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新生活

总算逃离了学校,开始自己谋生了。
2个星期前搬进了出租屋,三室一厅的合租房。我的卧室离2个室友远些,所以心里稍微自在一点。。
于是开始疯狂网购买东西。键盘,鼠标垫,插线板,书桌,衣架,晾衣架,锅碗瓢盆...最夸张的一天收了8个快递。

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在上一篇文章 PCB设计基础-常识篇 中,相信你已经对PCB设计有了初步的了解。这次我们来了解一个非常重要的知识——退耦技术

无论是设计数字电路还是模拟电路、高速电路还是精密电路,退耦技术都是保证电路性能的有力技术保障。不过想要深入地理解退耦的原理,还是比较痛苦的...我们先从导线的物理模型讲起。

导线不是导线

看起来有些分裂的一句话,不过往后看,相信会略微颠覆一些你的认知。

拿起一截铜线,它在你眼里有哪些参数呢?

我相信你第一个想到的是它的 电阻。没错,我也是这么想的。但是这是对于直流信号来说的最主要的参数。但对于交变电流,它的身份一下子复杂了几个维度。

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PCB(Printed Circuit Board),印刷电路板,是电子工程师最熟悉的事物之一了。PCB帮助工程师链接各个电子元器件与芯片,形成稳定可靠的电路结构。而设计PCB在一个电子工程师的任何阶段都是一门重大课题——毕竟技术也在不断地进步,新器件、新封装、新材料不断地出现,PCB设计、生产、测试技术也相应地在变化。

🐟想通过这一系列基础教程,讲解一下如何设计 具有优异电气性能 的PCB。当然,这个教程只是基础教程,并不能涵盖PCB设计的方方面面。我能想到的方向以及这一系列将要讲解的问题如下(勾上的是要讲的):

  • PCB类型与常识
  • 高速信号布线技术
  • 精密小信号布线技术
  • 模数混合信号布局布线技术
  • 退耦技术
  • PCB机械特性
  • PCB生产与加工工艺
  • PCB热特性
  • PCB电气性能表征
  • 复杂系统中的多PCB设计
  • PCB板间互连技术
  • 射频与微波布线技术
  • PCB与结构件搭配
  • ......

还有很多我暂时没遇到过的方向与技术,等我遇到了再时不时回来补充一波~
那么我们开始吧——

本系列教程参考了ADI的高速、混合、微弱信号布线指南,以及各种Mini tutorial和Application Notes,同时还有电子学教材以及嘉立创的PCB加工工艺说明。

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毕业了

匆忙又清闲的一个月过去,转眼间我就已经毕业了。毕业意味着什么呢?失去学生身份,逛景点不能买半价票了;去火锅店不能享受学生折扣了;行业相关的软件和资源不能用学生身份白嫖了。 这些都是一些很实际的变化。

不过于我而言,更重要的是,我以后的人生中再也难有如此美好的时光——心无旁骛、不计得失、拼尽全力地为一件事或几件事努力。同时再也难有真挚情深的友谊。还真是应了那句 "此地一为别,孤蓬万里征"。迈入社会后人难免地会"世俗化"。所谓的世俗化大概是为了生存和在意的人与事物,逐渐放松自己曾坚守的信念,慢慢变成自己曾不齿的模样——至少是10年前的自己所不齿的样子。

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这一年的生活尤为精彩...短短一个月的时间里竟然能发生这么多值得认真记忆与思考的事。
这一个月内没有写新的技术文章了。倒不是因为没有在学习新知识,而是没啥整段的时间能让我静下心来写...以至于到了现在我才想起来要写一篇日记了orz。

1.填&挖坑进度

之前的NoiseAMP存在严重的设计问题,于是对现有的架构又做了些修改,做了新一版。新一版做的改动是将后级2个输出滤波器运放换成了OPA2211,于是这一块板子上的运放全变成了OPA2211...好贵。新的板子前两天到了,然后一下午焊完,一晚上调试完,然后发现增益不太对...设计目标是10000倍电压增益,也就是80dB,实测大概只有3600左右的样子。于是用SMA座子搭棚焊了个1:101的电阻衰减器,作为输入的衰减器,然后边调边测,将增益调成了80dB。后续的底噪测试还没展开,因为屏蔽结构还没做完(啊我超,机加工太折磨了!玻纤粉末搞得我浑身痒痒。)

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断断续续的无效工作

近来心情非常烦躁,于是写篇日记梳理一下思绪。
算了算,一整个月没有做毕设的东西了,因为这一个月在做噪声放大器和EmoeMetrology的下一个Rev,但也是属于三天打鱼两天晒网,没法静下心干活。

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宇宙中传来的神秘噪声

在精密模拟信号链中,我们肯定不希望 噪声(Noise) 在我们的电路中跑火车。但想要验证其存在并对其进行精确测量,却又不是那么容易的事情。

在开关电源(DC-DC)中,我们通常会测试其输出的 纹波(Ripple),而这通过示波器就可以很容易地测量到,因为开关电源中的纹波的数量级通常在 10mVpp 以上,示波器努努力是可以测量的。

一.示波器的极限

然而,示波器是有极限的,因为通用示波器(我瞎编的名词)为了达到高带宽,通常需要选择采样率较高的ADC(GSa以上),而这意味着ADC的分辨率不高(8至12位居多,少数16位顶天了)。而ADC的分辨率就直接决定了它所能量化的模拟信号的大小极限——低于ADC LSB的信号都无法被准确量化,全部淹没在滚滚红尘(指示波器前端底噪+ADC底噪)中......

当然,你也可以选择高位数的ADC去搭建专用的采样系统。这种产品当然是有的咯,比如音频谐波分析设备,有高达32-bit分辨率的ADC和上百kSa的采样速度(对就是咱熟悉的Hi-Fi)。这样的系统的SFDR(无杂散动态范围)可达到100dB以上,但是其最高只能采集几十kHz的信号,奈奎斯特和香农两位大佬也为这种方法判了死刑...(指奈奎斯特采样定理)。

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好久不见!

自打上2篇文章( 微观尽头-精密信号测量:Intro微观尽头-精密信号测量:理论分析 )发布迄今已有快小半年。半年时间内🐟也一直在学习精密信号测量相关的知识,同时也积累了更多的设计与应用经验。那么,是时候让我们进入下一阶段了!

EmoeMetrology测试

之前我照猫画虎,设计了一块AD7177-2的评估板,经过一些测试后,我发现我的PCB并未能发挥其最佳性能。下面是我的一些测试数据:

输入接上一节锂电池,使用 SINC3 滤波器,同时对其 Sigma-Delta 调制器的抽取率进行编程,使其达到理论上最低的噪声、最高有效分辨率(27.6位),同时也是最低数据速率的工作状态。
每1秒向电脑回传一次数据,采集了十几分钟,得到了如下的曲线:

Temperature Drift

可以观察到在曲线的开始段,读数幅度有较大的波动起伏,总体呈现下降趋势。在曲线中间段,读数稳定了一段时间,然后又开始有略微起伏波动。

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又有一段时间没写随笔了。上一次写随笔是2月初,其实一个月也不是很长的时间。但这一个月中发生了太多的事,让我潜意识以为已经过去了很久很久。一件一件按时间线讲讲吧~

2月14号坐飞机提前润回了学校。在家中呆着我只感觉压抑,虽然与家人相处和睦,但他们一贯的性格,或者说是我的性格,让我没有与他们交流的欲望...每次交流都像是在承受某种煎熬。顺便,我现在跟不太熟的人尬聊也是这种感觉。嗯,为什么是情人节那天回呢,因为那天机票最便宜,只要400多。

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今天又来碎碎念。

去年年底,西安爆了雷:莫名其妙的疫情,令人迷惑的操作,极限拉扯的学校...
总之,继2020年在湖北的家中封闭了几个月之后,又在西安尝到了封闭管理的甜头...

对于学校和ZF的行为不做评价,因为我也不知道具体是什么情况。"未见全貌,不予置评"。虽然某些管理者像脑瘫一样,多数基层工作者和老师都是善良温暖的人,感谢他们让我们的生活得以继续下去。

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基础模拟与数字调制技术

本文承接上次的 深入理解DDS(数字频率合成) 一文,继续探讨在通信系统中占据核心地位的 调制(Modulation) 技术。

在网上搜集资料时没找到什么特别好的资料,于是就打算从上次的 [DDS Technical Tutorial]Section 9. Basic Digital Modulator Theory 开始,继续意译,辅助以Wiki百科和各类通信原理和射频电路参考书籍上的内容来讲解。

sorry,我仔细看了那篇教程后发现其并不是特别适合写这篇文。那么我就从Wiki和各种参考书和教材上搜集资料了。

Working List

  • AM
  • FM
  • PM
  • ASK
  • FSK
  • PSK
  • 特殊信号
  • 高阶调制 鸽鸽还在咕😭
  • 其他 s # 为什么要调制?

如果我们想通过电信号传输一些信息,我们可以选择使用导体介质并加载模拟信号或数字信号来完成——前者比如AV电视,后者比如SPI、UART协议等。但这些传输都有局限性: 它们不能传输很远的距离,且一般来说通信频率越高距离越短
那么我们来换一个思路,使用无线通信技术(Wireless Communication)。通过电磁场理论和天线原理我们可以知道,如果要发送一个特定频率的信号,我们需要一个 物理尺寸与之波长的数量级相当的天线(Antenna)。如果我们要发送语音信号,一般语音信号的频段为10Hz~20kHz,其对应天线长度约为几十甚至上百千米,显然这不现实。

如果我们想个办法,将信号的频率大幅提高,提高到MHz甚至GHz数量级,那我们就能制作合适的天线来完成该信号的发射了。理所当然地, 调制(Modulation) 技术就应运而生了。调制的实质就是使 相同频率范围的信号分别依托于不同频率的载波上,接收机就可以分离出所需的频率信号,不致互相干扰。 这也是在同一信道中实现 多路复用 的基础。

Modulation Types

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本文摘自《信号与系统》-ALAN V.OPPENHEIM (Second Edition)
Written by markdown & LATEX, Coding by python.numpy & matplotlib

LTI系统对复指数信号的响应

在研究LTI系统时,复指数信号的重要性在于这样一个事实:一个LTI系统对复指数信号的响应也同样是一个复指数信号,不同的只是在幅度上的变化;也就是说:

\[ 连续时间: e^{st} \rightarrow H(s)e^{st} \cdots (3.1)\\ 离散时间: z^n \rightarrow H(z)z^n \cdots (3.2) \]

这里 \(H(s)\)\(H(z)\)是一个复振幅因子,一般来说是复变量s或z的函数。若系统对该信号的输出响应仅是一个常数(可能是复数)乘以输入,则称该信号为系统的 特征函数,而幅度因子称为系统的 特征值

证明复指数是LTI系统的特征函数

考虑一单位冲激响应为\(h(t)\)的连续时间LTI系统。对于任意输入\(x(t)\),可由卷积积分来确定系统输出。若令\(x(t)=e^{st}\),则有:

\[ y(t) = \int_{-\infty}^{+\infty} h(T)x(t-T)dT = \int_{-\infty}^{+\infty} h(T)e^{s(t-T)}dT \cdots(3.3) \]

\(e^{s(t-T)}\)可写成\(e^{st}e^{-sT}\),而\(e^{st}\)可以从积分号内移出来,这样(3.3)式变成:

\[ y(t) = e^{st} \int_{-\infty}^{+\infty} h(T)e^{-sT}dT \cdots (3.4) \]

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