作者：Michael Peffers  德州仪器

在本文中，我们将探讨差分信号的优势以及这些优势如何对您的高速设计产生积极影响。

TTL、CMOS 以及其更低电压的同类 LVTTL 与 LVCMOS 等单端信号都是数字电路设计中的常用技术。然而，使用这些类型的信号发送技术有一些不足，其最终会限制高速设计。由于不同接地电势和高压摆率，单端信号在远距离通信时运行非常吃力。针对每个信号在正负电轨间切换的单端驱动器需要一个高 ΔV/Δt，这就意味着您需要各种负载的电流 (I = CΔV/Δt)。因此，轨至轨信号（大 ΔV）的局限性就显而易见了：需要更多的电源来实现更短的转换时间（更小的 Δt）。那么我们应如何围绕数字设计获得高速信号，并避免单端信号的损耗呢？实施差分信号！

图 1：单端信号拓扑（左）／差分信号拓扑（右）

差分系统一般是三导线系统…

作者：Chris Cockrill  德州仪器

如今，现代设计公司不仅正在努力寻找功耗更低的更小型器件，同时他们还希望为工业自动化、PC、服务器以及电信设备等应用降低成本。实现这些目标的绊脚石是：设计人员使用运行在单一电压下的处理器，其需要连接至工作在不同电压下的各种外设或其它子系统。这就需要对电压便捷地进行上下变频。这种变频通常使用多个分立式组件完成。我们来讨论一下为什么使用单电轨的单个逻辑组件能在简化设计的同时，高效有力地进行电压转换。此外，我们还将教您如何便捷进行上下变频。

TI SN74LV1T 系列只需一个电轨，便可执行上下电压变频。该器件的过压容限输入允许针对 Vcc 电平进行高达 5.5V 的下变频，其可低至 1.8V。此外，该系列还具有更低的开关阀值，允许其上变频至 Vcc 电平，其可高达 5.5V（见图 1）。这可解决单个应用中需要多个电压等级的问题。

图 1：SN74LV1T 可取代多个分立式组件

作者：Soufiane Bendaoud  德州仪器

将光转化为电压并不是微不足道的工作。光电二极管可用于各种领域，从自动水龙头、干手机和点钞机等普通应用到编码器与光接收器等工业控制与光通信应用，无处不在。选择“正确”的放大器取决于应用，但也要充分考虑到二极管本身。

这是因为二极管的结电容会与放大器的反馈电阻器形成一个极点，引起相位滞后。补偿一个极为简单的配置（如图 1 所示）应该是小菜一碟，对吧？恩，……但可能并不是这么简单。

图 1

记住，与运算放大器反馈电阻器一起形成极点的电容并不只来自二极管，还必须考虑寄生现象、杂散电容以及运算放大器本身的输入电容。

这就会涉及工艺差异问题。您应该选择双极性获得低噪声（这是电压噪声），选择 CMOS 实现低输入偏置电流，还是选择 JFET 实现这两种应用并获得低电流噪声？该选择取决于灵敏度以及电路组件…

作者：Hooman Hashemi  德州仪器

在第 1 部分中，我介绍了如何在 TINA-TI 中创建通用高精度差分信号源，其在处理全差分放大器 (FDA) 或其它差分电路时十分便捷。在这篇博客中，我将介绍将其它器件（非 TI）模型导入 TINA-TI 的流程。

问题：如何使用 TINA-TI 仿真可能包含非 TI 器件的电路？

解决方案：将非 TI 器件的仿真模型导入 TINA-TI 并执行仿真！让我们来考虑一种必须应用该技术、然后要通过其展开工作的情况。

实例学习：您正在尝试构建一款快速 (100MHz) MFB 2 阶低通滤波器 (LPF)，其需要极高速度的放大器。根据速度要求（10 倍衰减频率法则），电流反馈放大器(CFA) 是明智之选。因此您可选择 LMH6703，这是一款 1.2GHz 带宽的 CFA。在仿真或构建电路时，您会发现一个 CFA 的传统问题：它会随反馈回路中的电容器发生振荡，如图 1 所示：

作者：Hooman Hashemi  德州仪器

使用 TINA-TI 可以做很多事情，比第一眼看到的还要多。TI 这款免费电气仿真软件支持无限节点，其不仅已经构建了大多数 TI 器件，而且还可运行其他厂商的器件模型。即使您在构建电路之前一般不仿真，一旦亲身感受了 TINA-TI，您就会明白自己错过了什么。

我在下面列出了一些重要的 TINA-TI 主题，供您查看和评论：

1. 差分信号源，可帮助实现 AC 响应
2. 将另一个器件（非 TI) 模型导入 TINA-TI
3. 生成一个随时间变化的／分段线性信号源
4. 生成一个随频率变化的信号源
5. 噪声分析
6. FFT 分析
7. 放大器环路增益分析 — 打开环路
8. 分析工具
9. 温度分析功能与限制

• 拉氏算法
• 传输线

• 测试卡片组，可发现包含在宏模型中的行为
• 独立模型、TINA 模型与参考设计之间的区别
• 在哪儿、如何使用内建开关／继电器？
• 实施噪声源
• 计算功率
• TINA…

作者：Xavier Ramus

在上一篇“如何评估互阻抗放大器第 1 部分”博客中，我们了解了 OPA857 的性能，但并没有深入介绍这些测量是如何进行的。现在已经有了参考，让我们来讨论实施问题吧。

总的来说，采用 OPA857 进行测量的主要挑战包括：

• 互阻抗配置
• 低输入电容
• 高输出阻抗

在 20kW 增益和 1V_PP 输出电压摆幅下，输入电流为 50mA_PP。由于 OPA857 的输出电压摆幅是 A 类，而且流过互阻抗的电流是单极的，因此需要正确设置输出共模电压。

电流源要具有小于 1.5pF 的低电容来维持带宽。输出要具有高输出阻抗，以控制 OPA857 的输出加载。由于我们所拥有的大多数测试设备都是 50W 的输入和输出阻抗，因此如何才能在不影响测试器件带宽、压摆率及失真性能的同时解决该问题呢？

这就引出了每种测量的独立解决方案。

我们首先要了解的测量是频率响应，或 S21…

作者：Xavier Ramus

在本博文中，我想采用不同方法描述通过工作台对 OPA857 进行特性描述时遇到的技术挑战。该器件是一款具有两个内部增益设置的专用互阻抗放大器 (TIA)，工作电源为 +3.3V，支持 100MHz 最小带宽。

除了高增益（5kΩ 和 20kΩ）与高带宽（在整个温度及工艺变化中大于 100MHz）组合外，OPA857 最具挑战性的特性是需要低输入电容，包括电路板寄生在内的该需求是提供低于 1.5pF 的总输入电容。正如阐明的那样，1.5pF 总输入电容不包括封装或晶体管寄生。之所以选择这个值，是因为驱动 OPA857 的光电二极管偏置电压非常高，支持介于 0.5pF 至 0.7pF 之间的光电二极管电容贡献，因此留给外部寄生电容的空间是 0.8pF 至 1pF。

OPA857 介绍

OPA857 是一款具有伪差分输出的专用互阻抗放大器。方框图见下图 1。

图 1：OPA857 方框…

作者：Kevin Duke  德州仪器

我们今天将讨论电阻串 DAC 架构原理 - 电阻串理论！

电阻串 DAC 有时被称为 Kelvin 分压器或 Kelvin-Varley 分压器（以其发明者命名），是用于 DAC 设计最直接的方法之一。最简单的电阻串 DAC 只是一系列相同尺寸的电阻器和每个电阻器之间的接点。适当的接点可根据应用于 DAC 的数字代码切换至输出缓冲器。这种有限开关活动可产生极低的干扰能量。在理想情况下，每个电阻器都会针对等于 1 LSB 的参考电压产生压降。下图是该架构的简单说明。

随着电阻串 DAC 中分辨率的提高，设计所需的电阻器数量也在呈指数级增长。一个 n 位电阻串 DAC 需要 2ⁿ 个电阻器，因此高分辨率电阻串 DAC 通常需要大型 IC 封装。这就意味着 16 位 DAC 需要 65,536 个电阻器，18 位需要 262,144 个，而 20 位则需要 1,048,576 个电阻器…

作者：Sureena Gupta

如果您有接触使用 FPGA 的高速数据采集设计，没准听说过新术语“JESD204B”。

我在工作中看到过很多工程师询问有关 JESD204B 接口的信息以及它如何同 FPGA 协作。他们特别感兴趣的是 JESD204B 接口将如何简化设计流程。

与 LVDS 及 CMOS 接口相比，JESD204B 数据转换器串行接口标准可提供一些显著的优势，包括更简单的布局以及更少的引脚数。因此它能获得工程师的青睐和关注也就不足为奇了，它具备如下系统级优势：

• 更小的封装尺寸与更低的封装成本：JESD204B 不仅采用 8b10b 编码技术串行打包数据，而且还有助于支持高达 12.5Gbps 的数据速率。这可显著减少数据转换器和 FPGA 上所需的引脚数，从而可帮助缩小封装尺寸，降低封装成本；
• 简化的 PCB 布局与布线：更少的引脚数可显著简化 PCB 布局与布线，因为电路板上的路径更少…

作者：Tim Green 德州仪器

现在是时候公布六道运算放大器谜题答案了，想必大家一直在期待吧。大家明白这些都是令人百思不得其解的谜题！请为您的正确答案打分，并在本博客的最后为您找到合适的排名位置！

图 1 仍然给出了一些可供参考的重要运算放大器规范。顺便提一下，就像大学和真实世界一样，并不是图 1 中提供的所有规范在解答谜题时都用得上！

作者：Kevin Duke  德州仪器

在上篇“追求完美”一文中，我介绍了理想 DAC 概念并概括了其重要性能规范。现在我们将深入探讨实际器件与理想 DAC 传输函数的差异，以及如何量化这些差异。

DAC 规范分为两个基本类别：静态与动态。静态规范是在稳定输出状态下、在 DAC 输出端观察到的行为，而动态规范则是指在代码至代码转换过程中所观察到的行为。在讨论线性度与 DAC 传输函数时，您只需考虑静态规范。

我们首先介绍一下失调误差。失调误差可描述整个 DAC 传输函数的上下移动量。通常对 10% 和 90% 左右满量程的两个点进行测量得到最适合线，可得出测量结果。我们这样做的目的是避免输出运算放大器工作在临近其电源轨的非线性区域内。观察斜截式直线方程式 y = mx + b（如下图所示），失调误差为 b 项。

0 代码误差与失调误差类似，但描述的是另一个不同的实用 DAC 行为。测量 0…

作者：Michael Mock  德州仪器

工程师们几十年来一直在努力理解神秘的共模电压 (V_CM) 与输出电压 (V_OUT) 比较图。尽管 V_CM 与 V_OUT 形状经常会因器件及设置配置的不同而不同，但最常见的形状则如图 1 所示。

随着 V_CM 接近电源电压，内部运算放大器的输入／输出限制会限制器件的 V_OUT 范围。因此，所应用 V_CM 的输出摆幅通常取决于内部运算放大器拓扑、电源电压、增益以及参考电压。

图 1. INA114 的共模电压与输出电压范围比较

图 1 中产品说明书图表的测试条件是 V_S = ±15V，V_REF = 0V。

很多应用都需要不同的工作条件，因此需要定制的 V_CM 与 V_OUT 比较图。精确的 *** 模型和 TINA-TI^TM 测试电路可生成这些图表，获得更进一步的了解。

图 2 是一个

作者：Tim Green1

放下严肃的技术文章形式，我来为大家出六道有关运算放大器的谜题，在公布正确答案之前，大家赶快来开动脑筋、享受一下思考的乐趣吧！

我在图 1 中为您提供了一些有帮助的重要运算放大器规范。

作者：Art Kay  德州仪器

封装级微调是一种半导体制造方法，可实现高度精确的放大器及其它线性电路。放大器精确度的主要测量指标是其输入失调电压。输入失调电压是以微伏为单位的放大器输入端误差电压。该误差电压范围可以从几十微伏到几千微伏。

放大器及其它半导体器件通过化学制造工艺构建。在制造过程中，数千个放大器构建在晶圆硅片上。每个放大器都包含数千个晶体管、电阻器以及电容器。输入失调误差产生的原因是每个放大器上的输入晶体管不匹配。理想情况下每个晶体管都应该是完全相同的，但事实上半导体制造工艺并不完美，因此晶体管之间存在着差异。

在晶圆制造完成后需要以晶圆形式进行测试。在晶圆测试过程中，一些放大器采用激光微调工艺，在该工艺中可通过对每个器件上的微小电阻器进行测量和物理切割使用激光调整器件失调。这种工艺不仅耗时，而且成本高昂。此外，当器件从晶圆中移出并采用标准塑封（见图1）封装时，一些以晶圆形式获得的精确度改善就会消失。这是因为封装工艺会给半导体裸片产生应力…

作者：Kevin Duke  德州仪器

在上篇博客文章中，我在这里介绍了有关《模拟线路》的 DAC 基础知识系列博客文章。

虽然我所认识的大多数 IC 设计人员都不敢想产品说明书的这种方法，但产品说明书的用途通常就是说明器件与理想模型的差异。例如，如果半导体供应商能够设计并制造出完美的、理想运算放大器，我们就不需要运算放大器产品说明书了，因为每个人都知道它们的特定属性（无限开环增益、无限输入阻抗等）。问题是没有这么简单。

作为该系列博客文章的开始，Tony 和我想首先简单介绍一下理想数模转换器 (DAC) 的属性，然后再深入讨论更为复杂的规范。下图是理想 DAC 的传递函数，重点列出了我们将要讨论的参数。

无论是 DAC 还是模数转换器 (ADC)，任何数据转换器的最基本属性都是其分辨率。对于 DAC 来说，分辨率描述了可用来代表模拟输出信号的数字域位数。我们可通过分辨率计算代码数量或者可写入转换器的可能输入总数…

作者：Collin Wells  德州仪器

最近在做一个项目时，我不得不对几组电子电线进行重新布线，让它们远离越野车的发电机，因为电容耦合产生的噪声可从发电机进入电线。这个项目让我想起了在通过电线、带状线缆或板对板连接器路由相互之间相邻信号时所遇到的类似情况。

正如采用绝缘体隔离的任何其它导体一样，任何相邻布线的两条电线都会在其之间产生电容。根据所用的线规和绝缘体材料，大部分标准带状线缆及电线会在电线之间产生 10 至 50 pF/ft 的电容，如下图 1 所示。

图 1. 带状线缆中相邻电线间的电容

由于信号会相互干扰，两条信号线之间的电容会引起信号延迟、噪声耦合或瞬态电压。

图 2 是电缆电容在通用双线开漏通信总线中引起大量瞬态电压的实例。右图是“开始”命令与左图前几个时钟脉冲的放大图。

图 2. 带状线缆的电容耦合

使用三英尺长的线缆路由两个相邻通信信号时，会出现图 2 中的结果…

作者：John Caldwell 德州仪器

电气工程师习惯于处理各种抑制问题，从共模抑制到电源抑制，以至于 EMI 抑制，而且这也绝对是我们喜欢做的事。抑制越多越好！

然而对于仪表放大器而言，在计算由电源或共模电压变化产生的失调偏移时很容易产生困惑。这种困惑的根本原因如下图所示：

图 1：仪表放大器的典型电源抑制比曲线

在图 1 中，放大器的电源抑制比 (PSRR) 随放大器增益配置的升高而增加。这样很容易让人想到，在高增益下产生任何输出偏移，都需要电源的明显变化！但一定要记住：共模抑制比 (CMRR) 和 PSRR 都是输入参考参数：

(1)

PSRR 和 CMRR 定义为输入失调电压变化 ΔVOS(IN) 与电源电压变化 ΔVS 或共模电压变化 ΔV_CM 的比值。

为了了解增益对这些参数的影响，请将大多数仪表放大器看成两个串行的放大器级…

最近，一位客户在这里访问了TI E2E 社区的高精度放大器论坛，提出了令人费解的电路工作情况问题。

其电路使用一款运算放大器在极低频率下放大扩音器输出。他采用大型 (47 μF) AC 耦合电容器及高输入阻抗 (100 kΩ) 为其测量获得低转角频率。

遗憾的是，运算放大器输出端出现了几乎 1 伏特的大量 DC 失调。这是怎么回事？

我最喜欢的一句名言是丹麦物理学家 Niels Bohr 说过的：“专家就是在一个非常狭窄领域犯了所有可犯错误的人。”我觉得自己还不是一名专家，但这就是我犯过的一个错误。

图 1

摘自 TI E2E 社区高精度放大器论坛的客户电路图
其运算放大器输出端出现了大量失调

看看图 1 中的客户原理图，C1 电容器值可为该失调源提供重要的线索。大型电容器（特别是电解质与钽质电容器）可能有极大的泄漏电流。这可导致在输入电阻器 R2 上产生电压，运算放大器会对其进行放大…

作者：Art Kay  德州仪器

电源抑制比 (PSRR) 主要说明运算放大器对电源电压变化的抑制效果。PSRR 的定义是每伏电源电压变化的失调程度，单位通常为微伏每伏 (uV/V)。

例如，OPA209 的典型 PSRR 是 0.05uV/V。因此对于 OPA209 来说，电源变化 1V 时，失调偏移只有 50nV（参见图 1）。这一误差与典型失调电压 (35uV) 相比就无关紧要了。此外，高精度系统中的电源通常支持不足 1V 的电压变量。因此您可能会认为：对于具有良好 PSRR 的器件（例如 OPA209）来说电源变化产生的误差可以忽略。问题是数据表中的规范是 DC PSRR，而通常 AC PSRR 才是限制因素。

作者：Thomas Kugelstadt，德州仪器 (TI) 应用工程师

通常产品设计时间非常紧张，用于新产品设计的资金也并不宽余，但不管怎样，我们都必须要在不增加成本的前提下设计出能够运行于恶劣环境下的稳健系统。一般而言，这会要求使用电流隔离，用于保护敏感控制电子组件免受外部突入和瞬态浪涌电流的损害。

如果您的设计涉及许多工业接口，那么当您在各大半导体厂商的官方网站上看到琳琅满目的RS-485、RS-232、CAN和I²C信号隔离器时，您会发现自己像一个进到糖果店里的小孩一样兴奋不已。但是，当您想要采购经理批准购买这些产品时，他会立马给您泼上一盆冷水：“不能利用一些已有的标准组件吗？不管用什么方法，把它们都利用起来！”

今后碰到这种情况，您可以热情洋溢的回答“没问题”，因为本文将为您介绍一部分工业接口电路，它们几乎都只使用一个标准隔离器。图 1-4 显示了工业应用中最为常见的数字接口的简化示意图…

作者：Mathew Hann，德州仪器

使用模拟比例积分微分 (PID) 控制器的温度控制是一种非常简单的电路，是确保热电冷却器 (TEC) 的设置点能够对温度或者激光进行调节的有效方法。比例积分项协同工作，精确地伺服TEC的电流，以维持控制器的温度设置点。与此同时，微分项对完成上述工作的速率进行调节，从而优化总体系统响应。如果可以对总体系统响应H (s) 进行描述，则为其设计 PID 控制器G (s) 的最为方便和有效的方法是利用 SPICE 进行仿真。

步骤1：确定SPICE模型的TEC/Temp传感器热阻抗。

要想把 SPICE 作为 PID 环路设计的一种有效工具，获取温度环路的热响应非常重要，目的是获得 PCBàTECà 激光二极管à 温度传感器接线的实际热敏电阻、电容和传输函数。记住，由于实际热特性会出现高达50%的变化，因此最好是向实际系统注入一个热步进输入…

John Johnson 德州仪器

在本文中，我们将讨论抖动传递及其性能，以及相位噪声测量技术的局限性。

时钟抖动和边沿速率

图1显示了由一个通用公式表述的三种波形。该公式包括相位噪声项“φ(t)”和幅度噪声项“λ(t)。对评估的三个频率来说，φ(t)=0和λ(t)是个伪随机函数，该函数为每个波形都产生噪声的恒定包络。图1显示三个波形中每一波形的Vth穿越分解视图，以及Vth可被穿越的位置分布。

图1：时间抖动引入与信号边缘速率

图1强调了噪声源而不是固有抖动会引起定时抖动错误。更快的边沿速率减少了时钟信号上的电压噪声对时钟抖动性能的影响。这种现象并非是仅属于时钟信号的特点。在接收时钟信号或测量抖动性能的设备内，这种机理也表现得很明显。

作者：Thomas Kugelstadt，德州仪器

要求远距离或者在多个RS-232应用之间实现RS-232数据传输的一些工业用数据链路，通常都使用RS-232到RS-485转换器。尽管存在高达±13V的高信号摆幅，但RS-232仍然是一种非平衡或单端接口，而且本身极易受噪声影响。它的总线最大长度被限定在20米（60英尺）左右。尽管允许进行全双工数据传输（通过一些单独的信号导线同时发送和接收数据），但是RS-232并不支持在同一条总线上连接多个节点。

与之形成鲜明对比的是，RS-485是一种使用差分信号传输的平衡接口，从而让其拥有较高的共模噪声抗扰性。因此，延长RS-232数据链路传输距离和实现多总线节点连接，要求通过接口转换器将其转换为RS-485信号（参见图1）。

图 1 短距、点对点数据链路到远距、多点网络的转换

图2显示了一个低功耗、隔离式转换器设计的原理图。这里，一台个人计算机…

作者：Robert Keller，德州仪器

当今的高速数模转换器 (DAC) 通常都包含有许多数字信号处理模块，让其更加易于使用。应论述需要，我们使用了 TI 的 DAC34H84（详见《参考文献 1》），它是一款 4 通道、16 位、1250  Msps 的 DAC。这样做的原因是，它是一种典型的高速数模转换器，拥有隔离输入和 DAC 时钟域的输入 FIFO、插值数字模块、精细频率分辨率数字正交调制、模拟正交调制器校正以及 sin(x)/x 校正（请参见图 1）。本文将逐一介绍这些特性的功能和作用。

图 1 DAC34H84 功能结构图

第一个数字模块是插值模块，它负责增加 DAC 内部数字信号的采样速率。一般而言，利用两倍采样速率增加步骤，来实现插值。利用在输入采样点之间插入零来完成这项工作，其在 f_IF 和 F_IN – f…

作者：Dafydd Roche，德州仪器

传统 I2S—为何要包括系统时钟？

过去，我们在讨论音频话题时，偶尔会提及 I2S。我在以前的一些文章中提到过 I2S，其他人在做音频研究时也都会提到它。简而言之，它是一种将立体声数据从一端传输至另一端的同步方法。

大多数人认为 I2S 有三种信号：

1. 数据：输入或者输出数据
2. 位时钟 (Bitclock，BCK)：确立数据流中两个相邻位之间边界的信号
3. 左/右时钟 (LRCK)/字时钟 (Wordclock)：一个在采样速率下运行、占空比为 50% 的慢时钟，它确立数据流中两条相邻通道（左和右）之间的边界。

I2S 的幕后英雄是主时钟 (MCK)，也称作系统时钟 (SCK)，它常常被数字信号处理器 (DSP) 程序员和其他处理器爱好者们忽略。主时钟 (MCK/SCK)，通常为一个64、128、256 和 512 倍采样速率 (FS) 的时钟。它可以由一个输入引脚直接提供…