论坛牛人谈数字电源设计与实现的技术问题!
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?套用一句话开场:数字化电源的浪潮已在眼前!但是关于数字电源设计与实现的若干技术问题并不只是所谓高端人士和专家们讨论的议题.我们普通的工程技术人员也在这探讨一下:
?一、什幺是数字电源,跟模拟电源最本质的区别?
?本人认为,所谓数字化电源的本质在于电源对输出电流/电压的PWM调节是由数字芯片按照一定的数字控制方式和算法产生,这是数字电源的最本质特征.那些扩充了8位、16位单片机来提供数字输入输出操作界面、远程通讯接口但是电源的PWM调节还是依赖模拟电源调制芯片的电源,只能说它们长了个数字电源的脸,但是没有数字电源的“芯”。
?二、数字电源实现的技术瓶颈问题有哪些?
?本人认为,目前数字电源依然存在高速/高精度的ADC技术问题(数字电源反馈输入);高速/高精度的电源PID调节或者其他算法的PWM调节;高速/高精度的PWM输出问题(数字电源DAC输出)。
?很多的32位DSP/ARM片内的高速10位、12位ADC,作为高速ADC采集可用于高频开关电源,但是其信号输入范围一般是0~3.0/3.3V,工业现场通常的模拟输入范围正负10V却没有任何一款DSP或者ARM片内ADC能解决,只能在外端加入信号调理电路.ADI等少数几家着名的模拟器件厂商的产品目录中虽然有完全符合高速、高精度(16bit~18bit)、输入信号范围正负5V到正负10V的ADC产品,但是在中国大陆却极少见到成功的产品应用纪录,这其中的问题恐怕只有正在调试这些器件的工程师们心里面清楚。
?高精度的电源PID调节或者其他算法的PWM调节在目前流行的32位DSP
数字IC设计经典笔试题
数字IC设计经典笔试题 张戎王舵蒋鹏程王福生袁波 摘要 本文搜集了近年来数字IC设计公司的经典笔试题目，内容涵盖FPGA、V erilogHDL编程和IC设计基础知识。 Abstract This article includes some classical tests which have been introduced into interview by companies in digital IC designing in recent years. These tests are varied from FPGA，verlog HDL to base knowledge in IC designing. 关键词 FPGA VerilogHDL IC设计 引言 近年来，国内的IC设计公司逐渐增多，IC公司对人才的要求也不断提高，不仅反映在对相关项目经验的要求，更体现在专业笔试题目难度的增加和广度的延伸。为参加数字IC 设计公司的笔试做准备，我们需要提前熟悉那些在笔试中出现的经典题目。 IC设计基础 1：什么是同步逻辑和异步逻辑？ 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入 x 有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点：电路中除可以使用带时钟的触发器外，还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2：同步电路和异步电路的区别： 同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3：时序设计的实质： 时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。 4：建立时间与保持时间的概念？
基于TMS320F28044数字电源设计
什么是数字电源?TI从功能上对数字电源进行了定义：数字电源就是数字化控制的电源产品，它能提供管理和监控功能，并延伸到对整个回路的控制针对不同领域的应用，TI推出了多款可以实现数字电源产品的DSP处理器，如TMS320F280x系列、TMS320F2801x系列，还有可输出16通道高精度PWM的DSP处理器TMS320F28044在要求DC通道较多的系统，用28044设计数字电源就显得非常的容易，一颗DSP最多可控制16通道的DC，输出电压任意可编程，极大地增强了电源系的灵活性，同时电源系统将变得非常智能和可控本文主要探讨如何基于TMS320F28044设计多通道的DC/DC电源 系统框架 图1展示了基于C2000DSP设计的多通道DC/DC数字电源系统框架，DC/DC的拓扑结构一般为典型的B UCK电路或者同步BUCK电路，输出电压经电阻网络采样后直接送到DSP的ADC端口，DSP内部对该值采样，然后和系统的给定值做比较，比较后的误差值经过PID调解器得到每个通道的占空比，这样每路BUCK电路都形成一个闭环系统同时一些外设接口如RS232、I2C，DSP通过这些接口可以与上位机实现数据交换，或者通过I2C接口来遵循PMBUS协议，组成智能数字电源系统 高精度PWM 图1 基于C2000数字DC/DC系统框架 TMS320F28044提供高达16路的高精度PWM波理论上，PWM波在系统主频100MHz下最高可以得到10ns的分辨率，但是作为DC/DC变换器，如果要得到精度高、纹波小的直流输出电压，那么就需要更高的开关频率和更高的PWM分辨率TMS320F28044内部提供一个微边沿控制器，可以输出最小150ps的P WM设系统的主频为100MHz，PWM波的频率为200kHz，占空比需要输出50.1%，如果仅仅使用普通的PWM波输出，那么周期值设为5000，COMPA的值设为250，最高为2500个ns 占空比就为50%，设为251，占空比就为50.2%那么如何才能最大限度的得到接近于50.1%的占空比呢，这就需要用到高精度PWM波，COMPA的值设为250，接下来需要再产生5ns的高电平，CMPAHR设为32，32×150=4.8ns，占空比为50.096%，CMPAHR设为33，33×150=4.95ns，占空比就为50.099%，CMPAHR设为34，34×150= 5.1ns，占空比为50.102%，由此可见当CMPAHR设为33时，占空比的误差仅为0.001%，如果不使用高精度的PWM波，误差就为0.1%可见通过使用高精度的PWM波，可以把误差缩小两个数量级如果使用它来控制数字电源的话，可以大大提高数字电源的控制精度 BUCK环路拓扑
浅谈数字IC设计技术(一)
浅谈数字ＩＣ设计技术(一) 摘要:随着数字电路设计的规模以及复杂程度的提高，对其进行设计所花费的时间和费用也随之而提高。根据近年来的统计，对数字系统进行设计所花的时间占到了整个研发过程的60%以上。所以减少设计所花费的实践成本是当前数字电路设计研发的关键，这就必须在设计的方法上有所突破。 关键词:数字系统；IC；设计 一、数字IC设计方法学 在目前CI设计中，基于时序驱动的数字CI设计方法、基于正复用的数字CI设计方法、基于集成平台进行系统级数字CI设计方法是当今数字CI设计比较流行的3种主要设计方法，其中基于正复用的数字CI设计方法是有效提高CI设计的关键技术。它能解决当今芯片设计业所面临的一系列挑战:缩短设计周期，提供性能更好、速度更快、成本更加低廉的数字IC芯片。 基于时序驱动的设计方法，无论是HDL描述还是原理图设计，特征都在于以时序优化为目标的着眼于门级电路结构设计，用全新的电路来实现系统功能;这种方法主要适用于完成小规模ASIC的设计。对于规模较大的系统级电路，即使团队合作，要想始终从门级结构去实现优化设计，也很难保证设计周期短、上市时间快的要求。 基于PI复用的数字CI设计方法，可以满足芯片规模要求越来越大，设计周期要求越来越短的要求，其特征是CI设计中的正功能模块的复用和组合。采用这种方法设计数字CI，数字CI包含了各种正模块的复用，数字CI的开发可分为模块开发和系统集成配合完成。对正复用技术关注的焦点是，如何进行系统功能的结构划分，如何定义片上总线进行模块互连，应该选择那些功能模块，在定义各个功能模块时如何考虑尽可能多地利用现有正资源而不是重新开发，在功能模块设计时考虑怎样定义才能有利于以后的正复用，如何进行系统验证等。基于PI复用的数字CI的设计方法，其主要特征是模块的功能组装，其技术关键在于如下三个方面:一是开发可复用的正软核、硬核;二是怎样做好IP复用，进行功能组装，以满足目标CI的需要;三是怎样验证完成功能组装的数字CI是否满足规格定义的功能和时序。 二、典型的数字IC开发流程 典型的数字CI开发流程主要步骤包含如下24方面的内容: (1)确定IC规格并做好总体方案设计。 (2)RTL代码编写及准备etshtnehc代码。 (3)对于包含存储单元的设计，在RTL代码编写中插入BIST(内建自我测试)电路。 (4)功能仿真以验证设计的功能正确。 (5)完成设计综合，生成门级网表。 (6)完成DFT(可测试设计)设计。 (7)在综合工具下完成模块级的静态时序分析及处理。 (8)形式验证。对比综合网表实现的功能与TRL级描述是否一致。 (9)对整个设计进行Pre一layout静态时序分析。 (10)把综合时的时间约束传递给版图工具。 (11)采样时序驱动的策略进行初始化nooprlna。内容包括单元分布，生成时钟树 (12)把时钟树送给综合工具并插入到初始综合网表。 (13)形式验证。对比插入时钟树综合网表实现的功能与初始综合网表是否一致。 (14)在步骤(11)准布线后提取估计的延迟信息。 (15)把步骤(14)提取出来的延迟信息反标给综合工具和静态时序分析工具。 (16)静态时序分析。利用准布线后提取出来的估计延时信息。 (17)在综合工具中实现现场时序优化(可选项)。
模拟电源、开关电源、数字电源简单区别
模拟电源：即变压器电源，通过铁芯、线圈来实现，线圈的匝数决定了两端的电压比，铁芯的作用是传递变化磁场，(我国)主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场，这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈，在副线圈里就产生了感应电压，于是变压器就实现了电压的转变。 模拟电源的缺点：线圈、铁芯本身是导体，那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热(损耗)，所以变压器的效率很低，一般不会超过35%。 音响器材功放中变压器的应用：大功率功放需要变压器提供更多的功率输出，那么，只有通过线圈匝数的增加、铁芯体积的增大来实现，匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗，所以，大功率功放的变压器必须做的非常大，这样就会导致：笨重，发热量大。 开关电源：在电流进入变压器之前，通过晶体管的开关功能，将我们通常50HZ的电流频率提升到数万HZ，在这么高的频率下，磁场变化频率也达到几万HZ，那么，就可以减少线圈匝数、铁芯体积获得同样的电压转化比，由于线圈匝数、铁芯体积的减少，损耗大大降低，一般开关电源效率达到90%，而体积可以做的非常小，并且输出稳定，所以开关电源具有模拟电源难以达到的优点。 (开关电源也有自己的不足，如输出电压有纹波及开关噪声，线性电源是没有的) 音响器材-功放中开关电源的应用：开关电源的描述过程中已经表明开关电源的优势，所以即使是大功率功放，开关电源一样可以做的很精细、小巧，目前国内的数字功放以深圳崔帕斯数字音响设备公司的数字功放最为领先，他们目前已经发展到T类纯数字功放，并且下一代S类功放也在研发中了，具体请参看如下资料： 数字电源 在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现，而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具有优势。此外，在复杂的多系统业务中，相对模拟电源，数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用，其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数，优化电源系统。通过实时过电流保护与管理，它还可以减少外围器件的数量。 在复杂的多系统业务中，相对模拟电源，数字电源是通过软件编程来实现多方面的应用，其具备的可扩展性与重复使用性使用户可以方便更改工作参数，优化电源系统。通过实时过电流保护与管理，它还可以减少外围器件的数量。 数字电源有用DSP控制的，还有用MCU控制的。相对来讲，DSP控制的电源采用数字滤波方式，较MCU控制的电源更能满足复杂的电源需求、实时反应速度更快、电源稳压性能更好。 数字电源有什麽好处它首先是可编程的，比如通讯、检测、遥测等所有功能都可用软件编程实现。另外，数字电源具有高性能和高可靠性，非常灵活。
开关电源的数字控制实现
开关电源的数字控制实现方案 作者：Don Tuite 时间：2008-08-07 来源: 尽管业内不少人都认为，模拟和数字技术很快将争夺电源调节器件控制电路的主导权，但实际情况是，在反馈回路控制方面，这两种技术看起来正愉快地共存着。 的确，许多电源管理供应商都提供了不同的方案。一些数字控制最初的可编程优势现在甚至在采用模拟反馈回路的控制器和稳压器中也有了。当然，数字电源还是有一些吸引人之处。 本文主要讨论脉冲宽度调制(PWM)、脉冲密度调制(PDM)和脉冲频率调制(PFM)开关稳压器和控制器IC。其中一些集成了控制实际开关的一个或多个晶体管的驱动器，另一些则没有。还有一些甚至集成了开关FET，如果它们提供合适的负荷的话。因此，数字还是模拟的问题取决于稳压器的控制回路如何闭合。 图1显示了两种最常见的PWM开关拓朴布局的变化，降压和升压(buck/boost)转换器。在同步配置中，第二只晶体管将取代二极管。在某种意义上来讲，脉冲宽度调制的采用使得这些转换器“准数字化”，至少可与基于一个串联旁路元件的723型线性稳压器相比。事实上，PWM使得采用数字控制回路成为可能。不过，图1中的转换器缺少控制一个或几个开关占空比的电路，它可在模拟或数字域中实现。 不管采用模拟还是数字技术，都有两种方式实现反馈回路：电压模式和电流模式。简单起见，首先考虑它在模拟域中如何实现。 图1: 没有控制器的开关模式DC-DC电源十分简单。不论用于升压还是降压，其成功与否取决于设计者如何安排一些基本的元器件。
在电压模式拓朴中，参考电压减去输出电压样本就可得到一个与振荡器斜坡信号相比较的小误差信号(图2)，当电路输出电压变化时，误差电压也产生变化，后者反过来改变比较器的门限值。反过来，这将使输出信号宽度发生变化。这些脉冲控制稳压器开关晶体管的导通时间。随着输出电压升高，脉冲宽度将变小。 图2: 电压模式反馈(本例中在模拟域)包含一个控制回路。 电流模式控制的一个优势在于其管理电感电流的能力。一个采用电流模式控制的稳压器具有一个嵌套在一个较慢的电压回路中的电流回路。该内回路感应开关晶体管的峰值电流，并通过一个脉冲一个脉冲地控制各晶体管的导通时间，使电流保持恒定。 与此同时，外回路感应直流输出电压，并向内回路提供一个控制电压。在该电路中，电感电流的斜率生成一个与误差信号相比较的斜坡。当输出电压下跌时，控制器就向负载提供更大的电流(图3)。
数字IC设计笔试面试经典100题
1：什么是同步逻辑和异步逻辑？（汉王） 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入x 有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点：电路中除可以使用带时钟的触发器外，还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2：同步电路和异步电路的区别： 同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3：时序设计的实质： 时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。 4：建立时间与保持时间的概念？ 建立时间：触发器在时钟上升沿到来之前，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。保持时间：触发器在时钟上升沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 5：为什么触发器要满足建立时间和保持时间？ 因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的，如果不满足建立和保持时间，触发器将进入亚稳态，进入亚稳态后触发器的输出将不稳定，在0和1之间变化，这时需要经过一个恢复时间，其输出才能稳定，但稳定后的值并不一定是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输入信号。这样做可以防止由于异步输入信号对于本级时钟可能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播到后面逻辑中，导致亚稳态的传播。 （比较容易理解的方式）换个方式理解：需要建立时间是因为触发器的D端像一个锁存器在接受数据，为了稳定的设置前级门的状态需要一段稳定时间；需要保持时间是因为在时钟沿到来之后，触发器要通过反馈来锁存状态，从后级门传到前级门需要时间。 6：什么是亚稳态？为什么两级触发器可以防止亚稳态传播？ 这也是一个异步电路同步化的问题。亚稳态是指触发器无法在某个规定的时间段内到达一个可以确认的状态。使用两级触发器来使异步电路同步化的电路其实叫做“一位同步器”，他只能用来对一位异步信号进行同步。两级触发器可防止亚稳态传播的原理：假设第一级触发器的输入不满足其建立保持时间，它在第一个脉冲沿到来后输出的数据就为亚稳态，那么在下一个脉冲沿到来之前，其输出的亚稳态数据在一段恢复时间后必须稳定下来，而且稳定的数据必须满足第二级触发器的建立时间，如果都满足了，在下一个脉冲沿到来时，第二级触发器将不会出现亚稳态，因为其输入端的数据满足其建立保持时间。同步器有效的条件：第一级触发器进入亚稳态后的恢复时间+ 第二级触发器的建立时间< = 时钟周期。
利用数字示波器测试开关电源的方法
利用数字示波器测试开关电源的方法 从传统的模拟型电源到高效的开关电源，电源的种类和大小千差万别。它们都要面对复杂、动态的工作环境。设备负载和需求可能在瞬间发生很大变化。即使是“日用的”开关电源，也要能够承受远远超过其平均工作电平的瞬间峰值。设计电源或系统中要使用电源的工程师需要了解在静态条件以及最差条件下电源的工作情况。 过去，要描述电源的行为特征，就意味着要使用数字万用表测量静态电流和电压，并用计算器或PC进行艰苦的计算。今天，大多数工程师转而将示波器作为他们的首选电源测量平台。现代示波器可以配备集成的电源测量和分析软件，简化了设置，并使得动态测量更为容易。用户可以定制关键参数、自动计算，并能在数秒钟内看到结果，而不只是原始数据。 电源设计问题及其测量需求 理想情况下，每部电源都应该像为它设计的数学模型那样地工作。但在现实世界中，元器件是有缺陷的，负载会变化，供电电源可能失真，环境变化会改变性能。而且，不断变化的性能和成本要求也使电源设计更加复杂。考虑这些问题： 电源在额定功率之外能维持多少瓦的功率?能持续多长时间?电源散发多少热量?过热时会怎样?它需要多少冷却气流?负载电流大幅增加时会怎样?设备能保持额定输出电压吗?电源如何应对输出端的完全短路?电源的输入电压变化时会怎样? 设计人员需要研制占用空间更少、降低热量、缩减制造成本、满足更严格的EMI/EMC标准的电源。只有一套严格的测量体系才能让工程师达到这些目标。 示波器和电源测量 对那些习惯于用示波器进行高带宽测量的人来说，电源测量可能很简单，因为其频率相对较低。实际上，电源测量中也有很多高速电路设计师从来不必面对的挑战。 整个开关设备的电压可能很高，而且是“浮动的”，也就是说，不接地。信号的脉冲宽度、周期、频率和占空比都会变化。必须如实捕获并分析波形，发现波形的异常。这对示波器的要求是苛刻的。多种探头——同时需要单端探头、差分探头以及电流探头。仪器必须有较大的存储器，以提供长时间低频采集结果的记录空间。并且可能要求在一次采集中捕获幅度相差很大的不同信号。 开关电源基础 大多数现代系统中主流的直流电源体系结构是开关电源(SMPS)，它因为能够有效地应对变化负载而众所周知。典型SMPS的电能信号路径包括无源器件、有源器件和磁性元件。SMPS尽可能少地使用损耗性元器件(如电阻和线性晶体管)，而主要使用(理想情况下)无损耗的元器件：开关晶体管、电容和磁性元件。
数字电源设计与技术实现
数字电源设计与技术实现 一、什么是数字电源,跟模拟电源最本质的区别? 所谓数字化电源的本质在于电源对输出电流/电压的PWM调节是由数字芯片按照一定的数字控制方式和算法产生,这是数字电源的最本质特征. 那些扩充了8位、16位单片机来提供数字输入输出操作界面、远程通讯接口但是电源的PWM调节还是依赖模拟电源调制芯片的电源,只能说它们长了个数字电源的脸,但是没有数字电源的“芯”。 二、数字电源实现的技术瓶颈问题有哪些? 目前数字电源依然存在高速/高精度的ADC技术问题(数字电源反馈输入);高速/高精度的电源PID调节或者其他算法的PWM调节;高速/高精度的PWM 输出问题(数字电源DAC输出)。 很多的32位DSP/ARM片内的高速10位、12位ADC,作为高速ADC采集可用于高频开关电源,但是其信号输入范围一般是0~3.0/3.3V,工业现场通常的模拟输入范围正负10V却没有任何一款DSP或者ARM片内ADC 能解决,只能在外端加入信号调理电路.ADI等少数几家著名的模拟器件厂商的产品目录中虽然有完全符合高速、高精度(16bit~18bit)、输入信号范围正负5V到正负10V的ADC产品,但是在中国大陆却极少见到成功的产品应用纪录,这其中的问题恐怕只有正在调试这些器件的工程师们心里面清楚。 高精度的电源PID调节或者其他算法的PWM调节在目前流行的32位DSP或者ARM处理器看来并不是个问题,但是如果要加上高速两个字,很多电子工程师恐怕就要皱眉头了。以TI运动控制领域的当家花旦TMS320F2812为例,如果电源设备的开关频率达到300KHz,在150MHz的系统频率下,留给软件工程师的任务是在500个DSP指令周期内完成ADC输入数据处理、电源PID函数调节等实时性要求最为苛刻的任务。电子元件技术网CEO刘杰认为：如果要想避开电力电子器件在周期开通/关断时造成的谐波,ADC在器件开通的中间时刻采样,那么计数器采用UP-DOWN方式计数在计数周期值处同步触发ADC采样,这个时候软件工程师的可利用DSP指令周期就只剩下可怜的250个了,电源PWM调节任务相当艰巨! 如果说ADC问题可以外扩高速、高精度器件解决,电源PWM调节可以选用更高速度的DSP/ARM/FPGA来完成,那么最后一个高速/高精度的PWM输出问题,也就是高速数字PWM的分辨率问题,就只能靠提供DSP/ARM/FPGA的国际大厂商解决了。其实数字PWM的分辨率在开关电源的中低频范围内不成问题(这也是TI的C28X DSP能在电机驱动、变频器等领域大行其道的一个重要原因);但是到了高频开关电源,或者高精度电源领域,这个问题马上就变得很突出了。为什么高频、高精度数字开关电源国内依然是一片空白,大家用数字PWM分辨率的计算公式算一算会很清楚。 三、数字化到底有什么好处?为什么要搞数字化?有什么地方是模拟方法做不到的吗? 很多人说,我对电源的要求很低,不需要它有那么高的指标和特性——这种要求不高的应用目前还是数字电源的禁区。 那么数字电源总不能为数字化而数字化,它存在的需求市场就是模拟电源难以实现的一些区域,比方说采用SVPWM算法的大功率高压变频器。空间矢量算法自从提出到现在已经有十几年了, 它相对于SPWM算法(可以用模拟方案实现,国内很多公司也有用DSP实现)的优势国内的文献和技术报告也很多,这就是数字技术存在的地方。而国内在这方面成熟的产品基本没有,市场一直被西门子、ABB这样的国外大公司垄断着。
开关电源的数字控制实现方案
开关电源的数字控制实现方案 类别：电子综合阅读：5732 尽管业内不少人都认为，模拟和数字技术很快将争夺电源调节器件控制电路的主导权，但实际情况是，在反馈回路控制方面，这两种技术看起来正愉快地共存着。 的确，许多电源管理供应商都提供了不同的方案。一些数字控制最初的可编程优势现在甚至在采用模拟反馈回路的控制器和稳压器中也有了。当然，数字电源还是有一些吸引人之处。 本文主要讨论脉冲宽度调制(PWM)、脉冲密度调制(PDM)和脉冲频率调制(PFM)开关稳压器和控制器IC。其中一些集成了控制实际开关的一个或多个晶体管的驱动器，另一些则没有。还有一些甚至集成了开关FET，如果它们提供合适的负荷的话。因此，数字还是模拟的问题取决于稳压器的控制回路如何闭合。 图1显示了两种最常见的PWM开关拓朴布局的变化，降压和升压(buck/boost)转换器。在同步配置中，第二只晶体管将取代二极管。在某种意义上来讲，脉冲宽度调制的采用使得这些转换器“准数字化”，至少可与基于一个串联旁路元件的723型线性稳压器相比。事实上，PWM使得采用数字控制回路成为可能。不过，图1中的转换器缺少控制一个或几个开关占空比的电路，它可在模拟或数字域中实现。 不管采用模拟还是数字技术，都有两种方式实现反馈回路：电压模式和电流模式。简单起见，首先考虑它在模拟域中如何实现。 图1: 没有控制器的开关模式DC-DC电源十分简单。不论用于升压还是降压，其成功与否取决于设计者如何安排一些基本的元器件。 在电压模式拓朴中，参考电压减去输出电压样本就可得到一个与振荡器斜坡信号相比较的小误差信号(图2)，当电路输出电压变化时，误差电压也产生变化，后者反过来改变比较器的门限值。反过来，这将使输出信号宽度发生变化。这些脉冲控制稳压器开关晶体管的导通时间。随着输出电压升高，脉冲宽度将变小。 图2: 电压模式反馈(本例中在模拟域)包含一个控制回路。 电流模式控制的一个优势在于其管理电感电流的能力。一个采用电流模式控制的稳压器具有一个嵌套在一个较慢的电压回路中的电流回路。该内回路感应开关晶体管的峰值电流，并通过一个脉冲一个脉冲地控制各晶体管的导通时间，使电流保持恒定。 与此同时，外回路感应直流输出电压，并向内回路提供一个控制电压。在该电路中，电感电流的斜率生成一个与误差信号相比较的斜坡。当输出电压下跌时，控制器就向负载提供更大的电流(图3)。 图3: 电流模式反馈采用了嵌套反馈回路。与电压模式不同，它需要计入电感上的电流。 在这些控制拓朴中，在回路的相移达到360°的任意频率处，控制回路的增益不能超过1。相移包括了将控制信号馈入反馈运放的倒相输入端所产生的固有180°相移、放大器和其它有源元件的附加延迟、以及由电容和电感(特别是输出滤波器的大电容)引入的延迟。 稳定回路要求对一定频率范围内的增益变化和相移进行补偿。传统上，采用模拟PWM 来稳定电源通常需要采用经验方法：你在一块与生产型电路板相同布局的实际电路板上，实
2017年数字IC设计工程师招聘面试笔试100题附答案
2017年数字IC设计工程师招聘面试笔试100 题附答案 1：什么是同步逻辑和异步逻辑？（汉王） 同步逻辑是时钟之间有固定的因果关系。异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。 同步时序逻辑电路的特点：各触发器的时钟端全部连接在一起，并接在系统时钟端，只有当时钟脉冲到来时，电路的状态才能改变。改变后的状态将一直保持到下一个时钟脉冲的到来，此时无论外部输入x 有无变化，状态表中的每个状态都是稳定的。 异步时序逻辑电路的特点：电路中除可以使用带时钟的触发器外，还可以使用不带时钟的触发器和延迟元件作为存储元件，电路中没有统一的时钟，电路状态的改变由外部输入的变化直接引起。 2：同步电路和异步电路的区别： 同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步。 异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连，只有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他的触发器的状态变化不与时钟脉冲同步。 3：时序设计的实质： 时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立/保持时间的要求。
4：建立时间与保持时间的概念？ 建立时间：触发器在时钟上升沿到来之前，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 保持时间：触发器在时钟上升沿到来之后，其数据输入端的数据必须保持不变的最小时间。 5：为什么触发器要满足建立时间和保持时间？ 因为触发器内部数据的形成是需要一定的时间的，如果不满足建立和保持时间，触发器将进入亚稳态，进入亚稳态后触发器的输出将不稳定，在0和1之间变化，这时需要经过一个恢复时间，其输出才能稳定，但稳定后的值并不一定是你的输入值。这就是为什么要用两级触发器来同步异步输入信号。这样做可以防止由于异步输入信号对于本级时钟可能不满足建立保持时间而使本级触发器产生的亚稳态传播到后面逻辑中，导致亚稳态的传播。 （比较容易理解的方式）换个方式理解：需要建立时间是因为触发器的D端像一个锁存器在接受数据，为了稳定的设置前级门的状态需要一段稳定时间；需要保持时间是因为在时钟沿到来之后，触发器要通过反馈来锁存状态，从后级门传到前级门需要时间。 6：什么是亚稳态？为什么两级触发器可以防止亚稳态传播？
一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现.
一种数字可调的升压型开关电源的设计 与实现 一种数字可调的升压型开关电源的设计与实现 类别：电源技术 1 引言近年来，数字化在电源领域得到广泛应用，许多电子设备要求电源具有多档级。因此，这里提出了一种利用数字控制、电压可调的开关电源设计方案，实现电压步进调整，并具有宽电压输入、稳压输出功能。 2 设计方案方案系统设计框图如图1所示，输入为220 V，50 Hz交流电压，经电压变换，整流滤波后得到18 V的直流电压，送入Boost电路，经滤波输出直流。CPLD与单片机组成的数字控制模块输出脉宽调制信号(PWM)，由按键控制改变PWM占空比，从而控制Boost电路的输出电压。该输出电压可在30~36 V范围 内步进调节，实现多路电压输出。最大输出电流高达2 A。输出电压经MAXl97 A/D采样，送至控制模块，通过PID算法计算调整下一次传送的控制信号，形 成反馈回路，实现宽电压输入，稳压输出的功能。 3 硬件电路设计3．1 硬件电路图系统硬件电路如图2所示。交流电压经变压器转换，其幅值按一定比例降低。降低的交流电压经扁桥式整流电路整流为18 V直流，经2 200μF电容滤波后进入主转换电路与Boost电路。 在Boost转换电路中，增加MOSFET和二极管缓冲吸收电路，减小过压或过流引起的损耗。由于电源功率较小，则采用RC吸收电路。当过流、过压产生时，电流通过电阻以热能的形式将能量散发出去，降低对MOSFET的影响，减小其损耗，延长使用寿命。根据多次试验，保护吸收电路的电阻应取kΩ级，电容取nF级。直流信号再经低通滤波器滤除纹波，驱动负载。3．2 主要功能电路原理硬件电路部分的主要电路是Boost电路，它由功率开关管VT、储能 电感L、续流二极管VD和滤波电容C组成。开关管按一定频率工作，转换周期为T，导通时间为Ton，截止时间为Toff，占空比D=Ton/T。其工作原理为：当VT导通时，电感L储能，VD反偏截止，负载由电容C提供电能；VT截止时，L 两端电压极性相反，VD正偏，同时为负载和滤波电容C提供能量。由储能电 感L导通和截止期间，电流变化量相等可得，输出电压U0和输入电压U1之间关系为： U0/Ui=1/(1一D) (1)3．3 器件选取根据理论计算，功率开关采用晶体管即可满足要求，故系统采用IRF540型MOS管，其VDS=100 V，IDS=17 A。采用MOS管专用驱动器件IR2110完成驱动功能。IR2110是一款高低电平驱动器件，其逻辑输入电压只需3．3 V，输出电压最大可达20 V，驱动电流最大可达到2 A。其延迟时间为10ns，上升沿和下降沿时间分别为120 ns和94 11s。由于IR2110可同时驱动双MOS管，因而系统只涉及一个MOS管，故只使用一路驱动即可。由于普通二极管的反向恢复时间过长，而肖特基整流管无电荷储存问题，可改善开关特性。其反向恢复时间缩短到10 11s以内。但其反向耐压值较低，一般不超过100 V。因此肖特基二极管适用于低压、大电流状态 下工作，并可利用其低压降提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。3．4
教你简单区分模拟电源、开关电源、数字电源(kgdy)
教你简单区分模拟电源、开关电源、数字电源 在电源设计中我们如何选择电源模块，那么选择的前提是，我们得了解各种电源，了解各种电源的区别，那样我们才可以正确的选择电源模块。 模拟电源介绍 模拟电源：即变压器电源，通过铁芯、线圈来实现，线圈的匝数决定了两端的电压比，铁芯的作用是传递变化磁场，（我国）主线圈在50HZ频率下产生了变化的磁场，这个变化的磁场通过铁芯传递到副线圈，在副线圈里就产生了感应电压，于是变压器就实现了电压的转变。 模拟电源的缺点：线圈、铁芯本身是导体，那么它们在转化电压的过程中会由于自感电流而发热（损耗），所以变压器的效率很低，一般不会超过35%。 音响器材功放中变压器的应用：大功率功放需要变压器提供更多的功率输出，那么，只有通过线圈匝数的增加、铁芯体积的增大来实现，匝数和铁芯体积的增加就会加重其损耗，所以，大功率功放的变压器必须做的非常大，这样就会导致：笨重，发热量大。 开关电源介绍 开关电源：在电流进入变压器之前，通过晶体管的开关功能，将我们通常 50HZ的电流频率提升到数万HZ，在这么高的频率下，磁场变化频率也达到几万HZ，那么，就可以减少线圈匝数、铁芯体积获得同样的电压转化比，由于线圈匝数、铁芯体积的减少，损耗大大降低，一般开关电源效率达到90%，而体积可以做的非常小，并且输出稳定，所以开关电源具有模拟电源难以达到的优点。 （开关电源也有自己的不足，如输出电压有纹波及开关噪声，线性电源是没有的） 音响器材-功放中开关电源的应用：开关电源的描述过程中已经表明开关电源的优势，所以即使是大功率功放，开关电源一样可以做的很精细、小巧，目前国内的数字功放以深圳崔帕斯数字音响设备公司的数字功放最为领先，他们目前已经发展到T类纯数字功放，并且下一代S类功放也在研发中了，具体请参看如下资料： 数字电源介绍 在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源产品更具优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现，而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的、复杂的高性能系统应用中，数字电源则具
数字IC设计工具介绍
COMPOSER - CADENCE 逻辑图输入 这个工具主要针对中小规模的ASIC以及MCU电路的逻辑设计,大的东西可能需要综合了。虽然现在电路越设计越大，有人言必称SYNOPSYS，但只要仔细到市场上端详一下，其实相当大部分真正火暴卖钱的东西还是用CADENCE的COMPOSER加VIRTUOSO加VERILOG—XL加DRACULA流程做的。原因很简单，客户可不买你什么流程的帐，什么便宜性能又好就买什么。备用PC上的工具：WORKVIEW OFFICE DC - SYNOPSYS 逻辑综合 这个不用说了，最经典的。但老实说在我们现在的设计流程里用得还不多，最关键问题还是一个市场切入问题。备用工作站上的工具：AMBIT，这个工具其实很不错，它和SE都是CADENCE出的，联合起来用的优势就很明显了。PC上用的备用工具可以选NT版的SYNOPSYS，SYNPILIFY也不错，但主要是用做FPGA综合的。其实最终你拿到的库有时最能说明问题，它不支持某工具，转换？急吧。 VIRTUOSO - CADENCE 版图设计 这个大家比较熟了，但个人还是喜欢用PC上的TANNER。原因是层与层之间的覆盖关系用调色的模式显示出来比直接覆盖显示就是舒服。可惜人家老大，国产的《熊猫》也学了这个模式。倒是以前有个COMPASS，比较好用，可惜现在不知哪去了。 SE - CADENCE 自动布局布线 有了它，很多手工版图的活儿就可以不用做的，实在是一大进步。可惜残酷市场上如果规模不大的东西人家手画的东西比你自动布的小40%，麻烦就大了。APOLLO用的人还不是很多吧。PC上的TANNER 据说也能做，针对线宽比较粗，规模不太大的设计。 VERILOG—XL - CADENCE 逻辑仿真 VERILOG就是CADENCE的发明，我们的版本比较老，现在该工具是不是停止开发了？CADENCE 新推都叫NC-VERILOG。SYNOPSYS的VCS是不是比NC强，反正两公司喊的挺凶，哪位对这个两个东西都比较了解，不妨对比一下。PC上的Model Sim也很不错。我一直觉得仿真是数字逻辑设计的核心，DEGUG 靠脑子和手推是不够用的。可惜往往有时候还不能过分依赖仿真结果，因为一些因素还是不能完全包罗进去。如果哪天真的仿真完芯片就必定OK了，做芯片的乐趣也没了。 DRACULA - CADENCE LVS、DRC、ERC、LPE 虽然比较老，已经成了CADENCE搭售的产品，但是经典了。 STAR—SIM - SYNOPSYS（原A VANT！）后仿真 如果你对小规模的电路不放心（尤其是自建库的设计），用这个做一次FULL-CHIP的后仿真，问题就不大了。还有一个是查电路的故障，一个芯片所有逻辑设计都对的，东西就出不来，可以针对性的仿真内部的关键信号。不看过就不知道，其实内部信号的传输远不如你在数字仿真时漂亮。 以上都是传统工具，还有好多新出的工具，因为只是停留在概念基础上，不敢评论了。 以下是几个硬件工具： 示波器、信号发生器、逻辑分析仪： 尤其是逻辑分析仪，查找硬件故障，甚至分析简单的通讯协议，好东西。
数字ic设计实验报告
数字集成电路设计 实验报告 实验名称二输入与非门的设计 一．实验目的 a)学习掌握版图设计过程中所需要的仿真软件
b)初步熟悉使用Linux系统 二．实验设备与软件 PC机，RedHat,Candence 三．实验过程 Ⅰ电路原理图设计 1.打开虚拟机VMware Workstation，进入Linux操作系统RedHat。 2.数据准备，将相应的数据文件拷贝至工作环境下，准备开始实验。 3.创建设计库，在设计库里建立一个schematic view，命名为，然后进入电路 图的编辑界面。 4.电路设计 设计一个二输入与非门，插入元器件，选择PDK库（xxxx35dg_XxXx）中的nmos_3p3、 pmos_3p3等器件。形成如下电路图，然后check and save，如下图。 图1.二输入与非门的电路图 5.制作二输入与非门的外观symbol Design->Create Cellview -> From Cellview，在弹出的界面，按ok后出现symbol Generation options，选择端口排放顺序和外观，然后按ok出现symbol编辑界面。按照需 要编辑成想要的符号外观，如下图。保存退出。
图2.与非门外观 6.建立仿真电路图 方法和前面的“建立schemtic view”的方法一样，但在调用单元时除了调用analogL 库中的电压源、（正弦）信号源等之外，将之前完成的二输入与非门调用到电路图中，如下图。 图3.仿真电路图 然后设置激励源电压输出信号为高电平为3.5v，低电平为0的方波信号。 7.启动仿真环境 在ADE中设置仿真器、仿真数据存放路径和工艺库，设置好后选择好要检测的信号在电路中的节点，添加到输出栏中，运行仿真得到仿真结果图。
由P1014AP10构成的数字机开关电源原理分析
由P1014AP10构成的数字机开关电源原理分析 作者：上海卫星…文章来源：上海卫星电视安装网点击数：478 更新时间：2009-11-4 由P1014AP10构成的数字机开关电源原理分析 安森美半导体公司（ON SEMICONDUCTOR）研制的电源管理芯片NCP101X系列分为NCP101 0、NCP1011、NCP1012、NCP1013和NCP1014等型号，常被用于小功率AC-DC转换电路。近来，一些品牌的数字卫星接收机采用了以P1014AP10为核心元件的开关电路，如：GLOMAX系列和诺普斯系列的一些机型等。P1014AP10电源管理芯片引脚功能为：（1）脚为电源端，（2）、（3）、（7）、（8）脚为接地端，（4）脚为反馈输入端，（5）脚接内部场效应用开关管的漏极。现以GLOMAX5066型数字卫星接收机开关电源为例，分析其工作原理。上海卫星电视安装网 由于P1014AP10工作频率最高可达130KHZ，因而简化了变压器设计工艺，不必采用体积大、成本高的开关变压器，P1014AP10的工作频率经抖动处理后有效地降低了电磁干扰，完全可以省略开关电源交流输入电路中的抗干扰电路，这也是由P1014AP10构成的开关电源电路与其他类型开关电源电路的不同之处。接通交流电源，220V交流市电经过DY1-DY4组成的桥式整流和CY 1滤波电路得到约300V直流电压。该电压经开关变压器初级绕组加至UY1（P1014AP10）（5）脚，P1014AP10内部的启动电路、振荡电路得电后开始工作，振荡电路产生的振荡信号通过驱动电路使P1014AP10芯片内部开关管工作在开关状态，变压器初级绕组上产生感应电压，由于绕组间的电磁耦合，反馈绕组产生的感应电压经DY5整流、RY1、CY2组成的RC波波电路得到的直流电压加到P1014AP10（1）脚，P1014AP10得到工作电源，取代内部的启动电路，维持开关电源的正常工作。CY8、RY3、DY6构成尖峰吸收保护电路，对开关变压器因漏感产生的尖峰
带数字显示的稳压电源设计参考
带数字显示的稳压电源设计参考 用LM317可调集成稳压器制作的稳压电源，可以输出多挡不同的电压。假如这些多挡不同的输出电压值能用数字来指示该有多好呀！一般来说，在简单的电源电路上增加起辅助作用的复杂数字显示电路是很不划算的。然而，本文所述的带数字显示的电源不用复杂昂贵的译码电路、驱动电路和数码管，而选用普通发光二极管组成7段数字显示器，用22开关替代译码电路，输出电压选用最常用的3V和6V两挡，所以整个电源电路简单实用，制作容易，不妨一试。 电路工作原理 1.稳压电路 由于采用LM317可调稳压器，使稳压电源电路变得十分简单，见图1。LM317的输出电压范围为1.25～37V连续可调。LM317的②脚和③脚分别为输入和输出端。①脚为调整端。在①、③脚之间接上电阻R1后，可以得到1.25V的基准电压，并且该基准电压是不变的。R1取值一般为120～240。假如①脚接地，③脚输出电压便是1.25V。如果要得到高于1.25V 的输出电压，只要在①脚与地之间接上电阻R2（见图2）。改变R2的阻值便可改变③脚输出电压的大小。LM317的输出电压V o决定于R2与R1的比值，即V o=1.25（1＋R2/R1）。图1中选定的R2与R3的大小，是为了输出3V、6V电压大小而设计的。开关Sa打向左边时，R2接地，输出3V；Sa打向右边时，R2、R3串接后接地，输出6V。这里R2与R3串接的目的，是为了防止开关Sa触点接触不良时，输出电压增高及防止稳压器内部损坏。C1是滤波电容。C2为消振电容，起稳定电路的作用。若电源不是容性负载，C2就可以不接。 2.数显电路 一个数字可由7段笔划组成，见图3。如果用发光二极管替代这7段笔划，那就只需接通不同笔段中发光二极管的电源，便可以显示数字了。例如数字3，用了a、b、c、d、g五
数字ic设计经验分享
摘要:随着数字电路设计的规模以及复杂程度的提高，对其进行设计所花费的时间和费用也随之而提高。根据近年来的统计，对数字系统进行设计所花的时间占到了整个研发过程的60%以上。所以减少设计所花费的实践成本是当前数字电路设计研发的关键，这就必须在设计的方法上有所突破。 关键词:数字系统；IC；设计 一、数字IC设计方法学 在目前CI设计中，基于时序驱动的数字CI设计方法、基于正复用的数字CI设计方法、基于集成平台进行系统级数字CI设计方法是当今数字CI设计比较流行的3种主要设计方法，其中基于正复用的数字CI设计方法是有效提高CI设计的关键技术。它能解决当今芯片设计业所面临的一系列挑战:缩短设计周期，提供性能更好、速度更快、成本更加低廉的数字IC芯片。 基于时序驱动的设计方法，无论是HDL描述还是原理图设计，特征都在于以时序优化为目标的着眼于门级电路结构设计，用全新的电路来实现系统功能;这种方法主要适用于完成小规模ASIC的设计。对于规模较大的系统级电路，即使团队合作，要想始终从门级结构去实现优化设计，也很难保证设计周期短、上市时间快的要求。 基于PI复用的数字CI设计方法，可以满足芯片规模要求越来越大，设计周期要求越来越短的要求，其特征是CI设计中的正功能模块的复用和组合。采用这种方法设计数字CI，数字CI包含了各种正模块的复用，数字CI的开发可分为模块开发和系统集成配合完成。对正复用技术关注的焦点是，如何进行系统功能的结构划分，如何定义片上总线进行模块互连，应该选择那些功能模块，在定义各个功能模块时如何考虑尽可能多地利用现有正资源而不是重新开发，在功能模块设计时考虑怎样定义才能有利于以后的正复用，如何进行系统验证等。 基于PI复用的数字CI的设计方法，其主要特征是模块的功能组装，其技术关键在于如下三个方面:一是开发可复用的正软核、硬核;二是怎样做好IP复用，进行功能组装，以满足目标CI的需要;三是怎样验证完成功能组装的数字CI是否满足规格定义的功能和时序。 二、典型的数字IC开发流程 典型的数字CI开发流程主要步骤包含如下24方面的内容: (1)确定IC规格并做好总体方案设计。 (2)RTL代码编写及准备etshtnehc代码。 (3)对于包含存储单元的设计，在RTL代码编写中插入BIST(内建自我测试)电路。 (4)功能仿真以验证设计的功能正确。 (5)完成设计综合，生成门级网表。 (6)完成DFT(可测试设计)设计。 (7)在综合工具下完成模块级的静态时序分析及处理。 (8)形式验证。对比综合网表实现的功能与TRL级描述是否一致。 (9)对整个设计进行Pre一layout静态时序分析。 (10)把综合时的时间约束传递给版图工具。 (11)采样时序驱动的策略进行初始化nooprlna。内容包括单元分布，生成时钟树 (12)把时钟树送给综合工具并插入到初始综合网表。 (13)形式验证。对比插入时钟树综合网表实现的功能与初始综合网表是否一致。 (14)在步骤(11)准布线后提取估计的延迟信息。 (15)把步骤(14)提取出来的延迟信息反标给综合工具和静态时序分析工具。 (16)静态时序分析。利用准布线后提取出来的估计延时信息。