模拟工程师口袋参考书优化)资料.pdf

3 Kevin Duke Rafael Ordonez John Caldwell Collin Wells Ian Williams Thomas Kuehl 模拟工程师口袋参考书 第四版 第四版 Art Kay和Tim Green 特别感谢以下人员提供的技术支持和审查工作： ©Copyright 2014，2015 德州仪器 (TI) 公司版权所有 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 4 编者的话 这本口袋参考书是常用板级和系统级设计公式的实用快速指南 收集的 这些公式是基于50多年的模拟板级和系统级专业知识 数年间， 通过参 考和查阅一个装满打印文件的文件夹， 我们汇总整理了这本口袋参考书 中的大部分材料 这些磨损严重的纸张已经被精心整理， 而这部指南中 提供的信息也都装订成册， 不会再轻易遗失了 以下是所包含的主要领域的简要概述： • 关键常数与换算 • 分立元件 • AC和DC模拟方程式 • 运算放大器基本配置 • 运算放大器带宽和稳定性 • 传感器概述 • PCB传输线R， L， C • 导线R， L， C • 二进制、 十六进制、 十进制格式 • A/D和D/A转换 我们希望这些收集的公式对您同样有用。

请将您对于下一版模拟工程师 口袋参考书的意见和/或想法发至artkay_timgreen@ 其它资源： • 浏览TI Precision Lab ( 为模拟工程 师准备的综合培训课程， 将原理应用到实际环境、 动手示例中 • 在TI Designs—高精度参考设计库中搜索全部板级和系统级电路 ( • 在PrecisionHub中阅读TI高精度模拟专家撰写的指导博客 ( • 在德州仪器技术支持社区中寻找解决方案、 获得 帮助、 并与同行工程师和TI专家们分享知识、 解决问题 ( ) 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 5 目录 换算7 物理常数8 标准十进制前缀.9 公制换算9 温度换算10 误差换算 （ppm和百分比） 10 分立元件11 电阻器色标.12 标准电阻器值13 实际电容器模型和技术规格14 实际电容器与频率之间的关系.15 电容器类型概述16 标准电容值.17 电容值标记与公差.17 二极管与LED18 模拟.19 电容器方程式 （串联、 并联、 电荷、 能量） 20 电感器方程式 （串联、 并联、 能量） 21 电容器充电与放电23 RMS与平均电压定义24 RMS与平均电压示例24 对数数学定义.27 dB定义.28 对数尺度29 极点与零点定义和示例.30 相移时间34 放大器.35 基本运算放大器配置36 运算放大器带宽41 满功率带宽.42 小信号阶跃响应43 噪声方程式44 相位裕量48 稳定性开环SPICE分析.50 仪表放大器滤波器53 PCB和导线55 PCB导体间距.56 内层PCB传输线的自发热.57 1oz和2oz纯铜的PCB传输线阻抗.58 封装类型和尺寸60 PCB平行电路板电容61 PCB微带线电容和电感.62 PCB邻近铜传输线电容.63 PCB过孔电容和电感64 普通同轴电缆技术规格.65 同轴电缆方程式.66 不同类型导线 (AWG) 单位长度电阻.67 不同类型导线的最大电流.68 传感器.69 温度传感器概述.70 热敏电阻71 电阻式温度检测器 (RTD)72 二极管温度特性74 热电偶 （J和K） .76 A/D转换81 二进制/十六进制换算.83 A/D和D/A转换函数 （LSB， 数据格式， FSR） .84 量化误差90 信噪比 (SNR)91 总谐波失真 (THD)92 信噪比与失真 (SINAD).94 有效位数 (ENOB).94 无噪声分辨率与有效分辨率.95 建立时间 （原文为setting time） 与换算精度.95 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 10 �� � 5 9 ��F � �2� �F � 9 5 ���� � �2 � � �� � 2��.15 �� � � � 2��.15 : Error�%� � �easured � Ideal Ideal � 100 Error�% FSR� � �easured � Ideal Full‐scale range � 100 % � ppm 10� � 100 m% � ppm 10� � 100 � 1000 ppm � % � 10� ppm � m% � 10 Error % 0.12VV 0.1V Error % FSR V 5V 10 ppm 10 10 ppm 10 换算 表5： 温度换算 华氏度到摄氏度 测得值的误差 摄氏度到华氏度 误差占满量程范围的百分比 摄氏度到开 百万分率转换为百分比 开到摄氏度 百万分率转换为千分比 百分比转换为百万分率 千分比转换为百万分率 表6： 误差换算 示例 当理想值为0.1V，范围为5V时，计算0.12V测量值的误差。

答案 示例 将10ppm转换为百分比和千分比 答案 测量值的误差 百万分率转换为百分比 占FSR的百分比 百万分率转换为千分比 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 21 L�� L�� L�� �� L� L�� 1 1 L� � 1 L� � �� 1 L� L�� L�L� L�� L� v � L di dt � � 1 2 LI� dt (12) Energy stored in an inductor 模拟 电感方程式 （8） 串联电感器 （9） 并联电感器 （10） 2个并联电感器 （11） 1个电感器上的瞬时电压 在这里 在这里 在这里 Lt = 等效总电感 L1， L2， L3…LN = 元件电感 v = 电感器上的瞬时电压 L = 以亨利为单位的电感值 (H) E = 储存在电感器中的能量， 单位焦耳 (J) I = 以安培为单位的电流值 (A) L = 以亨利为单位的电感值 (H) 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 27 A B AB log ABAB log AA log log log log log log ln X exp x (27) Log of dividend (28) Log of product (29) Log of exponent (30) Changing the base of log function (31) Example changing to log base 2 (32) Natural log is log base e (33) Exponential function to 6 digits (34) Different notation for exponential function (35) Different notation for scientific notation, sometimes confused with exponential function 对数数学定义 替代表示法 模拟 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 28 V V P P 1 mW Measured Power Measured (W) A (V/V)A (dB) 0.001–60 0.01–40 0.1–20 10 1020 10040 1,00060 10,00080 100,000100 1,000,000120 10,000,000140 (36) Voltage gain in decibels (37) Power gain in decibels (38) Used for input or output power dB定义 模拟 波特图基础知识 定义 针对振幅或增益波特图的频率响应是电压增益随频率变化而产生的变化值。

这个变化值 在一个波特图上被指定出来， 这是一条频率与单位为dB （分贝） 的电压增益之间的关系 曲线 通常情况下， 波特图被绘制为半对数曲线， 频率在x轴上， 而对数尺度和增益在y轴 上， 线性刻度 频率响应的另外一半是相移与频率之间的关系， 绘制的是频率与相移度 数之间的关系 相位曲线图通常绘制为半对数曲线图， 频率在x轴上， 对数尺度、 相移在y 轴上， 线性刻度 滚降率是增益随频率的减少量 十倍频是频率十倍增加量或减少量（从10Hz至100Hz为 一个十进位） 倍频是频率加倍或减半 （从10Hz至20Hz就是一个倍频） 表15： 常见增益值和dB等效值表 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 30 100 80 60 40 20 0 fP 0.707*GV/V= –3 dB G (dB) 10M1M100k10k1k10010 10M1M100k10k1k100101 0° –5.7° fP 10 –45°fP –84.3°fPx 10 –90° +90 +45 0 –45 –90 波特图： 极点 模拟 实际 函数 直线近似值 -20/十倍频 频率（HZ） -45°十倍频 （度数） 时为 时为 时为 图14： 极点增益与相位 极点位置 = fP（截止频率） 振幅 (ffP) =-20dB/十倍频 相位 (f=fP) = -45° 相位 (0.1fPf10fP) = -90° 相位 (f0.1fP) = 0° 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 31 G V V G f f G V V G f f f f G j (39) As a complex number (40) Magnitude (41) Phase shift (42) Magnitude in dB 极点 （方程式） 模拟 在这里 GV = 以V/V为单位的电压增益 GdB = 以分贝为单位的电压增益 GDC = dc或低频电压增益 f = 频率， 单位Hz fP = 极点出现时的频率 θ= 从输入到输出的信号相移 j = 表示虚数或 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 32 80 60 40 20 0 G (dB) +90 +45 0 –45 –90 10M1M100k10k1k10010 10M1M100k10k1k100101 0° 5.7° fZ 10 +45°fZ +90° +3 dB 波特图 （零点） 模拟 实际 函数 直线近似值 +20dB/十倍频 fZx10时为84.3° +45° /十倍频 （度数） 时为 时为 图15： 零点增益与相位 零点位置 = fZ 振幅 (ffZ ) = +20dB/十倍频 相位 (f=fZ ) = +45° 相位 (0.1 fZf10 fZ) = +90° 相位 (f0.1fZ) = 0° 频率（HZ） 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 33 G�� V��� V�� � G���j� f f�� � �� G�� V��� V�� � G���� f f�� � � � � � ������ f f�� G��� �� ����G�� Where GV = voltage gain in V/V (43) As a complex number (44) Magnitude (45) Phase shift (46) Magnitude in dB 零点 （方程式） 模拟 在这里 GV = 以V/V为单位的电压增益 GdB = 以分贝为单位的电压增益 GDC = dc或低频电压增益 f = 频率， 单位Hz fP = 极点出现时的频率 θ= 从输入到输出的信号相移 j = 表示虚数或 德州仪器 (TI) 模拟工程师口袋参考书 38 V���� � R� R�� � ���V� N � V� N � �� V� N � VCC VEE RinRf VOUT VN V2 V1 R1 R2 RN 放大器 基本运算放大器配置 （继续） (。