做硬件工程師就是“王者榮耀”升級記

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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、感受外界的信號、物理條件(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。

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

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

　　根據(jù)這個定義，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”來稱謂“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)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵心(磁芯)。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。

　　在發(fā)電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動，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個常用接口

　　我們知道，在電路系統(tǒng)的各個子模塊進行數(shù)據(jù)交換時可能會存在一些問題導(dǎo)致信號無法正常、高質(zhì)量地“流通”，例如有時電路子模塊各自的工作時序有偏差(如CPU與外設(shè))或者各自的信號類型不一致(如傳感器檢測光信號)等，這時我們應(yīng)該考慮通過相應(yīng)的接口方式來很好地處理這個問題。

　　下面就電路設(shè)計中7個常用的接口類型的關(guān)鍵點進行說明一下：

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　　(1)TTL電平接口：

　　這個接口類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)字電路開始，對于一般的電路設(shè)計，TTL電平接口基本就脫不了“干系”!它的速度一般限制在30MHz以內(nèi)，這是由于BJT的輸入端存在幾個pF的輸入電容的緣故(構(gòu)成一個LPF)，輸入信號超過一定頻率的話，信號就將“丟失”。它的驅(qū)動能力一般最大為幾十個毫安。正常工作的信號電壓一般較高，要是把它和信號電壓較低的ECL電路接近時會產(chǎn)生比較明顯的串?dāng)_問題。

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　　(2)CMOS電平接口：

　　我們對它也不陌生，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優(yōu)于TTL。但是!鮮為人知的是，在高轉(zhuǎn)換頻率時，CMOS系列實際上卻比TTL消耗更多的功率，至于為什么是這樣，請去問半導(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而引發(fā)的信號判斷錯誤。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)動能力較弱，所以必須先進行TTL轉(zhuǎn)換后再驅(qū)動ECL電路。此外，設(shè)計CMOS接口電路時，要注意避免容性負載過重，否則的話會使得上升時間變慢，而且驅(qū)動器件的功耗也將增加(因為容性負載并不耗費功率)。

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　　(3)ECL電平接口：

　　這可是計算機系統(tǒng)內(nèi)部的老朋友啊!因為它的速度“跑”得夠快，甚至可以跑到幾百MHz!這是由于ECL內(nèi)部的BJT在導(dǎo)通時并沒有處于飽和狀態(tài)，這樣就可以減少BJT的導(dǎo)通和截止時間，工作速度自然也就可以提上去了。But，這是要付出代價的!

　　它的致命傷：功耗較大!它引發(fā)的EMI問題也就值得考慮了，抗干擾能力也就好不到哪去了，要是誰能夠折中好這兩點因素的話，那么他(她)就該發(fā)大財了。還有要注意的是，一般ECL集成電路是需要負電源供電的，也就是說它的輸出電壓為負值，這時就需要專門的電平移動電路了。

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　　(4)RS-232電平接口：

　　玩電子技術(shù)的基本沒有誰不知道它的了(除非他或她只是電子技術(shù)專業(yè)的“門外漢”)。它是低速串行通信接口標準，要注意的是，它的電平標準有點“反?！保焊唠娖綖?12V，而低電平為+12V。So，當(dāng)我們試圖通過計算機與外設(shè)進行通信時，一個電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232自然是少不了的了。但是我們得清醒地意識到它的一些缺點，例如數(shù)據(jù)傳輸速度還是比較慢、傳輸距離也較短等。