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三种不同的智能手机方案(2005-12-02 08:28:00)
摘要：在智能手机中采用何种集成程度的器件将对系统的成本、性能、外形尺寸以及开发周期等产生影响。本文详细分析三种不同集成程度的方案，阐述了它们各自的优缺点和适用场合，为设计方案的选择提供了实用的分析思路。
手机设计工程师目前所要面对的关键问题之一是：应用处理器和调制解调器要集成到什么程度，才能更好地为市场营销目标服务。为更有效地满足OEM的需求，手机系统设计工程师是应该采用分离元件呢，还是采用系统级芯片？
对这个问题的回答非常重要，因为在这一层面上对设计方向的选择将影响很多技术及竞争变数，这些变数决定了在市场上取得成功的关键因素-系统成本、硬件外形尺寸、上市时间、对不同无线标准的适应性、功耗以及整体性能。在设计过程的早期选择最佳的方法有助于使OEM成为市场的领导者，而不是跟随者。
尽管这个问题很重要，但它并没有一个确切的答案。目前市场上每种集成程度的方案都具有其自身的优点和缺点，OEM必须对这些不同方案内在的折衷进行权衡，以选择一个最能满足他们设计和营销目标的集成程度。
当前的三种可选方案
目前有三种不同集成程度的方案可供手机设计工程师选择。它们分别是：
方案一：应用处理器和调制解调器分离。设计手机的传统方法是采用独立的应用处理器和调制解调器，每种器件也许包含若干个处理内核。例如，在应用处理器里面有一个RISC内核(如ARM9或ARM11)用于实现高中断命令、控制以及用户接口的功能，还有一个DSP(如TI的TMS320C55 DSP器件)用于进行高度重复、数学运算量大的音频和视频处理。同样，调制解调器可以通过ARM以很高的效率来处理协议栈第二层和第三层，而协议栈第一层则由DSP来处理。
无论器件采用什么架构，它们都是完全独立的，这使系统设计工程师能够尽量提高系统的灵活性和性能。因为相同应用处理器可以用于不同的调制解调器技术和空中接口标准(GSM/GPRS、EDGE、UMTS和CDMA)，所以这种配置提供了最大的灵活性。此外，它还允许OEM选择不同的应用处理器和调制解调器供应商。
这种方案能获得最高系统性能是由于应用处理器可以使用专用资源(存储器和总线)，以及在没有调制解调器带来的功率约束下采用最新的工艺技术。然而与此同时，这种方法使设计工程师面临的工作复杂化，因为他们必须集成分离的硬件元件，并且要开发和整合使应用处......
PCB电路版图设计的常见问题(2005-11-26 16:09:00)
摘要：
什么是零件封装，它和零件有什么区别？
(1)零件封装是指实际零件焊接到电路板时所指示的外观和焊点位置。
(2)零件封装只是零件的外观和焊点位置，纯粹的零件封装仅仅是空间的概念，因此不同的零件可以共用同一个零件封装；另一方面，同种零件也可以有不同的封装，如RES2代表电阻，它的封装形式有AXAIL0.4 、AXAIL0.3 、AXAIL0.6等等，所以在取用焊接零件时，不仅要知道零件名称还要知道零件的封装。
(3) 零件的封装可以在设计电路图时指定，也可以在引进网络表时指定。设计电路图时，可以在零件属性对话框中的Footprint设置项内指定，也可以在引进网络表时也可以指定零件封装。
导线、飞线和网络有什么区别？
导线也称铜膜走线，简称导线，用于连接各个焊点，是印刷电路板最重要的部分，印刷电路板设计都是围绕如何布置导线来进行的。
与导线有关的另外一种线，常称之为飞线也称预拉线。飞线是在引入网络表后，系统根据规则生成的，用来指引布线的一种连线。
飞线与导线是有本质的区别的。飞线只是一种形式上的连线，它只是形式上表示出各个焊点间的连接关系，没有电气的连接意义。导线则是根据飞线指示的焊点间连接关系布置的，具有电气连接意义的连接线路。
网络和导线是有所不同的，网络上还包括焊点，因此在提到网络时不仅指导线而且还包括和导线相连的焊点。
内层和中间层有什么区别？
中间层和内层是两个容易混淆的概念。中间层是指用于布线的中间板层，该层中布的是导线；内层是指电源层或地线层，该层一般情况下不布线，它是由整片铜膜构成。
什么是内部网络表和外部网络表，两者有什么区别？
网络表有外部网络表和内部网络表之分。外部网络表指引入的网络表，即Sch或者其他原理图设计软件生成的原理图网络表；内部网络表是根据引入的外部网络表，经过修改后，被PCB系统内部用于布线的网络表。严格的来说，这两种网络表是完全不同的概念，但读者可以不必严格区分。
网络表管理器有什么作用？
答：第一，引入网络表，这种网络表的引入过程实际上是将原理图设计的数据加载到印刷电路板设计系统PCB的过程。PCB设计系统中......
PCB设计经验总结(2005-11-26 16:08:00)
摘要：事先说明一下，下面的文字有我COPY别人的也有我自己写的，请大家补充。
布局:
总体思想：在符合产品电气以及机械结构要求的基础上考虑整体美观，在一个PCB板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序。
1．印制板尺寸必须与加工图纸尺寸相符，符合PCB制造工艺要求，放置MARK点。
2．元件在二维、三维空间上有无冲突？
3．元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？
4．需经常更换的元件能否方便的更换？插件板插入设备是否方便？
5．热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？
6．调整可调元件是否方便？
7．在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流是否通畅？
8．信号流程是否顺畅且互连最短？
9．插头、插座等与机械设计是否矛盾？
10．蜂鸣器远离柱形电感，避免干扰声音失真。
11．速度较快的器件如SRAM要尽量的离CPU近。
12．由相同电源供电的器件尽量放在一起。
布线：
1．走线要有合理的走向：如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等...，它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，避免环形走线。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
2．选择好接地点：一般情况下要求共点地，数字地与模拟地在电源输入电容处相连。
3．合理布置电源滤波/退耦电容：布置这些电容就应尽量靠近这些元部件，离得太远就没有作用了。在贴片器件的退耦电容最好在布在板子另一面的器件肚子位置，电源和地要先过电容，再进芯片。
4．线条有讲究：有条件做宽的线决不做细；高压及高频线应园滑，不得有尖锐的倒角，拐弯也不得采用直角，一般采用135度角。地线应尽量宽，最好使用大面积敷铜，这对接地点问题有相当大的改善。 设计中应尽量减少过线孔，减少并行的线条密度。
5．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＞电源线......
射频电路PCB设计(2005-11-26 15:58:00)
摘要：随着通信技术的发展，手持无线射频电路技术运用越来越广，如：无线寻呼机、手机、无线PDA等，其中的射频电路的性能指标直接影响整个产品的质量。这些掌上产品的一个最大特点就是小型化，而小型化意味着元器件的密度很大，这使得元器件（包括SMD、SMC、裸片等）的相互干扰十分突出。电磁干扰信号如果处理不当，可能造成整个电路系统的无法正常工作，因此，如何防止和抑制电磁干扰，提高电磁兼容性，就成为设计射频电路PCB时的一个非常重要的课题。同一电路，不同的PCB设计结构，其性能指标会相差很大。本讨论采用Protel99 SE软件进行掌上产品的射频电路PCB设计时，如果最大限度地实现电路的性能指标，以达到电磁兼容要求。
1 板材的选择
印刷电路板的基材包括有机类与无机类两大类。基材中最重要的性能是介电常数εr、耗散因子（或称介质损耗）tanδ、热膨胀系数CET和吸湿率。其中εr影响电路阻抗及信号传输速率。对于高频电路，介电常数公差是首要考虑的更关键因素，应选择介电常数公差小的基材。
2 PCB设计流程
由于Protel99 SE软件的使用与Protel 98等软件不同，因此，首先简要讨论采用Protel99 SE软件进行PCB设计的流程。
①由于Protel99 SE采用的是工程（PROJECT）数据库模式管理，在Windows 99下是隐含的，所以应先键立1个数据库文件用于管理所设计的电路原理图与PCB版图。
②原理图的设计。为了可以实现网络连接，在进行原理设计之间，所用到的元器件都必须在元器件库中存在，否则，应在SCHLIB中做出所需的元器件并存入库文件中。然后，只需从元器件库中调用所需的元器件，并根据所设计的电路图进行连接即可。
③原理图设计完成后，可形成一个网络表以备进行PCB设计时使用。
④PCB的设计。a.PCB外形及尺寸的确定。根据所设计的PCB在产品的位置、空间的大小、形状以及与其它部件的配合来确定PCB的外形与尺寸。在MECHANICAL LAYER层用PLACE TRACK命令画出PCB的外形。b.根据SMT的要求，在PCB上制作定位孔、视眼、参考点等。c.元器件的制作。假如需要使用一些元器件库中不存在的特殊元器件，则在布局之前......
基于USB 2.0的高速数据采集卡在虚拟仪器中的应用(2005-11-26 15:49:00)
摘要：
摘 要：本文详细介绍了应用于虚拟仪器的、基于USB 2.0的高速数据采集卡的硬件组成和软件设计。克服了传统数据采集卡的局限，使得虚拟仪器的使用越来越快捷方便。
引言
虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面均具有明显的技术优势。
本文将着重介绍一种新型优良的下位机—基于USB2.0的高速数据采集卡在虚拟仪器中的应用。
图1 虚拟仪器的硬件系统
图2 USB接口示意图
图3 应用程序软件流程图
虚拟仪器的硬件组成
虚拟仪器的硬件系统的硬件组成如图1所示。
本文重点分析的下位机即智能A/D，是虚拟仪器硬件设备中的关键环节。下位机通过特定接口接受来自上位机的指令并向上位机提供自身所处的状态：在收到采集指令后，对传感器发送的模拟电信号进行A/D采样以转化为数字信号，然后将数字信号通过USB接口传给上位机。
本系统的下位机支持2个通道的传感器信号进行A/D转换，其最高采样效率为120MHz，采样转换精度为8位，系统采用了一个内含先进先出(FIFO)内存的USB2.0控制芯片，该内存用于存放A/D转换后的数据，使用FIFO可以有效地缓冲采集数据，减少频繁的指令传送，使上位机有更多的时间进行其他处理，并且不容易丢失数据。该下位机可以编程控制采集频率和采样增益，具有较大的灵活性。
基于USB2.0的高速
数据采集卡
硬件系统
虚拟仪器硬件的核心部分是USB设备接口模块，其功能是由硬件和软件共同来完成的。USB接口示意图如图2所示。下面介绍一下主要功能模块器件的选择和功用。
ADC的选择
本设计中选用了AD9059。该器件是8位单片双通道ADC，具有高速、高性能、低功耗及易使用等特性，60MSPS的编码速率和120MHz的最大功率模拟带宽使其在多路数据采样系统中表现出优秀的动态性能。大部分情况下，AD9059仅需要一个单极性的5V电源和一个编码时钟即能正......
DRAM与 SRAM(2005-11-26 15:35:00)
摘要：DRAM，动态随机存取存储器，需要不断的刷新，才能保存数据。
而且是行列地址复用的，许多都有页模式。
SRAM，静态的随机存取存储器，加电情况下，不需要刷新，数据
不会丢失，而且，一般不是行列地址复用的。
SDRAM，同步的DRAM，即数据的读写需要时钟来同步。
DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大。
但是读写速度不如SRAM，
但是现在，SDRAM的速度也已经很快了，时钟好像已经有
150兆的了。那么就是读写周期小于10ns了。
DRAM，动态随机存取存储器，需要不断的刷新，才能保存数据。
: 而且是行列地址复用的，许多都有页模式。
: SRAM，静态的随机存取存储器，加电情况下，不需要刷新，数据
: 不会丢失，而且，一般不是行列地址复用的。
: SDRAM，同步的DRAM，即数据的读写需要时钟来同步。
: DRAM和SDRAM由于实现工艺问题，容量较SRAM大。
主要是存储单元结构不同导致了容量的不同。一个DRAM存储单元大约需要
一个晶体管和一个电容（不包括行读出放大器等），而一个SRAM存储单元
大约需要六个晶体管。
: 但是读写速度不如SRAM，
: 但是现在，SDRAM的速度也已经很快了，时钟好像已经有
: 150兆的了。那么就是读写周期小于10ns了。
SDRAM虽然工作频率高，但是实际吞吐率要打折扣。以PC133为例，它的
时钟周期是7.5ns，当CAS latency=2 时，它需要12个周期完成8个突发
读操作，10个周期完成8个突发写操作。不过，如果以交替方式访问Bank，
SDRAM可以在每个周期完成一个读写操作（当然除去刷新操作）。
发信人: frankrick (garfield), 信区: Circuit
【 在 dchli (To be is to do!) 的大作中提到: 】
: 三者有什么区别？
: 什么时间用DRAM？
: 什么时间用SRAM？
: 什么时间用SDRAM？
其实......
RAM(2005-11-26 15:31:00)
摘要：内存即随机存贮器RAM（Random Access Memory）。其大致可分为静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种，我们经常说的“系统内存”（也是最常见到的）是指后者－DRAM,而SRAM大家却很少接触。
SRAM其实是一非常种重要的内存，它的用途广泛，被应用在各个领域。SRAM的速度非常快，在快速读取和刷新时能够保持数据完整性。SRAM内部采用的是双稳态电路的形式来存储数据，为了实现这种结构，SRAM的电路结构非常复杂，往往要采用大量的晶体管来构造寄存器以保留数据。但采用大量的晶体管就需要大量的硅，这在无形之中就增加了制造成本。制造相同容量的SRAM比DRAM的成本贵许多。正因为如此，才使其发展受到了严重的限制，因此，目前SRAM基本上只用于CPU内部的一级缓存以及内置的二级缓存，仅有少量的网络服务器以及路由器上能够使用SRAM，至于我们普通大众吗，除了CPU之中的SRAM，基本上是无缘与SRAM见面了，等Rambus吧。
......
单片机系统的优化设计（续）(2005-11-19 15:40:00)
摘要：
2．1．2．2 元器件指标的变化
元器件指标的一般都受元器件的温度变化影响，其中对于早期元器件的影响更大。这里仅仅以LM324、OP07、7650等运放为例进行说明，实际上温度变化同样对电阻、电容、电感等无源元件有很大影响。
对于运放，温度变化最明显的影响是对输入失调电压和输入失调电流的影响，增加误差；当电路不对称时，温度变化可以通过对输入偏置电流影响，造成新的误差。
从表2-2中可以看出，在环境温度25℃时，LM324的输入失调电压为2mV（典型值），输入失调电压温飘为7uV/℃；输入失调电流为5nA（典型值），输入失调电流温飘为7pA/℃；输入偏置电流为40nA（典型值），输入偏置电流温飘为50pA/℃。
若用LM324放大100mV信号时，若采用差分电路，输入电阻10KΩ，工作温度范围为10～30℃时，由于电路对称，可以消除输入偏置电流温飘的影响。为了降低温度造成的影响，可以采用中间温度调零办法，这样温度就将温度的变化范围减小了一半，这时的误差可以估算如下：
输入失调电压误差= 7uV/℃ × 10℃ = 70uV
输入失调电流温飘误差= 7pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 0.7uV
合计误差=70.7uV
相对误差= (70.7uV / 100mV) × 100% = 0.071%
若输入信号降低为40mV时，相对误差增加到0.18%，若输入信号降低为10mV时，相对误差增加到0.71%。
若电路采用单端同相放大，而且反相端接地时，会增加输入偏置电流温飘引起的误差，这个误差= 50pA/℃ ×10KΩ × 10℃ = 5uV。这时的总误差=75.7uV，相对误差= (75.7uV / 100mV) × 100% = 0.076%。
以上计算可以知道，LM324可以用于放大40mV以上的直流信号。
实际上，温度变化还会影响其它参数，例如开环增益等，只是由于运放工作在深度负反馈方式，影响较小罢了。
另外运放手册上给出的指标都是最理想的指标，实际元器件的指标会大打折扣，例如输入失调电压一般是5mV以上，其它指标也会相应的打折扣。
表2-2 LM324运放的直流参数(+5VDC,......
单片机系统的优化设计（续）(2005-11-19 15:39:00)
摘要：2．1．2 器件的实际工作范围
（为简化讨论起见，这里仅仅考虑温度对元器件的影响，不考虑实际环境纬度、大气压、湿度和盐度等等的变化对元器件的影响。）
2．1．2．1 元器件的实际可以工作范围
器件的实际工作范围包含两层含义，一层是指实际的工作温度范围，另一层是指在实际的工作温度范围内，元器件指标的变化。
实际的电路，必然工作在一定的环境中。使用环境的受地球一年四季气候变化的影响，还受安装位置的影响。例如工作在室外，若在东北地区，冬季最低环境温度可以达到-30℃以下，而在夏季最高环境温度可以达到40℃以上；若在南方地区，冬季最低环境温度可以达到0℃以下，而在夏季太阳直射下最高环境温度可以达到60℃以上。即使是在实验室中，也存在一定的温度变化范围，一般在20～25℃的变化。
元器件的实际工作温度范围还受元器件实际功耗、元器件的封装热阻、环境散热能力影响。
在实际电路中，元器件必然会有一定的功耗，实际功耗的大小与电路设计有很大关系。元器件的工作频率较高、输出负载较重、电源电压较高时，元器件的功耗将大大增加。以某厂家生产的FPGA为例，当空载时，功耗仅仅几十mW；当部分电路工作在100MHz，而且部分输出电路带有负载后，芯片的功耗立即上升到1W以上，功耗上升数十倍。
元器件的功耗自然转化为元器件的发热，这些热量需要通过一定的途径散发到自然环境中。这个途径一般可以简化为芯片内部发热节点到芯片的晶片表面、芯片的晶片表面到芯片的封装外表面、芯片的封装外表面到散热器、散热器到机箱内空气、机箱内空气到自然环境的热传导过程。这个途径中的每个环节内部和每个环节之间，需要存在一定的温度梯度才能实现热量的传递。这个温度梯度可以看作是热传导的阻力，简称为热阻。由于热阻的存在，使得芯片的热量不能快速的散发出去，造成芯片内核的温度远远高于环境温度，大大劣化了芯片的工作环境。合理选用适当的封装、增加散热片、增加空气流动速度都有利于降低热阻。例如对于常用的LDO稳压器SPX1117（兼容LM1117）的热阻见表2-1。
从表2-1（SPX1117（兼容LM1117）的热阻表）可以看出，在不加散热器时，TO-220封装的SPX1117直接到环境的热阻是60℃/W，这说明SPX1117每1W功耗会导致芯片内核温度升高60℃。
若电路中，......
单片机系统的优化设计(2005-11-19 15:38:00)
摘要：前 言
由于当今单片机集成度大大提高，一个单片机内部一般集成了算术逻辑计算单元、寄存器堆、振荡器、多个定时计数器、内部总线、IO单元、异步通讯口（UART）、容量不大的静态存储器和一定容量的程序存储器，部分单片机内部甚至集成了E２PROM、I2C接口、SPI接口、ISP／JTAG接口、8～12位AD转换器、PWM接口等等。因此现在的单片机只需要很少的外围器件，就可以独立完成一定的任务，不需要象以前的Z80－CPU那样，需要扩展大量的外围器件。这种以单片机为核心，扩展少量外围器件的单片机系统称为单片机最小系统。由于单片机最小系统具有运用灵活、体积小、成本低的特点，得到广泛的应用，不论在冰箱、空调、汽车或是其它地方。
由于技术的进步，单片机编程语言由汇编语言过渡到Ｃ语言，单片机编程的难度大大降低；同时，单片机调试和仿真环境也由最初的手工翻译的机器码（这里需要感谢原来的启东计算机厂，是它推动了单片机技术在中国最初的普及，虽然该厂的产品现在已经被淘汰了），进步为Ｃ语言与汇编程序直接仿真调试、自动发现语法错误.....这样，单片机系统设计的门槛降到很低的程度，现在从理论上说，学过电子技术的人几乎都可以做单片机系统的设计，这可以从大学生找工作的应聘资料中可以得到证实。
实际上，单片机程序的设计、仿真调试只是单片机系统的设计一部分，单片机系统的优化设计才是单片机系统的设计的核心和难点。由于很多人没有认识到这个问题，导致了单片机系统不能工作、或是工作不稳定、成本过高等问题。
单片机系统的优化设计包括单片机系统硬件的优化设计和单片机系统软件的优化设计。本文以最普通的AT89S52组成的最小系统为例，说明如何进行优化设计。
本文将尽可能用最通俗的语言进行描述，避免数学公式的推导，便于读者理解。有关精确的计算方法，详见参考文献。[1][2]
1．单片机最小系统的组成：
本文中，单片机最小系统由CPU（AT89S52）、复位电路、串行E２PROM、AD转换器、铂电阻温度传感器和放大器、控制输出、RS485接口、以及电源组成，见图1-1。
温度传感器 ＡＤ转换器 ＣＰＵ 控制输出 &nbs......