为什么采用差分信号技术来传输各种信号

对于信号而言，差分信号的两路信号之间正交。那么对于模拟信号而言可以有效的去除共模干扰和共模噪声。对于数字信号而言，则不仅是噪声的问题。很多数字信号需要远距离传输，并且频率要求比较高，采用差分信号可以使得电平较低，提高信号输出频率。可以参考一下LVDS信号的电平标准。

什么叫做LVDS信号

LVDS ：Low-Voltage Differential Signaling 低压差分信号

其特点是：1、低电压电源的兼容性；

2、低噪声；

3、高噪声抑制能力

4、可靠的信号传输

5、能够集成到系统级IC内

使用LVDS技术的的产品数据速率可以从几百Mbps到2Gbps。它是电流驱动的，通过在接收端放置一个负载而得到电压，当电流正向流动，接收端输出为1，反之为0。它的摆幅为250mv～450mv。

LVDS的应用：在液晶显示器驱动板输出的数字信号中，除了包括RGB数据信号外，还包括行同步、场同步、像素时钟等信号，其中像素时钟信号的最高频率可超过28MHz。采用TTL接口，数据传输速率不高，传输距离较短，且抗电磁干扰（EMI）能力也比较差，会对RGB数据造成一定的影响；另外，TTL多路数据信号采用排线的

方式来传送，整个排线数量达几十路，不但连接不便，而且不适合超薄化的趋势。采用LVDS输出接口传输数据，可以使这些问题迎刃而解，实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输。

低压差动信号（逻辑总线）---low voltage differential

signaling(logic bus).

低压差分信号，为了适应传输、低噪声、兼容性、低成本而广泛使用。

(完整word版)SerDes知识详解

SerDes知识详解一、SerDes的作用 1.1并行总线接口在SerDes流行之前,芯片之间的互联通过系统同步或者源同步的并行接口传输数据,图1.1演示了系统和源同步并行接口。随着接口频率的提高，在系统同步接口方式中,有几个因素限制了有效数据窗口宽度的继续增加。 ?时钟到达两个芯片的传播延时不相等(clock skew) ?并行数据各个bit的传播延时不相等(data skew) ?时钟的传播延时和数据的传播延时不一致(skew between data and clock) 虽然可以通过在目的芯片(chip #2)内用PLL补偿时钟延时差(clock skew)，但是PVT变化时，时钟延时的变化量和数据延时的变化量是不一样的。这又进一步恶化了数据窗口。源同步接口方式中，发送侧Tx把时钟伴随数据一起发送出去, 限制了clock skew对有效数据窗口的危害。通常在发送侧芯片内部，源同步接口把时钟信号和数据信号作一样的处理，

也就是让它和数据信号经过相同的路径，保持相同的延时。这样PVT变化时，时钟和数据会朝着同一个方向增大或者减小相同的量,对skew最有利。我们来做一些合理的典型假设，假设一个32bit数据的并行总线， a)发送端的数据skew = 50 ps ---很高的要求 b)pcb走线引入的skew = 50ps ---很高的要求 c)时钟的周期抖动jitter = +/-50 ps ---很高的要求 d)接收端触发器采样窗口= 250 ps ---Xilinx V7高端器件的IO触发器可以大致估计出并行接口的最高时钟= 1/(50+50+100+250) = 2.2GHz (DDR)或者1.1GHz (SDR)。利用源同步接口，数据的有效窗口可以提高很多。通常频率都在1GHz以下。在实际应用中可以见到如SPI4.2接口的时钟可以高达DDR 700MHz x 16bits位宽。DDR Memory接口也算一种源同步接口，如DDR3在FPGA中可以做到大约800MHz的时钟。要提高接口的传输带宽有两种方式，一种是提高时钟频率，一种是加大数据位宽。那么是不是可以无限制的增加数据的位宽呢？这就要牵涉到另外一个非常重要的问题-----同步开关噪声(SSN)。这里不讨论SSN的原理，直接给出SSN的公式：SSN = L *N* di/dt。 L是芯片封装电感，N是数据宽度，di/dt是电流变化的斜率。随着频率的提高，数据位款的增加，SSN成为提高传输带宽的主要瓶颈。图1.2是一个DDR3串扰的例子。图中低电平的理论值在0V,由于SSN的影响，低电平表现为震荡，震荡噪声的最大值达610mV，因此噪声余量只有1.5V/2-610mV=140mV。

高速差分数据传输EMI低通滤波器

高速差分数据传输EMI低通滤波器过去，ESD 保护或EMI 滤波功能以使用RC 或LC 解决方案为主，例如LTTC 或硅芯片。但是，数据速率更高的总线的问世，以及差分信号传输替代并行总线的发展趋势，自然迫使设计人员提高整个系统的EMC 抗干扰性，寻求新的解决方案。毋庸置疑，考虑到LC 或RC 滤波器是由电感或电阻与接地电容器组成，特别是内在电容效应本身将会影响信号的完整性，这两类滤波器将无法适应数据总线不断提高速率的趋势。因此，只要抑制电容即可避免滤波器出现电容效应；但是这种方法意味丧失滤波器芯片的滤波属性。当数据速率提高到每秒几百兆位以上时，这种方法是一个进退维谷的问题。CMF 滤波器又称共模滤波器，是解决这个进退两难问题的好办法，不仅支持受最高的数据速率，还是差分信号传输技术如USB、HDMI 和MIPI 的最佳保护方案。保护USB2.0 接口的共模滤波器高速USB 2.0 接口利用差分信号方法在两条数据线上传输数据，最高传输速率达到480 Mbps。差分信号是指信号不以地线为基准电压，而是一个信号以另一个信号为基准电压。差分信号在两条线上传输，每条线上的信号相位差180 度，这意味着必须使用一个恰当的滤波拓扑，才能正确地滤除无用频率，同时不会破坏目标差分信号的完整性。新款CMF 滤波器让目标差分信号通过滤波器，但不会破坏差分信号的完整性，同时还能滤除共模信号。共模滤波器的电感特性为差分信号产生最大7 GHz 的宽频带，同时为共模信号产生小于100 MHz 的窄频带。一个理想的共模滤波器可有选择地抑制共模信号，同时放行差分信号，而不会对差分信号有任何影响。差分模式的电流方向相反，产生的磁场的极性相反，磁场被相互抵消，在这种情况下，经过CMF 滤波器的信号没有遇到任何阻抗，更谈不上信号衰减问题。共模信号的电流向同一个方向流动，在滤波器上产生一个同相磁场，两个磁场相互叠加。结

PCB三种特殊布线分享及检查方法详解

PCB三种特殊布线分享及检查方法详解手术很重要，术后恢复也必不可少！各种PCB布线完成之后，就ok了吗？很显然，不是！PCB布线后检查工作也很必须，那么如何对PCB设计中布线进行检查，为后来的PCB设计、电路设计铺好路呢？本文会从PCB设计中的各种特性来教你如何完成PCB布线后的检查工作，做好最后的把关工作！在讲解PCB布线完成后的检查工作之前，先为大家介绍三种PCB的特殊走线技巧。将从直角走线，差分走线，蛇形线三个方面来阐述PCB LAYOUT的走线：一、直角走线（三个方面）直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面：一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间；二是阻抗不连续会造成信号的反射；三是直角尖端产生的EMI，到10GHz以上的RF设计领域，这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。二、差分走线（等长、等距、参考平面）何为差分信号（DifferenTIal Signal）？通俗地说就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态0还是1。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三方面： 1、抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可被完全抵消。 2、能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 3、时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differenTIal signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。

有限差分法

利用有限差分法分析电磁场边界问题在一个电磁系统中，电场和磁场的计算对于完成该系统的有效设计师极端重要的。例如，在系统中，用一种绝缘材料是导体相互隔离是，就要保证电场强度低于绝缘介质的击穿强度。在磁力开关中，所要求的磁场强弱，应能产生足够大的力来驱动开关。在发射系统中进行天线的有效设计时，关于天线周围介质中电磁场分布的知识显然有实质性的意义。为了分析电磁场，我们可以从问题所涉及的数学公式入手。依据电磁系统的特性，拉普拉斯方程和泊松方程只能适合于描述静态和准静态（低频）运行条件下的情况。但是，在高频应用中，则必须在时域或频域中求解波动方程，以做到准确地预测电场和磁场，在任何情况下，满足边界条件的一个或多个偏微分方程的解，因此，计算电池系统内部和周围的电场和磁场都是必要的。对电磁场理论而言，计算电磁场可以为其研究提供进行复杂的数值及解析运算的方法，手段和计算结果；而电磁场理论则为计算电磁场问题提供了电磁规律，数学方程，进而验证计算结果。常用的计算电磁场边值问题的方法主要有两大类，其每一类又包含若干种方法，第一类是解析法；第二类是数值法。对于那些具有最简单的边界条件和几何形状规则的（如矩形、圆形等）问题，可用分离变量法和镜像法求电磁场边值问题的解析解（精确解），但是在许多实际问题中往往由于边界条件过于复杂而无法求得解析解。在这种情况下，一般借助于数值法求解电磁场的数值解。有限差分法，微分方程和积分微分方程数值解的方法。基本思想是把连续的定解区域用有限个离散点构成的网络来代替，这些离散点称作网格的节点；把连续定解区域上的连续变量的函数用在网格上定义的离散变量函数来近似；把原方程和定解条件中的微商用差商来近似，积分用积分和来近似，于是原微分方程和定解条件就近似地代之以代数方程组，即有限差分方程组，解此方程组就可以得到原问题在离散点上的近似解。然后再利用插值方法便可以从离散解得到定解问题在整个区域上的近似解。差分运算的基本概念：有限差分法是指用差分来近似取代微分，从而将微分方程离散成为差分方程组。于是求解边值问题即转换成为求解矩阵方程[5]。对单元函数 ()x f而言，取变量x的一个增量x?=h，则函数()x f的增量可以表示为 ()x f? = ()h x f+-()x f 称为函数()x f 的差分或一阶差分。函数增量还经常表示为 ()x f? = ? ? ? ? ? + 2 h x f - ? ? ? ? ? - 2 h x f

差分信号线的原理和优缺点分析

差分信号线的原理和优缺点分析随着近几年对速率的要求快速提高，新的总线协议不断的提出更高的速率。传统的总线协议已经不能够满足要求了。串行总线由于更好的抗干扰性，和更少的信号线，更高的速率获得了众多设计者的青睐。而串行总线又尤以差分信号的方式为最多。所以在这篇中整理了些有关差分信号线的设计和大家探讨下。 1.差分信号线的原理和优缺点差分信号（Differential Signal）在高速电路设计中的应用越来越广泛，电路中最关键的信号往往都要采用差分结构设计，什么另它这么倍受青睐呢？在PCB设计中又如何能保证其良好的性能呢？带着这两个问题，我们进行下一部分的讨论。何为差分信号？通俗地说，就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态“0”还是“1”。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面： a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。 b. 能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，如图在A-A‘的电流是从右到左，那B-B‘的是从左到右，那么按右手螺旋定则，那他们的磁力线是互相抵消的。耦合的越紧密，互相抵消的磁力线就越多。泄放到外界的电磁能量越少。 c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differenTIal signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。 2.差分信号的一个实例：LVDS

4 脉冲信号产生电路共23页文档

4 脉冲信号产生电路 4.1 实验目的 1．了解集成单稳态触发器的基本功能及主要应用。 2．掌握555定时器的基本工作原理及其性能。 3．掌握用555定时器构成多谐振荡器、单稳态触发器的工作原理、设计及调试方法。 4.2 实验原理 1．集成单稳态触发器及其应用在数字电路的时序组合工作中，有时需要定时、延时电路产生定时、展宽延时等脉冲，专门用于完成这种功能的IC，就是“单稳延时多谐振荡器”，也称“单稳触发器”。其基本原理是利用电阻、电容的充放电延时特性以及电平比较器对充放电电压检测的功能，实现定时或延时，只需按需要灵活改变电阻、电容值大小，就可以取得在一定时间范围的延时或振荡脉冲输出。常用的器件有LS121/122、LS/HC123、LS/HC221、LS/HC423、HC/C4538及CC4528B等。集成单稳态触发器在没有触发信号输入时，电路输出Q=0，电路处于稳态；当输入端输入触发信号时，电路由稳态转入暂稳态，使输出Q=1；待电路暂稳态结束，电路又自动返回到稳态Q=0。在这一过程中，电路输出一个具有一定宽度的脉冲，其宽度与电路的外接定时元件C ext 和R ext 的数值有关。图4-1

集成单稳态触发器有非重触发和可重触发两种，74LS123是一种双可重触发的单稳态触发器。它的逻辑符号及功能表如图4-1、表4-1所示。在表4-1中“正”为正脉冲，“负”为负脉冲。 LS/HC123的特点是，复位端CLR也具有上跳触发单稳态过程发生的功能。在C ext >1000pF时，输出脉冲宽度t w ≈0.45R ext C ext 。器件的可重触发功能是指在电路一旦被触发（即Q=1）后，只要Q还未恢复到0，电路可以被输入脉冲重复触发，Q=1将继续延长，直至重复触发的最后一个触发脉冲的到来后，再经过一个t w （该电路定时的脉冲宽度）时间，Q才变为0，如图4-2所示：图4-2 74LS123的使用方法：（1）有A和B两个输入端，A为下降沿触发，B为上升沿触发，只有AB=1时电路才被触发。（2）连接Q和A或Q与B，可使器件变为非重触发单稳态触发器。（3）CLR=0时，使输出Q立即变为0，可用来控制脉冲宽度。（4）按图4-3、3-5-4连接电路，可组成一个矩形波信号发生器，利用开关S瞬时接地，使电路起振。图4-3 图4-4 2．555时基电路及其应用 555时基电路是一种将模拟功能和数字逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的新型集成电路，又称集成定时器，它的内部电路框图如图4-5所示。图4-5 电路主要由两个高精度比较器C 1、C 2 以及一个RS触发器组成。比较器的参考电压分别是2/3V CC 和1/3V CC ，利用触发器输入端TR输入一个小于 1/3V CC 信号，或者阈值输入端TH输入一个大于2/3V CC 的信号，可以使触发器状态发生变换。CT是控制输入端，可以外接输入电压，以改变比较器的参考电压值。在不接外加电压时，通常接0.01μF电容到地，DISC是放电输入端，当输出端的F=0时，DISC对地短路，当F=1时，DISC对地开路。 R D 是复位输入端，当R D =0时，输出端有F=0。器件的电源电压V CC 可以是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，当电源电压为+5V时，电路输出与TTL电路兼容。555电路能够输出从微秒级到小时级时间范围很广的信号。（1）组成单稳态触发器 555电路按图4-6连接，即构成一个单稳态触发器，其中R、C是外接定时元件。单稳态触发器的输出脉冲宽度t w ≈1.1RC。图4-6 （2）组成自激多谐振荡器图4-7 自激多谐振荡器电路按图4-7连接，即连成一个自激多谐振荡器电路，此电路的工作过程

关于差分信号,你需要知道这些

关于差分信号，你需要知道这些差分信号只是使用两根信号线传输一路信号，依靠信号间电压差进行判决的电路，既可以是模拟信号，也可以是数字信号。实际的信号都是模拟信号，数字信号只是模拟信号用门限电平量化后的取样结果。因此差分信号对于数字和模拟信号都可以定义。一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统地(GND)被用作电压基准点。当地当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。 VDS不是传输速率快，是抗干扰能力强。有信号时，一棵线电压+V，另一棵线电压-V，接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V。外界的干扰信号在两棵线中山上的是同样幅度和极性的+v信号，在接收端差值的过程中互相抵消了。由于抗干扰能力强，数字信号不易出错，可以避免因校验出错引起的重发，从这个意义上说差分信号传输速率。差分的概念在《模拟电路》课程里已经学习过了。差分信号是一对大小相等而极性相反的对称信号，差分信号用于传输有用的信号。共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号，共模信号往往来自于外部干扰。差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用，而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。差分传输的信号能够对外部干扰能够起到很强的抗干扰能力。原始的输入信号经过倒相器和缓冲器之后形成一对大小相等而极性相反的差分信号。对模拟信号，倒相器可以用运算放大器的反相比例放大电路来实

低电压差分信号传输(LVDS)在汽车电子中的应用

低电压差分信号传输(LVDS)在汽车电子中的应用低电压差分信号传输(LVDS)已经在众多应用中得到验证，LVDS在传送高数据率信号的同时还具有其它优势: 与低电源电压的兼容性；低功耗；低辐射；高抗干扰性；简单的布线和终端匹配。 LVDS为差分模式(图1)，这种模式固有的共模抑制能力提供了高水平的抗干扰性，由于具有较高的信噪比，信号幅度可以降低到大约100mV (图2)，允许非常高的传输速率。较低的信号摆幅还有助于降低功耗。与上述优势相比，LVDS的缺陷(每一通道需要两根连线传输信号)已经显得微不足道。图1. 基本的LVDS发送接收结构图2. LVDS的信号强度和幅度随着汽车内部整合的安全和辅助电子设备的增加，汽车领域对高速互连的需求急剧增长，主要集中在用于驾驶支持(电子后视镜、导航系统、泊车距离控制、超视距显示、仰视显示)的视频显示系统，车载娱乐系统(电视和DVD播放器) 等，这些应用要求高速数据传输，以满足图像传递的要求。正是这些需求的增长，带动LVDS产品在这些领域崭露头角(图3)。图3. 汽车应用的典型LVDS连接 LVDS非常适合汽车应用。汽车内部存在众多的电磁辐射源，因此，抗干扰能力是汽车电子设计最基本的要求。另外，考虑到LVDS传输线自身的低辐射优势，对系统的其它设施几乎不产生额外干扰。LVDS传输只需要简单的电阻连接，简化了电路布局，线路连接也非常简单(采用双绞铜质电缆)。LVDS兼容于各种总线拓扑: 点到点拓扑(一个发送器，一个接收器)；多分支拓扑(一个发送器，多个接收器)；多点拓扑(多个发送器，多个接收器) 汽车设计中存在一个关键问题，即车体不同位置的地电位有很大差异，电位差可能达到几伏特。直流耦合接口配置下，这样的电位差会很快中断数据传输。这个问题可以通过电容耦合传输信号解决，前提是信号传输中不会对电容在同一个方向长时间充电。

详解差模电压和共模电压-简单易懂

差模电压与共模电压我们需要的是整个有意义的“输入信号”，要把两个输入端看作“整体”。就像平面坐标需要用 x,y 两个数表示，而到了高中或大学就只要用一个“数”v，但这个 v 是由 x,y 两个数构成的“向量”…… 而共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为 vi = (vi+, vi-) 也可以表示为 vi = (vic, vid) c 表示共模， d 表示差模。两种描述是完全等价的。只不过换了一个认识角度，就像几何学里的坐标变换，同一个点在不同坐标系中的坐标值不同，但始终是同一个点。运放的共模输入范围：器件（运放、仪放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑制比 CMRR）条件下允许的共模信号的范围。显然，不存在“某一端”上的共模电压的问题。但“某一端”也一样存在输入电压范围问题。而且这个范围等于共模输入电压范围。道理很简单：运放正常工作时两输入端是虚短的，单端输入电压范围与共模输入电压范围几乎是一回事。对其它放大器，共模输入电压跟单端输入电压范围就有区别了。例如对于仪放，差分输入不是 0，实际工作时的共模输入电压范围就要小于单端输入电压范围了。

可以通俗的理解为：两只船静止在水面上，分别站着两个人，A和B。 A和B相互拉着手。当船上下波动时，A才能感觉到B变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。当水位上升或者下降时，A并不能感觉到这个拉力。这两个船离水底的绝对高度就是共模信号。于是，我们说A和B只对差模信号响应，而对共模信号不响应。当然，也有一定的共模范围了，太低会沉到水底，这样船都无法再波动了。太高，会使会水溢出而形成水流导致船没法在水面上停留理论上，A和B应该只是对差模有响应但实际上，由于船上下颠簸，A和B都晕了，明明只有共模，却产生了幻觉：似乎对方相对自己在动。这就说明，A和B内力较弱，共模抑制比不行啊。当然,差模电压也不可以太大，否则会导致把A和B拉开。主要是 “共模是两输入端的算术平均值,差模是直接的同相端与反相端的差值”。共模电压应当是从源端看进来时，加到放大电路输入端的共同值，差模则是加到放大电路两个输入端的差值。共模电压有直流的，也有交流的。直流的称为直流共模抑制（比），交流的称为交流共模抑制（比），统称共模抑制（比）。一般

有限元法与有限差分法的主要区别

有限元法与有限差分法的主要区别有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。对于有限差分格式，从格式的精度来划分，有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑，可分为中心格式和逆风格式。考虑时间因子的影响，差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式，主要是上述几种形式的组合，不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格，网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。构造差分的方法有多种形式，目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式：一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等，其中前两种格式为一阶计算精度，后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合，可以组合成不同的差分计算格式。有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。在河道数值模拟中，常见的有限元计算方法是由变分法和加权余量法发展而来的里兹法和伽辽金法、最小二乘法等。根据所采用的权函数和插值函数的不同，有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法，从计算单元网格的形状来划分，有三角形网格、四边形网格和多边形网格，从插值函数的精度来划分，又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数，伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数；最小二乘法是令权函数等于余量本身，而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小；在配置法中，先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程，即在配置点上令方程余量为0。插值函数一般由不同次幂的多项式组成，但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示，但最常用的多项式插值函数。有限元插值函数分为两大类，一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值，称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值；另一种不仅要求插值多项式本身，还要求它的导数值在插值点取已知值，称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标，有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系，它的定义取决于单元的几何形状，一维看作长度比，二维看作面积比，三维看作体积比。在二维有限元中，三角形单元应用的最早，近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元，常采用的插值函数为有La grange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为(1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。(2)区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。(3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插

差分信号传输技术(EIV)

Data Transmission
Communications Interface Division
1
11-1

Differential Signaling What and WHY?
2
下面这一节将解释什么是差分信号传输技术，为何应用差分信号，以及它的一些好处。
11-2

What is Differential Signaling?
D
A’ B’
R
C
Differential Equation: C = A’ – B’
3
差分信号利用两根导线来传输数据。在这次讲座中，我们将主要讨论低压差分信号（LVDS）技术，以后还将更为详细的讨论它。我们还将讨论已得到应用的其他几种差分技术。LVDS 驱动器一般为电流驱动器，在接收一侧则一般是简单的 100 欧姆无源端接器。在正引线上，电流正向流动，负引线构成电流的返回通路。接收器仅仅给出 A 和 B 线上的信号差。A 和 B 线共有的噪声或者信号将被抑制掉。
11-3

Why Differential Signaling?
5V 4V 3V 2V Single-ended Differential
5V
3V
1.1V
0.3V
1V 0V
CMOS
TTL LVCMOS
BTL
GTL+
LVDS
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高速传输已经是一个实际的需求，这一需求每年以惊人的速度增长。随着处理器变得越来越快，总线速度必须相应提升以满足其要求。随着速度的增加，时间裕度相应减少 — 于是出现了对高性能接口装置的需求。还记得只能看到文字信息的年代吗？今天你可以在每封 email 中看到图标、图像以及大把大把的各种附件 — 于是，台式机通过数据网和电信网的连接，推动了对带宽的需求的增长。这张幻灯片示出了信号摆幅变小以及向差分信号转移的趋势。一般，当信号摆幅减小时，噪声裕度也相应降低。然而，LVDS 就不是这种情况，即使它的信号摆幅小于 BTL 或者 GTL 。它可以实现更大的信号裕度。这就是差分信号所带来的好处。 TTL/CMOS 逻辑或者摆幅更小的技术（BTL 和 GTL）在底板中的使用，是当前设计工程师们一个共同的选择，但是它们提供的对噪声的抗扰性都达不到 LVDS 信号所具备的水平，消耗的功率过大，端接复杂，而且不易升级。
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实验8 脉冲信号产生电路

实验8 脉冲信号产生电路一、实验目的 1. 掌握用基本门电路构成多谐振荡器的方法。 2. 熟悉单稳态触发器的工作原理和参数选择。 3. 熟悉施密特触发器的脉冲整形和应用。二、实验原理脉冲信号产生电路是数字系统中必不可少的单元电路。如同步信号、时钟信号和时基信号等都由它产生。产生脉冲信号的电路通常称为多谐振荡器。它不需信号源，只要加上直流电源，就可以自动产生信号。脉冲的整形通常应用单稳态触发器或施密特触发器实现。脉冲信号的产生与整形可以用基本门电路来实现。现在已经有集成单稳态触发器、集成施密特触发器。另外用555 定时器也可以产生脉冲或实现脉冲整形。本实验主要研究用基本门电路组成的脉冲产生和整形电路。 1. 多谐振荡器 (1) TTL 门电路构成的多谐振荡器由于 TTL 门电路速度快，它适宜于产生中频段脉冲源，图2.8.1 是由TTL 反向器构成的全对称多谐振荡器，若取C1= C2 = C，R1= R2= R，则电路完全对称，电容充放电时间相等，其振荡周期近似为Ｔ=1.4 RC。一般R1、R2的取值不超过1K，若取R1= R2 = 500Ω ，C1= C2=100pF~100μF，则其振荡频率的范围为几十赫到几十兆赫。 (2) 环形多谐振荡器图 2.8.2 是用TTL 与非门构成的环形多谐振荡器，图中取R1=100Ω ，R W在2kΩ ~50kΩ之间变化，可调电容C的变化范围是100pF 到50μF，则振荡频率可从数千赫变到数兆赫。电路的振荡周期为Ｔ= 2.2 RC，其中R = R1+R W。

(3) 晶体振荡器用TTL 或CMOS 门电路构成的振荡器幅度稳定性较好，但频率稳定性较差，一般只能达到10-2~10-3数量级。在对频率的稳定度、精度要求高的场合，选用石英晶体组成的振荡器较为适合。其频率稳定度可达10-5以上。图2.8.3 是用CMOS 芯片CD4069 和晶体构成的多谐振荡器，C o一般取20pF。C S取10~30pF，其输出频率取决于晶体的固有振荡频率。 2. 单稳态触发器稳态触发器的特点是它只有一个稳定状态，在外来脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳态。暂稳态维持一段时间ＴW 以后，将自动返回到稳定状态。ＴW大小与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。单稳态触发器一般用于定时、整形及延时等。单片集成的单稳态触发器有74LS122，CC4098 等。图 2.8.4 是用与非门构成的微分型单稳态触发器，其输出脉冲宽度为：Ｔw= 0.8RC。 3. 施密特触发器施密特触发器的特点是：电路有两个稳定状态，电路状态的翻转依靠外触发电平来维持。一旦外触发电平下降到一定电平后，电路立即恢复到初始稳态。其工

高速电路接口电平最佳详解.

高速电路（由于高速电路有很多参考资料，本文并不侧重全面讲述原理、各种匹配和计算方法，而是侧重评析一些高速电路的优缺点，并对常用电路进行推荐使用。）一、高速信号简介：常见的高速信号有几种：ECL电平、LVDS电平、CML电平其中ECL电平根据供电的不同还分为： ECL――负电源供电（一般为－5.2v） PECL――正5V供电 LVPECL――正3v3供电，还有一种2.5V供电一般情况下，常见的高速信号都是差分信号，因为差分信号的抗干扰能力比较强，并且自身产生的干扰比较小，能够传输比较高的速率。二、几种常见的高速信号： 1、PECL电平从发展的历史来说，ECL信号最开始是采用－5.2V供电的（为何采用负电源供电下面会详细说明），但是负电源供电始终存在不便，后来随着工艺水平的提升，逐渐被PECL 电平（5V供电）所替代，后来随着主流芯片的低电源供电逐渐普及，LVPECL也就顺理成章地替代了PECL电平。

PECL信号的输出门特点： A、输出门阻抗很小，一般只有4～5欧姆左右： a、输出的驱动能力很强；直流电流能达到14mA； b、同时由于输出门阻抗很小，与PCB板上的特征阻抗Z0（一般差分100欧姆），相差甚远当终端不是完全匹配的时候，信号传到终端后必然有一定的反射波，而反射波传会到源端后，也不能在源端被完全匹配，这样必然发送二次反射。正因为存在这样的二次反射，导致了PECL信号不能传输特别高的信号。一般155M、622M的信号还都在使用PECL/LVPECL信号，到了2.5G以上的信号就不用这种信号了。 c、 B、PECL信号的回流是依靠高电平平面（即VCC）回流的，而不是低电平平面回流。所以，为了尽可能的避免信号被干扰，要求电源平面干扰比较小。也就是说，如果电源平面干扰很大，很可能会干扰PECL信号的信号质量。 a、这就是ECL信号出现之初为何选用负电源供电的根本原因。一般情况下，我们认为 GND平面是比较干净的平面。因为我们可以通过良好的接地来实现GND的平整（即干扰很小）。 b、从这个角度来说，PECL信号和LVPECL信号都是容易受到电源（VCC）干扰的，所以必须注意保证电源平面的噪声不能太大。 C、对于输出门来说，P/N二个管脚不管输出是高还是低，输出的电流总和是一定的（即恒流输出）。恒流输出的特性应该说是所有的差分高速信号的共同特点（LVDS/CML电平也是如此）。这样的输出对电源的干扰很小，因为不存在电流的忽大忽小的变化，这样对电源的干扰自然就比较小。而普通的数字电路，如TTL/CMOS电路，很大的一个弊病就是干扰比较大，这个干扰大的根源之一就是对电源电流的需求忽大忽小，从而导致供电平面的凹陷。 D、PECL的直流电流能达到14mA，而交流电流的幅度大约为8mA（800mV/100ohm），也就是说PECL的输出门无论是输出高电平还是低电平，都有直流电流流过，换一句话说PECL 的输出门（三极管）始终工作在放大区，没有进入饱和区和截至区，这样门的切换速度就可以做得比较快，也就是输出的频率能达到比较高的原因之一。下面是PECL电平的输入门结构：其中分为二种：一种是有输入直流偏置的，一种是没有输入直流偏置，需要外接直流偏置的。一般情况下，ECL/PECL/LVPECL信号的匹配电阻（差分100欧姆）都是需要外加的，芯片内部不集成这个电阻。大家可以看到，VCC-1.3V为输入门的中间电平（即输入信号的共模电压），对于LVPECL 来说大约为2V，对于PECL来说为3.7V。也就是说，我们要判断一个PECL/LVPECL电平输入能否被正常接收，不仅要看交流幅度能否满足输入管脚灵敏度的要求，而且要判断直流幅度是否在正常范围之内（即在VCC-1.3V 左右，不能偏得太大，否则输入门将不能正常接收）。在这一点上与LVDS有很大的差别，务必引起注意。

差分信号在通信传输中的应用

Differential Signaling What and WHY? 下面这一节将解释什么是差分信号传输技术，为何应用差分信号，以及它的一些好处。What is Differential Signaling? 本人专制贱人，资料共享，完全免费，绝不收费。差分信号利用两根导线来传输数据。在这次讲座中，我们将主要讨论低压差分信号（LVDS）技术，以后还将更为详细的讨论它。我们还将讨论已得到应用的其他几种差分技术。LVDS 驱动器一般为电流驱动器，在接收一侧则一般是简单的100 欧姆无源端接器。在正引线上，电流正向流动，负引线构成电流的返回通路。接收器仅仅给出A和B 线上的信号差。A 和B 线共有的噪声或者信号将被抑制掉。高速传输已经是一个实际的需求，这一需求每年以惊人的速度增长。随着处理器变得越来越快，总线速度必须相应提升以满足其要求。随着速度的增加，时间裕度相应减少—于是出现了对高性能接口装置的

需求。还记得只能看到文字信息的年代吗？今天你可以在每封email 中看到图标、图像以及大把大把的各种附件—于是，台式机通过数据网和电信网的连接，推动了对带宽的需求的增长。这张幻灯片示出了信号摆幅变小以及向差分信号转移的趋势。一般，当信号摆幅减小时，噪声裕度也相应降低。然而，LVDS 就不是这种情况，即使它的信号摆幅小于BTL 或者GTL 。它可以实现更大的信号裕度。这就是差分信号所带来的好处。 TTL/CMOS 逻辑或者摆幅更小的技术（BTL 和GTL）在底板中的使用，是当前设计工程师们一个共同的选择，但是它们提供的对噪声的抗扰性都达不到LVDS 信号所具备的水平，消耗的功率过大，端接复杂，而且不易升级。速度——信号的转换时间就是你能达到的速度的极限。更高的信号摆幅将需要花更长的时间才能完成转换。一个提高速度的办法就是缩短转换时间，但由于噪声、串扰和功率方面的原因，那是不现实的。为了提高速度，LVDS 通过降低信号摆幅来加快转换过程。更短的转换时间，并不会增加串扰、EMI 和功耗，因为信号摆幅大大减小了。一般来说，这减小了噪声裕度，但LVDS 可以利用其差分传输方式来解决这个问题，在该方案中，信－噪比得以大大提高。上图通过一个只有大信号1/10 的小信号进行了说明，在相同的dv/dt 条件下，速度可以提高7x 以上。但这还不是全部，由于信号小，可以通过提高dv/dt，达到更高的速度。

PWM信号发生电路

1．P W M信号概述脉冲宽度调制（PWM）信号广泛使用在电力变流技术中，以其作为控制信号可完成DC-DC 变换（开关电源）、DC-AC变换（逆变电源）、AC-AC变换（斩控调压）和AC-DC变换（功率因数校正）。产生PWM信号的方法有多种，现分别论述如下： 1）普通电子元件构成PWM发生器电路基本原理是由三角波或锯齿波发生器产生高频调制波，经比较器产生PWM信号。三角波或锯齿波与可调直流电压比较，产生可调占空比PWM信号；与正弦基波比较，产生占空比按正弦规律变化的SPWM信号。此方法优点是成本低、各环节波形和电压值可观测、易于扩展应用电路等。缺点是电路集成度低，不利于产品化。 2）单片机自动生成PWM信号基本原理是由单片机内部集成PWM发生器模块在程序控制下产生PWM信号。优点是电路简单、便于程序控制。缺点是不利于学生观测PWM产生过程，闭环控制复杂和使用时受单片机性能制约。 3）可编程逻辑器件编程产生PWM信号基本原理是以复杂可编程逻辑器件（CPLD）或现场可编程门阵列器件（FPGA）为硬件基础，设计专用程序产生PWM信号。优点是电路简单、PWM频率和占空比定量准确。缺点是闭环控制复杂，产生SPWM信号难度大。 4）专用芯片产生PWM信号是生产厂家设计、生产的特定功能芯片。优点是使用方便、安全，便于应用到产品设计中。缺点是不利于学生观测PWM产生过程和灵活调节各项参数。 2．电子元件构成PWM发生器电路图1电子元件构成PWM发生器电路 3．集成芯片SG3525构成PWM发生器电路一、PWM信号发生电路说明实验电路中，驱动开关管的PWM信号由专用PWM控制集成芯片SG3525产生（美国

什么叫差分信号差分信号详解

什么叫差分信号?差分信号详解什么叫差分信号?差分信号详解一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统'地'被用作电压基准点。当'地'当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了- 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。图1 用跷跷板表示的差分信号应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。当V+>V-时，信号定义成正极信号，当V+

LVDS信号介绍

LVDS信号介绍： LVDS：Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号。 LVDS传输支持速率一般在155Mbps（大约为77MHZ）以上。 LVDS是一种低摆幅的差分信号技术，它使得信号能在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps 的速率传输，其低压幅和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。 IEEE在两个标准中对LVDS信号进行了定义。ANSI/TIA/EIA-644中，推荐最大速率为655Mbps，理论极限速率为1.923Mbps。 1.1 LVDS信号传输组成图1 LVDS信号传输组成图 LVDS信号传输一般由三部分组成：差分信号发送器，差分信号互联器，差分信号接收器。差分信号发送器：将非平衡传输的TTL信号转换成平衡传输的LVDS信号。通常由一个IC来完成，如：DS90C031 差分信号接收器：将平衡传输的LVDS信号转换成非平衡传输的TTL信号。通常由一个IC 来完成，如：DS90C032 差分信号互联器：包括联接线（电缆或者PCB走线），终端匹配电阻。按照IEEE规定，电阻为100欧。我们通常选择为100，120欧。 1.2 LVDS信号电平特性 LVDS物理接口使用1.2V偏置电压作为基准，提供大约400mV摆幅。 LVDS驱动器由一个驱动差分线对的电流源组成（通常电流为3.5mA），LVDS接收器具有很高的输入阻抗，因此驱动器输出的电流大部分都流过100Ω的匹配电阻，并在接收器的输入端产生大约350mV 的电压。电流源为恒流特性，终端电阻在100――120欧姆之间，则电压摆动幅度为：3.5mA * 100 = 350mV ；3.5mA * 120 = 420mV 。下图为LVDS与PECL（光收发器使用的电平）电平变化。

LVDS接口详解

1．LVDS输出接口概述液晶显示器驱动板输出的数字信号中，除了包括RGB数据信号外，还包括行同步、场同步、像素时钟等信号，其中像素时钟信号的最高频率可超过28MHz。采用TTL接口，数据传输速率不高，传输距离较短，且抗电磁干扰（EMI）能力也比较差，会对RGB数据造成一定的影响；另外，TTL 多路数据信号采用排线的方式来传送，整个排线数量达几十路，不但连接不便，而且不适合超薄化的趋势。采用LVDS输出接口传输数据，可以使这些问题迎刃而解，实现数据的高速率、低噪声、远距离、高准确度的传输。那么，什么是LVDS输出接口呢？LVDS，即Low Voltage Differential Signaling，是一种低压差分信号技术接口。它是美国NS公司（美国国家半导体公司）为克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、EMI电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式。 LVDS输出接口利用非常低的电压摆幅（约350mV）在两条PCB走线或一对平衡电缆上通过差分进行数据的传输，即低压差分信号传输。采用LVDS输出接口，可以使得信号在差分PCB线或平衡电缆上以几百Mbit／s的速率传输，由于采用低压和低电流驱动方式，因此，实现了低噪声和低功耗。目前，LVDS输出接口在17in及以上液晶显示器中得到了广泛的应用。 2．LVDS接口电路的组成在液晶显示器中，LVDS接口电路包括两部分，即驱动板侧的LVDS输出接口电路（LVDS发送器）和液晶面板侧的LVDS输入接口电路（LVDS接收器）。LVDS发送器将驱动板主控芯片输出的17L电平并行RGB数据信号和控制信号转换成低电压串行LVDS信号，然后通过驱动板与液晶面板之间的柔性电缆（排线）将信号传送到液晶面板侧的LVDS接收器，LVDS接收器再将串行信号转换为TTL电平的并行信号，送往液晶屏时序控制与行列驱动电路。图1所示为LVDS接口电路的组成示意图。