作者：德州仪器Ryan Kraudel

“用于生物计量可穿戴设备的光学心率传感器”三篇系列文章的第二篇。第一部分重点介绍了这些传感器系统的工作原理，以及如何使用它们进行测量。

设想一下，您正在参加一个计划会议。团队刚刚提出了一些非常棒的想法，他们为新的可穿戴设备设计了一种光学心率传感器，您可以将其添加到您的产品线中。他们都向您求助：我们应该与谁合作开发传感器系统? 突然间您意识到你并不完全确定从哪里着手。

我们参与了50多个生物识别可穿戴设备项目。 我们的技术应用到目前市场上20多种不同的生物识别可穿戴设备中。我们犯了一些错误，从这些经历中吸取了很多教训，并在此过程中取得了一些成功。以下是我们在整个过程中总结的十大经验教训，在为您的新一代可穿戴设备选择生物识别传感器系统时，您可以作为参考。

1.在您开始之前，要证明它是有效的。这可能看起来非常明显，但任何将生物识别可穿戴设备推向市场的人都会告诉您，产品开发周期中最难的部分是让生物识别传感器系统能够很好地满足您的要求…

远程信息处理控制单元（TCU或T-BOX）是一种嵌入式车载系统，可应用于车辆的无线跟踪与通信等领域。

在本系列的文章中会依次对以下主要模块进行详细介绍：

第一节：电源轨；

第二节：充放电管理；

第三节：接口 

第四节：紧急呼叫单元；

第五节：无线连接单元；

第三节 接口

接口概述：

如下图-1所示，T-BOX有各种各样的接口与总线相连，不仅包括传统的控制器局域网CAN（Controller Area Network）、局域互联网络LIN （Local Interconnect Network）以及调试接口RS232/RS485/USB2.0，还包括了汽车总线“新贵”车载以太网（Ethernet）。

图-1

这些接口的用途总结如下表-1所示：

作者：德州仪器 Atul Patel   

大家许多人可能都与“低语者”有过交谈—低语者是指说话声音超低几乎让人听不明白的人。与低语者交谈往往会导致沟通错误且混杂各种信号，这种场景在上世纪90年代知名情景喜剧《低语者》中体现得淋漓尽致。

那么，低语者与电子系统及其设计有何关系呢？现代电子信号链已开始更多地采用在较低电压节点运行的集成电路（IC）。Sub-1V器件，如大型微处理器、现场可编程门阵列（FPGA）、低功耗通信器件和传感器，只是为了降低功耗和延长电池寿命而将电压降低于1V的设备类型中的几种。这些器件的电压较低也意味着它们的输入/输出（I/O）数据接口需要在较低的电压下工作。实际上，这些新型低电压信号链器件正成为该系统的低语者。

正如理解低语者的话语一样令人沮丧，器件中的低语者也会对系统信号链中的其它器件造成问题。低压器件的数据接口可能无法与电压较高的器件进行交互操作，从而导致数据信号问题。而您需要解决该问题才能使系统正常运行…

作者：德州仪器Ryan Kraudel

本文是主题为“用于生物计量可穿戴设备的光学心率传感器”三篇系列文章的第一篇。本篇着重介绍这些传感器系统的工作原理和通过它们可以测量什么。

大部分可穿戴设备采用光电容积脉搏波描记法（PPG）来测量心率及其他生物计量指标。PPG是一种将光照进皮肤并测量因血液流动而产生的光散射的方法。该方法非常简单，光学心率传感器基于以下工作原理：当血流动力发生变化时，例如血脉搏率（心率）或血容积（心输出量）发生变化时，进入人体的光会发生可预见的散射。下图1介绍了光学心率传感器的主要元件和基本工作原理。

图 1：光学心率传感器的基本结构与运行

光学心率传感器使用四个主要技术元件来测量心率：

• 光发射器 - 通常至少由两个光发射二极管（LED）构成，它们会将光波照进皮肤内部。
• 光电二极管和模拟前端（AFE） - 这些元件捕获穿戴者折射的光，并将这些模拟信号转换成数字信号用于计算可实际应用的心率数据…

作者：德州仪器Bharat Agrawal

电压反馈放大器可根据器件中的晶体管类型进行分类：双极互补金属氧化物半导体（CMOS）或是结型场效应晶体管（JFET）。一些放大器同时使用这两种晶体管，在放大器各阶段中获得对应的益处。例如，JFET输入放大器包含一个采用JFET的输入差分对，可产生非常大的放大器输入阻抗，之后是使用双极晶体管的增益和输出极。

JFET输入放大器可用作测试和测量模拟前端、电流感测放大器、模数转换器（ADC）驱动器、光电二极管跨阻放大器，或通过多路复用器用作多通道传感器接口。本文将以OPA2810为例，讨论在这些应用中使用JFET输入放大器的优势。OPA2810是一款110MHz、27V、宽输入差分电压（V_{IN, Diff}）轨至轨输入/输出FET输入放大器。

数据采集和电流感测

测试与测量设备使用放大器作为单位增益缓冲器，或非反相增益配置来测量电压信号。该设备必须在不干扰测定量的情况下测量电压信号，这一操作可以通过JFET输入放大器中的高阻抗输入和低偏置电流来实现…

作者：德州仪器 Errol Leon, Richard Barthel, Tamara Alani

引言

零漂移放大器采用独特的自校正技术，可提供适用于通用和精密应用的超低输入失调电压（Vos）和接近零的随时间和温度输入失调电压漂移（dVos/dT）。TI的零漂移拓扑结构还提供了其他优势，包括无1/f噪声,低宽带噪声和低失真——简化了开发复杂性并降低了成本。这可以通过两种方式中的一种来完成；斩波器或自动调零。本技术说明将解释标准的连续时间和零漂移放大器之间的差异。

适用零漂移放大器的应用

零漂移放大器适用于各种通用和精密应用，使其从信号路径的稳定性中受益。这些放大器出色的失调和漂移性能使其在信号路径的早期特别有用，其中高增益配置和连接微伏信号的接口很常见。受益于此技术的常见应用还包括精密应变计和体重秤、电流分流测量、热电偶、热电堆和桥式传感器接口…

作者：TI 工程师 Max Han

简介

小功率DCDC芯片及其应用电路已广泛应用于工业和消费等电子类产品中，由于系统中的滤波电路和去耦电容等使系统具有一定的抗高频纹波干扰能力，因此在测量DCDC的输出电压纹波时，示波器的带宽限制通常选择20MHz。但是在某些高精密测量系统和射频应用系统中，高频纹波会给系统带来一系列干扰问题，因此，为了验证DCDC输出电压纹波是否满足系统对于高频纹波的限制，测量电压纹波时示波器带宽限制会选择500MHz，称为DCDC的输出电压噪声测试。由于高频信号易于通过寄生参数进行耦合，所以对于DCDC电路的设计提出了很大挑战。以下通过PCB layout优化，输入输出去耦电容设计，示波器测量方法优化等三方面来有效抑制DCDC输出电压纹波中的高频成分。本文以TPS563209为例进行详细的论述和实验验证…

在本系列文章的第一部分，我们讨论了直流增益中偏移电压(VOS)和偏移电压漂移(TCVOS)的结构，以及如何选择具有理想精确度的毫微功耗运算放大器（op amp），从而使放大后低频信号路径中误差最小化。在第二部分中，我们将回顾电流感应的一些基础知识，并介绍如何在提供精确读数的同时，利用运算放大器来实现系统功耗最小化。

电流感应

设计者通过将一个非常小的“分流”电阻串联在负载上，在两者之间设置一个电流感应放大器或运算放大器，实现用于系统保护和监测的电流感应。虽然专用的电流感应放大器能够发挥十分出色的电流感应作用，但如果特别注重功耗的情况下，精密的毫微功耗运算放大器则是理想的选择。

有两个位置可以根据负载放置分流电阻：负载与电源之间（图1），或者负载与接地之间（图2）。

图1：高侧电流感应

图2：低侧电流感应

在这两种情况下，为了利用已知阻值的电阻来感应电流，通过运算放大器来测量分流电阻两端的电压。运用欧姆定律…

作者： 深圳工程师 Zhou Fang

PGA970提供单芯片全集成LVDT(线性可变差动变压器)模拟前端采集方案，内部集成激励信号发生器；两路路独立PGA，ADC与数字解调单元进行SIN/COS信号调理；独立PGA与ADC获取温度环境温度。另外内部集成ARM M0内核可实现对传感器进行补偿，实现各种不同接口（OWI，SPI，Analog Output）的通信。

在使用CCS7.0和XDS200对PGA970进行调试与仿真时，需要参考[1]中步骤进行编译器配置。由于CCS7.0默认编译器版本与PGA970固件开发时使用的编译器版本不同，编译过程中出现警告，该警告并不会对编译结果产生直接影响，从而容易会被忽视，导致PGA970固件程序会反复进入FaultISR()中断，固件开发无法顺利进行。本篇Blog旨在展示该问题现象，帮助开发者顺利进行PGA970的固件开发…

低压差线性稳压器（LDO）最大的优点之一是它们能够衰减开关模式电源产生的电压纹波。这对锁相环（PLL）和时钟等信号调节器件在内的数据转换器尤为重要，因为噪声电源电压会影响性能。我的同事Xavier Ramus在博客中介绍了噪音对信号调节设备的不利影响：减少高速信号链电源问题。然而，电源抑制比（PSRR）仍然通常被误认为单一的静态值。在这篇文章中，我将尝试说明什么是PSRR以及影响它的变量有哪些。

什么是PSRR？

PSRR是许多LDO数据手册中的公共技术要求。它规定了某个频率的AC元件从输入到LDO输出的衰减程度。公式1表示PSRR为：

                  (1)

该等式告诉您衰减越高，每分贝的PSRR值越高。（应该指出的是，一些供应商会使用负号来表示衰减。大多数供应商，包括德州仪器都不这样用。）

在数据手册的电气特性表中找到频率为120Hz或1kHz的PSRR并不罕见。但是，单独使用此规范可能对确定指定LDO是否符合您的过滤要求没有多大帮助…

作者：TI 工程师 Vental Mao

一直以来，设计中的电磁干扰（EMI）问题十分令人头疼，尤其是在汽车领域。为了尽可能的减小电磁干扰，设计人员通常会在设计原理图和绘制布局时，通过降低高di / dt的环路面积以及开关转换速率来减小噪声源。

但是，有时无论布局和原理图的设计多么谨慎，仍然无法将传导EMI降低到所需的水平。这是因为噪声不仅取决于电路寄生参数，还与电流强度有关。另外，开关打开和关闭的动作会产生不连续的电流，这些不连续电流会在输入电容上产生电压纹波，从而增加EMI。

因此，有必要采用一些其他方法来提高传导EMI的性能。本文主要讨论的是引入输入滤波器来滤除噪声，或增加屏蔽罩来锁住噪声。

图1 EMI滤波器示意简图

图1是一个简化的EMI滤波器，包括共模（CM）滤波器和差模（DM）滤波器。 通常，DM滤波器主要用于滤除小于30MHz的噪声（DM噪声），CM滤波器主要用于滤除30MHz至100MHz的噪声（CM噪声…

在之前的博客文章中，我向大家介绍了如何借助低侧电流感应控制电机，并分享了为成本敏感型应用设计低侧电流感应电路的三个步骤。在本篇文章中，我将介绍如何使用应用印刷电路板（PCB）技术，采用一款微型运算放大器 (Op amp)来设计精确的、低成本的低侧电流感应电路。

图1是之前的博客文章引用的低侧电流感应电路原理图，图一中使用的是TLV9061超小型运算放大器。

图1：低侧电流感应原理图

公式1是计算图1所示电路的传递函数：

其中。

精确的低侧电流感应设计对印刷电路板的设计有两大要求。首先要确保分流电阻(Rshunt)直接连接到放大器的同相输入端和R_G的接地端，这通常被称为“开尔文接法”（Kelvin connection）。如果不使用开尔文接法，会产生与分流电阻(Rshunt)串联的寄生电阻，导致系统产生增益误差。图2显示了系统中寄生电阻的位置。…

作者：Hao Wang   深圳模拟工程师

PSRR是什么

PSRR（Power supply rejection ratio）又称电源抑制比，是衡量电路对于输入电源中纹波抑制大小的重要参数，表示为输出纹波和输入纹波的对数比，单位为分贝（dB）^[1]，其计算公式为:

式中：

：输入电压中纹波峰峰值

：输出电压中纹波峰峰值

从公式中可以看出PSRR越大，相同输入纹波在输出端的纹波越小，对于纹波有较高要求的射频和无线应用中，需要选用高PSRR的LDO。那么LDO的PSRR该如何测量呢？本文总结了各种测量方法。

PSRR测量原理

在LDO输入的直流电压V_{in_DC}中叠加一定…

作者：Tim Claycomb

需要控制电机的应用通常包含某种类型的电流感应电路。感应通过电机电流的能力可以帮助设计师根据电机电流状态做出如速度之类的调整。

例如，在无人机的应用中，每个控制螺旋桨的电机通常使用低侧电流感应电路，操控无人机在空中行进、停留或上升。在钻机和往复锯等电动工具中，低侧电流感应根据用户按动扳机的力度来控制工具的速度。这些产品通常需要成本敏感型设计，因为这些产品面对消费者市场。在这篇博文中，我将介绍如何为成本敏感型应用设计低侧电流感应电路。

在设计低侧电流感应电路时，高性价比的方法之一是使用非反相配置运算放大器（op amp）。图1是使用运算放大器的典型低侧电流感应电路原理图。

图1：低侧电流感应原理图

公式1用于计算图1中的电流传递函数：

其中   。

图1中所示的低侧电流感应电路设计过程分为三个简单的步骤：

1. 计算最大分流电阻。当来自负载（I_LOAD）的电流流过分流电阻器（R

在如今的许多应用中，要求的额定输入电压超过许多现有DC/DC控制器的V_IN最大额定值。对此，传统的解决办法包括使用昂贵的前端保护或实现低端栅极驱动器件。这意味着采用隔离拓扑，如反激式转换器。隔离拓扑通常需要自定义磁性，且与非隔离方法相比，设计复杂性和成本也有所增加。

存在着另一种解决方案，可以通过使用V_{IN max}（最大输入电压）小于系统输入电压的简易降压控制器来解决问题。这是如何实现的呢？

降压控制器通常来源于参考电位（0V）的偏置电源（图1a）。偏置电源来自输入电压；因此，器件需要承受全部的V_IN电位。然而，因为开通P通道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）所需的栅极驱动电压在VGS低于V_IN，P通道降压控制器具有参考V_IN（图1b）的栅极驱动电源。关闭P通道MOSFET则仅需简单地将栅极电压变为V_IN（0V VGS）（图2）。

图1：N通道(a)的VCC偏置生成；和P通道控制器(b)

图2：

近年来，消费类无人机越来越受欢迎，用于拍摄震撼的的片段、运送救援物资，甚至用于竞赛。大多数无人机使用各种传感技术实现自主导航、碰撞检测和许多其他功能。超声波传感尤其有助于无人机着陆、悬停和地面跟踪。

无人机降落辅助是无人机所具有的一项功能，可以检测无人机底部与着陆区域的距离，判定着陆点是否安全，然后缓慢下降到着陆区域。尽管GPS监测、气压传感和其他传感技术有助于着陆过程，但在这个过程中，超声波传感是无人机的主要和最准确的判断依据。大多数无人机中还有悬停和地面跟踪模式，主要用于捕捉连续镜头和陆地导航，其中超声波传感器有助于将无人机保持在高于地面的恒定高度。本博文系列的第1部分讨论了如何将超声波传感器与汽车应用相结合。本博文将探讨超声波传感可用于无人机应用的原因。

超声波原理

超声波的定义是使用高于人类听力上限频率的声波 —— 见图1。

图1：超声波范围

超声波可以穿过各种介质（气体、液体、固体…

多年以来，超声波感应器在乘用车上应用广泛如超声波停车辅助可帮助车辆在低速停车时检测周围物体。此外，踢脚开启后备箱和入侵检测报警则是超声波传感器的两个新兴应用。如图1所示。本文将为您详细解释这三种应用为何以及如何使用超声波感应器。

图1：用于乘用车中的超声波感应器

超声波停车辅助系统

超声波停车辅助也被称为停车辅助系统、停车引导系统和倒车辅助。这些系统可实现从简单地检测周围物体并通过声音警示驾驶员，到几乎没有人为操作的自动停车。通常，这些系统拥有4-16个感应器，巧妙地围绕车身安装，以提供所需的检测覆盖，如图2所示。

图2：使用PGA460-Q1的超声波停车辅助星型配置

设计这些类型应用的工程师应寻求驱动超声波传感器（发射器）的集成电路，同时接收、调节和处理确定物体与车辆距离的超声回波。例如，PGA460-Q1能够可靠地检测距离最远为5米的国际标准化组织…

作者： Gen Vansteeg - 2017年12月6日

运算放大器(op amp)的高精度和高速度直接影响着功耗的量级。电流消耗降低则增益带宽减少；相反，偏移电压降低则电流消耗增大。

运算放大器的许多电子特性相互作用，相互影响。由于市场对低功耗应用的需求逐渐增大，如无线感应节点、 物联网 (IoT) 和楼宇自动化，因此为确保同时满足终端设备性能优化及功耗尽可能低，了解各电子特性间的平衡至关重要。此系列博文包含三部分，在第一部分中，我将介绍在毫微功率精密运算放大器中关于直流增益的功率与性能表现的平衡。

直流增益

你也许还记得，在学校中学到的运算放大器的典型反相（如图1）和非反向（如图2）增益配置。

图1：反相运算放大器

图2：非反相运算放大器

根据这些配置可分别得出反相和非反相运算放大器闭环增益等式…

作者： Helen Chen

越来越多的手机支持NFC功能。目前各个品牌的手机生产商（苹果，华为，小米，三星，联想等）生产的旗舰机和中高端机都支持NFC功能。手机里面现成 的， 能给NFC模块供电的电压是电池电压。但是电池电压在充满电以后，输出电压会随着客户的使用越来越低。从4.35V一直降到3V左右。而NFC模块的可靠工作范围和其供电电压有很大的关系，供电电压越低，可靠工作范围越窄。因此，如果直接拿手机内置电池给NFC模块供电，那么NFC模块的性能会随着电池电量的减少而越来越差， 大大影响了用户体验。

如果将电池电压通过一个DC-DC升压变换器转换到一个固定的电压（5V或 5.2V）给NFC模块供电，那么即使电池电压降得很低，DC-DC升压变换器的输出能保持始终不变，NFC模块就能一直稳定工作，用户在使用NFC功能的时候就不会因为电池电量的减小而受到影响…

作者：Jamie Zhang

随着智能手机产品轻薄化的流行趋势，喇叭的体积越来越局限，这样造成外放的性能很难提升。同时，音频现在是手机上非常重要的卖点，大音量和好音质是市场上非常主流的要求。所以面对这两方面的一个Tradeoff，SmartPA在市场上的需求越来越多。

SmartPA主要是通过智能的保护算法实现对喇叭振幅和喇叭温度的保护，从而充分发挥喇叭的潜力，在有限的喇叭空间的情况下实现大音量和好音质。这一部分TI的解决方案主要包括TAS2557, TAS2560和TAS2559。对于单声道方案而言，主要是内置DSP的TAS2557和不带DSP的TAS2560。对于内置DSP的方案而言，保护算法是跑在芯片内部的DSP上，所以实现相对而言更容易。那对于没有DSP的方案来说，保护算法是需要跑在平台端的DSP上，那本文主要就是针对这种应用…

作者：TI 工程师 Iven Su, Max Han

POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。TI公司的TPS23753A是一款集成有POE接口并且内置峰值电流模式DC-DC 控制器的PD芯片。它支持IEEE 802.3at的13W, type 1的PD接口标准，适用于VoIP电话、无线AP等多种PD系统。

图1：PoE供电方式

IEEE 802.3标准中提出了以太网的隔离要求，安规测试IEC60950 标准中要求以太网线与任何消费者可能接触处都要实现隔离。然而在一些实际应用当中，不需要实现电路系统隔离也可以满足相应标准的隔离要求，例如使用塑料外壳的低成本路由器和无IO扩展的电子标志牌等等…

仪表放大器，简称仪放，英文名叫做Instrument Amplifier，通常用于高精密低频信号检测，像温度，压力等电桥差分测量，电流取样，生物电等微弱差分信号放大。这些信号有共同的特点就是：差分信号，幅度较小，源阻抗较高，并且共模电压变化比较大。放大这些信号通常直流精度要求较高，失调电压，失调电流通常是我们关注的参数，然而还有一个非常重要的参数，CMRR，共模抑制比也会对仪表放大器的精度造成重要的影响。

共模抑制比，描述的是放大器共模电压的变化导致的输出电压的变化，通常使用dB值来描述。举个例子，比如80dB的共模抑制比，代表共模电压变化1V，输入失调电压变化0.1mV，如果放大1000倍，那么对应的输出失调电压将变化100mV。

其中 Vout 为输出失调电压；Vcm 为输入共模电压…

横机是针织机械的一种，为生产羊毛衫，围巾帽子等的主要生产设备，全机由130多个零件装置而成。横机机头板需要控制很多针，一般使用CPLD(Complex Programmable Logic Device)生成各种逻辑电平来控制螺线管和步进电机，所以CPLD被横机客户广泛使用。横机机头板一般由主板和子板，子板通过接插件插在主板上完成最终的控制功能（如图一）。因为每个子板都有控制信号来自母板，所以CPLD需要放置在母板上以便信号合理布局，但有时机头板母板受机械结构的限制没有足够的空间放下CPLD，这时候就会极大的增加layout工程师的工作难度。

图一

本文提出一种用分立逻辑芯片替换CPLD的方案，即当遇到主板结构有限，CPLD不易layout的情况时，通过化整为零，将多数芯片和功能移到子板上…

USB Type-C™连接器应用于笔记本电脑甚至机顶盒变得越来越普遍，但随着它应用于小尺寸应用程序，如手机、穿戴设备或其他便携式电子设备，系统设计人员具有不同的设计考虑。他们的挑战是如何利用众多的新功能，包括更高的功率传递；可逆连接器；更高的数据速率；以及运行高清晰度多媒体接口（HDMI）、DisplayPort和Thunderbolt等备用模式的选项，同时不断减少自身系统的外形尺寸和功耗。

新型USB Type-C连接器除了用于USB Type A或Micro-USB连接器的标准静电放电（ESD）保护外，还具有挑战性的保护考虑。由于USB Type-C连接器的管脚间距如此之小，因此可能会将高电压V_BUS电源管脚短路到附近的数据管脚。而且由于通过V_BUS电源传送（PD），VBUS电源管脚可达到20V，5A，因此将V_BUS短路到配置通道（CC）或边带使用（SBU）管脚对下游PD控制器来讲将是灾难性的，因为PD控制器并不能处理这些管脚上的较高电压…

根据专业和消费类音频设备公司，更高的采样频率捕获并再现更广泛的频率范围。大于20kHz音频频率的再现，包括超高频谐波，给出了声音（特别是声学乐器）的微妙组成部分的特性。据这些音频设备公司介绍，有一些技术优点使其值得转向更高的采样频率，例如由于在数模转换或模数转换期间采用的陡峭滤波器来减少不必要的副作用。

简单地选择一个现成的音乐播放器将不会兑现高分辨率音频的承诺，这需要专门的硬件来真正享受其丰富内涵和微妙之处。当然，并非每个音频文件或媒体都被录制在高清音频中。