做硬件工程師就是“王者榮耀”升級(jí)記

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　　明星九：傳感器

　　傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。

　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。

　　“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。

　　根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器-Transducer”來(lái)稱(chēng)謂“傳感器-Sensor”。

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　　明星十：變壓器

　　變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和鐵心(磁芯)。在電器設(shè)備和無(wú)線(xiàn)電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。

　　在發(fā)電機(jī)中，不管是線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線(xiàn)圈，均能在線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線(xiàn)圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。變壓器的功能主要有：電壓變換;電流變換，阻抗變換;隔離;穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。

　　2電路中的7個(gè)常用接口

　　我們知道，在電路系統(tǒng)的各個(gè)子模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可能會(huì)存在一些問(wèn)題導(dǎo)致信號(hào)無(wú)法正常、高質(zhì)量地“流通”，例如有時(shí)電路子模塊各自的工作時(shí)序有偏差(如CPU與外設(shè))或者各自的信號(hào)類(lèi)型不一致(如傳感器檢測(cè)光信號(hào))等，這時(shí)我們應(yīng)該考慮通過(guò)相應(yīng)的接口方式來(lái)很好地處理這個(gè)問(wèn)題。

　　下面就電路設(shè)計(jì)中7個(gè)常用的接口類(lèi)型的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明一下：

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　　(1)TTL電平接口：

　　這個(gè)接口類(lèi)型基本是老生常談的吧，從上大學(xué)學(xué)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路開(kāi)始，對(duì)于一般的電路設(shè)計(jì)，TTL電平接口基本就脫不了“干系”!它的速度一般限制在30MHz以?xún)?nèi)，這是由于BJT的輸入端存在幾個(gè)pF的輸入電容的緣故(構(gòu)成一個(gè)LPF)，輸入信號(hào)超過(guò)一定頻率的話(huà)，信號(hào)就將“丟失”。它的驅(qū)動(dòng)能力一般最大為幾十個(gè)毫安。正常工作的信號(hào)電壓一般較高，要是把它和信號(hào)電壓較低的ECL電路接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較明顯的串?dāng)_問(wèn)題。

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　　(2)CMOS電平接口：

　　我們對(duì)它也不陌生，也是經(jīng)常和它打交道了，一些關(guān)于CMOS的半導(dǎo)體特性在這里就不必€€嗦了。許多人都知道的是，正常情況下CMOS的功耗和抗干擾能力遠(yuǎn)優(yōu)于TTL。但是!鮮為人知的是，在高轉(zhuǎn)換頻率時(shí)，CMOS系列實(shí)際上卻比TTL消耗更多的功率，至于為什么是這樣，請(qǐng)去問(wèn)半導(dǎo)體物理理論吧。

　　由于CMOS的工作電壓目前已經(jīng)可以很小了，有的FPGA內(nèi)核工作電壓甚至接近1.5V，這樣就使得電平之間的噪聲容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于電壓波動(dòng)而引發(fā)的信號(hào)判斷錯(cuò)誤。眾所周知，CMOS電路的輸入阻抗是很高的，因此，它的耦合電容容量可以很小，而不需要使用大的電解電容器了。由于CMOS電路通常驅(qū)動(dòng)能力較弱，所以必須先進(jìn)行TTL轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動(dòng)ECL電路。此外，設(shè)計(jì)CMOS接口電路時(shí)，要注意避免容性負(fù)載過(guò)重，否則的話(huà)會(huì)使得上升時(shí)間變慢，而且驅(qū)動(dòng)器件的功耗也將增加(因?yàn)槿菪载?fù)載并不耗費(fèi)功率)。

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　　(3)ECL電平接口：

　　這可是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的老朋友啊!因?yàn)樗乃俣取芭堋钡脡蚩?，甚至可以跑到幾百M(fèi)Hz!這是由于ECL內(nèi)部的BJT在導(dǎo)通時(shí)并沒(méi)有處于飽和狀態(tài)，這樣就可以減少BJT的導(dǎo)通和截止時(shí)間，工作速度自然也就可以提上去了。But，這是要付出代價(jià)的!

　　它的致命傷：功耗較大!它引發(fā)的EMI問(wèn)題也就值得考慮了，抗干擾能力也就好不到哪去了，要是誰(shuí)能夠折中好這兩點(diǎn)因素的話(huà)，那么他(她)就該發(fā)大財(cái)了。還有要注意的是，一般ECL集成電路是需要負(fù)電源供電的，也就是說(shuō)它的輸出電壓為負(fù)值，這時(shí)就需要專(zhuān)門(mén)的電平移動(dòng)電路了。

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　　(4)RS-232電平接口：

　　玩電子技術(shù)的基本沒(méi)有誰(shuí)不知道它的了(除非他或她只是電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的“門(mén)外漢”)。它是低速串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，要注意的是，它的電平標(biāo)準(zhǔn)有點(diǎn)“反?！保焊唠娖綖?12V，而低電平為+12V。So，當(dāng)我們?cè)噲D通過(guò)計(jì)算機(jī)與外設(shè)進(jìn)行通信時(shí)，一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232自然是少不了的了。但是我們得清醒地意識(shí)到它的一些缺點(diǎn)，例如數(shù)據(jù)傳輸速度還是比較慢、傳輸距離也較短等。