不合格的车轮和轮胎会降低赛车高度优化、高性能发动机的性能，这种情况并不罕见。该发动机必须具有更加十足的动力才能弥补整个系统性能受到的影响。
这一类推同样适用于高性能音频及选择驱动扬声器用放大器。多年来，AB类放大器被选作具有高清晰度（HD）音频的放大器。音频D类放大器被认为是不合格的，因为他们并未满足HD音频的所有要求。但现在情况不同了。
高清晰度或高分辨率音频指的是质量高于16位（光盘除外）和采样率大于44.1kHz的音频，如图1所示。
图1：一些音频格式的动态范围和带宽
在HD音频中，数字前端包括带32位音频数据通道、音频采样率≥96kHz和集成24位超低噪声数模转换器（DAC）的数字信号处理器。较高位计数提高了信噪比（SNR）和动态范围（DR），提供更好的分辨率（>97分贝），这样可听到极小但不失真的声音。更快的采样率产生超出人耳听力范围（> 22kHz）的更高带宽（采样率/ 2），但编码更多声音信息用于精确再现…
选择用于D类音频放大器的输出滤波器的电感值始终是一个关键的设计决定。随着新一代超低失真D类放大器的问世，选择电气性能较差的电感会严重限制音频性能。我的同事Brian在其12月的博文中谈到高清晰度音频如何改变我们的聆听方式。在这篇博文中，我将讨论选择合适电感器的重要考虑因素，以确保您的设备能够具有高清晰度潜力。
在较高功率的D类放大器中，（通常高于输出功率10W），无源输出滤波器通常在每个输出端具有一个电感器和一个电容（LC），并因此被称为LC滤波器。LC滤波器的目的是将D类放大器的不连续脉宽调制（PWM）脉冲串输出转换成连续平稳的模拟正弦波。LC滤波器从音频信号的PWM表示提取所述音频信号。
此滤波过程很关键，原因如下：
选择合适的放大器总会涉及在系统类型、成本和性能之间做出权衡。设备性能包括音频性能、热性能和功能设置。在这篇博文中，我们将讨论如何指定系统额定功率以及如何选择合适的放大器集成电路器件（IC）用于电声棒、家庭影院系统、有源音箱或其他产品。
大多数TI的高功率D类放大器（其实大部分产品为D类放大器）的设计可连续输出数据表中额定的满功率，前提是系统的散热解决方案可提供充分的散热，以保持设备处于工作温度范围内，特别是可保持设备数据表指定的温度范围。满足解决方案散热要求的热系统将取决于散热器尺寸；强制/不强制气流；设备和散热器之间的热界面；及最重要的是，为系统传递指定热试验（或功率测试）的要求。
持续功率测试的热系统要求取决于特定输出功率/测试条件下放大器的功耗。设备功率损耗取决于在特定输出功率电平条件下的放大器效率。D类放大器通常在高输出功率条件下能达到90％或以上的效率，但在空闲损耗和低输出功率方面，放大器具有更多变化。空闲损耗和高功率效率既取决于MOSFET的尺寸…
在尝试将锁相环（PLL）锁定时，你是否碰到过麻烦？草率的判断会延长调试过程，调试过程变得更加单调乏味。根据以下验证通行与建立锁定的程序，调试过程可以变得非常简单。
第1步：验证通信
第一步是验证PLL响应编程的能力。如果PLL没有锁定，无法读回，则尝试发送需要最小量硬件命令工作的软件命令。一种方法是通过软件（而非引脚）调节PLL的通电断电寻找引脚的可预测电流变化或偏置电压电平变化。许多PLL在其输入（OSCin）引脚的电平在通电时为Vcc/2，在断电时为0V。
如果PLL集成了压控振荡器（VCO），则查看低压差（LDO）输出引脚电压是否对通电和断电命令做出反应。还可能可以切换输入/输出 (I/O)引脚，比如许多LMX系列PLL的MUXout引脚。如果采用上述方法能够验证通信，就可以继续尝试进行锁定。
如果无法验证通信，则查找常见的原因，例如以下原因：
一位顾客最近问我优化消费者产品的盖打开/关闭检测机制。为了避免依赖于潜在不可靠的电气接触、磁铁或昂贵的光学解决方案，我建议使用LDC0851差分感应开关。
今天，我想向您展示如何使用感应开关达到此目的，及一个阈值调整特性如何帮助设置开关距离。
如何将感应开关用于盖打开/关闭检测？
典型感应式接近传感应用使用一个诸如一块铜箔、一个螺钉的小金属靶检测移动件的位置，如消费产品的盖或门，如图1所示。
图1：盖开/关检测应用
为确定金属是否存在，该开关将感测线圈的电感与参考线圈的电感进行比较。外线圈直径决定最大开关阈值。
我建议使用一个层叠线圈法，其中，印刷电路板（PCB）1和2层包含感测线圈，而3和4层包含参考线圈。图2所示为系统框图。
图2：系统框图
…
年轻时，我和大多数心怀抱负的工程师一样，也曾梦想遨游太空，特别是火星。那时，我以为乘坐美国航空航天局的航天飞机是到达太空的唯一途径。然而，航天飞机项目的取消击碎了我少年时代的梦想，至少我是这样认为的。最近的商业化卫星和发射服务称，有朝一日可能提供太空探索服务。凭借新的创新方法和数十年的相关经验，我相信他们能够将这一梦想变为现实。
与此同时，我们也必须清楚地认识到，由于极端恶劣的环境，太空其实是一个非常危险的地方。轨道飞行中存在辐射、飞溅的碎片、极端温度和繁多的环境干扰。鉴于这些因素，飞船设计师采用了抗辐射集成电路（例如德州仪器公司生产的电路）、温度和惯性控制及特殊的外部结构，为太空飞行器提供保护，防止这些环境因素的影响。
当然我们不是专业的天体物理学家，作为业余人士，我们首先需要了解航天器或卫星的七个基本子系统：
作为最重要的设计参数之一，选择环路带宽涉及到抖动、相位噪声、锁定时间或杂散之间的平衡。适合抖动的最优环路带宽BWJIT也是数据转换器时钟等许多时钟应用的最佳选择。如果BWJIT并非最佳选择，首先要做的仍是寻找最优环路带宽。
图1中，锁相环(PLL)与压控振荡器(VCO)噪声交叉处的偏移，BWJIT（约为140kHz）通过减少曲线下方的面积来优化抖动。
图1：最优抖动带宽
尽管此带宽BWJIT对抖动而言是最优的，但对于相位噪声、锁定时间或杂散却并非如此。表1给出了环路带宽对这些性能指标的影响的大致参考。
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性能指标 |
最优带宽 |
备注 |
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抖动 |
BWJIT |
最优值一般为BWJIT。在低集成限制更高的一些情况下，有时较窄的环路带宽实际上效果更好。 |
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锁定时间 |
无限 |
VCO锁定时间随着环路带宽的增加而提高，但有时会受到VCO校准时间… |
作者：Collin Wells, 德州仪器精密模拟应用工程师
在现代工业控制系统中，4-20 mA电流环路发送器一直是在控制中心和现场传感器/执行器之间进行数据传输最为常用的发送器，主要是因其便于安装、使用和维护。随着气动信号被用于控制执行器，并在早期工业自动化现场作为比例控制之后，4-20 mA电流环路发送器开始被大量应用[1]。典型的压力范围是3 PSI – 15 PSI，其中3 PSI代表零度输入/输出，15 PSI代表满量输入/输出。如果气动管路发生破裂，压力将降至0 PSI，表示出现需要修复的故障。电子化开始普及之后，气动管路逐渐被替代，取而代之的是由放大器、晶体管和其他分立电子元件组成的4-20 mA电流环路。
您可能会问“为什么要使用电流环路？”基尔霍夫定律中指出电流在闭合环路中是恒定的。由此便可以在很长的距离内使用4-20 mA电流环路，而且环路中任一点的电流都是恒定的，不受导线电阻的影响。当然，欧姆定律有效性的前提是具备充分的环路电压…
作者RJ Hopper
** 这是Analog Wire RF取样博客系列的第10篇。 **
我在之前的博文中论述了无线电频率(RF)取样结构对宽带系统的优势，但有些系统的运行需要中等带宽，或有其它重点考虑的因素。有源天线阵使用多个专用于产生比单个元件更集中的辐射模式天线。这种集中的模式可将天线增益增加到预定目标或用户，并可同时对波束图型以外区域提供干扰抑制，从而无需过多信号带宽。
雷达阵列就是一种用于精确定位空间目标的有源天线系统。图1中所示的简单的3×3阵列系统能够导引两个维度的波束来追踪目标。
图 1：3×3雷达天线阵列
每个天线元件都需要有自己的接收机。较小的阵列可能使用八个元件；非常大的阵则会使用数以千计的元件。这些系统需要大量的接收机，因此每个接收机必须低成本且高功率；并且这些系统需要高动态范围的性能，从而在背景噪声和干扰中辨别目标。
TI设计的700-2700MHz双通道接收机和16位ADC及100MHz…
在我上一篇博文中，我逐步说明了如何使用WEBENCH® Coil Designer制作用于电感式感测应用的传感器计算机辅助设计文件。这种方法对于LDC1614等单线圈电感式传感器十分有效，但是LDC0851电感式开关需要两个传感器，两个传感器无法并排也不能堆叠。
随着近期WEBENCH的升级，已无需再手绘线圈；WEBENCH Coil Designer能够在五分钟之内制作出线圈设计。今天，我会说明如何在WEBENCH工具中设计层叠线圈。
层叠线圈与并排线圈有何区别？
如图1所示，并排线圈可以产生最大的感应，使用双层印制电路板（PCB）很容易实施。从WEBENCH工具中输出两个相同线圈，在PCB中将两个线圈连接，就可以制作出优良的并排线圈。
并排线圈的一个替代布置方式是层叠线圈，在层叠线圈中，一个线圈堆在另一个线圈之上，安装在四层PCB上。把感应线圈放在顶部能够确保目标对感应线圈电感的影响总是大于对参考线圈电感的影响…
在之前的博文中，我说明了如何设计工业自动化用二线制或回路供电模拟输出。在熟知变送器设计和运行的前提下，本文将讨论如何设计保护这些系统的电路。图1为基本的二线制变送器设计供参考。
图 1：基本二线制变送器设计
二线制变送器保护电路需要保护该系统面临的两种风险：
IEC61000-4测试标准复制了几种常见的工业瞬态信号和辐射发射情况，我的同事Ian Williams在其系列文章中对此作了介绍，点击此处进行阅读。简而言之，这些测试中电压为高压，有时电流也很高，而且为瞬时过程，能够很轻易地破坏敏感的模拟元件。为了保护二线制变送器不受这些信号的损坏，供电端和/或回路端电压和电流必须加以限制。
双向瞬态电压抑制（TVS）二极管是限制两端电压的完美元件。TVS二极管是简单的钳位设备，在其两端的电压超过击穿电压后会导通。TVS二极管有多个击穿电压选项…
工业DAC：保护三线制模拟输出
在上一篇博文中，我讨论了集成如何简化了三线制模拟输出设计。本文将介绍保护这些设计的方法，避免危险的工业瞬态过电引起电气过载。
首先，我们通过几个示例了解一下系统所面临的风险：
需要保护模拟输出的瞬态过电与其产生的低压（＜24V）和低频率（＜10kHz）信号差异巨大。工业瞬态过电为高压（高达15kV）、高频率（通常时间短于100ns）。您的电路应当利用这些差别提供保护，同时不影响模拟输出的信号质量。
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减弱策略 l 此方法采用被动元件（电阻、电容、磁珠）减弱电压突变幅度，限制电流 l 保护水平取决于预见输入信号幅度、频率和形状的能力 |
在工业DAC系列的上一篇文章中，我们探讨了如何创建和保护三线制工业模拟输出。今天，我们将转而研究二线制模拟输出。
图 1：典型二线制变送器简图
图1为设计二线制模拟输出最常用方法的简化电路图。对于许多模拟工程师而言，二线制方法比三线制和四线制更难于理解。理解二线制电路的困难大多数源自变送器电路中缺少接地符号——对于大学电路课程而言似乎是“具有挑战性的问题”。
为了更好地理解这一电路，图2中使用了不同于电源接地的变送器接地符号，以及一些能够实现电路转换功能的电流电压标记。
图 2：典型二线制变送器分析
放大器A1的目的是根据需要对输出进行调节，确保反相输入和非反相输入端的输出相同。这样一来，我们可以假设在正常工作情况下，V+与V-是相同的。由于V-与接地回路相连，V+电位也是零地电位。
因为V+为地回路或0V，我们可以很容易地定义流过R
…在当今世界上，大多数高度集成系统所执行的功能均不止一项，而且专为与其他系统和外设对接而设计。此外，还常常对同一个硬件进行再配置以满足不同地区或最终用户的需要，从而减少设备制造商的库存开销金额。普通的最终用户并不知道此类系统核心部分所发生的变化，包括负责控制终端设备功能的集成电路 (IC) 的操作模式。在本篇博客中，我将讨论时钟和定时 IC 的一项重要特性，就是为高度集成系统提供“心跳”或基准频率。我喜欢把这项特性称为“引脚可选的特质”(pin selectable personality)。简而言之，引脚可选的特质是器件根据其外部控制引脚的状态接纳不同配置（特质）的能力。
在探究针对这些引脚可选特质的潜在情形之前，我们来回顾一下能够在计时器件中存储上电复位 (POR…
这篇博文是非射频（RF）与射频放大器规格对比系列博文的第三篇。我在之前的两篇博文中讨论了噪声和双音失真。今天，我们将讨论一个同样重要的话题-放大器的输出限制。对于任何应用中的放大器，输出电压的摆动范围以及可供给负载的电流量都有一个限制。这些限制基本上由装置电源电压、输出级架构和工艺技术限制设置。大多数线性放大器包括一个阐述支持的最大和最小输出电压和最大电流的规范。
对于诸如低噪声放大器（LNA）、射频功率放大器（PA）和射频增益模块等射频导向型放大器而言，输出摆幅限制通常以1dB增益压缩点表示。随着线性和射频放大器的速度在诸如LMH6401增益放大器的现代高速放大器中彼此接近，了解这两种规范之间的关联，以及他们反映装置性能的方式很重要。
我们首先看一下最大规格方面的绝对输出电压和电流，因为它们最为简单。随着放大器的绝对值输出电压增加，它最终将达到由放大器的架构设置的物理极限。这种物理限制被称为最大或最小输出电压。
常用的输出电压测定方式通常有两种…
我在上篇博文中谈到Δ-Σ模数转换器（ADC）中常用的不同类型的数字滤波器。在这篇博文中，我会重点讲述Δ-Σ模数转换器中最常用的数字滤波器：正弦滤波器。
那么，正弦滤波器到底为何物？它为什么常用于Δ-Σ模数转换器中？我在上篇博文中提到，“正弦”的名称源于它的以sin（x）/ x函数形式存在的频率响应。该滤波器具有这种反应的原因与它为什么常用于Δ-Σ模数转换器密切相关。
在特定数目的调制器时钟周期，数字滤波器使用调制器通过求和1秒输出可创建一个数字输出码（记住：Δ-Σ模数转换器的调制速率[fMOD]与其输出的数据率[fDR]的比率被称为“过采样比”，或OSR）。这相当于在采样周期取那些样本的移动平均值。在时域取移动平均值可转换为频域中的一阶正弦响应。正弦响应在数据速率的整数倍等于零，这出现在该滤波器幅度响应曲线的陷波…
您有没有想过Σ-Δ模数转换器（ADC）如何才能在不同带宽下获得如此高的分辨率？秘诀就在于数字滤波器。Σ-Δ ADC之所以与其他类型的数据转换器不同，是因为它们通常集成有数字滤波器。本系列博文分为三部分，我将在第一部分中讨论数字滤波器的用途，以及常用于Σ-Δ ADC的一些数字滤波器。
要想理解数字滤波器在Σ-Δ模数转换中如此重要的原因，关键的一点是需要对Σ-Δ调制器有一个基本了解。Joseph Wu写了一篇非常有用的Precision Hub模拟精密技术杂谈博文，文中解释了模拟输入信号转变成数字比特流的过程。
当客户在Σ-Δ调制器中绘制量化噪声的频谱时，将看到频率越高时量化噪声越密集。这是Σ-Δ ADC为众人所知的臭名昭著的噪声整形。为了降低量化噪声，客户将调制器输出馈至低通滤波器。…
跨阻放大器（TIA）是光学传感器（如光电二极管）的前端放大器，用于将传感器的输出电流转换为电压。跨阻放大器的概念很简单，即运算放大器（op amp）两端的反馈电阻（RF）使用欧姆定律VOUT= I × RF 将电流（I）转换为电压（VOUT）。在这一系列博文中，我将介绍如何补偿TIA，及如何优化其噪声性能。对于TIA带宽、稳定性和噪声等关键参数的定量分析，请参见标题为“用于高速放大器的跨阻抗注意事项”的应用注释。
在实际电路中，寄生电容会与反馈电阻交互，在放大器的回路增益响应中形成不必要的极点和零点。寄生输入和反馈电容的最常见来源包括光电二极管电容（CD）、运算放大器的共模（CCM）和差分输入电容（CDIFF），以及电路板的电容（CPCB）。反馈电阻RF并不理想，并且具有可能高达0.2pF的寄生并联电容。在高速TIA应用中，这些寄生电容相互交互，也与RF交互生成一个不理想的响应。在本篇博文中，我将阐述如何来补偿TIA…
超高清 (UHD) 显示器来了！随着YouTUbe、Netflix和Amazon Instant Video已经开始提供4K内容，不可避免的是，现成可用的内容会越来越多。牢记住这一点，广播和专业视频内容供应商会持续升级他们现有的传输接口，以支持更高分辨率视频内容不断增长的带宽需要（请见图1）。
图1：高分辨率视频
如果你是一名研究视频切换器、显示器、路由器、具有串行数字视频接口 (SDI) 的格式转换器或分布式放大器灯广播或专业视频设备的系统设计人员，你很有可能考虑过以下这三个问题。
在很多年的时间里，广播公司和其他内容提供商已经使用SDI进行未压缩的视频传输，并且有一整套的基础架构来支持其运行；然而，以太网接口上的IP（互联网协议）传输变得越来越普遍。有一款现成可用的IP解决方案降低了成本；提供基础架构实现方式的灵活性；并且增加了更高数据速率的可扩展性…
以太网已从传统办公环境传播到各个领域，包括如工厂和楼宇自动化的恶劣工业环境。今天，铜缆是以太网最常用的选项，但光缆因其长距离能力，及电隔离接口的众多优点，在工业应用中取得越来越多的成功。
数据包丢失或损坏可能会使任何网络发生故障，但对工业总线来讲，这更成问题。这些总线具备一些同步水平，以保持严格控制和精度。大多数工业总线使用特定的时间同步数据包通过连续和不间断的通信实现同步。当数据包未到达时，它不仅影响下移至链路的节点同步，而且还导致额外的数据包传输，造成数据包丢失或损坏。
缓和数据包丢失和数据包出错的重要性需在工业环境中考虑几个方面的内容。用于处理辐射和传导发射以及电隔离需求所出现的问题的技术。缩短网络部件之间的距离可以最大限度地减少数据包丢失和数据包出错的概率。光缆具有固有特性，可提供新方法来应对这些挑战，并解决与链接丢失或以太网物理层（PHY）损伤相关的潜在问题。
辐射/传导发射
一种工业环境中可以包括各种电磁辐射源…
与运动物体存在检测相关的开关和锁存应用会增加设计的复杂度，并且会受到稳定性问题的困扰。这些应用包括检测开关门状态的篡改检测，或者是长期暴露于尘土或油污环境中的齿轮的旋转速度测量；而这些应用所处环境中的不利因素会阻断传感器的通信，并且导致故障。
根据开关应用所使用的特定技术，还有一些其它难题需要解决：
随着TI LDC0851差分电感开关的推出，我们可以用一个全新的方法将温度稳定开关阀值精确至线圈直径的1%，从而免除了对于生产校准的需要。
LDC0851差分电感开关原理
如图1中所示，LDC0851使用电感感测在两个已匹配的印刷电路板…
TI的多通道电感至数字转换器 (LDC) 特有一个用来设置最佳传感器幅度的可调传感器驱动电流。这个最佳驱动电流电平取决于传感器，并且由谐振频率上的并联电阻RP决定。一个传感器的RP 越小，所需要的驱动电流就越高。
LDC1612, LDC1614, LDC1312和LDC1314具有被称为IDRIVE的专用驱动电流控制。这个控制功能在每条通道上单独提供，并且设置值在16µA (IDRIVE = 0) 至 1.56mA (IDRIVE = 31) 之间。电流越高，传感器的振幅越大。首选IDRIVE设置为VOSC < 1.8VP 时的最高值。
为什么正确的传感器幅度如此重要？
1.2VP 至1.8VP 之间的传感器振幅 (VOSC) 可以获得最佳的测量精度。以下条件会对性能产生负面影响：
客户经常问我：“将磁铁放在电感数字转换器（LDC），如LDC1612等附近会产生什么样的效果？”不受直流磁场的影响对于安全关键系统以及必须具有防干扰功能的系统（如家庭安全系统）而言尤为重要。
答案非常简单，就是窄带LC传感器不会受直流磁场的影响。但可以通过在传感器附近移动磁铁来轻松观察到传感器电感的变化情况。
确切地说，直流磁铁会以两种方式来改变LDC传感器的读数：
一般情况下，永久磁铁也是导体，或涂有导电涂层；LDC实际感测的是导电组件，而非磁铁的直流磁场。
如果将铁等铁磁材料作为目标，即使在传感器附近，直流磁铁可能使材料的磁畴达到饱和，并使得传感器交流磁场的目标特征发生变化。
必须要注意的是，这些为二次效应；并非直接由直流磁场引起。让我们来详细审视一下这个问题。
为什么LDC不受直流磁场的影响？
LDC传感器均为窄带谐振器，仅受频率与传感器相同的交流磁场影响。传感器的频率Q越高…
也许你也会跟我一样认为典型数据表中的某些规格难以理解，这是因为其中涵盖了一些你不太熟悉的隐含惯例。对许多RF系统工程师而言，其中一种规格便是锁相环（PLL）中的相位噪声。当信号源被用作本机振荡器（LO）或高速时钟时，相位噪声性能对满足系统要求起到了重要作用。最初从数据表中推断出该规格时似乎就像一个独立的项目。下面我来讲解一下如何通过读取PLL的相位噪声规格来对您的无线电或高速应用可达到的性能进行初步评估。
注意，PLL是一种控制回路，这种系统具备频率响应功能。参考路径中生成的噪声受控于回路中对系统输出的低通频率响应，而压控振荡器(VCO)中生成的噪声受控于回路中对系统输出的高通频率响应。参见图1。
图1：锁相环中的两个已建模的噪声源（绿色和蓝色）及其对系统输出的频率响应
环路带宽内部（低通频率响应）PLL产生的噪声分为两个部分——闪烁噪声和白噪声，但环路带宽外部（高通频率响应）的噪声在数据表中通常表示为开环VCO性能。…
在为下一代服务器和交换机实现从10G到25G系统的转换时，硬件设计工程师们必须满足以下这些互相抵触和矛盾的目标：尽可能降低数据延迟、保持或减小功耗、以及尽可能地降低成本。为了用具有竞争力的成本优势为数据中心用户提供世界一流的产品，从根本上来说，你必须少花钱多办事。
以下是5个快速小窍门，它能使你在设计25G系统时做出很好的平衡：
1.确定系统中的哪条链路将会需要信号调节；这将取决于走线长度和印刷电路板 (PCB) 材质。低损耗材料需要较少的信号调节，不过它们的价格也比标准材料要贵。损耗大于专门用途集成电路 (ASIC) 的内在补偿功能的通道将需要某种形式的信号调节。例如，如果你的ASIC能够实现30dB的补偿，你就有可能希望为损耗达到27dB或以上的通道增加信号调节，而其中的3dB差异可以作为安全裕量。
图1是一个PCB材料A和B之间的通道损耗预算分析比较示例图。
图1：一个系统内通道的示例分布，假定ASIC损耗补偿能力…
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