偏置電路設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：顯示驅(qū)動芯片；上電復(fù)位；電源檢測

1概述

顯示驅(qū)動芯片是一款規(guī)模大、電源系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)?；旌系腟oC芯片。在驅(qū)動芯片中，數(shù)字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時序均由其控制。而邏輯電路在上電過程中很容易出現(xiàn)錯誤狀態(tài)，需要在電源電壓達到電路的正常工作電平后，利用復(fù)位電路對邏輯電路進行初始化，以保證數(shù)字邏輯的正確性。

驅(qū)動芯片的外接電源有兩個，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內(nèi)通過LDO或電荷泵產(chǎn)生。在芯片的啟動過程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續(xù)上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數(shù)字電源DVDD的LDO就需要啟動，并在上電完成后給數(shù)字電路提供一個復(fù)位信號，對觸發(fā)器、寄存器及鎖存器等單元電路進行復(fù)位，保證電路在上電過程中能正常啟動。其他電源及電路模塊則在數(shù)字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時序分別啟動。因此，上電控制電路對顯示驅(qū)動芯片正常上電啟動起著重要的作用。

2芯片上電控制電路

2.1上電檢測電路

只有當(dāng)驅(qū)動芯片的兩個外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動。在芯片設(shè)計中，采用了電源上電檢測電路，對VDDA和VDDI進行檢測，當(dāng)上電檢測完成后，才啟動后續(xù)電路。上電檢測電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為三個部分，分別是VDDI檢測電路，VDDA檢測電路以及VDDA延遲檢測電路，其中VDDA延遲檢測電路采用的就是常見的RC結(jié)構(gòu)。在VDDA上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平信號VDDA_ON，經(jīng)過一段時間延遲，輸出信號VDDA OELAY翻轉(zhuǎn)為高電平；VDDI上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平VDDI_ON，作為后續(xù)電路的使能信號。

由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測波形如圖2所示。由上電檢測波形可以看出電源上電結(jié)束后，上電檢測信號會發(fā)生相應(yīng)的變化。從上電檢測波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時，VDDA與VDDI兩電源完成上電。

2.2系統(tǒng)上電控制電路

外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進行內(nèi)部數(shù)字電路上電及芯片復(fù)位操作，具體可通過圖3電路實現(xiàn)。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測電路的輸出信號，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經(jīng)t1時間延時后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結(jié)束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉(zhuǎn)換電路的使能信號，電平轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。在VDDI未上電時，VDDI_ON為高電平，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出為低電平，不受輸入信號影響。在VDDI上電之后，電平轉(zhuǎn)換電路才能正常進行電壓轉(zhuǎn)換。

DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號，高電平有效。當(dāng)該信號為高時，DVDD LDO⒖始工作，產(chǎn)生數(shù)字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測電路對DVDD電壓進行檢測，在DVDD上好電后經(jīng)t2時間延時，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號為主機配置的復(fù)位信號，通過10接口到該電路，經(jīng)過兩個電平轉(zhuǎn)換電路從VDDI電壓域分別轉(zhuǎn)換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號用于控制帶隙基準(zhǔn)（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號相與之后作為觸發(fā)器的清零信號。DVDD電壓域的RESX信號則與DVDD_DE-LAY信號相與之后作為硬復(fù)位信號hw給數(shù)字電路，在數(shù)字電路中與軟復(fù)位信號sw相與之后作為整個系統(tǒng)的復(fù)位信號。觸發(fā)器的D端和觸發(fā)端信號由數(shù)字控制，在芯片接收到深睡眠指令時，觸發(fā)端產(chǎn)生一個上升沿，將Q端信號變?yōu)楦唠娖健?/p>

下面從以下六種情況考慮芯片復(fù)位。

（a） VDDA與VDDI上電啟動

VDDI上電后，檢測信號VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經(jīng)過時間t1延時后，檢測信號VDDA_DELAY輸出高電平。在時間t1內(nèi)，DVDD使能信號直接有效，DVDD開始建立并穩(wěn)定，數(shù)字電路上電；同時VDDA DELAY的低電平對D觸發(fā)器清零。

在以上過程進行的同時，主機配置復(fù)位信號RESX為低脈沖，數(shù)字電路開始復(fù)位。RESX變高的時刻，帶隙基準(zhǔn)開始正常工作。但是數(shù)字電路的復(fù)位信號由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當(dāng)數(shù)字電路上電t2時間后，DVDD_DELAY才會翻轉(zhuǎn)為高電平，此時RESX和DVDD_DELAY同時為高，數(shù)字電路復(fù)位完成。

在數(shù)字電路復(fù)位期間，D觸發(fā)器的觸發(fā)信號一直維持低電平，且復(fù)位結(jié)束，觸發(fā)信號輸出默認值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數(shù)字電路持續(xù)供電。

（b）RESX硬復(fù)位

若RESX為低電平，即硬復(fù)位信號有效，則數(shù)字電路復(fù)位，帶隙基準(zhǔn)電路重啟。注意的是，RESX硬復(fù)位并沒有使數(shù)字電路掉電。

（c）軟復(fù)位

當(dāng)數(shù)字電路接收到軟復(fù)位命令時，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號直接對數(shù)字電路復(fù)位。

（d）VDDI掉電，再啟動

若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時檢測信號VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致DVDD LDO關(guān)閉，即數(shù)字電路掉電。一旦數(shù)字電路掉電，芯片不能自啟動，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動，即數(shù)字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會重啟帶隙基準(zhǔn)，并完成數(shù)字電路復(fù)位。

（e）VDDA掉電，再啟動

若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時檢測信號VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉(zhuǎn)為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數(shù)字電路無電。值得注意的是：處于此種狀態(tài)的芯片不能自啟動。只有VDDA重新上電，才能讓數(shù)字電路上電；接著通過配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準(zhǔn)重啟、數(shù)字電路復(fù)位。

（f）芯片深睡眠及喚醒

當(dāng)芯片接收到深睡眠模式的指令時，一方面反映在圖3中D觸發(fā)器輸人為高電平，觸發(fā)信號由低到高電平翻轉(zhuǎn)，將D端的高電平輸出至Q端，導(dǎo)致DVDD_EN變?yōu)榈碗娖剑珼VDD LDO關(guān)閉，數(shù)字電路掉電，同時，觸發(fā)器的輸出信號還控制SRAM的電源開關(guān)，當(dāng)其變?yōu)楦唠娖綍r，SRAM的電源將斷開，節(jié)省系統(tǒng)功耗；另一方面，芯片內(nèi)部DC-DC電路、振蕩器、驅(qū)動電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進入深睡眠模式。

這種模式下，芯片同樣不能自啟動。主機必須通過配置RESX，才能使數(shù)字電路重新上電與復(fù)位、帶隙基準(zhǔn)重啟。深睡眠狀態(tài)失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。

3電路仿真

該電路采用umcl62ehv工藝設(shè)計，并利用Cadence Spectre對其進行仿真。

圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經(jīng)過約130us延時后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經(jīng)大約240us延時后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變?yōu)榈碗娖?。在VDDI掉電時，VDDI_ON變?yōu)楦唠娖?，同時DVDD_EN變?yōu)榈碗娖剑珼VDD LDO關(guān)閉，DVDD開始掉電。

圖7則是對芯片深睡眠及喚醒情況進行仿真。可以看到當(dāng)觸發(fā)器觸發(fā)信號CLK第一個上升沿到來時，由于系統(tǒng)剛上電，VDDA_DELAY還是低電平，DVDD_EN不受其影響，繼續(xù)保持高電平，DVDD正常上電。這可以保證系統(tǒng)在上電期間，不會因為邏輯電路的錯誤信號而導(dǎo)致DVDD LDO誤關(guān)閉，使其不能上電。當(dāng)CLK的第二個上升沿到來時，意味著芯片接收到深睡眠模式指令，將D端的高電平傳輸?shù)接|發(fā)器Q端，DVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，芯片進入深睡眠狀態(tài)。直到主機給RESX配置低脈沖，DVDD_EN才重新變?yōu)楦唠娖?，芯片推出深睡眠模式，被成功喚醒?/p>

第2篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：AT89C52單片機；路燈；控制系統(tǒng)

1 概述

隨著我國城市化進程的不斷加快，城市發(fā)展規(guī)模越來越大，路燈作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在城市的照明和美化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。目前大多數(shù)城市的路燈控制主要依靠人力，經(jīng)濟成本高，能耗大，與當(dāng)前綠色、環(huán)保的現(xiàn)代社會生活理念不符。一款使用成本低、節(jié)能性好的路燈控制系統(tǒng)，已成為現(xiàn)代城市路燈控制的必需。文章基于單片機設(shè)計的節(jié)電型路燈控制系統(tǒng)，經(jīng)過測試，能滿足城市路燈管理需求。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計采用AT89C52單片機作為控制器，通過總線與各個模塊相連。利用按鍵設(shè)定時間，在LCD上顯示實時時間、路燈狀態(tài)。用光敏電阻檢測環(huán)境亮暗程度，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機。單片機對時間和環(huán)境光線信號進行判斷并處理，并通過繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件來控制路燈。路燈的開關(guān)模式為：0時至次日6時為節(jié)能時間段，路燈在半電壓下工作；19時至0時，路燈在全電壓下工作，其它時間段根據(jù)環(huán)境光線明暗程度來控制路燈的亮暗。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路、時鐘電路和電源電路組成。硬件電路圖如圖2所示。

2.2 實時時鐘模塊

本設(shè)計采用DS1302實時時鐘芯片，利用時鐘模塊電路產(chǎn)生時鐘及定時等功能，實現(xiàn)路燈開關(guān)定時控制。電路如圖3所示。BT1是電壓為3V的紐扣電池，作為DS1302的備用電源。Y2是頻率為32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引腳分別同單片機的P2.1、P2.2、P2.3的引腳相連。

2.3 環(huán)境光線檢測模塊

本設(shè)計使用光敏電阻和ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合的方式檢測，工作原理是當(dāng)照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也隨之相應(yīng)的發(fā)生變化，其變化是光線變強阻值減小，反之亦是，此時ADC0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強而減小，ADC0832將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給單片機，使得單片機能對環(huán)境明暗程度信號分析和處理。

2.4 路燈控制單元

本設(shè)計采用LM317穩(wěn)壓器，輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到濾波的作用。穩(wěn)壓電路圖如圖4所示。

路燈控制電路如圖5所示，Q1為PNP性三極管；RL1、RL2為繼電器；D5為續(xù)流二極管；D1、D2、D3、D4為發(fā)光二極管。當(dāng)L1為低電平，則RL1閉合，燈是全電壓工作；當(dāng)L1為高電平、L2為低電平，則RL2閉合，燈是半電壓工作；當(dāng)L1、L2、L3都為高電平，則燈全部不亮。

3 軟件設(shè)計

根據(jù)控制需要，系統(tǒng)軟件主要分為五部分，分別是：（1）主程序，以一定的邏輯及方式調(diào)用功能模塊，配置硬件資源。（2）LCD顯示程序，對時間信息和狀態(tài)信息的顯示。（3）ADC0832光線采集程序，對環(huán)境光線信號的采集，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，便于單片機分析處理。（4）DS1302操作程序，處理時間信息，負責(zé)路燈開關(guān)定時控制。（5）定時中斷程序。

軟件流程圖如圖6所示。

4結(jié)束語

文章基于AT89C52單片機設(shè)計了一種路燈控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了路燈按時間和光線雙重控制，經(jīng)實驗檢測，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能可靠、便于擴展，自動化、智能化程度高，有助于大幅度節(jié)省電力資源，降低管理成本，契合當(dāng)前城市發(fā)展需求，具有較高的應(yīng)用價值和良好的商業(yè)前景。

參考文獻

[1]辛智廣，于春榮，王樹彬.LED路燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計方案[J].科技傳播，2016（5）：178.

[2]吳國義.基于AT89S51單片機節(jié)能燈的設(shè)計[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009.

第3篇：偏置電路設(shè)計范文

（東莞市常平中學(xué)，廣東東莞523570）

在這個知識爆炸的時代，課本知識的局限性和滯后性更加明顯，高中地理教學(xué)已進入多媒體教學(xué)時代，地理教師重視多媒體教學(xué)資源已經(jīng)形成共識，尤其是由聲音、影像、畫面和文字等元素組成的地理視頻資源能真切地展現(xiàn)自然風(fēng)光、人文環(huán)境等各類地理現(xiàn)象，給人一種身臨其境的感覺。將“有趣、有用、生活化”的地理視頻信息融入地理教學(xué)中，使學(xué)生感覺到地理就在身邊，地理是鮮活、有趣的，這不僅符合新課改的要求，同時也符合傳播理論、多元智能理論和建構(gòu)主義理論。紀錄片《舌尖上的中國》跨越中國天南海北的地域觀，具體描述神州大地的美食文化，并彰顯美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然風(fēng)光，揭示美食文化中滲透的各形各色的生產(chǎn)生活習(xí)慣、民俗風(fēng)情、民族文化和古老的農(nóng)耕文化等中國文化及其演化歷程，同時，又是能幫助學(xué)生豐富地理學(xué)科知識、拓展地理視野，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、培養(yǎng)地理素養(yǎng)、樹立正確人地觀的良好素材。本文將結(jié)合具體的教學(xué)實例，從區(qū)域與區(qū)域差異、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動、自然環(huán)境的整體性和差異性、可持續(xù)發(fā)展等角度探析《舌尖上的中國》在高中地理教學(xué)中的應(yīng)用前景和教學(xué)參考價值。

一、豐富學(xué)生的地理知識、拓展地理視野、激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

隨著影視傳播技術(shù)的發(fā)展，視頻資源對身心處在巨變時期的青少年所產(chǎn)生的影響越發(fā)明顯，僅僅依靠現(xiàn)有的教材資源、教師語言或者少量圖片的地理課堂往往難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。充實課堂資源，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升或喚醒學(xué)生學(xué)習(xí)地理的“興趣”，提升學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和地理素養(yǎng)已迫在眉睫。

在中圖版必修三第一章的第一節(jié)“區(qū)域與區(qū)域差異”中，主要的教學(xué)重點是比較中國三大自然區(qū)自然環(huán)境特征及對人類生產(chǎn)、生活的影響。教材中只提供了有關(guān)三大自然區(qū)的文字資料和幾張圖片，要求學(xué)生完成三大自然區(qū)地理特征表。因為本節(jié)內(nèi)容沒有難點，大多數(shù)教師往往采用的是閱讀教材，引導(dǎo)學(xué)生完成填表，致使教學(xué)枯燥無味，無法拓展學(xué)生的視野，更無法激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。這種重結(jié)論、輕過程的教學(xué)排斥了學(xué)生的思考，淹沒了學(xué)生的個性，把教學(xué)過程庸俗化到無需智慧努力只需聽講和記憶就能掌握知識的那種程度，這實際是對學(xué)生思維的扼殺和個性的摧殘。

《舌尖上的中國》展示了一幅幅炫麗多彩的畫面：層層梯田、片片竹林、一池荷花一湖蓮藕的江南景色；翻滾的麥浪、火紅的高梁、金黃的玉米地所展現(xiàn)的北國風(fēng)光；一馬平川大草原回蕩著悠揚的馬頭琴聲，充滿滄桑的塔克拉瑪干沙漠中亭亭玉立的綠洲少女的西域之光……在欣賞風(fēng)光的同時，主持人帶領(lǐng)你“品嘗”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、蘭州拉面、馕，還有民族風(fēng)隋濃郁的手抓飯和烤全羊等。將這些優(yōu)美的視頻內(nèi)容整合滲透到課堂教學(xué)中，學(xué)生不僅能感悟到祖國廣袤的地域環(huán)境與區(qū)域差異，而且還能感悟到各色環(huán)境下的生產(chǎn)、生活等人類文明。在畫面、聲音和文字的多重沖擊下，學(xué)生體會到的中國三大自然區(qū)就不再是單調(diào)、粗糙、乏味的課本教料，而是直觀、靈動、富有生命的動態(tài)畫卷和多媒體文化大餐。

隨著城市化的發(fā)展和不斷推進，學(xué)生的生活也越來越城市化，即使是生活在農(nóng)村的學(xué)生，接觸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的機會也越來越少。單一的文字和圖片材料已經(jīng)不能讓學(xué)生真正意義上理解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特色，而活靈活現(xiàn)的視頻能給我們親臨的感受，能夠更加有效地輔助學(xué)生理解深奧的農(nóng)業(yè)文化。在“農(nóng)業(yè)的地域類型”一課中，水稻種植業(yè)是東亞、南亞、東南亞等地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)地區(qū)類型。影響水稻種植業(yè)的一個重要的社會經(jīng)濟因素是亞洲這些地區(qū)人口稠密，勞動力豐富。亞洲的水稻種植業(yè)也是我國南方的水稻種植業(yè)具有“一大一小一高三低”的特點。即：小農(nóng)經(jīng)營、水利工程量大、單產(chǎn)高但商品率低、機械化水平低、科技水平低。一般情況下，學(xué)生很難理解為什么水稻種植區(qū)要勞動力豐富？為什么我國南方的水稻種植機械化水平低、水利工程量大？如果能導(dǎo)入《舌尖上的中國》中視頻內(nèi)容“春種的季節(jié)，江西上堡鄉(xiāng)的農(nóng)民正在層層的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨帶一路向北移，長江地區(qū)出現(xiàn)罕見的持續(xù)40多天的伏旱天氣，缺水讓稻子停止灌漿，只留下干癟的谷殼，農(nóng)民為了挽救自己的稻田，用盡各種辦法給農(nóng)田澆水、引水灌溉”， “秋天是水稻豐收的季節(jié)，黑龍江五常龍鳳山鎮(zhèn)的黑土地上，大型機器正在忙碌著收割，而江西上堡鄉(xiāng)的農(nóng)民們卻是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，這些畫面能讓學(xué)生理解到水稻種植業(yè)是一項勞動力密集型的農(nóng)業(yè)，需要大量的勞動力精耕細作；我國季風(fēng)氣候的特點，雨帶的推移與夏季風(fēng)進退息息相關(guān)，而夏季風(fēng)進退異常往往容易給我國東部季風(fēng)氣候區(qū)帶來旱澇災(zāi)害，水利工程量大就無可厚非了；南方受到地形和技術(shù)的限制，導(dǎo)致南方的水稻田難以實施機械化作業(yè)。這樣的滲入不僅能擴充學(xué)生對農(nóng)業(yè)的了解，豐富學(xué)生的生活閱歷，同時能有效輔助學(xué)生理解相關(guān)知識點的來龍去脈，避免出現(xiàn)過多的死記硬背。

二、養(yǎng)成以地理視角分析問題的能力，提高地理科學(xué)素養(yǎng)

地理視角作為地理科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是地理學(xué)中觀察、認識事物的切入點和分析、解決問題的思維方式，從地理課程標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)地理教育的實際看，區(qū)域的視角、綜合的視角、動態(tài)的視角和生態(tài)的視角是地理視角培養(yǎng)的重點。

1．養(yǎng)成以區(qū)域的視角分析問題的能力

《舌尖上的中國》紀錄片以我國不同地區(qū)的地域文化為背景，講述了我國青藏高原、西北、東北、華南、中原等區(qū)域的特色美食，畫面中同時還展示了中國最富戲劇性的自然景觀，熱帶（季）雨林，南方竹林、北國冰雪、內(nèi)蒙古大草原、塔克拉瑪干沙漠及綠洲……這些畫面的自然特征基本涵蓋了我國不同區(qū)域，是培養(yǎng)學(xué)生區(qū)域地理視角的良好素材。

在“地理環(huán)境的整體性和差異性”一課中，引用《舌尖上的中國》視頻中“東北一內(nèi)蒙古一新疆”一線植被類型由森林向草原、草原向荒漠過渡、“自南向北”植被的差異和自然環(huán)境的遞變，不僅能直觀的表達出經(jīng)度地帶性和緯度地帶性地域分異規(guī)律，還能調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。結(jié)合視頻，請學(xué)生分析相關(guān)問題：①東北一內(nèi)蒙古一新疆一線的植被出現(xiàn)了怎樣的變化？這些變化主要是什么因素影響而形成的？②我國由南向北分別出現(xiàn)了哪些地帶性植被？這些植被的遞變是受什么因素影響形成的？引導(dǎo)學(xué)生分析出水分、熱量分別是經(jīng)度地帶性和緯度地帶性地域分異規(guī)律的主因。如果進一步播放視頻“陽光直射赤道，已是春分時節(jié)，但這里（東北），寒冷還未遠離，到處還覆蓋著厚厚的積雪。3月的夜晚，零下15攝氏度，制作凍豆腐最適宜的溫度。而向南2000多公里，同樣的春分時節(jié)，冷暖空氣激烈對峙。天目山，春雷喚醒土壤中的生命，江西上堡鄉(xiāng)已經(jīng)進入播種、等待萌芽的季節(jié)”這直觀的地理景觀感受可以幫助學(xué)生進一步加強理解同一時間不同緯度的自然地理環(huán)境也存在差異性，從不同的角度體現(xiàn)緯度地帶性地域分異規(guī)律。在多角度、直觀且接近現(xiàn)實生活的教學(xué)中不斷滲透區(qū)域地理環(huán)境的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不斷養(yǎng)成以區(qū)域的視角分析地理問題的能力。

《舌尖上的中國》中還有很多畫面、視頻例子可以作為區(qū)域分析良好素材。如視頻中提到的“中國最好的大米在東北，因為水稻在東北需要經(jīng)歷138天的漫長生長期，而南方的水稻生長期遠遠短于東北地區(qū)”，水稻生長期的區(qū)域差異可以作為分析區(qū)域地理環(huán)境由于緯度差異引起的熱量差對農(nóng)業(yè)的不同影響。又如“西藏林芝從峽谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我國物種最豐富的地區(qū)之一”可以用來分析地形對區(qū)域地理環(huán)境的影響及分析區(qū)域物種豐富的原因。

2．養(yǎng)成以綜合的視角分析問題的能力

“地理環(huán)境的整體性”一課中要求學(xué)生學(xué)會用整體性的原則理解地理環(huán)境中五要素：氣候、地貌、水文、植被、土壤之間相互作用、演變的關(guān)系?！斑@是地球上最遠離海洋的沙漠，中國的干極——塔克拉瑪干，沙漠中的綠洲——亞曼拜克村離沙漠最近的村莊。塔克拉瑪干南緣年平均降雨量只有15.6毫米，極為典型的大陸荒漠氣候。小麥比任何一種禾本植物，更能適應(yīng)生態(tài)環(huán)境，就像這里的沙漠居民，總能在極端條件下，獲取生存能量。流沙對村莊和土地的侵蝕從未停止，但頑強的西北民族世代堅守。吐魯番，極度干旱，是中國最炎熱的地區(qū)，貧瘠的礫石戈壁并未滅絕生機，天山冰川融水帶來生命的奇跡。這里，是中國最甜蜜的所在。吐魯番，常年少有云層遮擋，充足的日照，活躍的光合作用，讓葡萄積累豐富的糖分。夜晚熱量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中國最甜葡萄的秘密，就隱藏在這巨大的晝夜溫差之間?！薄渡嗉馍系闹袊分械年P(guān)于我國西北地區(qū)各自然環(huán)境的一幅幅畫卷，是引導(dǎo)學(xué)生運用綜合的視角分析地理問題的良好素材，借此可引導(dǎo)學(xué)生分析以下幾個問題：①本區(qū)域最明顯的特征是什么？②請結(jié)合視頻展現(xiàn)的主要氣候特征，描述本區(qū)域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆過度發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，該區(qū)域的自然環(huán)境特征會產(chǎn)生怎樣的變化？使學(xué)生初步形成以綜合的地理視角分析問題的能力。接著，還可進一步延伸教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生開展小組討論：運用整體性的原則，說明珠三角地區(qū)的自然環(huán)境特征及全球氣候變暖對該地區(qū)自然環(huán)境有哪些影響。這一教學(xué)過程，不僅能積極調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)學(xué)生的思維，也能讓學(xué)生不斷養(yǎng)成綜合分析地理問題的能力。

同樣， “寧夏平原人口的快速增長，人們?yōu)榱藵M足需求，在寧夏山地間過度放牧，羊的數(shù)量遠超植被的再生能力，植被無法恢復(fù)，地表陜速沙化，荒漠化使得寧夏的環(huán)境變得無比脆弱”，這段視頻材料也可以用來培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。觀看視頻后要求學(xué)生從整體性的原則出發(fā)，運用“牽一發(fā)而動全身”的理論分析過度放牧對寧夏地區(qū)自然環(huán)境的影響。

3．養(yǎng)成以動態(tài)的視角分析問題的能力

地理事象是不斷發(fā)展和變化的，這就需要學(xué)生要以發(fā)展的眼光、動態(tài)的視角分析地理問題。在“農(nóng)業(yè)的區(qū)位選擇”一課中，要求學(xué)生學(xué)會分析影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要區(qū)位因素、主導(dǎo)因素、限制性因素，并分析出變化中的農(nóng)業(yè)區(qū)位。影響農(nóng)業(yè)的區(qū)位因素包括自然條件和社會經(jīng)濟條件，這些因素隨著經(jīng)濟技術(shù)進步不斷變化。自然因素相對穩(wěn)定，而社會經(jīng)濟因素發(fā)展變化較陜，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中社會經(jīng)濟因素的影響往往占主導(dǎo)地位，這就要求學(xué)生具備發(fā)展的眼光，以動態(tài)的視角分析問題。在“不斷變化的農(nóng)業(yè)區(qū)位”這部分內(nèi)容的教學(xué)中，可融入《舌尖上的中國》中“以前人們不喜歡吃松茸，原來只要幾毛錢一斤。現(xiàn)在松茸的身價飛升，廠商以最陜的速度對松茸進行精致的加工，這樣的一只松茸在產(chǎn)地的收購價是80元，6個小時之后它就會以700元的價格出現(xiàn)在東京的超級市場中”， “產(chǎn)自內(nèi)蒙古錫林郭勒草原的口蘑和產(chǎn)自距此2000公里的江南的冬筍相逢，江南冬筍邂逅塞北口蘑， ‘燴南北’不僅造就一種美味，更帶來無限的空間想象”， “麥客，中國古老的職業(yè)割麥人，他們踩著麥子成熟的節(jié)奏，用雙手挑戰(zhàn)機械。在效率面前，麥客已經(jīng)不屬于這個時代，馬萬全一行也許就是中國最后的職業(yè)割麥人。古老的職業(yè)和悠久的傳說，正被收割機一茬茬收割殆盡”這些內(nèi)容。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)視頻材料．分析問題：材料中的事例有沒有體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)區(qū)位因素的變化？如果有，請分析出主要是哪些農(nóng)業(yè)區(qū)位因素發(fā)生了變化？通過對視頻有關(guān)材料和事例的分析，能培養(yǎng)學(xué)生以動態(tài)的視角看待問題的能力，彰顯與時俱進的新人類特征，尤其是能更深刻地理解現(xiàn)代社會中不斷變化的市場、交通、技術(shù)等農(nóng)業(yè)區(qū)位因素，同時也可以為“工業(yè)區(qū)位的變化”的學(xué)習(xí)奠定動態(tài)視角的基礎(chǔ)。

三、理性思考人地關(guān)系，樹立“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀

高中必修二中的“人類與地理環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展”和必修三中的“區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展”等章節(jié)中的課文內(nèi)容，都在探討人地關(guān)系演變和如何走可持續(xù)發(fā)展的道路。自然環(huán)境決定了人類的生產(chǎn)生活方式，同時人類的生產(chǎn)生活也會反作用于自然。人地關(guān)系是貫穿整個地理課程的主線，理性思考人地關(guān)系，樹立富有中國文化內(nèi)涵的“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀是地理學(xué)科永恒的主題。因此，樹立正確的人地關(guān)系是學(xué)生必備的地理素養(yǎng)之一。

在“人地關(guān)系思想的歷史演變和通向可持續(xù)發(fā)展的道路”一課中，課文內(nèi)容只是一些枯燥的文字敘述，文縐縐的向?qū)W生表述人地關(guān)系的歷史階段、可持續(xù)發(fā)展的含義、內(nèi)容、原則及謀求可持續(xù)發(fā)展道路，很容易讓學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦之情，容易讓學(xué)生對科學(xué)發(fā)展觀嗤之以鼻，這樣就達不到培養(yǎng)正確的人地觀的教學(xué)效果。盡管本節(jié)課的知識點沒有難點，完全可以讓學(xué)生自主閱讀課文完成可持續(xù)發(fā)展“大道理”的學(xué)習(xí)。但是，空洞的大道理并不容易讓人深刻的理解并運用，因此，在閱讀課文后，教師可以引入《舌尖上的中國》的視頻內(nèi)容，如：在香格里拉的深山里，藏民們?yōu)榱搜永m(xù)自然的饋贈，松茸出土后，會立刻用地上的松針把菌坑掩蓋好，只有這樣，菌絲才可以不被破壞；吉林查干湖的冬捕，漁民們有一個世世代代嚴格的相傳—一獵殺不絕，冬捕只用稀疏的網(wǎng)眼，小魚成為漏網(wǎng)之魚回歸自然，每年的春天漁民還將50萬魚苗投回湖里；內(nèi)蒙古達里諾爾，為了保持湖魚的種群數(shù)量，漁民們規(guī)定每年冬捕不會超過30萬公斤，春天華子魚洄游產(chǎn)卵，華子魚伸手可得，但漁民不會在這個時節(jié)捕撈，還鋪設(shè)2000米的草把作為華子魚的產(chǎn)房，追尋著人與魚的平衡之道；美食依賴于環(huán)境的支持，人的需求曾讓寧夏山地間羊的數(shù)量遠超植被的再生能力，快速沙化的地表變得無比脆弱，荒漠化讓人在美食之間尋找新的平衡；有科學(xué)家預(yù)言，50年內(nèi)海里的魚會被全部吃光。而浙江漁民楊世櫓認為，靠海吃海的日子，只能再維持10年。借此可以請學(xué)生對比分析：①視頻中的例子哪些體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，哪些違背了可持續(xù)發(fā)展？②請學(xué)生根據(jù)課本內(nèi)容和視頻的材料總結(jié)出應(yīng)該如何謀求可持續(xù)發(fā)展道路?！渡嗉馍系闹袊烦尸F(xiàn)人與自然環(huán)境和諧相處的人文景觀的同時，也向我們展現(xiàn)了中國脆弱的生態(tài)環(huán)境，審視了應(yīng)如何維持人與自然的平衡之道。在學(xué)生感性的觀看視頻的同時，還可以引導(dǎo)學(xué)生談?wù)劶亦l(xiāng)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題及實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的措施等，變感性觀看為理性分析，進一步加深對人地關(guān)系的認識，樹立正確的人地觀。

在大數(shù)據(jù)的信息時代，教材中的案例已遠不能滿足教學(xué)的需求。而《舌尖上的中國》在各種美食的背后還有自然風(fēng)光、人文風(fēng)情和地域文化等地理元素，為地理教學(xué)提供了一場饕餮大宴。地理教師可以從中吸取大量的“營養(yǎng)”用于充實地理教學(xué)，豐富地理素材，這不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的以區(qū)域的視角、綜合的視角、動態(tài)的視角和生態(tài)的視角分析地理問題的能力，同時還能提升學(xué)生的地理情操、樹立“天人合一”的可持續(xù)發(fā)展觀。

參考文獻：

[1]邱楊兵．高中地理教學(xué)中視頻資源運用的研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2013.

第4篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：低溫；低噪聲放大器；穩(wěn)定性；噪聲系數(shù)

中圖分類號：TN722文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2014）12-00-02

0引言

隨著現(xiàn)代無線通信、微波測量、電子對抗等技術(shù)的高速發(fā)展，一些工作特定環(huán)境下的接收機需要更高的性能要求。高溫超導(dǎo)接收機（Hightemperaturesuperconductingreceiver，HTSreceiver）前端則以其高靈敏度、高選擇性、極低噪聲等特點應(yīng)運而生，高溫超導(dǎo)接收機前端由高溫超導(dǎo)濾波器和低溫低噪聲放大器（CryogenicLowNoiseAmplifier，CLNA）組成。CLNA作為接收機第一級有源器件，其噪聲性能直接決定了接收機的靈敏度。文獻[1]顯示，在常用通訊頻段中，60K低溫下的放大器噪聲系數(shù)（NoiseFigure，NF）較之常溫下的噪聲系數(shù)下降約0.4dB，這可極大提高通信的傳輸效率和質(zhì)量。目前，HTSreceiver在雷達、通信、射電天文接收機中得到廣泛的應(yīng)用。

近年來，通過低溫冷卻LNA中的高電子遷移率晶體管（HighElectronMobilityTransistor，HEMT）使得低噪聲放大器快速發(fā)展并大幅提高了其性能。但HEMT管難以在幾百兆赫茲頻率范圍工作的的同時達到較小噪聲，文獻[1，2]亦是工作在800MHz及以上頻率范圍。本文根據(jù)設(shè)計要求，在500～700MHz頻率范圍內(nèi)設(shè)計出能優(yōu)異的CLNA，這必須權(quán)衡低NF、高增益，無條件穩(wěn)定等因素，無疑增加了設(shè)計難度。本文最終實現(xiàn)77K液氮低溫環(huán)境下：噪聲系數(shù)小于0.5dB，增益大于30dB，反射系數(shù)小于-15dB。

1低溫低噪聲放大器的設(shè)計與仿真

1.1器件選擇

由于器件在低溫下的工作特性與常溫環(huán)境下不同，通過常規(guī)手段設(shè)計的常溫低噪聲放大器直接應(yīng)用于低溫環(huán)境中通常不能滿足設(shè)計要求。對于低溫低噪聲放大器的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)直接在低溫下調(diào)整還難以實現(xiàn)，文獻[2]給出了一種低溫低噪聲放大器的預(yù)修正設(shè)計方案，綜合利用仿真軟件和實測結(jié)果來獲取晶體管的低溫參數(shù)，進而進行設(shè)計。但是，本次我們并沒有提取低溫參數(shù)，而是通過選取熟悉的器件，參考常溫特性及低溫環(huán)境測試結(jié)果，預(yù)修正與驗證設(shè)計。本次設(shè)計選用安捷倫公司的增強型PHEMT器件ATF-54143，它不僅具有極低的噪聲與較高的增益，同時可以消除HEMT器件在低溫下的深電子陷阱效應(yīng)。

1.2放大器穩(wěn)定型設(shè)計

在理想放大器中S12為零，放大器會無條件穩(wěn)定。但微波晶體管存在內(nèi)部反饋，晶體管的S12即表示內(nèi)部反饋量，可能導(dǎo)致放大器穩(wěn)定性變差甚至自激，過高的增益亦會造成反饋功率變大，導(dǎo)致不穩(wěn)定[3]。因此設(shè)計放大器必須保證放大器在工作頻段內(nèi)絕對穩(wěn)定。放大器的絕對穩(wěn)定條件是：

（1）

（2）

式中：Sij為晶體管的S參數(shù)，K稱為穩(wěn)定性判別系數(shù)，同時滿足上述兩個條件才能保證放大器是絕對穩(wěn)定的。通過ADS仿真可以看出來ATF-54143在工作頻段內(nèi)并不是絕對穩(wěn)定的。對于潛在不穩(wěn)定管子，常見的改善穩(wěn)定性方法有：源級負反饋，一般使用無耗感抗負反饋，實際電路中，常使用微帶線LS來構(gòu)成；輸入、輸出端口串并聯(lián)電阻，用來抵消自激震蕩引來的負阻抗部分，但同時會導(dǎo)致噪聲系數(shù)惡化。綜合考慮管子特性及設(shè)計要求，最終使用源級負反饋和阻性元件并聯(lián)反饋結(jié)構(gòu)，反饋結(jié)構(gòu)引入阻性元件Rf可以減少增益紋波、降低寬帶匹配難度，其引入的的噪聲會隨著溫度減低得到顯著下降。本設(shè)計采用兩級級聯(lián)達到設(shè)計所需增益要求，通過PI型阻性衰減器來提高級間隔離度。其電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)圖

1.3放大器電路設(shè)計

放大器電路設(shè)計包括直流偏置設(shè)計，直流隔離設(shè)計，匹配電路設(shè)計，版圖聯(lián)合仿真優(yōu)化。

直流偏置設(shè)計包括了PHEMT管的靜態(tài)工作點及工作狀態(tài)的選取和偏置電路設(shè)計，本次設(shè)計選取3V、60mA工作點。首要滿足最小噪聲的同時，依靠兩級放大來提高增益。在保證將偏置電壓正確送入到PHEMT管腳的同時需要做到與交流電路部分達到良好的隔離。在LNA電路設(shè)計中，使用隔直電容C3、C4來抑制直流偏置電壓對前后級器件的影響。

匹配電路設(shè)計：低噪聲放大器的噪聲系數(shù)和放大電路的匹配網(wǎng)絡(luò)有著緊密的聯(lián)系，二端口放大器噪聲系數(shù)表達式為

（3）

式中：Fmin表示晶體管噪聲系數(shù)的最小值，rn為晶體管的等效噪聲電阻，Γopt為最佳源反射系數(shù)，ΓS為源反射系數(shù)。由此可見，當(dāng)Γopt=ΓS時，可實現(xiàn)最佳噪聲匹配。因此放大器的第一級按照最小噪聲設(shè)計同時適當(dāng)兼顧駐波特性，輸入端反射系數(shù)ΓS選Γopt附近，放大器第二級設(shè)計兼顧噪聲和增益。根據(jù)ADS軟件進行設(shè)計優(yōu)化，添加微帶與焊盤，聯(lián)合仿真最后達到仿真結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)ADS仿真設(shè)計的版圖制成PCB電路，使用村田0603封裝元件焊接。為了保證良好的接地，PCB使用大量過孔安裝到屏蔽盒地板上，屏蔽盒采用黃銅材料，最終制作的LNA實物如圖2所示。

2電路調(diào)整及實測結(jié)果

將放大器置于77K溫度的液氮環(huán)境中，初次測試結(jié)果與設(shè)計有不小偏差，這一方面是由于分立元件的離散性和焊接引起的各種寄生參數(shù)影響，另一重要原因是晶體管在低溫環(huán)境下性能參數(shù)的顯著變化。在低溫環(huán)境中，晶體管的V～I特性會發(fā)生變化，首先我們需要增加?xùn)艠O電壓來維持晶體管的漏極電流[4]，保證放大器工所需的偏置條件，測試顯示惡化嚴重的輸入駐波得到了改善。在保證低噪聲的情況下，我們根據(jù)實測低溫S11與NF情況，結(jié)合靈敏度分析，發(fā)現(xiàn)圖1中反饋電阻Rf的值直接關(guān)系輸入駐波和噪聲。液氮環(huán)境中，增大Rf可以減小噪聲，但會惡化輸入駐波，減小Rf改善了駐波但會惡化噪聲，權(quán)衡整個設(shè)計，我們選擇了一個最優(yōu)的Rf值，最后使得噪聲與駐波均達到了設(shè)計要求。最終實現(xiàn)的放大器測試結(jié)果如圖3～圖6所示，由圖3可見放大器在低溫下的噪聲系數(shù)下降約0.5dB，極大地提高了放大器的性能。

參考其仿真結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)由分立元件焊接的放大器性能易出現(xiàn)惡化，增益減小駐波變差等，這說明在仿真時候添加冗余量的重要性。由常溫和低溫測試結(jié)果圖發(fā)現(xiàn)，按照最小噪聲兼顧輸入駐波匹配的電路在低溫環(huán)境下，其器件特性的變化使得之前的匹配并不是在最優(yōu)點，這就造成了S11的部分惡化，我們需要根據(jù)模擬結(jié)果，結(jié)合常溫、低溫調(diào)試來修正電路模型，最終實現(xiàn)電路設(shè)計。

第5篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：上電復(fù)位；帶隙基準(zhǔn)；溫度系數(shù)；運算跨導(dǎo)放大器；激光調(diào)整

中圖分類號：TP368.1文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1004 373X(2009)02 012 04

Design of Power－on Reset Chip with High Reliability

WANG Hanxiang,LI Fuhua,XIE Weiguo

(Electronics and Information Engineering,Soochow University,Suzhou,215021,China)

Abstract：Based on problem of the conditional Power－on Reset(PoR) is easy to fail when powering on again,a comparator structure is proposed,which is implemented by bandgap reference,resistance network and logic block.Reset timeout delay block is added to make it much more reliable.The function simulation by Hspice using 0.6 μmCdouble poly－N well CMOS process shows that when the circuit working under the supply voltage of 3.3 V,the threshold of supply voltage is 3.08 V and the reset timeout delay is set to 100 ms.The results demonstrate that the design can supply a stable and reliable PoR signal and be used to monitor power supplies in computers,microprocessors and portable equipment.

Keywords：power－on reset;bandgap;temperature coefficient;OTA;laser trimming

0 引 言

現(xiàn)代科技領(lǐng)域?qū)﹄娮赢a(chǎn)品性能的要求越來越高，微處理器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力是電子工程師面臨的一大難題，電源監(jiān)控技術(shù)就是解決這一難題的有效手段之一。上電時上電復(fù)位（Pow－on Reset,PoR）電路對數(shù)字電路中移位寄存器、D觸發(fā)器和計數(shù)器、模擬電路中的振蕩器、比較器等單元電路進行復(fù)位，保證電路在上電過程能正確啟動［1,2］。上電復(fù)位信號在電源電壓上升過程中一直保持低電平（有效復(fù)位電平），直到電源電壓穩(wěn)定達到系統(tǒng)規(guī)定的正常工作電壓后轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖健?/p>

傳統(tǒng)上電復(fù)位電路是利用電容上的電壓不能突變，通過RC充電來實現(xiàn)。盡管 “充電箝位”電路可以改善上電沒有器件限制電容C充電的問題，但這種結(jié)構(gòu)在二次上電時仍有可能出現(xiàn)失效［3］。在此基于比較器型復(fù)位電路［3］，設(shè)計了高精度的帶隙基準(zhǔn)、比較器、用于門限設(shè)置及檢測的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)和復(fù)位延時電路，有效解決二次上電失效，具有高可靠性。

1 電路設(shè)計與分析

1.1 上電復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)和原理

為了解決傳統(tǒng)上電復(fù)位電路的二次上電可能出現(xiàn)錯誤的問題，這里基于比較器結(jié)構(gòu)設(shè)計了精準(zhǔn)的帶隙基準(zhǔn)作為比較基準(zhǔn)，其中電阻網(wǎng)絡(luò)用于設(shè)置和檢測電壓，采用延時電路減小電壓紋波的影響，提高了復(fù)位信號的可靠性，結(jié)構(gòu)如圖1所示。在上電過程中，reset一直保持低電平，當(dāng)電源電壓達到預(yù)設(shè)的閾值電壓后，采樣電壓高于基準(zhǔn)電壓Vref，比較器輸出狀態(tài)改變，邏輯電路控制時鐘電路產(chǎn)生延時，100 ms后reset變?yōu)楦唠娖剑瓿蓮?fù)位。

圖1 POR的系統(tǒng)框圖

1.2 偏置電路

精確的偏置電流是整個電路準(zhǔn)確運行的基礎(chǔ)，因此設(shè)計一種與電源電壓無關(guān)的偏置電流I ［4］，如圖2所示，其中：

ИW1L1=KW2L2,W4L4=W3L3

VGS2－VGS1=IR1

I=12?μCOXW1L1(VGS1－Vth1)2

I=12?μCOXW2L2(VGS2－Vth2)2И

忽略體效應(yīng)，聯(lián)解上式得：

ИI=2μCOXW2/L2?1R21(1－1K)2И

由上式可知偏置電流與電源電壓無關(guān)，但電阻具有溫度系數(shù)，為了減小偏置電路的溫度系數(shù),電阻由正負溫度系數(shù)的電阻按比例串聯(lián)組成。poly2電阻為負溫度系數(shù)，而N阱電阻為正溫度系數(shù)，兩者結(jié)合可以實現(xiàn)零溫度系數(shù)。

圖2 偏置電路

圖2中M5~M7組成啟動電路，克服自偏置電路的零偏置點。NB，PB為偏置電流的鏡像電流，為帶隙基準(zhǔn)、比較器電路和時鐘電路提供偏置。

1.3 帶隙基準(zhǔn)電路

作為比較器的比較基準(zhǔn)，其高穩(wěn)定性是比較結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，因此設(shè)計了一種低溫度系數(shù)與電源電壓無關(guān)的帶隙基準(zhǔn)［5－9］。帶隙基準(zhǔn)由電源電壓產(chǎn)生穩(wěn)定精確的Vref，能克服電源電壓的波動、溫度的變化以及工藝誤差等影響，輸出穩(wěn)定的參考電壓。利用Veb和VT的溫度特性來進行溫度補償，實現(xiàn)零溫度系數(shù)。

圖3為帶隙基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)圖，A，B點為運放的兩個輸入端，運放閉環(huán)，A，B兩點等電位。

ИI2=ΔVeb/R1

Vref=Veb2+I2(R1+R2)

ΔVeb=VTln(mn)

Vref=Veb2+VTln(mn)(R1+R2)/R1И

式中，m為R2與R3的比值；n為Q2 與Q1 的比值；Veb為負溫度系數(shù)；VT為正溫度系數(shù)。所以選擇合適的電阻比值和晶體管的面積比值，可以使輸出參考電壓獲得最小的溫度系數(shù)，當(dāng)然電阻本身同樣具有溫度系數(shù)，但電阻以比值出現(xiàn)，可以忽略其影響。M1~M10構(gòu)成運算跨導(dǎo)放大器［10］,C1為運放的相位補償，保證60°的相位裕度。

圖3 帶隙基準(zhǔn)

1.4 比較器電路

比較器電路用于監(jiān)測電源電壓變化，能比較的電平越低越好，即具有較高的靈敏度。因此采用經(jīng)典的二級比較器［11］，它具有很高的開環(huán)增益，高于60 dB。合理設(shè)置差分輸入管M1，M2和電流鏡負載M3，M4的尺寸，保證了比較器低的失調(diào)電壓。選擇合適的尾電流大小，能提高壓擺率，優(yōu)化比較器的響應(yīng)速度。其高增益、低失調(diào)、快速度特性保證了比較器準(zhǔn)確對電源電壓的監(jiān)控。圖4中M1~M5為第一級；M6，M7為第二級；I1，I2為2個緩沖級。

圖4 比較器

1.5 時鐘電路

為了增加復(fù)位信號的可靠性，這里增加了復(fù)位延時。其主要由振蕩器和分頻器組成，如圖5所示。M1~M7和C1構(gòu)成振蕩器，EN為使能信號。EN為低電平時，振蕩器開始工作，M5導(dǎo)通，M3，M4組成的電流源通過M5對電容C1充電；當(dāng)電容上的電壓上升到施密特觸發(fā)器的V+時，施密特觸發(fā)器反相，M6導(dǎo)通，電容通過M1，M2構(gòu)成的電流沉放電；當(dāng)電容上的電壓下降到施密特觸發(fā)器的V_時，密特觸發(fā)器反相，M5導(dǎo)通，這樣周而復(fù)始，產(chǎn)生時鐘信號。

圖5 時鐘電路

t淶紿=C1(V+－V－)/I淶紿，

t諾紿=C1(V+－V－)/I諾紿，T=t淶紿+t諾紿

分頻器的作用是產(chǎn)生一定的延時來觸發(fā)復(fù)位信號，增加復(fù)位信號的可靠性。其主要由一串D觸發(fā)器構(gòu)成的二分頻電路構(gòu)成，NЪ抖分頻構(gòu)成的延時為：

Иt┭郵豹=2N2T=2N-1TИ

1.6 采樣電路

采樣電路由電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，主要用于采集電源的變化。圖1中的R1和R2構(gòu)成采樣電路，VCC_th為電源電壓的門限電壓，則：

ИVCC_det=VCCR2/(R1+R2)И

臨界點為：

ИVCC=VCC_th,VCC_det=VrefИ

因此：

ИR2/R1=Vref/(VCC_th－Vref)И

靜態(tài)電流為：

ИIq=VCCR1+R2И

考慮到靜態(tài)電流，要求采樣電阻阻值較大，一般2個采樣電阻（即R1，R2）需大于100 kΩ。用較小的等阻值的電阻串聯(lián)來提高精度，所以在版圖中設(shè)計一些被短接的預(yù)留電阻，并通過激光調(diào)整的方法或修改頂層金屬連線來調(diào)節(jié)電阻。電阻的高精度和良好的匹

配性保證了被采集電源信號的準(zhǔn)確性。

2 電路仿真

利用0.6 μm的CMOS工藝模型和HSpice仿真器，對設(shè)計的PoR進行仿真和優(yōu)化。以下為仿真的主要結(jié)果。

帶隙基準(zhǔn)的正常啟動和精確性對PoR的準(zhǔn)確工作至關(guān)重要。圖6是對帶隙基準(zhǔn)啟動過程的仿真，圖中可見當(dāng)電源上電過程中，帶隙基準(zhǔn)電路正常啟動；圖7是Vref隨電源電壓VCC的變化特性，由圖可知，在電源電壓VCC變化范圍內(nèi)(2.0~3.3 V),Vref僅有2.5 mV的變化。

圖6 帶隙基準(zhǔn)的啟動

圖7 Vref隨電源電壓VCC的變化特性

圖8是對上電復(fù)位電路的上電、掉電和二次上電的仿真，圖中可以看出電源緩慢上電， reset一直保持低電平，當(dāng)超過3.08 V后振蕩器開始工作，經(jīng)過8個振蕩周期reset變?yōu)楦唠娖健?/p>

圖8 POR上電、掉電、二次上電的仿真

電源電壓掉電低于3.08 V，reset變?yōu)榈碗娖剑俅紊仙_到電源閾值電壓8個振蕩周期后reset又變?yōu)楦唠娖?。仿真結(jié)果表明PoR具有高可靠性。為了減少仿真時間，本圖仿真采用的是16分頻器，而不是實際的100 ms延時。

3 版圖設(shè)計

作為設(shè)計與制造的紐帶，版圖的地位至關(guān)重要，模擬集成電路的性能很大程度受版圖因素的影響［12］。以下為版圖設(shè)計中的一些注意點：

（1） 該帶隙基準(zhǔn)PNP管的面積比是8∶1，做成3∶3∶3的結(jié)構(gòu)，將面積為1的管子置于中心，保證匹配性；

（2） 該設(shè)計與電阻密切相關(guān)，電阻的失配會產(chǎn)生誤差，將電阻做成叉指相間的形式，盡量減小電阻的不匹配；

（3） 運放的差動輸入對的失配會產(chǎn)生失配影響電路性能，將差動對做成十字交叉形式，保證其對稱性；

（4） 偏置電流要相對對稱，減小失配引入的誤差；

（5） 參考電壓要遠離跳變電壓，總體布局時考慮到應(yīng)力因素，將匹配性要求高的電路盡量置于應(yīng)力較小處。

4 結(jié) 語

設(shè)計了一種由精確的帶隙基準(zhǔn)比較器，用于門限設(shè)置和檢測的內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)等組成的上電復(fù)位，具有復(fù)位延時，可以準(zhǔn)確可靠提供復(fù)位信號，還具有良好的性能，可廣泛用于處電腦、微控制器以及各種便攜式電子產(chǎn)品中，實現(xiàn)對系統(tǒng)電壓、電源電壓和電池的監(jiān)控。

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第6篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞： 透射電子顯微鏡； 照相機； CCD； 驅(qū)動電路； CPLD

中圖分類號： TN16?34； TP212  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；文獻標(biāo)識碼： A  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；  ；文章編號： 1004?373X（2014）23?0142?04

Design of array CCD driving circuit based on CPLD

SUN Mao?duo， DONG Quan?lin， ZHAO Wei?xia， DANG Yu?jie， YANG Ya?jiao

（School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）

Abstract： In design of a TEM camera with CCD ICX285AL as the image sensor， an array CCD driving circuit based on CPLD was designed. Altera′s EPM570T100 is used as a time?sequence generator to generate CCD driving signal and CDS?control signal. A driver circuit and DC bias circuit were designed to provide voltage transformation， and to generate DC source and bias voltage. Verilog HDL is adopted to compile program under Quartus II 13.1 to implement logic circuits in CPLD. Simulations were conducted in the ModelSim 10.1. Experiment results indicate that the designed driving circuit can generate the driving pulse and bias voltage which meet the demands of CCD， and can steadily output CCD video signal.

Keywords： TEM； camera； CCD； driving circuit； CPLD

0  ；引  ；言

電荷耦合器件（CCD）是一種可應(yīng)用于圖像傳感、信號處理、數(shù)字存儲的半導(dǎo)體光電傳感器，與傳統(tǒng)攝像器件相比，不僅具有靈敏度高、速度快、動態(tài)范圍寬、量子轉(zhuǎn)換效率高、輸出噪聲低、控制方便、實時傳輸?shù)葍?yōu)點，而且還具有很高的空間分辨率[1]，因此廣泛應(yīng)用于電子顯微鏡微光成像、遙感成像、衛(wèi)星監(jiān)測等領(lǐng)域[2]。

在透射電子顯微鏡（TEM）中，成像依賴于電子轟擊閃爍體發(fā)光，亮度較低，且光譜集中在500～600 nm之間[3]。針對TEM的成像特點，選擇ICX285AL作為圖像傳感器，設(shè)計了一款基于CPLD的面陣CCD驅(qū)動電路，以提供滿足ICX285AL工作要求的直流偏置電壓和驅(qū)動脈沖，在有限狀態(tài)機的控制下，以12.5 MHz的頻率不間斷輸出圖像信號，且曝光時間可調(diào)，滿足了實用要求，為TEM CCD相機的后續(xù)設(shè)計和改進奠定了基礎(chǔ)。

1  ；目標(biāo)CCD特性

ICX285AL是SONY公司的一款行間轉(zhuǎn)移科學(xué)級單色面陣CCD圖像傳感器，像元尺寸為6.45 μm×6.45 μm，總像元數(shù)為1 434（H）×1 050（V），由于采用EXview HAD CCD技術(shù)，在500～600 nm之間的量子效率達到60%以上[4]，非常適合拍攝透射電子顯微鏡閃爍體的熒光圖像，因此選擇ICX285AL作為TEM CCD相機的圖像傳感器。

ICX285AL內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含感光單元、垂直移位寄存器、水平移位寄存器三個部分。在積分時間結(jié)束后，感光單元電荷轉(zhuǎn)移到相鄰的垂直移位寄存器中，在垂直轉(zhuǎn)移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4共同作用下一行一行地轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器，在水平轉(zhuǎn)移脈沖HФ1，HФ2和復(fù)位時鐘RG的共同作用下經(jīng)放大器讀出。

2  ；CCD驅(qū)動電路設(shè)計

CCD驅(qū)動電路為ICX285AL提供了驅(qū)動脈沖和直流偏置電壓，其組成框圖如圖2所示，主要包括控制電路、偏壓電路、驅(qū)動器電路等（CCD的輸出信號通過相關(guān)雙采樣電路采集，這里只涉及采樣控制信號的產(chǎn)生方法）。下面分別介紹這幾個部分。

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圖1 ICX285AL內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

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圖2 驅(qū)動電路系統(tǒng)示意圖

2.1  ；偏壓電路

偏置電壓電路向CCD以及驅(qū)動器電路提供直流偏置電壓，并為器件提供3.3 V電源。

ICX285AL所需垂直轉(zhuǎn)移信號的電壓為-7 V，0 V，15 V三個級次，水平移位信號和復(fù)位信號電壓為5 V，基底信號電壓為22 V，CPLD電源電壓為3.3 V，驅(qū)動器芯片電源電壓為5 V。

設(shè)計外接5 V直流穩(wěn)壓電源，選用LT1129產(chǎn)生3.3 V電壓，選用LT1935產(chǎn)生15 V偏壓，選用LT1964產(chǎn)生-7 V偏壓。圖3中由下至上分別是LT1935和LT1964偏壓產(chǎn)生電路設(shè)計。

2.1.1  ；LT1935偏壓電路設(shè)計

LT1935是開關(guān)頻率1.2 MHz的升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源[5]。輸出電壓值由[R7]和[R11]設(shè)定：

[VOUT=1.265?1+R7R11]  ；  ；（1）

式中：1.265 V是反饋引腳FB的參考電壓；取[R7，][R11]分別為110 kΩ，10.13 kΩ（10 kΩ與130 Ω串聯(lián)），預(yù)計輸出的電壓15 V。

2.1.2  ；LT1964偏壓電路設(shè)計

LT1964是低噪聲負壓線性穩(wěn)壓電源[6]。它的-15 V直流輸入是通過反向電荷泵由LT1935的開關(guān)引腳（SW）得到的。輸出電壓由[R6]和[R10]設(shè)定：

[VOUT=-1.22?（1+R10R6）-IADJ?R2] （2）

式中：[VADJ]=-1.22 V，為調(diào)整端口ADJ的參考電壓；[IADJ]=-39 nA（25 ℃時），為ADJ端口的偏置電流。設(shè)計取[R10，][R6]分別為48.7 kΩ，10.27 kΩ（10 kΩ與270 Ω串聯(lián)），預(yù)計輸出的電壓為-7 V。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t3.tif>；

圖3 偏置電壓產(chǎn)生電路

2.1.3  ；電源濾波

在電源輸出端采用并聯(lián)電容、串聯(lián)磁珠的方式濾除高頻噪聲。設(shè)計采用低等效串聯(lián)阻抗X5R型陶瓷電容并聯(lián)在電源輸出端與地之間，采用大容值并聯(lián)小容值、大封裝并聯(lián)小封裝的方式，展寬了輸出端與地之間的低阻抗帶寬，更好地濾除高頻噪聲，同時提升了電源輸出瞬態(tài)響應(yīng)性能[7]。

2.2  ；驅(qū)動器電路

常用的可編程邏輯器件的輸出電平多為1.8 V，2.5 V，3.3 V和5 V幾種規(guī)格，不符合CCD驅(qū)動脈沖的要求，除了3.3 V電平的復(fù)位信號RG信號可直接驅(qū)動CCD，其余8路時序信號必須經(jīng)過電平變換以提高驅(qū)動能力。驅(qū)動器電路采用一片CXD3400N和一片74ACT04芯片進行電平轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換示意圖如圖4所示（圖中括號內(nèi)的值為電壓范圍）。

<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t4.tif>；

圖4 電平轉(zhuǎn)換示意圖

CXD3400N是6通道CCD垂直驅(qū)動器，支持2.7～5.5 V的邏輯輸入，可提供4路三級電平垂直驅(qū)動、2路二級電平垂直驅(qū)動、1路二級電平基底時鐘驅(qū)動[8]，其輸出脈沖的高級和低級電平分別等于外接的正、負偏置電壓，中間級電平等于地平面[8]。一片CXD3400N即可提供全部垂直驅(qū)動信號以及基底時鐘。應(yīng)當(dāng)注意的是，兩路三級電平脈沖信號[Vφ2A，][Vφ2B]是由XSG1，XSG2和XV2轉(zhuǎn)換來的。

74ACT04是一款高速6通道反相器，可以將3.3 V信號轉(zhuǎn)換成5 V信號[9]，采用一片以提供水平驅(qū)動信號。

2.3  ；控制電路

2.3.1  ；電路實現(xiàn)

CPLD具有ASIC的大規(guī)模、高集成度、高可靠性的優(yōu)勢，同時設(shè)計周期短且靈活性好，可通過JTAG實現(xiàn)在線編程[10]，是設(shè)計高速數(shù)字硬件的理想選擇。設(shè)計采用Altera公司MAX Ⅱ系列的EPM570T100作為時序產(chǎn)生器。

設(shè)計采用Verilog HDL語言實現(xiàn)時序邏輯電路。Verilog HDL作為一種硬件描述語言，其編程結(jié)構(gòu)類似于計算機中的C語言，在描述復(fù)雜邏輯設(shè)計時非常簡潔，具有很強的邏輯描述和仿真能力，是當(dāng)前系統(tǒng)硬件設(shè)計語言的主流[11]。在Quartus Ⅱ開發(fā)環(huán)境下，采用自頂向下的方式實現(xiàn)復(fù)雜邏輯的設(shè)計，并采用有限狀態(tài)機控制時序的產(chǎn)生過程。在其頂層模塊實例化各功能模塊，然后采用Verilog HDL語言對各功能模塊詳細描述[12]。

2.3.2  ；有限狀態(tài)機

根據(jù)ICX285AL的工作過程，借助Quartus Ⅱ中集成的狀態(tài)機生成向?qū)В⊿tate Machine Wizard）設(shè)計三段式狀態(tài)機，將“次態(tài)邏輯”、“狀態(tài)寄存器”和“輸出邏輯”分別放在不同的always進程中描述，以消除出現(xiàn)競爭冒險現(xiàn)象的可能，去除信號毛刺[13]，狀態(tài)機轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。

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圖5 狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖

為充分利用CCD的動態(tài)范圍[14]，對應(yīng)不同的光照條件，狀態(tài)機包含了長積分和短積分兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)移模式。

2.3.3  ；時序產(chǎn)生

設(shè)計使ICX285AL工作在逐行掃描模式，需要9路驅(qū)動脈沖，垂直轉(zhuǎn)移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4，水平轉(zhuǎn)移脈沖HФ1，HФ2，復(fù)位時鐘RG以及控制曝光的基底時鐘ФSUB。

CCD一幀圖像的工作周期包括感光階段和轉(zhuǎn)移階段，轉(zhuǎn)移階段又分為幀轉(zhuǎn)移、垂直轉(zhuǎn)移、水平轉(zhuǎn)移。在感光階段，給基底提供低電平，CCD感光單元開始收集光電荷，存儲電荷的多少取決于光照強度和曝光時間。幀轉(zhuǎn)移階段，垂直轉(zhuǎn)移脈沖VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4輸出一組三級電平信號，此時感光結(jié)束，成像單元中的電荷以電荷包的形式轉(zhuǎn)移到相鄰的垂直移位寄存器中。在垂直轉(zhuǎn)移階段，包含1 050個循環(huán)，每一次循環(huán)VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4都會輸出一組二級電平信號，使電荷沿垂直移位寄存器移動一行，最后一行進入水平移位寄存器，然后在HФ1，HФ2和RG的作用下完成1 434個循環(huán)，每次循環(huán)讀出一個像素信息。RG用于將浮置擴散節(jié)點的電荷清除掉，以便能夠準(zhǔn)確測量下一個電荷包。

通過計數(shù)器可以方便地規(guī)定時序信號的占空比和相位關(guān)系。設(shè)基礎(chǔ)時鐘周期[t，]設(shè)計CCD的像素讀出周期為[T=8t。]編寫邏輯cnt_clk和cnt_pixel對[t]和[T]分別計數(shù)，利用cnt_clk的值規(guī)定水平轉(zhuǎn)移、復(fù)位和采樣控制時序信號，利用cnt_pixel的值規(guī)定垂直轉(zhuǎn)移、基底時序信號，兩個計數(shù)器在狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移時均被重置。

2.3.4  ；時序仿真

完成Verilog HDL語言的編譯、綜合后，在Quartus Ⅱ中編寫仿真腳本（Test Bench），在ModelSim 10.1中進行了仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。圖6（a）顯示了垂直驅(qū)動時序信號。圖6（b）顯示了水平轉(zhuǎn)移、復(fù)位以及采樣信號。

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圖6 時序信號仿真圖

3  ；實驗結(jié)果

將Verilog HDL程序下載到CPLD中，利用示波器檢查偏置電壓和驅(qū)動波形無誤后，將CCD安裝在驅(qū)動電路上。

利用光源使CCD輸出信號飽和，用示波器測試CCD的輸出信號，結(jié)果如圖7所示。

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圖7 CCD輸出信號

測得像素讀出速率為12.5 MHz，與設(shè)計一致，輸出信號清晰顯示出了每個像素周期包括的復(fù)位電平、參考電平、信號電平三部分，其中參考電平和信號電平電位差約為1 V，實驗結(jié)果表明ICX285AL在驅(qū)動電路的驅(qū)動下正常工作。

4  ；結(jié)  ；語

設(shè)計并加工了一款用于TEM CCD相機的CCD驅(qū)動電路，采用CPLD作為時序發(fā)生器，通過狀態(tài)機實施過程控制，在不改變硬件的情況下，可以方便地更改曝光時間和相機工作模式，同時保證圖像的連續(xù)采集。使用CXD3400N和74ACT04作為驅(qū)動器，能夠輸出高質(zhì)量的驅(qū)動脈沖。

通過實驗，驗證了ICX285AL在該驅(qū)動電路的驅(qū)動下能夠連續(xù)、穩(wěn)定地輸出視頻信號，證明該設(shè)計滿足實用要求，為TEM CCD相機的后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。

注：本文通訊作者為董全林。

參考文獻

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第7篇：偏置電路設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】帶隙基準(zhǔn)；曲率補償；高穩(wěn)定性

1.引言

基準(zhǔn)電路包括基準(zhǔn)電壓源和基準(zhǔn)電流源，在電路中提供電壓基準(zhǔn)和電流基準(zhǔn)，是模擬集成電路和混合集成電路中非常重要的模塊[1]。隨著集成電路規(guī)模的不斷增大，特別是芯片系統(tǒng)集成（SOC）技術(shù)[2]的提出，使基準(zhǔn)電路被廣泛使用[3]的同時，也對其性能提出了更高的要求。

基準(zhǔn)電壓源是指被用作電壓參考的高精確、高穩(wěn)定度的電壓源，理想的基準(zhǔn)電壓是一個與電源、溫度、負載變化無關(guān)的量[4]?；鶞?zhǔn)電壓源是現(xiàn)代模擬電路極為重要的組成部分，它對高新模擬電子技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展具有重要作用。在許多模擬電路中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器中都需要高精度、高穩(wěn)定度的電壓基準(zhǔn)源。特別是在精密測量儀器儀表和現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中，經(jīng)常把集成電壓基準(zhǔn)源作為系統(tǒng)測量和校準(zhǔn)的基準(zhǔn)。鑒于此，國外許多模擬集成電路制造廠商相繼推出許多種類的高精度集成電壓基準(zhǔn)產(chǎn)品。隨著電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進一步復(fù)雜化，對模擬電路基本模塊提出了更高的精度和速度要求，這樣也就意味著系統(tǒng)對其中的基準(zhǔn)電壓源模塊提出了更高的要求。

本論文在分析研究寬電壓源、高精度、低溫度系數(shù)集成電壓基準(zhǔn)源的電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探索設(shè)計出一種輸出電壓為2.5V的最佳的電路結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)電路寬電源電壓范圍（3V～36V）、低溫度漂移系數(shù)（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的設(shè)計指標(biāo)。

2.寬電源電壓集成電壓基準(zhǔn)源設(shè)計

2.1 傳統(tǒng)的帶隙基準(zhǔn)源[5][6]

基準(zhǔn)電壓源經(jīng)歷了電阻分壓式基準(zhǔn)電壓源、PN結(jié)基準(zhǔn)電壓源、擊穿二極管基準(zhǔn)電壓源、自偏置電路電壓源的發(fā)展。以上各種基準(zhǔn)電壓源中，電阻或有源器件直接分壓形成的基準(zhǔn)不能獨立于電源，精度非常低。

1971年，Robert Widlar提出了一種帶隙參考電壓源技術(shù)。該技術(shù)可得到一種不依賴電源并幾乎與溫度無關(guān)的獨立基準(zhǔn)，可在低電源電壓下工作，并與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容這些優(yōu)點使其獲得了廣泛的研究和應(yīng)用，也是本次設(shè)計采用的技術(shù)。圖1是帶隙基準(zhǔn)電源的基本原理圖。

利用熱電壓VT的正溫度系數(shù)與雙極型晶體管的基極-發(fā)射極電壓VBE的負溫度系數(shù)相互補償，以減小溫度漂移。其中VBE的溫度系數(shù)在室溫時大約-2mV/℃；而熱電壓VT=KT/q，其溫度系數(shù)在室溫下大約為+0.085mV/℃。將電壓VT乘以常數(shù)K以后與電壓VBE相加，便可得到輸出電壓VREF為：

即理論值K≈23.26，它使得帶隙基準(zhǔn)電壓的溫度系數(shù)值在理論上為零。由于VT與電源電壓無關(guān)，而VBE受電源電壓變化的影響很小，故VREF受電源電壓的影響也很小。

帶隙基準(zhǔn)電壓源經(jīng)歷了從Widlar帶隙基準(zhǔn)電壓源、Brokaw帶隙基準(zhǔn)電壓源、傳統(tǒng)典型的帶隙基準(zhǔn)電壓源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的帶隙基準(zhǔn)電壓源、CMOS帶隙電壓基準(zhǔn)源電路的發(fā)展，能夠輸出比較精確的電壓，但其電源電壓高，其基準(zhǔn)輸出范圍及各項性能有限，故要得到高精度低漂移的寬電源電壓集成電壓基準(zhǔn)源，就必須對以上電路在結(jié)構(gòu)上進行改進和提高。

2.2 寬電源電壓集成電壓基準(zhǔn)源的設(shè)計

圖2所示為帶隙基準(zhǔn)電壓源電路基本結(jié)構(gòu)框圖，它主要由五部分組成[7]：

1）帶隙電壓內(nèi)部環(huán)路—主要功能是產(chǎn)生帶隙電壓。

2）運算放大器—使帶隙電壓內(nèi)部環(huán)路中兩個需要具有相同電壓的點穩(wěn)定在相同的電壓。

3）輸出級—用來產(chǎn)生最終的帶隙基準(zhǔn)參考電壓和電流。

4）啟動電路—主要功能是確保電路在上電的時候能夠進入正常的工作狀態(tài)。

5）偏置電路—為運算放大器的工作提供偏置電流。

本文所涉電路采用6μm標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝實現(xiàn)，實現(xiàn)了一種基于曲率補償，具有高穩(wěn)定性的帶隙基準(zhǔn)電路。本文在分析比較各種基準(zhǔn)電壓源性能的前提下，最終選擇了以基于PTAT（與絕對溫度成正比）改進的帶隙基準(zhǔn)源電路作為設(shè)計的基礎(chǔ)，并對其原理進行了詳細的分析。為了進一步提高基準(zhǔn)電壓源的性能，在深入研究溫度和電源電壓的變化對帶隙基準(zhǔn)電路穩(wěn)定性影響的基礎(chǔ)上，指出基極一發(fā)射極電壓與溫度的非線性關(guān)系是造成基準(zhǔn)不穩(wěn)定的主要原因，針對這種情況，采用了環(huán)路補償方法來進行高階溫度補償：利用環(huán)路補償電流（INL）的非線性特性去補償基射結(jié)電壓（VBE）的非線性。并且將補償電流（INL）和與絕對溫度成正比的電流（IPTAT）直接相加實現(xiàn)了很好的補償。不僅結(jié)構(gòu)簡單還獲得了較好的溫度系數(shù)。另外，對所采用的運算放大器、啟動電路和溫度保護電路也進行了研究，并設(shè)計了優(yōu)化合理的電路結(jié)構(gòu)。分塊對帶隙基準(zhǔn)核心電路、曲率補償電路、運算放大器電路、偏置電路、啟動電路進行設(shè)計并仿真。所設(shè)計的整體電路圖如圖3所示。

其中（a）為帶隙基準(zhǔn)核心電路，（b）為運算放大器電路，（c）為曲率補償電路，（d）為偏置電路，（e）為啟動電路，（f）為輸出級。

3.仿真結(jié)果及分析

在Cadence設(shè)計平臺下的Spectre仿真器中基于6μm標(biāo)準(zhǔn)雙極型工藝模型對電路進行了仿真。得到電路的直流電壓特性曲線、溫度特性曲線、電源電壓抑制比曲線、負載調(diào)整率曲線、噪聲特性曲線、啟動時間曲線，如同4所示。

4.結(jié)論

本文通過對帶隙基準(zhǔn)電壓源深入的理論研究，完成了全雙極性帶隙基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計，該基準(zhǔn)電壓源基于雙極型工藝，通過Spectre驗證，溫度系數(shù)僅為6ppm/℃，并具有78?V/V的電源電壓調(diào)整率以及高達78dB的交流PSRR，高精度，低噪聲和驅(qū)動能力強等特性。其中各項設(shè)計指標(biāo)完全達到預(yù)期要求，具有一定的優(yōu)點和實用價值。

參考文獻

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第8篇：偏置電路設(shè)計范文

關(guān)鍵詞： 帶通濾波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析

中圖分類號： TN911?34 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）10?0024?03

0 引 言

帶通濾波器是一種僅允許特定頻率通過，同時對其余頻率的信號進行有效抑制的電路。由于它對信號具有選擇性，故而被廣泛地應(yīng)用現(xiàn)在電子設(shè)計中。但是，帶通濾波器的種類繁多，各個類型的設(shè)計差異也很大，這就導(dǎo)致了在傳統(tǒng)濾波器的設(shè)計方法中不可避免地要進行大量的理論計算與分析，不但損失了寶貴的時間，同時也提升了電路的設(shè)計門檻[1]。為了解決上述弊端，本文介紹了一種使用FilterPro和Proteus相結(jié)合的有源帶通濾波器的設(shè)計方案，隨著EDA技術(shù)的不斷發(fā)展，這種方法的優(yōu)勢也將越來越明顯。

1 帶通濾波器設(shè)計工具簡介

1.1 濾波器設(shè)計軟件FilterPro

FilterPro是美國TI（德州儀器）公司推出的一款優(yōu)秀的濾波器設(shè)計軟件，它支持低通、高通、帶通以及全通濾波器的設(shè)計，同時也支持常見的貝塞爾、巴特沃斯以及切比雪夫響應(yīng)類型。設(shè)計人員只需要根據(jù)濾波器的設(shè)計向?qū)О床烤桶嗟赝逻M行，就可以得到符合要求的濾波器電路，同時還可以得到與之相對應(yīng)的響應(yīng)曲線。但是有一點需要注意：這款軟件的計算結(jié)果是一個連續(xù)域的計算結(jié)果，只有當(dāng)使用的運算放大器是絕對理想的運放時才能得到與所給響應(yīng)曲線完全吻合的響應(yīng)結(jié)果，但這并不影響我們使用它進行濾波器的設(shè)計。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真軟件對電路進行仿真分析和調(diào)整，這就可以設(shè)計出性能穩(wěn)定的濾波器電路[2]。

1.2 電路仿真軟件Proteus

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司開發(fā)的一款功能強大的EDA軟件，它自身集成了豐富的元件庫，更具有其他軟件無法與之相媲美的單片機仿真功能，使得它被廣大單片機設(shè)計人員所熟知。其實Proteus在模擬電子的設(shè)計與仿真中做的同樣出色，只不過對它在這方面的介紹較少。

4 結(jié) 語

本文介紹的這種帶通濾波器的設(shè)計方法具有很強的通用性。實踐表明，該方法不但可以避免一些復(fù)雜的理論計算和分析，同時通過仿真還可以直觀的檢驗電路的輸入和輸出，進而使得濾波器的性能更加的穩(wěn)定。另外，使用EDA軟件進行電路設(shè)計和仿真測試也可以有效地降低設(shè)計難度和設(shè)計成本，這種設(shè)計方法也為濾波器的設(shè)計提供了一種新的設(shè)計思路。

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（下轉(zhuǎn)第30頁）

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第9篇：偏置電路設(shè)計范文

    USB2.0(通用串行總線)已經(jīng)成為PC外設(shè)接口標(biāo)準(zhǔn)。但USB2.0接口芯片技術(shù)只被Intel,Philips等少數(shù)國外大型半導(dǎo)體廠商占有,在國內(nèi)還是空白。無論從市場需求,還是從促進我國芯片設(shè)計能力來說,開發(fā)具有我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的USB2.0接口芯片都是非常迫切的一個問題。

    接口芯片中高速(480Mbps)及模擬電路部分是設(shè)計的難點所在,本論文首次引入基于數(shù)字的模擬化設(shè)計技術(shù)(DBA),并成功應(yīng)用到發(fā)送器電路、數(shù)據(jù)恢復(fù)電路、時鐘發(fā)生電路(DLL)等關(guān)鍵模塊的設(shè)計之中。 DBA技術(shù)的核心在于:將數(shù)字電路設(shè)計的思想滲透到模擬、混合信號電路設(shè)計中,使用數(shù)字算法將盡可能多的電路設(shè)計放在數(shù)字一邊。由于采用了數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)模擬電路部分的功能,因此這種全新的設(shè)計方法可以避免模擬、混合信號電路中參數(shù)調(diào)整和工藝控制的難點,提高電路設(shè)計精度和穩(wěn)定性,并降低噪音影響,是一個好的解決方案。

    在發(fā)送器電路的設(shè)計中,論文在同一結(jié)構(gòu)電路中兼容高速和全速兩種模式,不僅降低了芯片設(shè)計復(fù)雜度,而且減少了芯片引腳處的額外電容及芯片面積;在接收器電路的設(shè)計中,論文采用了經(jīng)優(yōu)化的新型拓撲結(jié)構(gòu),提高了數(shù)據(jù)采樣和接收精度;在數(shù)據(jù)恢復(fù)電路中,論文提出了新穎的基于5-倍DLL-過采樣的數(shù)字算法和查找表技術(shù),可省去繁雜的時鐘恢復(fù)過程,同時提高了高速數(shù)據(jù)信號對相位偏移(skew)和抖動(jitter)的容忍度。

    基于TSMC0.25um CMOS混合信號工藝,用于功能外設(shè)的USB2.0接口芯片采用自頂向下的設(shè)計方法。芯片的核心組成部分,即發(fā)送器、接收器電路以及能隙基準(zhǔn)電壓源已經(jīng)在上海集成電路產(chǎn)業(yè)化基地參加MPW流片,測試結(jié)果表明:在正確的基準(zhǔn)電壓偏置下,芯片發(fā)送、接收功能參數(shù)指標(biāo)符合USB2.0協(xié)議要求。 另外,Link層中新型數(shù)據(jù)處理電路、“PLL+DLL”結(jié)構(gòu)的五相高精度等間距時鐘產(chǎn)生電路也在相應(yīng)的后仿真結(jié)果中得到成功驗證