做硬件工程師就是“王者榮耀”升級記

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　　明星九：傳感器

　　傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測、感受外界的信號、物理條件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。

　　國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規定的被測量件并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節。

　　“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統中的器件”。

　　根據這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器-Transducer”來(lái)稱(chēng)謂“傳感器-Sensor”。

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　　明星十：變壓器

　　變壓器(Transformer)是利用電磁感應的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線(xiàn)圈、次級線(xiàn)圈和鐵心(磁芯)。在電器設備和無(wú)線(xiàn)電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。

　　在發(fā)電機中，不管是線(xiàn)圈運動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運動(dòng)通過(guò)固定線(xiàn)圈，均能在線(xiàn)圈中感應電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線(xiàn)圈相交鏈的磁通數量卻有變動(dòng)，這是互感應的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應，變換電壓，電流和阻抗的器件。變壓器的功能主要有：電壓變換;電流變換，阻抗變換;隔離;穩壓(磁飽和變壓器)等。

　　2電路中的7個(gè)常用接口

　　我們知道，在電路系統的各個(gè)子模塊進(jìn)行數據交換時(shí)可能會(huì )存在一些問(wèn)題導致信號無(wú)法正常、高質(zhì)量地“流通”，例如有時(shí)電路子模塊各自的工作時(shí)序有偏差(如CPU與外設)或者各自的信號類(lèi)型不一致(如傳感器檢測光信號)等，這時(shí)我們應該考慮通過(guò)相應的接口方式來(lái)很好地處理這個(gè)問(wèn)題。

　　下面就電路設計中7個(gè)常用的接口類(lèi)型的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明一下：

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　　(1)TTL電平接口：

　　這個(gè)接口類(lèi)型基本是老生常談的吧，從上大學(xué)學(xué)習模擬電路、數字電路開(kāi)始，對于一般的電路設計，TTL電平接口基本就脫不了“干系”!它的速度一般限制在30MHz以?xún)?，這是由于BJT的輸入端存在幾個(gè)pF的輸入電容的緣故(構成一個(gè)LPF)，輸入信號超過(guò)一定頻率的話(huà)，信號就將“丟失”。它的驅動(dòng)能力一般最大為幾十個(gè)毫安。正常工作的信號電壓一般較高，要是把它和信號電壓較低的ECL電路接近時(shí)會(huì )產(chǎn)生比較明顯的串擾問(wèn)題。

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　　(2)CMOS電平接口：

　　我們對它也不陌生，也是經(jīng)常和它打交道了，一些關(guān)于CMOS的半導體特性在這里就不必€€嗦了。許多人都知道的是，正常情況下CMOS的功耗和抗干擾能力遠優(yōu)于TTL。但是!鮮為人知的是，在高轉換頻率時(shí)，CMOS系列實(shí)際上卻比TTL消耗更多的功率，至于為什么是這樣，請去問(wèn)半導體物理理論吧。

　　由于CMOS的工作電壓目前已經(jīng)可以很小了，有的FPGA內核工作電壓甚至接近1.5V，這樣就使得電平之間的噪聲容限比TTL小了很多，因此更加加重了由于電壓波動(dòng)而引發(fā)的信號判斷錯誤。眾所周知，CMOS電路的輸入阻抗是很高的，因此，它的耦合電容容量可以很小，而不需要使用大的電解電容器了。由于CMOS電路通常驅動(dòng)能力較弱，所以必須先進(jìn)行TTL轉換后再驅動(dòng)ECL電路。此外，設計CMOS接口電路時(shí)，要注意避免容性負載過(guò)重，否則的話(huà)會(huì )使得上升時(shí)間變慢，而且驅動(dòng)器件的功耗也將增加(因為容性負載并不耗費功率)。

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　　(3)ECL電平接口：

　　這可是計算機系統內部的老朋友啊!因為它的速度“跑”得夠快，甚至可以跑到幾百MHz!這是由于ECL內部的BJT在導通時(shí)并沒(méi)有處于飽和狀態(tài)，這樣就可以減少BJT的導通和截止時(shí)間，工作速度自然也就可以提上去了。But，這是要付出代價(jià)的!

　　它的致命傷：功耗較大!它引發(fā)的EMI問(wèn)題也就值得考慮了，抗干擾能力也就好不到哪去了，要是誰(shuí)能夠折中好這兩點(diǎn)因素的話(huà)，那么他(她)就該發(fā)大財了。還有要注意的是，一般ECL集成電路是需要負電源供電的，也就是說(shuō)它的輸出電壓為負值，這時(shí)就需要專(zhuān)門(mén)的電平移動(dòng)電路了。

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　　(4)RS-232電平接口：

　　玩電子技術(shù)的基本沒(méi)有誰(shuí)不知道它的了(除非他或她只是電子技術(shù)專(zhuān)業(yè)的“門(mén)外漢”)。它是低速串行通信接口標準，要注意的是，它的電平標準有點(diǎn)“反?！保焊唠娖綖?12V，而低電平為+12V。So，當我們試圖通過(guò)計算機與外設進(jìn)行通信時(shí)，一個(gè)電平轉換芯片MAX232自然是少不了的了。但是我們得清醒地意識到它的一些缺點(diǎn)，例如數據傳輸速度還是比較慢、傳輸距離也較短等。