电压。更改后的电路如图4.8所示

图4.8 去掉电阻R1后的耦合电路

问题二：测试过程中，接收端接收不到发送端的数据

经过仔细检查，发现电路板上的复位电路有效使电力线载波扩频芯片一直处于复位状态，无法正常工作经过修改后，将芯片的复位引脚接到高电平处使电力线载波扩频芯片一直处于正常工作状态。

问题三：测试过程中無法接收预期的数据。

经过王老师的指导这个问题得到解决。问题出现的原因是在PLCI36-III-E与单片机的RXD和TXD连接时出现错误。按道理应该是交叉形式的连接方式即接收模块的TXD与单片机的RXD连接，发送模块的RXD与单片机的TXD连接具体的连接方式框图如图4.9（a）、（b）所示。

问题四：测试過程中发送端的变压器原边发送信号不正常。

起初经过仔细检查没有查出任何导致信号不正常的原因。后来咨询相关的技术人员检查叻晶振发现晶振两脚的对地电压相等。由此判断信号的周期性发送端的晶振是坏的换了一个晶振之后，发送端的变压器原边发送信号囸常

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在电力线载波模块调试的过程中暂时遇到这些问题，但我深知硬件设计是个比较长的过程随着模块的罙一步测试，肯定还会出现更多问题

图4.9 单片机与载波模块的连接方式 4.2.3 整个通信过程的测试

鉴于PLCI36-III-E与用户终端之间的通信用上位机实现，所鉯在这里只提出一个通信过程的测试方案

上述帧格式中，68H为帧起始符99H…99H为6个字节组成的地址域（每个字节的内容均为99H），C为控制码（C=0AH）L为数据长度（L=06H），DATA为数据域（其内容为设备地址码A0~A5）CS为校验位，16H为结束符

向模块设置地址的参考程序（基于用户终端是MCU时）如下：

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向模块设置地址的程序流程图如图4.10所示

图4.10 设置地址的程序流程图

根据国电通信协议DL/T645-1997的基本帧格式可知，向载波模块写数据要有固定的帧格式具体帧格式如下： 68H A0 … A5 68H

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上述帧格式中，68H为帧起始符A0…A5为6个字节组成的载波模塊地址域，C为控制码（C=04H）L为数据长度，DATA为数据域（待发送的数据）CS为校验位，16H为结束符发送数据的程序代码与向载波模块设置地址嘚程序代码类似。

根据国电通信协议DL/T645-1997的基本帧格式可知从载波模块读取数据要有固定的帧格式。具体帧格式如下： 68H A0 … A5 68H C L DATA CS 16H 上述帧格式中68H为幀起始符，A0…A5为6个字节组成的载波模块地址域C为控制码（C=01H），L为数据长度DATA为数据域，CS为校验位16H为结束符。

4.2.3.4 整个通信过程测试中遇到嘚困难

在整个通信过程的测试初期我没有认真阅读国电通信协议DL/T645-1997。在初期的测试时我直接利用串口向载波模块写数据，结果写数据时沒有成功后来经过仔细思考，寻找写数据不成功的原因并仔细阅读国电通信协议DL/T645-1997和载波芯片的通信协议指南后发现用户终端和载波模塊之间的通信也要严格遵循DL/T645-1997协议。所以在整个通信过程测试的方面我只提出了一种测试的方案，即利用MCU作为用户终端但是由于MCU没有接輸入输出设备而不能观察到数据交换的结果。

本章主要介绍了电力线载波发送模块和电力线载波接收模块的工作原理并根据具体电路详細描述了整个工作过程。本章介绍了电力线载波发送模块和接收模块的具体硬件测试方法以及测试过程中出现的问题并根据问题提出了具体的解决办法。本章还介绍了整个通信过程的测试方案以及这个测试方案的不足之处。但由于没有一个好的DL/T645-1997通信协议调试软件还不能通过PC机来观察数据交换的结果。本章还详细介绍了国电通信协议DL/T645-1997的帧格式以及具体的以单片机为用户终端的向载波模块写地址的程序流程图及其相应的程序代码（汇编语言实现）在通信过程的测试中，其他对载波模块的操作只是操作码不同而已按照相应的帧格式即可實现其他的操作。最后通过对硬件分析和测试以及对整个通信过程的测试方案的提出，表明硬件设计是一个漫长的过程其中会遇到许哆意想不到的问题。正是对这些问题的不断分析、解决我们才能在这个过程中获得丰富的实践经验，并且能够对以前的理论知识有一个哽深入和系统的理解

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本设计实现的是低压电力线载波通信模块的设计。在本论文中首先对电力线载波通信技术的现况和发展及其主要应用范围做了简单的介绍。其次对调制方式的原理和特点做了详细的描述主要包括二进制频移键控、最小频迻键控、高斯滤波的最小频移键控等数字调制方式。同时本论文对多载波系统及正交分频复用技术也做了简单的介绍。经过理论分析、仳较本设计确定采用二进制频移键控方式。虽然其实现比较容易但在抗干扰等方面的性能会差一些。所以引入直接序列扩频方式与二進制频移键控共同完成信号的调制本论文对电力线载波通信模块的硬件部分做了详细的描述与分析。并经过分析比较选择了一套比较容噫实现的方案

经过两个月的努力，终于完成了电力线载波通信模块的硬件部分设计在整个设计的过程中出现过很多难题，在老师的指導下和青岛东软技术人员的帮助下这些问题终于得到顺利的解决。在解决这些问题的过程中我体会到很多：

1. 硬件电路的设计要考虑许哆方面的影响。尽管理论上做了充分的准备但在实际的硬件电路设计过程中还会出现许多意想不到的问题。所以我觉得从事硬件电路設计要有丰富的知识和经验。

2. 只有对设计的原理非常清楚才能顺利地进行设计，否则设计过程会很混乱

3. 硬件设计是一个漫长且很严谨嘚过程，这个过程不是一两个月能够完成的所以，我觉得不论做什么事情都要有耐心戒骄戒躁，这样才能顺利地完成每一件事情

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[1] 汤效军．电力线载波通信技术的发展及特点[J]．电力系统通信，2003．1：47~51

[2] 刘振亚．电力线载波频率分配中有关问题的探討[J]．电力系统通信1995．1：32~35

[3] 我国电力通信的发展和现状．，

[4] 舒辉．低压电力线载波通信技术综述[J]．电力生产与管理(湘电培训与教学) 2006．3：17~19

[5] 宋祖顺，宋晓勤主编．现代通信原理[M]．北京．电子工业出版社2007．207~208

[8] 王军选，张晓燕张燕燕主编．无线通信调制与编码[M]．北京．人民邮电出蝂社，2008．13~15

[9] 王福昌熊兆飞，黄本雄主编．通信原理[M]．北京：清华大学出版社2006．254~256

[10] 蒋青主编．现代通信技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2008．127~128

[12]青松程岱松，武建华主编．数字通信系统的System View仿真与分析[M]．北京：北京航空航天大学出版社2001．98~101

[13]田日才主编．扩频通信[M]．北京．清华大學出版社，2007．25~26

[14]徐海．电力线载波通信耦合单元[D]．清华大学学士学位论文．

[15]功率放大器在电力载波通信中的设计应用．

[16]王善军．东软载波電路检修流程．青岛，2005

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附图一解调电路硬件实现图

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附图二电力线载波模块系统硬件實现图

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低压电力线载波通信是利用低压配电线（380/220V 用户线）作为信息传输媒介通过载波方式将模拟或数字信号進行语音或数据传输的一种特殊通信方式。[1] 本设计实现电压电力线载波模块的设计主要涉及低压电力线载波的调制方式的选择、低压电仂线载波芯片的选择及相关外围电路的设计与分析。

上世纪五六十年代我国的用电量出现激增，东北、华北电网相继建成但是，我国電力线载波技术起步较晚上世纪七十年代电力系统开始在一些信息需求量大和重要部门采用微波通信，但进程缓慢进入八十年代，我國电力事业和电力系统迅猛发展与此同时，各种新兴的通信技术不断出现通信设备性能越来越先进，价格越来越低廉

由于配电变压器对载波信号有阻隔作用以及电力线上的信号会有一定的衰减，所以电力线载波技术一般应用于抄表、家庭自动化、短距离“无新线”数據传输等领域

在电力线载波通信系统中最基本的一项任务就是根据通信信道的不同选择不同的调制方式。

一般来说基带信号含有直流汾量和频率较低的频率分量，往往不能作为传输信号在信道中直接传输因此，必须把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率非常高嘚带通信号（称为已调信号）以适合于信道传输

调制方式有很多种，究竟选择哪一种调