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电子工程基础原理与应用指南（初学者版）电子工程入门：三极管到MOS管全解析

news 2025/9/26 17:53:19

1. 电阻

1. 品牌

厚声、风华、三星、罗姆、松下、KOA

2. 分类

插件：碳膜电阻金属膜薄膜电阻和厚膜电阻

贴片：电阻标识 3 位数字 ±5% 精度 103 1010^3 = 101000=10000Ω=10KΩ

4 位数字 ±1% 精度 1002 10010^2 = 100100=10000 =10K

（1% 精度）E96 阻值表 100K 01D

封装与尺寸与耐压：

0402 1/16W 10.5mm 50V

0603 1/10W 1.60.8mm 50V

0805 1/8W 2*1.2mm 150V

3. 频率特性

在频率小于 f1 时，呈电阻特性，在 f1 和 f2 之间，呈容性，减小阻抗，频率大于 f2 时，呈感性，

增加阻抗。

安

4. 选型

即

阻值：E24（5% 精度） E96（1% 精度）忘

若

精度：T：±0.01% A：±0.05% B ：±0.1% D：±0.5% F：±1% J：±5% K：±10%

：

额定电压：电阻的额定耐压值。 P=U^2/R V = (PR)

站

材质不同，薄膜要比厚膜要低。封装越大，额定电压升高。

额定功率：额定功率是在额定环境温度（70℃）中可以连续工作状态下的最大功率值。

选用的额定功率大于实际消耗功率的 3-4 倍。当电

阻工作在高温 70℃以上时候，需要考虑到电阻额

定功率的降额。

封装：一般电子产品 0402，0603。

电阻温度系数 TCR：表示电阻当温度改变 1 摄氏

度时，电阻值的相对变化。

温度系数 = (R-Ra)/[Ra ×(T-Ta) ]×1000000 Ra: 基准温度条件下的阻值 Ta: 基准温度 20℃ R: 任

意温度条件下的阻值 T: 任意温度一般常用电阻温度系数的范围为：-200~500ppm/℃

5.0 欧电阻

小于 50m 欧。作用：1、方便测试电流 2、跳线 3、模拟地，数字地分开 4、占个位置（可换成

其它阻值的电阻，也可换成磁珠） 5、做电路保护，充当低成本熔丝过流能力可达到 20-60A；

6. 热敏电阻

1.PTC 正温度系数电阻

PTC 一般串联在电路中使用，用来限制电路电流，一种过流保护器件。电流通过元件后引起温度升

高，PTC 阻值会增加，阻值增加从而限制了电流的增加，周而复始，PTC 充当的是开关的作用。

应用：加热器、电机启动。

2.NTC 负温度系数电阻

阻值（0 功率阻值在 25℃） 𝑅 ⩾

√2𝐸

𝐼𝑚𝐴𝑥

E：交流输入有效值（直流电），Imax: 最大容许启动电流，也就是浪涌电流。Imax 可以取 100 倍的

额定电流；对于电热丝、灯泡，Imax 可以取 30 倍的额定电流；

B 常数：热敏电阻的材料常数，又叫热敏指数。

最大稳态电流：在环境温度为 25℃时，允许施加在功率型 NTC 热敏电阻上的最大连续电流。该值

必须要大于实际电源回路的工作电流。

应用：

限流，防浪涌。NTC 在电路中串联。（电源上电有可能当刚上电的时候，正好是峰值 310V。）

2. 测量温度。作为温度传感器。NTC 的阻值随温度升高一直在下降，将阻值变化转化为电压变化，

然后 ADC 采样，根据电压推算出温度。

3. 短路保护（而 PTC 发热，电阻大，不能高温环境用）

7. 光敏电阻

光强，电阻减小。
压敏电阻

压敏电阻并不是电阻，而是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，效果同 TVS。

作用：用于输入端防雷保护，浪涌，具有抑制瞬态过电压安保护的功能。并联在电路使用。

原理：正常电压状态下，阻值无穷大，相当于开路。当即超过其阈值电压时，其阻值迅速降低，导通

大电流，保护后级电路。忘

若

应用：热敏电阻应用在小功率场合，多少功率算是小功率：通常 70W 以下差不多。

：

9. 应用站

限流、恒流、分压、取样、阻抗匹配（RS485）、上拉（IIC）、下拉（确保浮空，低电平）

2. 电容

1. 品牌

国外：村田 muRata、松下 PANASONIC、三星 SAMSUNG、太诱 TAIYO YUDEN

国内：国巨 YAGEO (中国台湾)、风华 FH、宇阳科技 EYANG、信昌电陶 PSA

2. 作用

1. 滤波（滤除杂波、尖峰电压，使电压平滑）

第一种：利用电容的充、放电功能，电压高于电容电压时充电，当电压低于电容电压时电容放电，

由于充放电需要时间，电容两端电压不能突变，所以起到滤波作用，使输出电压趋于平滑。

第二种：利用电容通高频特性，当经过电容的噪声频率越高时，容抗越小，将电容对地放置，高频

噪声就会经过电容到地。容值越大，容抗越小，越保证输出电压的稳定性，纹波小。

2. 旁路（bypass）（输入信号）

滤除输入信号中的高频成分，电容一般比较小，小电容滤高频。

3. 去耦（Coupling）（信号的输出端的滤波电容）

滤除系统自身产生的干扰，防止耦合到下一级系统。滤除低频噪声，电容一般比较大。

4. 隔直通交

当直流电源电流过电容时，电容器会在短时间内迅速充电，当电容器的电压达到直流电源的电压，

就会停止充电，此时无法再通过电容器向负载供电。（电容器在直流电路中被视为断路）

5. 储能：当电容两端加上电压时，电容会迅速充满电，满电电压 = 电源电压。电容等效一个小电池

的功能。当电源电压降低或消失时，电容会像电池一样，把电放给电路延续保持供电电压和时间。

6. 自举

3. 特性

两个电容 C1 和 C2 并联，等效电容为 C1+C2。

1. 本质：储能、充电与放电，在电路设计注意充放电流。充放电公式：I = C*(du/dt)。

电容充放电有个过程，电容两端电压不能突变，如果突变将产生很大的充放电电流。

S

2. 电容量：C= r 增大容量:①使用介电常数高的介质 ②增大极板间的面积 ③减小极板间的距离。

4kd

3. 通高频阻低频：交流电能通过电容，频率 f 越高，容抗越小，高频噪声放到地。

4. 电容降压：在交流回路中存在着一定的阻抗，称之为容抗。也就是说利用此特性可在交流电中用

于降压。但千万要注意必须是无极性电容，有极性的电容只能用于直流回路中。

4. 分类

电容分为陶瓷电容和电解电容。电解电容（有极性）分为铝电解电容和钽电容。

5. 陶瓷电容 -

安

MLCC（Multi-layer Ceramic Capacitors）片式多层陶瓷即电容器 [贴片电容] 无极性

1. 机械强度：硬而脆。封装越大，越容易产生机械应忘力，产生裂纹，从而电容容量变小或者是短路。

若

2. 热脆性：MLCC 内部应力很复杂，所以耐温度冲击的能力很有限。

：

3. 温度补偿型（I 类）：NP0 C0G

站

一般电容量都很小。电容容值几乎不会随着温度变化而变化。

主要应用于适用于谐振回路、高频电路中。缺点是电容量不能做得很大（由于介电系数相对小）

4. 高介电常数型（Ⅱ 类）：X7R、X5R、 Y5V、Z5U

性能较稳定。应用中、低频电路中作隔直、耦合、旁路和滤波。

直流偏压特性：高介电常数电容器施加的直流电压越大，实际静电容量越低。容值越高的电容，直

流偏压特性越明显。

6. 铝电解电容

1. 静电容量：铝电解电容器的静电容量值是在 20℃，120Hz /0.5V。

①温度升高，静电容量也会升高；温度降低，静电容量也会降。

②频率越高，静电容量越小；频率越低，静电容量越大。

2. 漏电流：当施加直流电压时，电介质氧化层允许很小的电流通过，称为漏电流。当温度升高时，

漏电流增加；温度降低，漏电流减少。

3. 频率特性 ESR 参数 Xc = 1/(2πfC)

频率升高，容量越大，则 ESR 值越小。额定电压越大，ESR 值越小。

4. 额定纹波电流：纹波电流比较大会导致内部发热严重，导致电容器失效。

ESR 越小，额定纹波电流越大。封装越大，额定纹波电流越大。

5. 寿命：电容工作温度每升高 10℃ ，电容寿命减小一倍。

7. 安规电容

一般为插件。安规起到电源滤波作用，如果没有这些电容，可能产品会出 EMC 方面的问题，无法

通过相关认证。确保安全就是要确保安规电容在失效后不能是短路的状态。

X 电容（uF 级）火线和零线之间的电容在电路中滤除滤除差模干扰，等级 X1、X2、X3

Y 电容（nF 级）零线与地之间的电容，火线与地之间的电容。在电路中滤除共模干扰信号，信号

对大地的干扰。等级 Y1、Y2、Y3、Y4。

8. 超级电容

容值大，耐压较低，工作温度范围较窄。1μF=1000nF=1000 000pF

铝电解电容钽电容陶瓷电容

电容量 0.1uF-3F 0.1uF-1000uF 0.5pF-100uF

耐压 5V-500V 2V-50V 2V-1000V

ESR 等效串联电阻几十毫欧至 2.5 欧几十毫欧至几百毫姆几毫欧至几百毫姆

ESL 等效串联电感不超过 100nH 2nH 左右 1-2nH

低频滤波，小于中低频滤波，几百 KHZ 高频滤波，几 MHZ 至

工作频率范围

600KHZ 至几 MHZ 几 GHZ

窄温度范围，电解液

必须降额使用否则电光易受温度、冲击导致

薄弱点会挥发，纹波电流导

闪烁，飞花四溅裂纹纹

致发热

15V 以上直流电压滤波

不同材料温度特性差布线不要放在应力

建议不建议使用，浪涌冲击

异巨大 - 区，避开高温区域

失安效显著

钽电容容量较大，ESR 小，体积小，耐温好（对于铝电即解电容）。缺点：价格高、耐压不高、容量

忘

越大耐压越低。

若

陶瓷电容无极性，耐压好，耐温好，ESR 小。缺点：容值小，韧性差，容值大耐压高的贵。

：

铝电解电容容量大，价格便宜，耐压高，ESR 高。缺点：体积大，耐温差（电解液挥发），阻抗大

站

（发热，容量下降），温度范围窄，高频特性差（ESL 大，谐振频率低，高频容量小）。

薄膜电容耐压高，频率特性好，高压场合优选。

丝印：铝电解电容有丝印的方向是负极；钽电解电容正好相反，有丝印的地方是正极。

9. 选型

1. 容值：在室温 25℃，在一定频率和幅度的交流信号下测得的容量。

2. 耐压（额定工作电压）：额定电压留有大概 70% 的裕量。耐压值高的，一般尺寸会更大。

3. 漏电流：绝缘电阻越大，漏电流越小

4. 插件或 SMD 5. 谐振频率 6. 损耗因数 7. 品质因数 Q

8. 温漂：温度系数，越小越好

10. 频率特性

ESR（等效串联电阻）：（较大的 ESR 会产生较大的损

耗功率、对滤波有影响）电容的 ESR 越小越好。

Rleak：取决于电容的泄露特性，绝缘电阻。

ESL (等效串联电感)：取决于电容的类型和封装。

容抗 Xc = 1 / (2 π f C) 感抗 XL=2ΠfL

1  1 

复阻抗 Z = R+ jL+ = R+ jL− 

jC  C

电容在低频表现电容的阻抗特性，滤波效果渐强；在谐

振点上，阻抗最小，呈电阻。电容在高频表现为电感的阻抗特性。电容用于滤波，需要最小阻抗，

在谐振频率处滤波效果最好的。

小电容滤高频（自谐振频率高），大电容滤低频（自谐振频率低）。

11. 组合滤波

①一种是使用一个大电容和一个小电容并联

并联后总体阻抗曲线都会保持原来的变化趋势，因此，数值上会比任意一个电容都小。

②还有一种是使用多个相同的电容并联。

多个相同的电容并联后，阻抗曲线整体形状不变，但是各个频点的整体阻抗变小。

输入电源先大后小（小的靠近电源 IC），输出电源也

是先大后小（大的靠近电源 IC）

原因：靠近电源芯片的电容会流过更大的纹波电流。

12. 测试

数字电桥

3. 二极管

1.PN 结

正偏（导通）：多数载流子的扩散运动，不利于少数载流子安的漂移运动。扩散电流 >> 漂移电流。

反偏（截止）：少数载流子的漂移运动，不利于多数载流即子的扩散运动。漂移电流 >> 扩散电流。

PN 结显示出单向电性。多数载流子正向通过 PN 结忘时就需要克服内电场的作用，需要约 0.7 伏的

外加电压，这是 PN 结正向导通的门电压。

若

：

2. 伏安特性曲线站

（1）不加电压时，电流 = 0；

（2）正向电压小于 Uon 电流 = 0；大于 Uon,i 随 u 增长。

硅管的Ｖth 约为 0.7V，锗管的Ｖth 约为 0.3V

（3）反向电压小于 | ubr| 电流很小（漏电流）大于 | Ubr| i 急

剧增加。UBR：反向击穿电压。

3. 温度影响

温度升高导致正向特性左移（导通电压降低，正向压降降低），反向特性下移（反向电流增加）。

4. 电击穿与热击穿

电击穿可逆（稳压管），反向电流和反向电压过大。

温度上升直到过热使 PN 结击穿的现象叫热击穿（不可逆）

5. 参数

平均整流电流 Io ：电流值大小通常为 IF 的一半。

IF 最大整流电流：IF 的数值由二极管允许的温升所限定。

IFSM 正向浪涌电流：允许流过的瞬间电流。

IR 漏电流：加上反向电压时，流过管子的反向电流。IR 越小越好。反向电流越小，说明二极管的

单向导电性越好。反向电流是由少数载流子形成，所以 IR 受温度影响，温度越高，漏电流越大。

正向导通压降

VRM 最高反向工作电压

UBR 反向击穿电压：如果反向电压继续升高，当超过 UBR 以后，反向电流急剧增大，这种现象称

为击穿。击穿后不再具有单向导电性。反向击穿不意味着二极管损坏。

最高工作频率 fm：最高工作频率主要决定于结电容和反向恢复时间，具体谁看谁影响大，比如肖

特基由结电容决定。

CT 结电容：结电容的大小决定二极管的频率特性。（原因：频率越高，

电容的阻抗越低，信号都从电容直接过去了，无截止作用）

结电容有两种，分别是势垒电容和扩散电容。

二极管在反偏时，势垒电容起主要作用，而正偏时，扩散电容起主要作用。

随着反向电压的上升，结电容值会减小。PN 结其电荷量的多少是受外加电压影响的。

trr 反向恢复时间：二极管从正向电压变成反向电压时，电流不能瞬间截止，需要延时一点时间。

决定了二极管的开关速度。（原因：频率越高，电压翻转越快）

1、反向电源电压越小，反向恢复电流越小，电荷耗尽越慢，反向恢复时间越长。

2、正向电流越大，存储的电荷越多，耗尽时间越长，反向恢复时间越长。

6. 肖特基二极管

金属与半导体结，金属得到电子。形成的势垒会非常的薄。只有一种载流子，那就是电子。

特点：开关频率高，反向恢复时间极短 (小到几纳秒)，正向压降低，正向导通压降仅 0.4V 左右。

缺点：耐压比较低（反向击穿电压），漏电流稍大些。安

用途：多用作高频、低压、大电流。整流二极管、续流即二极管、

保护二极管。忘

若

7. TVS 瞬态抑制二极管

：

站

又称雪崩击穿二极管。在电路中并联。单向 TVS 一般适用于直

流电路，双向 TVS 一般适用于交流电路。TVS 管在电路中一般工作于反向截止区。

原理：当两端高能量冲击时，它以极高的速度使其阻抗骤然降低，同时吸收一个大电流，将其两端

间的电压钳位在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件。钳位电压低于电路中其它器件的最

高耐压，因此起到了对其它元器件的保护作用。

参数

Vrwm：指的是最高工作电压，在此阶段 TVS 为不导通状态。

Vbr@It：击穿电压。表示 TVS 管测试电流 It 导通的标志电压，即从此点开始 TVS 进入雪崩击穿。

Vc@Max Ipp：钳位电压。在特定的 Ipp 电流时，浪涌经过 TVS 钳

位住的电压。最大钳位电压 Vc 要小于等于电路中最大的工作电压。

C：指的是极间电容。在高速信号上，需要选择小的电容。其电压

越低，电容值越大。

IPP：峰值脉冲电流，给定脉冲电流波形的峰值。其峰值脉冲电流

应大于瞬态浪涌电流

选型：

1、Vrwm 大于等于被保护信号的正常工作电压，Vrwm 比被保护

信号的工作电压越大，漏电流越小；TVS 的 Vrwm 越低，对应的钳

位电压 Vc 越低，对信号的保护作用越好。

2、交流信号选择双向 TVS，直流信号选择单向 TVS，多路保护选择 TVS 阵列。

3、根据被保护的信号速率，选择合适的结电容。

4、根据被保护信号能承受的最大电压，在 TLP 曲线中选择合适的钳位电压。

8. ESD 静电保护二极管

主要功能是防止静电，防止瞬间的高压。

ESD 二极管功能是防静电，主要应用于板级保护。如 USB 线，结电容比较低。

TVS 二极管功能是防浪涌过电压，主要应放在电源的输入端吸收浪涌。电容值比较高。

9. 稳压二极管

又叫齐纳二极管。正向偏置状态为普通二极管的特性。

原理：当反向电压临近反向电压的临界值时，开始导通，反向电流骤

然增大，称为击穿，反向电阻骤然降至很小值。二极管两端的电压却

基本上稳定在击穿电压。

参数

Vz：稳压值，高于 Vz，电压稳定在 Vz，低于 Vz，稳压管不工作，

电路处于开路状态。

耗散功率（Pz）稳定电流（Iz）动态电阻（Rz）反向漏电流（IR）

稳压二极管使用一般串联一个电阻做限流电阻。稳压二极管的功率比较小。

通过串联就可获得更高的稳定电压，两个 5V 稳压管串联起来，就能起到 10V 稳压的效果。

TVS 二极管与稳压二极管

1.TVS 二极管正常工作在截止区。齐纳二极管正常工作在反安向击穿区域，

2.TVS 保护瞬间的非常高的异常电压，用于保护电路即。

稳压管保护电路中出现的小波动电压，使得电压平忘稳，用于稳压电路。

若

3.TVS 二极管的击穿电流低，齐纳二极管相对大一点。

：

10. 整流二极管站

交流电转变为直流电，反向电阻接近于无穷大。电流大，频率低。

选型参数：最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数

11. 发光二极管

发光强度与电流成正比，红、黄、绿的电压是 1.7—2.0v；蓝色的压降为 3.1-3.3V

插件正常发光时的额定电流约为 20mA 贴片 LED 几 mA 串联限流电阻

12. 通用二极管

电流小、工作频率高。

13. 应用

防反作用（单向导电的特性）
整流作用（交流电转换单向直流电）全波整流半波整流
稳压作用（稳压二极管）
续流作用（肖特基）

5. 检波作用（二极管导通，输出电压加在电容 C1 上，电容两端充电完毕，当输入电压低于先前输

入电压时，二极管处于反偏截止状态，此时，电容两端的电压基本保持不变；若再输入信号，输入

电压幅度必须高于电容两端的电压（即加在二极管的正向电压），二极管才能导通。）

6. 电压钳位作用

10

ADC 检测电路中会用两个二极管进行钳位保护。

4. 三极管

1. 原理

具有电流放大作用 (受温度影响大) 电流驱动

NPN 基极 b 杂质浓度低 E 发射自由电子多 C 集电极面积大浓度

低

发射结加正向电压，发射区向基区注入电子，形成 Ie；自由电子扩散

到基极形成 Ib；集电结收集由基区扩散过来的电子，漂移形成 Ic。

2. 输入特性曲线

Uce 一定，Ube 与 Ib 关系。与二极管的正向伏安特性相同。

3. 输出特性

iB 不变时，IC 与 VCE 之间的关系发射结为 0.6 一 0.7V。

截止区

发射结反偏，集电结反偏。Ube<Uon 且 Uce>ube。Ib=0，Ic=0。

放大区

发射结正偏，集电结反偏。Ube>Uon 且 Uce>Ube，集电安极加反

向电压导通后，Ib 控制 Ic，Ic 与 Ib 近似于线性关系 Ic = 即 BIb

饱和区忘

若

发射结正偏，集电结正向。即 Ube>Uon 且 Uce<Ube。当三极管的集电结电流 IC 增大到一定程度

：

时，再增大 Ib，Ic 也不会增大，超出了放大区，进入了饱和区。此时 lc 不仅仅与 lb 有关，而且随

站

Uce 的增大而增大 lc<Blb。

4. 特性

温度温度越高，放大倍数越大。

5. 分类

按半导体材料：硅三极管、锗三极管按工作频率：高频管、低频管按功率：功率管、开关管

6. 应用

开关（截止区和饱和区）控制继电器输出电平转换反相

5.MOS 管

1. 原理

金属 - 氧化物半导体场效应晶体管

G：gate 栅极；S：source 源极；D：drain 漏极

P 沟道型和 N 沟道型管（箭头指向 G 极的是 N 沟道）

增强型管：栅极 - 源极电压 Vgs 为零时 Ids 电流也为零；

耗尽型管：栅极 - 源极电压 Vgs 为零时 Ids 电流不为零。

2. 输出特性曲线

(1) VGS < VGS (th) 时，夹断区 (截止区)。不能导电，处在截

止状态。电流 ID 为 0，管子不工作。

(2) VGS>VGS (th) ，且 VDS < VGS - VGS (th), 可变电阻区

（非饱和区），Id 随着 Vds 的增加，导电沟通已产生但没有

完全形成，相当就是一个由 VGS 控制的可变电阻。

(3) VGS≥VGS (th)，且 VDS>VGS-VGS (th)，恒流区（饱和

区，放大区）。当 VGS>VGS (th),Uds 为常量，VGS 越大，Id

越大。VGS 越高，RDS (ON) 值就越低。温度越高，RDS (ON) 值也就越高。

(4) 击穿区：VDS 过大，mos 损坏

3. 特点

1. 输入阻抗非常高，因为 MOS 管栅极有绝缘膜氧化物。

2. 导通电阻低，可以做到几个毫欧的电阻。

3. 开关速度快，开关损耗低，特别适应 PWM 输出模式。

4.MOS 管栅极很容易被静电击穿，栅极输入阻抗大，感应电荷很难释放，高压很容易击穿绝缘层。

5. 由于 MOSFET 是电压驱动器件，要开通 MOSFET，必须对栅极施加高于栅极阈值电压 Vth 。

6. 处于稳态开启或关断状态时，MOSFET 栅极驱动基本无功耗。

7. MOS 导通后电流方向可以双向流动，可以从 d 到 s，也安可以从 s 到 d。

即

4. 参数

忘

若

VGS (th) 开启电压：N 沟道：导通时 Vg> Vs,Vgs> Vgs (th) 时导通；

：

P 沟道：导通时 Vg< Vs,Vgs< Vgs (th) 时导通。

站

VGS (最大栅源电压) ：栅极能够承受的最大电压。

RDS (on)(漏源电阻) ：导通时漏源间的最大阻抗，决定了 MOS 管导通时的消耗功率，尽可能的小。

ID (导通电流) ：漏源间所允许通过的最大电流

VDSS (漏源击穿电压) ：栅源电压 VGS 为 0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压

gfs (跨导) ：漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比

5. 寄生电容（Cgs）

(控制 mos 管导通与截止，本质控制 Cgs 电容充放电，如果要求快速导通，

驱动源提供大的驱动电流，提供电容大的充放电。会影响开关速度)

G 级并联电阻

在 GS 级加上一个电阻，用来释放寄生电容的电流。

G 级串联电阻

形成一个 RC 充放电电路，可以减小瞬间电流值，不至于损毁 MOS 管的

驱动芯片。抑制振荡；会减缓 MOS 管的开关速度；固定电平。

米勒效应的就是米勒电容（Cgd）米勒效应指其输入输出之间的分布电容

Cgd 在反相放大的作用下，使得等效输入电容值放大的效应，米勒效应会形成米勒平台。有了米

勒平台，MOS 管的开启时间变长，MOS 管的导通损耗必定会增大。

6. 寄生二极管

做防反接。N 是 S 到 D。P 沟道，由 D 极指向 S 极。

正接会导通，反接截止，对于 NMOS，当 S 极接正，D 极接负，寄生二极管会导通，反之截止；

对于 PMOS 管，当 D 极接正，S 极接负，寄生二极管导通，反之截止。

7. 判别 GDS

G、D、S (一般顺序)

万用表调至二极管档，将红表笔接在 MOS 的 S 极，黑表笔接在 D 极。

如果这时候万用表显示 0.4V~0.9V（二极管特性）电压值，说明这很可能是一个 NMOS；如果没有

读数，表会显示 1，开路，说明这很可能是一个 PMOS。

8.MOS 管与 BJT 区别

1. 工作性质：三极管是通过电流控制电流，mos 管是通过电压控制电流。

2 导电极性：MOS 管单极性（多子导电）、晶体管双极性（多子与少子导电）。

3. 温度：场效应管比晶体管温度稳定性好（少子受温度影响大）。

4. 输入阻抗：场效应管输入电阻很大，低噪声。三极管输入阻抗小，损耗大。

5. 电极互换：场效应管可以 D 到 S，S 到 D。栅极也可正可负。

6. 驱动：MOS 管作为电源开关，大电流开关电路、高频高速电路。三极管用来数字电路开关控制。

7. 电流大小： MOS 管应用普遍，可以在很小电流和很低电压下工作。

8. 频率特性：场效应管的频率特性不如三极管。

9. 应用 -

安

1. 作开关管用 2. 防反接用 3. 作电平转换用 4 即。全桥驱动电机

忘

6. 电感

若

：

1. 原理站

1. 本质

电感是阻碍电流的变化，储能。当线圈通过电流后，在线圈中形成磁场感应，感应磁场又会产生感

应电流来阻碍线圈中电流的变化，这种电流与线圈的相互作用关系称为电的感抗，也就是电感。

电感的磁芯决定了电感的饱和电流，磁滞损耗等。

2. 储能

E = LI2 E 为电感储存的能量，L 为电感量 (H)，I 为 (任意给定时刻) 流过电感的电流。

L 2

电感的储能是要有电流流过的。能量转换到了寄生电容里面，因为寄生电容都很小，所以会产生比

较高的电压，也是因为寄生电容的存在，所以实际电路不会产生无限高压。

3. 电感电流无法突变

d d (Li)) di

u = = = L 。电流的变化率和电感电压是成正比的。

dt dt dt

电感两端加恒定电压时、电流线性增大或者减小（斜率不变）。电感电压比电流相位超前 90°。

4. 感应电压

电感线圈产生自感时，感应电流通过负载维持电流变化，将产生感应电压。感应电压的大小取决于

感应电流与负载，感应电流与负载越大，感应电压越大，反之越小。

感应电动势与所加电压相等，方向相反，等于 - U，负号表示感应电动势要阻止电流变化。

2. 作用

1. 通低频阻高频：电感的感抗 XL = 2πfL。当频率 f 大，感抗就大，对高频信号阻碍作用越大。

2. 通直流隔交流：电感相当于导线，与导线的区别是电感会产生磁场；(直流电时，f=0Hz，所以电

感感抗 Z=0)。阻交流，注意，是阻碍。

3. 阻碍电流的变化，电感阻碍电流变化，让电流变化变缓，保持器件工作电流的稳定。

4. 滤波：在高频时，电感的感抗会增加，噪声会碰到巨大的阻碍，导致信号被反射回去。

电感和电容的滤波

电感通低频滤高频，电容通高频滤低频。

电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压：输出电压高，接近交流电压峰值：适

用于小电流，电流越小滤波效果越好。

电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有

效值：适用于大电流，电电流越大滤波效果越好。

LC 滤波和 RC 滤波

RC 滤波器属于低通滤波器，运放输入端、开关电源的 SW 处均有。由于电阻 R 消耗能量，RC 滤

波一般只用于信号滤波，不用于电源滤波。电阻取值一般 10 欧，电容取值一般几百 pF 内。

LC 滤波器属于低通滤波器，电源的 BUCK,BOOST 拓扑、电机类设备的电源部分等均有。由于 LC

不消耗能量，LC 滤波一般用于电源滤波，也可以用于信号滤波。

3. 高频特性

自谐振频率 f = f = -

SRF o 2* LC 安

电感越小，谐振频率越高：电感越大，那么匝数越多，即所以谐振频率也低。

jL+R 忘

阻抗 Z=

(1−2LC) + jRC 若

：

模值 (L) 2+R2

|Z|= 站

(1−2LC) 2 +(RC) 2

在 SRF 左侧，电感主要呈感性，在谐振频率 SRF 处，阻抗达

到最大，而在 SRF 右侧，主要呈容性。

电感滤波时，只需要其感性的作用，越接近于理想电感越好，

信号频率要远小于谐振频率，（使信号频率小于谐振频率的十分之一）。

电容用于滤波，需要最小阻抗，所以电容是在谐振频率处滤波效果最好的。

4. 直流偏置特性

直流偏压特性，一般指是电感量会随电流的增大而减小。在电源转换器的应用中，此特性很重要。

一旦超过饱和电流，铁氧体铁芯的磁导率会陡降，而铁粉芯则可缓慢降低。

5. 参数

类型

高频电感：高频信号滤波，小功率 LC 滤波功率电感：LC 滤波，升压

共模电感：滤除共模信号差模电感：滤除差模信号

电感值：标称值是在没有外加直流偏置的条件。①线长越长，电感越大。②线越细，电感越大。

DCR 直流阻抗：通过直流电时的阻抗值。

根据 P=I2R，DCR 越小越好。电感感量越大，导线的匝数越多，线长越长，DCR 越大。同等电感

量，导线会越粗，DCR 越小。

饱和电流：流过电感的电流导致感值降为 70% 时，此时的电流为饱和电流。

不要让电感的最大电流值（瞬间值）超过其饱和电流。会产生磁性体的磁饱和现象。

温升电流 Irms：一般指电感自我温升温度不超过 40℃时的电流。通常额定电流大于等于温升电流。

额定电流 Irat：包含上面两个电流。电感通过的最大电流要小于手册中的额定电流的 80%。额定电

流规定了电流值的上限，通过的直流电流超过该值时，无法保障质量。

自谐振频率 SRF：在谐振点处，电感的阻抗最大，有效电感为零。

Q 值（品质因数）：电感器质量的参数。

线圈对交流电流产生阻抗，交流频率越高感抗则越大。Q 值是感抗与其等效损耗电阻之比。

（Q=2πfL/R）。Q = 无功功率 / 有功功率。其 Q 值越大，线圈的损耗越小，效率越高。

精度：一般电感：误差值 20%，M；误差值 10%， K 。精密电感：误差值为 5%， J 误差值为 1%， F。

屏蔽特性：一体成型 > 普通全屏蔽型 > 树脂屏蔽型。

6. 电感损耗

线圈损耗：DCR，ACR 磁芯损耗：磁滞损耗，涡流损耗，剩余损耗

7. 功率电感

一般用在 DC-DC 电路变换中，其中又可以细分为屏蔽式电感与一体成型电感.

特点：感值高，功率大，饱和电流大，封装尺寸相对较大。

应用：低频 LC 滤波，升压

补充：带屏蔽的功率电感比非屏蔽的 EMI 败果好些，但价格稍贵些。

安

8. 贴片电感

即

特点：感值小，功率小，饱和电流小，封装尺寸小忘

若

应用：高频信号滤波

：

9. 共模电感站

构成：两组直径与圈数相同的线圈，方向相反的绕制在同一个铁芯上，引出 4 个引脚。

作用：滤除共模干扰信号，降低 EMI，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

共模信号：大小相等、方向相同的信号

10. 差模电感

构成：一组线圈绕制在铁芯上，引出 2 个引脚。

作用：滤除差模干扰信号，降低 EMI，一般成对出现。用于滤波、升压。

差模信号：大小相等、方向相反的信号。

7.LDO

1. 原理

通过运放调节 P-MOS 的输出

低压差：输出压降比较低，输入 3.3V，输出可达到

3.2V。

线性： LDO 的 MOS 管工作于线性状态。（可变电阻区）

稳压器：是用来给电源稳压。

LDO 有 MOS 管和三极管控制，区别在于最小压差区不一样。

LDO 内部由 4 大部件构成，分压取样电路、基准电压、误差放大电路、晶体管调整电路。

流程：通过反馈电阻 R1 和 R2 对输出电压进行采集，将采集的电压输入到比较器输入端，与基准

电压（期望输出的电压）进行比较，再将比较结果进行放大；放大后的信号控制开关（MOS 管或

三极管），将 Vout 调整成设定值。这是一个负反馈调节回路。

LDO 不用 NMOS 或 NPN：NMOS 开启电压（0.7V），NPN 开启电压（0.7V）比较高，所以饱和压

降小的 LDO，都是 PMOS/PNP 结构。由于 LDO 效率比较低，一般不会走大电流。针对某些大电

流低压差需求的场合，需要使用 NMOS LDO。

DC-DC 一般用 NMOS：主要原因是 PMOS 的 Rds (on) 比较大，意味着 DC-DC 的损耗大，效率低。

所以一般 PMOS 的导通电压比 NMOS 的导通电压高一些。

2. 参数

输入输出压差（Dropout Voltage）

压差一般都是很小，LDO 的输入电流几乎等于输出电流。压差越大，效率越低。

发热功率 = 电压差 * 电流。Note: 负载电流很小，压差过大也可以使用 LDO。

线性调整率

输入变化对输出的影响，在负载一定的情况下，输出电

压变化量和输入电压变化量之比。线性调整率越小越好。

负载调整率

在给定负载变化下的输出电压的变化，这里的负载变化

通常是从无负载到满负载。负载调整率越小越好。说明

LDO 抑制负载干扰的能力越强。

电源抑制比（PSRR）安

输入纹波与输出纹波的比值的对数关系。用来反应对不即同频率的

输入电源纹波的抑制能力。在特定频段，PSRR 越大忘越好，输出

若

信号受到电源的影响越小。如果用在低噪声场合，一定要选择

：

高 PSRR（80dB 以上）的 LDO，建议在 80dB 以上。

站

提高开关管的开关频率。开关频率越高，纹波越小，但也会提高开关管的开关损耗，造成效率下降。

LC 滤波器对纹波的抑制作用比较明显。

瞬态响应

表示负载电流突变时引起的输出电压的最大变化，其中 Cb（前馈电容）的作用是提高负载瞬

态响应能力。要想实现最佳瞬态响应，闭环回路带宽必须尽可能高，同时还要确保有足够相位

余量，以保持稳定性。电容太大，电压跌落小，响应慢；电容太小，电压跌落大，响应快。

静态电流 Iq

静态电流是外部负载电流为 0 时，LDO 内部电路供电所需的电流。通常保持尽可能低的水平。

一般 LDO 芯片的静态电流大小与其他性能成反关系，如低噪声，高电源电压抑制比，静态电流大。

噪声

噪声指 LDO 自身产生的噪声信号。只有高精度，低噪声电路上才需要关注这个参数。

输出电流

设计时预留 50% 的余量。

输入电压

输入端可以输入的电压范围（注意输入电压需要降额 80％考虑）。

输出电压

输出端的输出电压值，不要选有 ADJ 功能的，这样节省器件，降低干扰。

效率

LDO 自身消耗的功率约等于压差 * 电流，因此，相同负载电流下，压

差越大，LDO 功耗越高，所以压差低一些，有利于提高效率。输入

电流等于输出电流加上静态功耗。当 LDO 处在轻载时，IQ 就非常重要，IQ 越小，效率就越高。

3. 特性

输出自放电

LDO 关闭后，负载电容上仍然后电量。在下次输出时，会因为电量，产生一个快速的 Voltage

Spike，对后级电路有破坏性。带自放电功能 LDO 能在 LDO 关闭输出后，泄放输出电容上的电量。

软启动

带软启动的 LDO 可以有效的控制电流，使输出较平缓的上升。软启动有助于减小启动时的浪涌电

流和提供上电顺序，在 SS 和地引脚之间连接一个小的陶瓷电容。

EN 信号

EN 信号也要有一定的电流才能驱动，上拉电阻不要太大，100K 以内基本没问题。Start-up 时间

是 IC 固定的，如果想要延时启动，在 EN 上接一个大一些的电容到地，构成一个简单的 RC 电路。

假负载的作用

有的 LDO 芯片有最低负载电流的要求。如果低于最低负载电流，可能会出现系统不稳定的情况。

反馈对地电阻

保证最小对地泄放电流通路，维持最小对地电流。

降噪电容

基准电压 pin 接个电容到地。可用于过滤内部电压基准产生的噪声（通常用 0.1uF 电容）形成 RC

滤波，还可以让 LDO 上电变缓。减小上电时的浪涌冲击。

前馈电容安

增加相位裕度改善负载瞬态响应。输出将减少振铃并更即快稳定。

忘

4.LDO 和 DCDC 区别

若

：

LDO

站

外围器件少，电路简单，成本低，负载响应快，输出纹波小；效率低，输入输出压差不能太大；

只能降压；噪声小，最低的静态电流；分为可调和固定型；目前最大的 LDO 为 5A。

DC-DC

外围器件多，电路复杂，成本高；负载响应慢，输出纹波大；效率高，输入电压范围宽泛；支

持降压和升压；输出电流高，功率大；开关噪声大。一般都是可调型，通过 FB 反馈电阻调节；

8.DC-DC

1.BUCK

开关管闭合时，能量一部分储存在电感 L 中，一部分供

给输出；

开关管断开时，L 通过二极管为输出端提供能量。

V = V ⋅D D 为 PWM 波的占空比

OUT IN

2.BOOST

当开关管导通的时候，输入的电压对电感充电。

当开关管关断时，电感有感应电压，输入的能量和电感能

量一起向输出提供能量，此时二极管导通，因此这时候输

出的电压肯定就比输入的电压高，从而实现升压。

V = V ⋅

OUT IN 1−D

3.BUCK-BOOST

开关管导通，二极管 D 反向截止，电感器储能。

开关管断开，电感存储的能量通过二极管传给输出端。

当 D=0.5 时，Vo=Vin：

当 D<0.5 时，Vo<Vin：

当 D>0.5 时，Vo>Vin。

4. 反激

当功率开关管 S 导通时，电压将加在变压器 T 的初级绕

组 N1 上，并将能量储存在初级绕组中，初级绕组同名端

上为正电压，次级绕组的同名端和初级绕组相反，因此次

级绕组输出的电压极性会使得整流二极管 D 截止，滤波

电容 C 向负载供电；

当功率开关管 S 关断时，初级绕组 N1 会产生反向的电动势，次级绕组 N2 上的电压极性也会发生

相应的改变，从而使输出端整流二极管 D 得到正向偏置而导通，初级绕组里的能量将传递至次级，

对负载端供电。

1. 输出可以为正或为负，由线圈和二极管的极性决定。

2. 输出电压可以大于或小于输入电压，由匝数比决定。

3. 增加次级绕组和电路可以得到多个输出。

5. 正激

当开关管开启，储能电感储能并同时给输出端供能，安

当开关管关断时，储能电感通过续流二极管续流来即

给输出端供能，以此来得到稳定的输出电压。忘

若

6. 同步与非同步

：

站

同步是采用通态电阻极低的专用功率 MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗。

①MOSFES 在导通之后的压降比较低的，效率较高。二极管效率低。

②Mos 管需要驱动电路的，需要额外的控制电路，成本比较高。

7. 隔离非隔离

隔离式变换器在输入和输出之间没有电流回路，原副边不同地。

变压器通过磁场将能量从初级耦合至次级。高可靠性、防雷、耐高压等。

8. CCM,DCM,BCM

1.CCM 连续导通模式

在每个开关周期内，电感电流从不降到 0，在功率开关在闭合的情况下，线圈中依然有电流流过。

通过变化占空比 D，可以控制输出电压。

2.DCM 非连续导通模式

在每个开关周期内，电感的磁通量总会回到 0，即电感电流总会回到 0，在功率开关闭合的情况下，

线圈中的电感电流已经为 0。

3.BCM 临界导通模式

作为一种特殊的介于 CCM 和 DCM 之间的运行模式，依靠控制电路对电感电流进行监控，当检测

到电流为 0，功率开关管将立即闭合，控制电路总是在电感中电流怡好减小到 0 的时候发出激励脉

冲使功率开关管导通。如果电感峰值电流高，而截止波形的斜坡比较平，则开关周期将会延长，因

此运行临界导通模式下的系统是变频的。

CCM 与 DCM 比较：

（1）工作于 DCM 模式，能降低功耗的，DCM 模式的转换效率更高些，属于能量完全转换；输出

电流的纹波比 CCM 大；在电感电流为 0 的时候，会产生振荡现象；

（4）工作于 CCM 模式，输出电压与负载电流无关，当工作于 DCM 模式，输出电压受负载影响，

为了控制电压恒定，占空比必须随着负载电流的变化而变化。

如何从 CCM 切换到 DCM

（1）降低负载电流（2）降低电感值 L。

9. PWM,PFM,PSM

1. 脉冲宽度调制 PWM（频率不变，不断调整脉冲宽度）

原理：是一种固定开关周期，变化 Ton 来改变占空比的调制方式。当输出电压发生变化时，通过

环路的控制，便会使驱动信号的占空比发生改变，从而维持输出电压的恒定。

优缺点：控制电路简单，输出纹波电压小，频率特性好，线性度高，并且在重负载的情况下有比较

高的效率。随着负载变轻，其效率也下降。

2. 脉冲频率调制 PFM（脉冲宽度不变，调整频率）

原理：驱动信号的脉冲宽度保持恒定，但脉冲出现的频率发生改变，即所谓的定宽调频。当输出电

压发生变化时，通过环路的调整，而使脉冲出现的频率发生改变，从而实现对电路的控制与调整。

优缺点：在轻负载的情况下，效率很高，并且频率特性也十分好。在重负载的情况下，其效率会

明显低于 PWM 方式。应用于 DC-DC 转换器来提高轻负载效率。

3. 脉冲跨周期调制 PSM（频率和脉宽都不变，脉冲时有时无）（定频定宽）

原理：其驱动信号的频率与宽度都保持恒定，只是，当负载为最重的情况时，驱动信号满频工作，

当负载变轻时，驱动信号就会跳过一些开关周期，开关功安率管一直保持为关断的状态。当负载发生

变化时，通过改变跨周期出现的次数，来实现对系统的即调整与控制。

优缺点：相比于 PWM 方式，在轻负载的情况下，忘 PSM 要有更高的效率，并且其开关损耗与系统

若

的输出功率成正比，与负载的变化情况关系不大。输出电压有着比较大的纹波电压。

：

总结

站

PWM 控制型效率高并具有良好的输出电压纹波和噪声；

PFM 控制型尤其小负载时具有耗电小的优点；

PWM/PFM 转换型小负载时实行 PFM 控制，且在重负载时自动转换到 PWM 控制。

10. 电压控制模式

反馈电压 VFB 对输出电压进行采样，基准电压源提供

高精度的参考电压 Vref。VFB 和 Vref 的差模信号输入

误差放大器进行放大，再输入 PWM 比较器与三角波信

号 VRAM 进行比较，最后得到方波信号，控制开关管

的导通状态，稳定输出电压。

优点 (1) PWM 三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有

较好的抗噪声裕量；（2）占空比调节不受限制；（3）

对输出负载的变化有较好的响应调节；

缺点：（1）瞬态响应较差。对输入电压与负载电流的变化动态响应比较慢。（2）在环路补偿需要

将主极点低频衰减，或者增加零点进行补偿。

11. 电流控制模式

反馈电压 VFB 对输出电压进行采样，基准电压源提供

高精度的参考电压 Vref，VFB 和 Vref 的差模信号输入

误差放大器进行放大。通过采样电路得到电感电流。当

系统工作在连续导通模式下，且占空比接近或超过 50% 时，会出现次谐波不稳定，需要加入斜坡

补偿。斜坡补偿信号与电感电流斜坡信号叠加后输入 PWM 比较器，保证系统稳定运行。

电流控制 PWM 的优点：

（1）暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快；

（2）瞬时峰值电流限流功能；

（3）输出电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相媲美。

缺点：（1）占空比大于 50% 的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差；

（2）容易发生次谐波振荡。

12. 特性

1. 电源效率

η =

Pout

P ：输出功率 P ：电平转换芯片损耗功率

out d

Pout +P

2. 欠压保护

EN 脚除了使能外，还有欠压保护功能。例如输入 12V、输出 3.3V、设计要求输入达到 8V 才启动，

下电至 7V 才断电。就可以用 Ren1、Ren2 公式计算电阻值。VSTART 表示输入电压提升到 VSTART

后芯片才会输出电压。VSTOP 表示输入电压降低到 VEN 时，芯片就会停止输出电压。

3. 缓（软）启动 soft-start

芯片的 SS 脚起到缓启动的功能。就是给 SS 脚接的电容充电，给内部参考电压。

作用：1. 延迟单板电源的上电时间。2. 减小上电的冲击电流安。

注意：电容设置过大会造成电源启动过缓，出现 CPU 即启动异

常的现象。太小会出现电源启动不起来的情况（上电忘瞬间电流

若

冲击太大）。一般上电时间为 1-10ms。

：

4. 输出电压

站

两个采样电阻分压，使中间电压正好为参考电压。可以用三个电阻进行调节，方便后续调整。电阻

精度要用 1% 的。

5. 自举电容

按芯片要求，注意电容耐压的选择，耐压大于 VIN+2.5。自举电容存在的能量应能满足整个 M2 关

闭时提供的能量以及为下一次启动提供能量。如果内部 2 个开关管都是 NMOS 管，那么是需要自

举电容的。但是有的 BUCK 芯片上管是 PMOS 管，不需要产生比 Vin 还高。

6. 环路设计

COMP 管脚。相位补偿引脚，用于连接补偿网络以提高系统稳定性。（改变相位裕量与增益裕量）

设计指标：

剪切频率：有的文档上叫穿越频率，是指环路增益为 0dB 时对应的频率。剪切频率越高，响应速

度越快，但更容易引起环路不稳定或振荡；剪切频率过低则环路瞬态响应不够，可能导致输出电压

异常。设计为开关频率的 1/10~1/20。瞬态响应不足的系统往往其剪切频率低于 10KHz。

相位裕量 —— 当环路增益为 0 时，对应的信号相位与 180° 的差值；

增益裕量 —— 当信号相位为 0 时，对应的负增益量；

表征开关电源的稳定度，如相位裕量或（和）增益裕量不够，则可能因温度、PCB 布局布线以及

器件个体等影响，使系统进入不稳定或振荡的状态。一般应使相位裕量≥45° 增益裕量≤-10dB。

7.BST

Boost 电压引脚，连接至输出端的 Boost 电容器。

8.FBADJ

调节引脚，用于设置输出电压。

9.PGOOD

电源状态指示引脚，用于检测输出电压是否在规定范围内。

10.BOOT

启动引脚，用于启动芯片。

11. 纹波

原因：由于开关管 S 的通断过程导致电源产生波动

12. 电流调整率（负载效应）

输出电流不同时测量模块的输出电压变化状态。

13. 异步 boost

伏秒法则：开通时电感电压开通时间 = 关断时电感电压关断时间

V ∗T =(V +V −V)∗T T=Ton+Toff=1/f

i on o d i off

开通时间 T =(1−

)∗

关断时间 T =

∗

占空比 D=

Ton

=1−

on off

Vo+Vd f Vo+Vd f T Vo+Vd

1. 电感选择

电感平均电流: I =

Vo+Vd∗I

L o

电感纹波电流: ΔI =

∗(1−

) （△IL=(0.2~0.4)IL）（开关导通，电感两端电压是 Vi，导

f∗L Vo+Vd

安

通时时间 Ton，U=Ldi/dt 就可以求出电感电流纹波 di=U∗ ==ΔI ）

即 L L

忘

I V +V V  V 

电感峰值电流 I =I + L = o d I + i 若 1− i 

LP L 2 V o 2 f L  V +V 

i ： o d

V  站 V  V

电感取值范围: L= i 1− i  i

(0.2~0.4) f I B V +V V +V

 

o o d o d

2. 输入电容（电容是控制输入电压纹波△Vi，输入电源默认来自远方，没法提供快速变化的电流的）

V +V

输入平均电流：I = I = o d I

i L V o

输入电容容量引起的纹波（电容放电或者是充电，存储了电荷量发生了变化，这个变化会导致电压

变化，Q=C×Uq 来表示，Uq 即是电压变化。总电荷量 Q 等于电流乘时间，时间是 T/2，电流为电

V  V 

感纹波电流一半，总放电量为 Q=1/2底高）: U = i 1− i 

q 8 f 2LC V +V

 

i o d

输出电容 ESR 引起的纹波（充电电流最大是△IL/2，放电电流最大就是 -△IL/2，反向引起的压降

的电压也是相反的，压降 Uesr=△IL/2ESR-(-△IL/2ESR)= △ILESR）

V  V 

U = i 1− i ESR

esr f L V +V

 

o d

V  V   1 

总纹波: ΔV i =U q +U esr V i = f * i L 1− V + i V ESR+ 8 f C 

   

o d i

V  V 

输入使用陶瓷电容滤波: C  i 1− i 

i 8 f2LV V +V

 

i o d

陶瓷电容 ESR 小，容量小，Uq 对纹波起决定作用，所以可以近似△Vi=Uq。

V * f *L V +V

输入使用电解电容滤波: ESR i * o d

V V +V −V

i o d i

铝电解电容容量大，ESR 大，Uesr 对纹波起决定作用，所以可以近似△Vi=Uesr

3. 输出电容

I  V 

输出电容容量引起的纹波 U = o 1− i 

q f C V +V

 

o o d

（放电的电荷量 = 放电电流乘以放电时间，放电电流就是负载电流，Q=UqC=IoTon）

V +V V  V 

输出电容 ESR 引起的纹波 U = o d I + i 1− i ESR

esr  V o 2 f *L V +V 

 i  o d 

I  V  V +V V  V 

ΔV

esr

V

f *

*1−

V +

+



d I

2 f

*1−

V +





*ESR

o  o d   i  o d 

I  V 

输出使用陶瓷电容滤波: C  o *1− i 

o f *V V +V

 

o o d

V

输出使用电解电容滤波: 0

ESR

V +V V  V 

o d *I + i 1− i 

V o 2f *L  V +V 

i  o d 

14. 同步 boost

安

开通时间: T =(1−

Vi)∗ 1

关断时间: T =

∗

on Vo f off Vo f 即

忘

占空比: D= Ton =1− Vi 电感平均电流: I L = V 若 o∗I O

T Vo Vi

：

电感纹波电流: ΔI =

∗(1−

Vi)

站

f∗L Vo

I V V  V 

电感峰值电流： I = I + L = o I + i 1− i 

LP L 2 V o 2 f L V

 

i o

V  V  V

电感取值范围: L= i 1− i  i

(0.2~0.4) f I V V

 

o o o

输入平均电流：I = I = o I

i L V o

V  V  V  V 

容量纹波: U q = 8 f2 i LC i *  1− V o i   ESR 纹波: U esr = f * i L *  1− V o i   ESR

V  V   1 

输入电容总纹波: ΔV i =U q +U esr V = i 1− i ESR+ 

i f L  V   8 f C 

o i

V  V 

输入使用陶瓷电容滤波: C  i 1− i 

i 8 f2LV V

 

i o

V * f *L V

输入使用电解电容滤波: ESR i * o

V V −V

i o i

I  V  V

陶瓷电容滤波: C  o *1− i 电解电容滤波: ESR o

o f *V  V  V V  V 

o o o I + i 1− i 

V o 2 f L V

 

i o

15. 异步 BUCK

开通时间: T =

Vo+Vd∗ 1

关断时间: T =

Vi−Vo∗ 1

on off

Vi+Vd f Vi+Vd f

占空比: D=

Ton

Vo+Vd

电感平均电流: I =I

L O

T Vi+Vd

电感纹波电流: ΔI =

Vo+Vd∗ Vi−Vo（开关导通，电感两端电压是

f∗L Vi+Vd

Vi-Vo，根据 U=Ldi/dt 就可以求出电感电流纹波△IL=di=U/LTon）

I V +V V −V

电感峰值电流：(饱和电流需大于这个取值) I = I + L = I + o d * i o

LP L 2 o 2 f *L V +V

i d

V +V V −V

电感取值范围：L= o d * i o

f *(0.2~0.4)I V +V

o i d

输入平均电流: I =

Io∗(V

+V ∗

Vi−Vo)

i o d

Vi Vi+Vd

I  V −V  V −V

输入电容容量引起的纹波：U = o V +V * i o  i o

q C V * f o d V +V V +V

 - 

i i i d i d

安

 V +V V −V 

输入电容 ESR 引起的纹波：U =I + o d * i 即 o ESR

esr



o 2 f *L V 忘 +V



i d

输入电容总纹波: ΔV =U +U 若

i q esr

：

I  V −V  V −V  V +V V −V 

V = o V +V  i 0  i 站 0 +I + 0 d  i 0 ESR

i C V  f 0 d V +V V +V 0 2 f L V +V

i i  i d  Bi d  i d 

输入使用陶瓷电容滤波：C ≥

∗(V +V ∗

Vi−Vo)∗ Vi−Vo

i o d

ΔVi∗Vi∗f Vi+Vd Vi+Vd

V

输入使用电解电容滤波: ESR i

V +V V −V

I + o d * i o

o 2 f L V +V

i d

V +V V −V

输出电容容量引起的纹波：U = o d * i o

q 8 f 2C *L V +V

o i d

V +V V −V

输出电容 ESR 引起的纹波：U = o d * i o *ESR

esr f *L V +V

i d

V +V V −V  1 

输出电容总纹波: ΔV o =U q +U esr V o = o f L d * V i +V o ESR+ 8 f C 

 

i d o

V +V V −V

输出使用陶瓷电容滤波：C  o d * i o

o 8 f 2V *L V +V

o i d

输出使用电解电容滤波：ESR≤

ΔVo∗f∗L∗(Vi+Vd)

(Vo+Vd)∗(Vi−Vo)

16. 同步 BUCK

开通时间: T =

Vo∗ 1

关断时间: T =(1−

Vo)∗ 1

占空比: D=

Ton

电感平均电流:

on off

Vi f Vi f T Vi

I =I 电感纹波电流: ΔI =

∗(1−

Vo)

L O L

f∗L Vi

I V  V 

电感峰值电流： I = I + L = I + o 1− o 

LP L 2 o 2 f *L V

 

V  V 

电感取值范围：L= o *1− o 

f *(0.2~0.4)*I V

 

o i

I V  V 

输入使用陶瓷电容滤波：C  o * o *1− o 

i V * f V V

 

i i i

V

输入使用电解电容滤波：ESR i

V  V 

I + O 1− o 

O 2 f L V

 

V  V 

输出使用陶瓷电容滤波：C  o 1− o 

o 8 f 2V *L V

 

o i

V * f LV

输出使用电解电容滤波：ESR o i

V *(V −V)

o i o

9.TTL、CMOS、LVDS

常用的逻辑电平安

即

逻辑电平：有 TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS 等。

忘

其中 TTL 和 CMOS 的逻辑电平：5V 系列（5V TTL、5V CMOS）3.3V 系列 2.5V 系列和 1.8V 系列。

若

Uoh -> 输出高电平，Uol -> 输出低电平；

：

Uih -> 输入高电平，Uil -> 输入低电平。

站

1.TTL

TTL 集成电路主要由 BJT 晶体管构成，如 STC 单片机，驱动能力强，功耗高。

输出模式： Uoh ≥ 2.4V，Uol≤0.4V；

输入模式: Uih ≥ 2.0V，Uil≤0.8V；

2.CMOS

CMOS 集成电路主要由 MOS 管构成，如 STM32 单片机，功耗低，驱动能力弱，使用最广泛。

输出模式： Uoh ≈ VCC，Uol≈GND；

输入模式: Uih ≥ 0.7VCC，Uil≤0.2VCC；（VCC 为电源电压，GND 为地）

5V 电源电压情况下，COMS 电路可以直接驱动 TTL，而 TTL 电路则不能直接驱动 CMOS 电路。

区别

1）TTL 电路是电流控制器件，而 CMOS 电路是电压控制器件。

2）TTL 电路的速度快，传输延迟时间短 (5-10ns)，但是功耗大。COMS 电路的速度慢，传输延迟时

间长 (25-50ns), 但功耗低，也就是说 TTL 电路的延迟比 CMOS 电路要小。COMS 电路本身的功耗与

输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3）TTL 器件供电电压一般 5V，CMOS 为 1.8V—2.5V—3.3V—5V

4.LVDS

Low-Voltage Differential Signaling 为降低电磁辐射，同时提高开关速度又推出 LVDS 电平标准。

差分对输入输出，内部有一个恒流源 3.5-4mA，在差分线上改变方向来表示 0 和 1。通过外部的

100 欧匹配电阻 (并在差分线上靠近接收端) 转换为 ±350mV 的差分电平，中心电平一般在 1.2V 左右。

LVDS 使用注意：可以达到 600M 以上，PCB 要求较高，差分线要求严格等长，差最好不超过

10mil (0.25mm)。100 欧电阻离接收端距离不能超过 500mil，最好控制在 300mil 内。

10.OC 门、OD 门、开漏、推挽、图腾柱

1.OC 门

OC 门：Open Collector，又称集电极开路，三极管的 C 集电

极开路的电路。

2.OD 门

OD 门：Open Drain，漏极开路门， OD 门是针对场效应管

而言， MOS 管的 D 漏极开路的电路。

MOS 管在很多场合性能要比晶体管要好。开漏输出可以泛

指 OC 门和 OD 门电路。

分析原理：

input 输入高电平，output 输出低电平；

input 输入低电平，output 呈现高阻态，电平不确定。

OC 门 input 为高电平的时候，output 实际输出不是 0V，因为三极管存

在饱和压降，一般小功率三极管大概在 0.2~ 0.3V，所以 output 其实为

0.3V 左右。OD 门 input 为高电平的时候，output 几乎等于 0V，因为

MOS 管的导通阻抗很低。安

OC/OD 门电路不具备输出高电平的能力，是需要外接上即拉电阻的。1K ~ 10K 都是没问题的。上拉

电阻过大，会影响信号切换的速度，上拉电阻过小忘，回路电流就越大，会更加功耗，甚至烧坏

若

OC/OD 门。

：

线与逻辑

站

两个或者多个输出端（output）直接连接就可以实现与逻辑功能。

I2C 总线就是 OC/OD 门，也是因为这种 IO 的高阻态输出和线与逻辑才能让 I2C 总线能够有一个

master，多个 slave 。一个输出高，一个输出低，电流经过电阻流向低。

3. 开漏输出

开漏输出，其实就是上面说的 OD 门。对于开漏输出来说，输出部分的 PMOS 不工作，只有

NMOS 工作。对于单片机使用软件 I2C 进行设备通讯， IO 口模式就需要设置为开漏输出，通过外

接上拉电阻进行通信。

4. 推挽输出

推挽输出是一种使用一对选择性地从相连负载灌电流或者拉

电流的器件的电路。推挽电路使用两个参数相同的三极管或

MOSFET，以推挽方式存在于电路中。电路工作时，两只

对称的开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小、效率高。

当 input 输出高电平时，上面的 NPN 导通，下面的 PNP 截

止， output 输出高电平；

当 input 输出低电平时，上面的 NPN 截止，下面的 PNP 导

通， output 输出低电平；

当 input 输出高电平时，上面的 PMOS 截止，下面的 NMOS 导通， output 输出低电平；

当 input 输出低电平时，上面的 PMOS 导通，下面的 NMOS 截止， output 输出高电平；

MOS 管和三极管的高低电平是相反的。

5. 图腾柱驱动电路

图腾柱其实就是推挽输出的两个三极管电路。

上管为 NPN，C 极 (集电极) 接正电源，下管为 PNP，C 极 (集电极) 接地。

作用：用来匹配电压，或者提高 IO 口的驱动能力。

11. 集成运放

集成电路是采用专门的制造工艺，在半导体单晶硅上，把晶体管、场效应管、二极管、电阻和电容

等元器件以及它们之间的连线所组成的电路制作在一起，使其具有特定功能的芯片。

1. 组成

集成运放由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分构成。

①输入级：输入级又称前置级，通常是一个双端输入的高性能差分放大电路。一般要求输入阻抗高，

差模放大倍数大，抑制共模信号能力强，静态电流小，对整个集成运放的性能参数至关重要。

②中间级：中间级是集成运放的主放大器，其作用是使集成运放具有较强的放大能力，多采用共射

（晶体管）（或共源（MOS 管））放大电路，其电压放大倍数可达几千倍。

③输出级：输出级具有输出电压线性范围宽、输出阻抗小（即带载能力强）、非线性失真小等特点，

通常采用互补输出电路。

④偏置电路：偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的安静态工作点。

即

2. 特点

忘

若

①开环差模放大倍数（增益）超级大

：

②差模输入电阻超级大

站

③输出电阻超级小

3. 用途

1. 加减乘除 2. 积分 / 微分 3. 电压跟随器

4. 电压比较器 5. 同向 / 反向放大器 6. 差分放大器

7、I/V 转换 8、精密电流源 9、波形发生器

4. 工作原理

信号输入：

当输入信号从 “-” 端口输入放大器时，输出信号与输入信号反相；

当输入信号从 “+” 端口输入放大器时，输出信号与输入信号同相；

当两个输入端口同时输入信号时，运算放大器实现减数运算，输出信号与较大的一方同相。

理想运放：

一个理想的运算放大器具备下列特性：

无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开环回路增益、

无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

线性区：Vout = 开环增益 * ( Vin+ - Vin-) ，

图中斜率就是开环增益，开环增益为差模开环放大倍数，非常高，

可达几十万倍。集成运放的线性区非常窄。假如运放的正

输入端的电压高于负输入端的电压，即便只高一点点，

由于开环增益无限大，能够输出的最大正电压。

非线性区：输出电压要么 Uom，要么−Uom，达到饱和，一般用于比较器。

电流流向

运放的输入端是没有电流流入或者流出的，但是输出端是可以经过电流的。输入端有着无限大的输

入阻抗。（电流通过正电源流向输出，或者通过输出流向负电源）输出端的这些电流是由运放的供

电端提供的（电流是从电压高的地方流向电压低的地方）。

5. 单电源供电和双电源供电

最开始运放都是双电源供电，一个正电源一个负电源且绝对值相同。应变便携设备低功耗的需求，

减少电源个数降低电源电压的节能需求。

总结：单的都能用双的，双的用单的会有问题。

1：在放大直流信号时，单电双电源供电都可以。

2：在放大交流信号时，采用正负双电源供电都可以正常工作；对于单电源运放，表现为无法对信

号的负半周放大，要采用单电源，就需要所谓的 “偏置”。

区别

双电源的总动态范围、输出电压 / 电流、精度、负载抗干扰性优于单电源运放。

a）供电电压的区别 b）单电源供电的同向输入放大器要求输入电压不能为负 c）单电源供电的反向

输入放大器要求输入电压不能为正 d）单电源供电要放大交流信号必须提供合适的偏置电压。

6. 参数 -

安

极限参数：供电电压范围、输入电压范围、工作温度、即存储温度

关键参数：输入偏置电流 Ib、输入失调电流 Ios、输入忘失调电压 Vos、输入失调电压的温度漂移（简

若

称输入失调电压温漂）ΔVos/ΔT、电源电压抑制比 PSRR、共模抑制比 CMRR、共模输入电压 Vcm、

：

轨到轨、开环增益 (Aol)、增益带宽积 (GBW)、单位增益带宽、输入阻抗 Rin

站

7. 负反馈 B

把输出端的电压，引入到负输入端，形成了一个负反馈电路。

分析

Vin + 如果大于 Vin-，那么 Vout 就会不断升高，但此时 Vout 通

过与 Vin - 相连，会导致 Vin - 也不断升高，直到 Vin - 基本等于

Vin+，Vout 不再继续升高的时候，电路就形成一个稳定状态。

【因为运放输入端没有电流流入，所以电流要么从 VIn - 流向 Vout，要么从 Vout 流向 Vin - 一条线路

上，所以 R2 的电流和 R1 的电流永远是相等的又因为最终负输入端的电压会等于 0V。】

负反馈对电路影响

1. 降低放大倍数 2. 提高放大倍数的稳定性 3. 减小非线性失真和噪声

4. 改变了输入电阻

从输入端来看，负反馈包括串联负反馈、并联负反馈两种：

串联反馈：使放大电路的输入电阻增大；并联反馈：使放大电路的输入电阻减小。

5. 改变了输出电阻

从输出端来看，负反馈电压负反馈、电流负反馈两种：

电压反馈：有利于稳定电压，使放大电路的输出电阻减小；

电流反馈：有利于稳定电流，使放大电路的输出电阻增大。

电压串联反馈、电压并联反馈、电流串联反馈、电流并联反馈

8. 正反馈

负反馈降低了电路的放大能力，但能够改善电路的放大性能，减小了波动，电路稳定性更好。

正反馈提高了电路的放大能力，在正反馈中，输入和输出信号的相位相似，因此两个信号相加，

适用于振荡电路中。

9. 虚短与虚断

虚短：Vin+ 基本等于 Vin- 的。分析的时候就当成短路了一样来分析，但不是真正的短路。

虚断：虚断，其实也就指的是运放的输入端没有电流流入和流出。把两个输入端想象成断开的，称

为虚断。运放的输入阻抗非常非常高，电流可以忽略。

10. 应用

1. 电压跟随器

Vout = V- ≈ V+ = Vin ➩ Vout ≈ Vin

电压跟随的的时候反馈电阻要加上。原因：可以防止干扰，让电路更稳定。电阻：几百欧姆到

10K 之内。

2. 反向比例电路

V+ 接 GND ➩ V- ≈ V+ = 0

R1 和 R99 上电流一样：➩(Vin- V-) / R1 = (V- - Vout ) / R99

➩ Vout = - (R99 / R1)* Vin

Rx 称之为直流平衡电阻，设计电阻大小：Rx = R1 // R99

原因：为了使内部的差分放大器尽量处于平衡状态，提高安电路的共模抑制比和减小零漂。

两个输入端电位始终近似为零（同相端接地，反相端虚即地），只有差模信号，抗干扰能力强

3. 同向比例电路忘

若

在同相放大器电路中，输入信号是加在正相输入端，且输入波形和输出波形的相位是相同的。

：

V+ = Vin

站

R1 和 R99 电流相等：(Vout - V-) / R99 =( V- - 0) / R1

➩ Vout = [1 + (R99 / R1)] Vin

Rx = R1 // R99

输入阻抗和运放的输入阻抗相等，接近无穷大。

4. 积分电路

电容上的电压等于流过其电流的积分 Vout = - 1 / C ∫ i5 dt

C5 电流和 R1 电流相等

➩ i5 = i1 = Vin / R

➩ Vout = - (1 / RC ) ∫ Vin dt

用途：

①将方波变成三角波 ②去除高频干扰 ③移相 ④在模数转换中，将电压量变为时间量

在使用积分电路的时候，为了防止低频信号增益过高，常在电容上并联一个电阻。

5. 差分放大

放大差模信号，抑制共模信号。利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，被

广泛用于直接耦合电路和测量电路的输入级。

11. 比较器电路

理论上一个开环组态（无负反馈）的运放可以发挥低端比较器的作用。

当正相输入端（V+）的电压高于反相输入端（V-）时，由于运放较

高的开环增益，在输出端输出一个正向饱和电压 + Usat。

当反相输入端（V-）的电压高于正相输入端（V+）时，在输出端输出一个反向饱和电压 - Usat。

过零比较器：输出会在输入电压经过零点时从低转换到高或从高转换到低。

电压比较器：将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值上，就得到电压比较器。

安

12. 滤波器

即

种类忘

若

按所处理的信号可分为模拟的和数字

：

按所采用的元器件可分为有源和无源

站

按通过信号的频段可分为：低通滤波器 (LPF) 高通滤波器 ( HPF ) 带通滤波器 ( BPF ) 带阻滤波器

( BEF ) 全通滤波器 ( APF )

按频率特性在截止频率 fp 附近形状的不同可分

为 Butterworth , Chebyshev 和 Bessel 等。

作用

1、将有用的信号与噪声分离，提高信号的抗干

扰性及信噪比；

2、滤掉不感兴趣的频率成分，提高分析精度；

3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

1. 时域和频域

时域信号：幅值随时间变化的信号。

频域信号：幅值随频率变化的信号。

动态信号从时间域变换到频率域主要通过傅立叶级数和傅立叶变换实现。周期信号靠傅立叶级数，

非周期信号靠傅立叶变换。时域越宽，频域越短。

任何周期函数波形，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。

不同频率的正弦波称为频率分量。时间差除周期再乘 2Pi，就得到了相位差。相位谱是从下面看。

2. 滤波电路

滤波电路分为无源滤波和有源滤波两种，无源滤波即 R、L、C 组成，有源滤波器是在无源 RC 滤

波器的基础上增加了运放。

RC 低通滤波器：将一个电阻与信号路径串联，并将一个电容与负载并联，可以产生 RC 低通响应。

原理：电容 C 具有隔直通交的特性，高频分量经过电阻 R 后直接对地短

接，只有低频的输入分量才会输出到后端。

截止频率

RC 低通滤波器的截止频率实际上是输入信号幅度降低 3dB 的频率 (选择该

值是因为幅度降低 3dB 对应于功率降低 50%)。因此，截止频率也称为 - 3 dB 频率。

幅频和相频特性

A (f)=|H (f)|= (f)=−arctg (2f)

1+(2f) 2

13.IIR 与 FIR 滤波器区别

FIR 滤波器：有限单位冲激响应滤波器，没有反馈回路，稳定性更强，输出取决于当前输入数据和

历史输入数据。实时滤波，不需要等待前一个信号的滤波输出。

IIR 滤波器：无限脉冲响应滤波器，有反馈回路，稳定性弱一点，取决于当前输入数据、历史输入

数据、历史输出数据，存在一定时间延迟，没有 FIR 快，需要等待上一个信号的滤波输出。

14. 零点漂移（温漂）

① 电源电压稳定性：决定了静态工作点 Q

② 元器件的老化变性：器件老化，阻值改变

③ 温度变化：三极管是半导体元器件，很容易受温度的影响，参数会改变

安

解决：恒温措施；补偿法：采用热敏元件来抵消放大器的变化；采用直流负反馈稳定静态工作点。

即

15. 共发射、共集电极、共基极忘

若

：

站

共射极放大电路：信号由基极输入，集电极输出。具有放大电流和电压的作用。输入电阻大小居

中，输出电阻较大，频带较窄，适用于一般放大。

共集电极放大电路：信号由基极输入，发射极输出，只有电流放大作用，没有电压放大输入电阻高，

输出电阻低，具有电压跟随的特点，常用于多级放大电路的输入级和输出级。

共基极电路：信号由发射极输入，集电极输出，只有电压放大作用，输入电阻小，输出电阻低和电

压放大倍数与共射电路相当，高频特性好，适用于宽频带放大电路。

12. 光耦、蜂鸣器、继电器、可控硅

1. 光耦

1.1 技术理论

光耦是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管 LED）与受光器（光

敏半导体管或光敏电阻）封装在同一个管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接收

光线之后就产生电流，从输出端流出，从而实现 “电 — 光 — 电” 控制。

2.2 分类

光耦分为两种一种为非线性光耦，另一种为线性光耦。

非线性光耦的电流传输特性曲线是非线性的，这类光耦适合于开关信号的传输，不适合于传输模拟

量。常用的 4N 系列光耦属于非线性。

线性光耦的电流传输特性曲线接近直线，并且小信号时性能较好，能以线性特性进行隔离控制。常

用的线性光耦是 PC817A-C 系列。

作用：

1. 输入输出间互相隔离，主要用于通信和控制时传输信号的隔离。

2. 光耦在传输信号的能有效地抑制尖脉冲和各种杂波干扰。

3. 光耦的响应速度极快，其响应延迟时间在 us 级，更快的有 ns 级。

4. 光耦起到很好的安全保护作用，即使当外部设备出现故障，或者输入信号线短接时，也不会影另一设

备，同时光的输入回路和输出回路之间可以承受几干伏的高压。

1.3 参数

输入端压降 VF：V 是指在给定的工作电流下，LED 本身的压降

允许功耗 Pd：LED 所能承受的最大功耗值。超过此功耗，可能会损坏 LED

输入电流 If：是指 LED 正常发光时所流过的正向电流值

输出端最大电流 Ic：光敏三极管集电极所流过的电流，通常表示其最大值。

集电极 - 发射极电压 Vce：集电极 - 发射极所能承受的电压

电流传输比 CTR：指光敏三极管和发光管的电流比最小值。稳定工作：Ic/lf≥CTR => If*CTR≥Ic

隔离电压：：输入和输出端之间之间的隔离电压，一般可超过 1kV，有的甚至可以达到 10kV 以上.

安

2. 蜂鸣器

即

2.1 技术理论忘

若

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器。

：

按组成结构，分压电式蜂鸣器与电磁式蜂鸣器按工作方式，分有源蜂鸣器与无源蜂鸣器

站

2.2 压电式与电磁式蜂鸣器

压电式蜂鸣器

以压电陶瓷的压电效应，来带动金属片的振动而发声；一般建议为 9V 以上。压电的有些规格，可

以达到 120dB 以上，较大尺寸的也很容易达到 100dB。

电磁式的蜂鸣器

用电磁的原理，通电时将金属振动膜吸下，不通电时依振动膜的弹力弹回。用 1.5V 就可以发出

85dB 以上的音压了。电磁式蜂鸣器的音压一般最多到 90dB。

3、有源与无源蜂鸣器

注意：这里的源不是指电源，而是指震荡源。有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫；

而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用 2K-5K 的方波去驱动它。

无源蜂鸣器：便宜、声音频率可控、PWM 波驱动。有线圈，需要续流二极管。

有源蜂鸣器：驱动简单，程序控制方便。有源蜂鸣器分正负极，不能接反。

3. 继电器

3.1 技术理论

继电器（Relay）是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输

出回路），通常应用于自动控制电路中它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “自动开关”。

3.2 分类

常用继电器分为电磁继电器与固态继电器。

电磁继电器

基本原理：利用电磁效应来控制机械触点达到通断目的，给带有铁芯线圈通电 - 线圈电流产生磁场 -

磁场吸附衔铁动作通断触点，整个过程是 “小电流 - 磁 - 机械 - 大电流这样一个过程；

优点：价格便宜，驱动简单，隔离效果好；缺点：体积大，寿命相对短（机械触点）。

固态继电器

优点：寿命长（无触点），驱动简单，隔离效果好；缺点：体积大，成本高。

3.3 名词解释

常开端：线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点

就闭合。以合字的拼音字头 “H” 表示。

常闭端：线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就

断开。用断字的拼音字头 “D" 表示。

公共端：开关输入，比如接 12V，24V，220V 等。

3.4、继电器参数

额定工作电压：继电器正常工作时线圈所需要的电压。可以是交流电压，也可以是直流电压。

直流电阻：电磁继电器：线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。固态继电器：输入回路的阻抗。

吸合电流：是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合

电流，这样继电器才能稳定地工作。

释放电流：是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继

电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。

触点切换电压和电流：继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小。

触点寿命：由于固态继电器无触点，这个主要针对电磁继安电器，指触电弹片的切换次数，理论一般

可达百万次。即

忘

4. 可控硅

若

：

4.1 技术理论

站

可控硅，SCR，晶闸管，可控硅整流元件的简称，是一种具有三个 PN

结的四层结构的大功率半导体器件。具有体积小、调压、无触点开关等。

4.2、应用领域

整流（交流 - 直流）逆变（直流 - 交流）

变频（交流 - 交流）斩波（直流 - 直流）

此外还可作无触点开关等适用于一些大功率场合的开关控制

4.3、工作原理

原理：起初，可控硅处于截止状态当 G 级有一个高电平，下

面的 NPN 三极管导通导致 2 点处的电平被拉低，从而导致上

面的 PNP 三极管导通，上面的三极管导通后，正向电压会加在 1 点处（G 那根信号线上），使得下

面 NPN 能够一直保持导通状态，形成一个稳定的回路。这个时候 G 点不需要额外的高电平信号，

可控硅也能导通。

UAK>0、UGK>0 时一 T1 导通一 T2 导通一 T1 进一步导通形成正反馈一晶闸管迅速导通

晶闸管导通后，去掉 Ugk, 依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；

品闸管截止的条件：

（1）晶闸管开始工作时，UAK 加反向电压，或不加触发信号（即 UGK=0）；

（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小 UAK，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈

效应不能维持。

结论

①品闸管具有单向导电性（正向导通条件：A、K 间加正向电压，G、K 间加触发信号）；

②晶闸管一旦导通，控制极失去作用。若使其关断，必须降低 UAK 或加大回路电阻，把阳极电流

减小到维持电流以下。

4.4 主要参数

VGT Gate trigger voltage ：控制器触发电压控制级控制通断至少需要达到的电压

IGT Gate trigger current ：控制器触发电流控制器控制通断至少需要达到的电流

IH Holding current ：维持电流导通后保持可控硅导通的最小电流，小于这个电流可控硅就会关断

13.EMC、磁珠、磁环、ESD

1.EMC

1.1 概念

EMC - 电磁兼容性，是指设备在其电磁环境中符合要求运行并且不对其环境中的任何设备产生无法

忍受的电磁干扰的能力。

包括两个方面的要求：

①、设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值

②、设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度

1.2 三要素

电磁强扰源

任何形式的自然或电能装置所发射的电磁能量，能使共享同一环境的人或其它生物受到伤害，或使

其它设备、分系统或系统发生电磁危害，导致性能降低或失效，即称为电磁强扰源。

耦合途径安

即传输电磁强扰的通路或媒介。即

敏感设备忘

若

是指当受到电磁强扰源所发射的电磁量的作用时，会受到伤害的人或其它生物，以及会发生电磁危

：

害，导致性能降低或失效的器件、设备、分系统或系统。许多器件、设备、分系统或系统可以既是

站

电磁骚扰源又是敏感设备。

电磁强扰源产生的电磁强扰通过耦合途径，传输给敏感设备，即造成电磁强扰。

1.3 各类信号频谱

时域：电压信号随时间变化曲线图，代表仪器为示波器。

频域：谐波幅度随频率变化曲线图，代表仪器为频谱仪。

2.EMC 优化

1、干扰源

①对于 BUCK.BOOST 等功率环路引起的干扰，PCB 设计时尽量减小环路，另外，可以选择开关频

率较低的 IC，频率低，EMC 会好些。

②满足要求的情况下，尽量降低系统时钟频率，也可以充分利用时钟电路的倍频器。

2、耦合路径

对于高速电路，可以使用屏蔽罩，阻断路径。对于导线，可以使用磁环。

3、设备

尽量远离干扰源

5. 静电放电

静电放电 ESD 产生原理：具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静

电电荷的转移（Electro-Static-Discharge），通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介

质而进行放电的现象。

3. 磁珠

1 概念

磁珠，英文 Ferrite bead，缩写 FB，铁氧体磁珠滤波器。是一种电感型 EMI 静噪滤波器。

磁珠对高频信号具有较高的阻碍作用，用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有

吸收静电脉冲的能力。消除传输线结构（电路）的噪声。吸收噪声并转换为热能。

2 参数

阻抗：标称阻抗 100R@100MHz，在 100MHz 频率下，磁珠的阻抗是 100R。阻抗越大，抑制噪声

的效果越好。不同的信号经过磁珠时，表现的阻抗不同。

DCR：直流阻抗。用于电源线时 DCR 会导致电源线上的压降，导致 IC 工作异常。DRC 阻抗越小，

封装越大。 DCR 一般越小越好，对信号的衰减越小。磁珠的直流电阻要小于电感的直流电阻。

额定电流 (Ir)：指磁珠正常工作时允许的最大电流。

直流重叠特性：当磁珠的温度超过 85℃时，它的额定电流也会急剧下降，因此在使用磁珠时，务

必关注磁珠的温度做降额处。超过额定电流 20% 的直流偏置电流，使用铁氧体磁珠。

3 磁珠损耗

主要为铁芯损耗，铁芯损耗 = 磁滞损耗 + 涡流损耗。

4 频率特性

等效为一个电感和一个电阻串联。

当在低频时，磁珠表现为感性，起反射噪声的作用；当在

高频时，磁珠表现为阻性，吸收噪声并转变为热能的作用。

5 应用：

隔离模拟和数字电源安

6 选型即

①当用于滤除噪声时，噪声的频带范围要大于转折点忘的频率，磁珠呈阻性，吸收噪声并转化为热能；

若

②当用于信号滤波时，信号频带的范围要小于转折点的频率，磁珠呈感性，从而减少信号的衰减。

：

磁珠和电感区别

站

磁珠，能量转换（消耗）器件，消耗高频能量，抑制高频噪声，降低 EMI 辐射值。某一些高频电

路如 RF、振荡电路、DDR SDRAM 等都需要在电源输入部分加磁珠。

电感，储能元件，用于电源滤波回路，主要解决传导干扰问题。高频电感主要用于中低频滤波电路，

功率电感主要用 DC-DC 电路中。

滤波区别

电感的滤波是反射式滤波。电感滤波将电能转换为磁能，磁能通过两种方式影响电路，一种是重新

转换成电能，表现为噪声，另一种方式为向外部辐射，表现为 EMI。

磁珠是将电能转换为热能，不会对电路产生二次干扰。

电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压：输出电压高，接近交流电压峰值：适

用于小电流，电流越小滤波效果越好。电容的频率和阻抗成反比，电容通高频。

4. 磁环

磁环，又称铁氧体磁环。常用的抗干扰元件，对于高频噪声有很好的抑制作用，一般使用铁氧体材

料（Mn-Zn）制成。，一般在低频时阻抗很小，当信号频率升高磁环表现的阻抗急剧升高。

3.1 选型

阻抗：不同的信号经过磁环时，表现的阻抗不同，选型时，通过示波器测量干扰频率，再选择此干

扰频率下，阻抗较高的磁环。

尺寸：磁环通过用于导线，选用的尺寸确保导线可以穿过。

14. UART、I2C、SPI

1.UART

全双工异步通信，有两根线发送与接收。

1. 通信过程：

一开始高电平，然后拉低表示开始位，接着 8

个数据位，然后校验位，最后拉高表示停止位，

并且进入空闲状态，等待下一次的数据传输。

起始位：先发出逻辑 0 的信号，表示传输开始。

数据位：支持 4、5、6、7、8 位等，完成约定后才能正确地传输。

检验位：数据校验方式是奇偶校验协议就变成了：开始 + 数据 + 停止。

停止位：一个字符结束标志。

2. 特点

传输距离：抗干扰能力差、通信距离短。

时序：当总线处于空闲状态时信号线的状态为 1，即高电平。

波特率：波特率表示它表示每秒传输二进制数据的位数。由于波特率为 9600，时钟 50Mhz. 因此我

需要的计数为：50000000/9600≈5208。每位占用时间 1s/9600=104166ns。

2.I2C

串行、半双工、近距离、一主多从，可以连接多个从设备，扩展性好。

SDA（串行数据线）和 SCL（串行时钟线）

在总线空闲时 SCL 和 SDA 由上拉电阻拉高保持高电平状态。

1. 速率安

传输速率在标准模式可达 100kbit/s；快速模式可达 400 即 kbit/s；高速模式下可达 3.4Mbit/s。

2. 起始与终止信号忘

若

SCL 为高期间，

：

数据线 SDA : 由高到低，起始信号

站

数据线 SDA：由低到高，终止信号

ACK（从机应答）：拉低代表收到数据

3. 通信时序

主设备通过发送起始信号来发起通信，随后发送从设备地址，根据从设备响应的应答信号判断从设

备是否存在。如果从设备存在，主设备就可以向从设备发送数据，从设备接收数据并发送应答信号，

以此进行数据的传输。传输结束时，主设备发送停止信号结束通信。

写时序

START DeviceID ACK W_ADDR ACK W_DATA ACK STOP

起始位从器件地址（8bits）从机应答寄存器地址（8bits）从机应答写数据（8bits）从机应答停止位

读时序

START DeviceID ACK R ADDR ACK Start DeviceID ACK R_DATA NACK STOP

从器件地址寄存器地址从机从器件地址读数据主机不应

起始位从机应答起始位从机应答停止位

8bits 8bits 应答 8bits 8bits 答

4. 特点

I2C 通信需要输出高电平的能力。开漏输出无法输出高电平，在漏极接上拉电阻，才能够实现 “线

与” 功能。总线具有 “与” 逻辑功能，只要有一个设备发送低电平时，总线上就表现为低电平。当所

有设备都发送高电平时，总线才表现为高电平。

3.SPI

高速、全双工、同步通信总线。由一个主模块和一个或多个从模块组成。

MISO（主设备数据输入）、MOSI（主设备数据输出）、SCLK（时钟）和 CS/SS（片选）

SPI 的时钟极性和时钟相位特性可以设置 4 种不同的 SPI 通信操作模式

1. 通信过程

主设备发起信号，将 CS/SS 拉低，启动通信。主设备通过发送时钟信号，来告诉从设备进行写数

据或者读数据操作（采集时机可能是时钟信号的上升沿（从低到高）或下降沿（从高到低），因为

SPI 有四种模式），它将立即读取数据线上的信号，这样就得到了一位数据（1bit）。两个移位寄存

器中的内容就被交换。

CPOL：时钟极性，表示 SPI 在空闲时，时钟信号是高电平还是低电平。

CPHA：时钟相位，表示时钟信号变为上升沿时触发数据采样，还是下降沿时触发数据采样。

CPOL= 0，CPHA=0。SCK 串行时钟线空闲是为低电平，数据在 SCK 时钟的上升沿被采样，数据

发送是在下降沿。

2. 特点

1.SPI 信号上串联电阻，一般是几十欧姆左右

作用：1）阻抗匹配。因为信号源的阻抗很低，可改善匹配情况，以减少反射。 2）SPI 的速率较高，

串联一个电阻，与线上电容和负载电容构成 RC 电路，减少信号陡峭。3）调试方便。

2. 比 I2C 快，速度可达几 Mbps。

15.RS232、RS485、RS422、CAN、USB

1.RS232 RS422 RS485

1. 差分传输使用两根信号线来传输一路信号，两根信号线上传输的信号幅值相等，相位相差 180 度

（极性相反），用它们的差值来表示逻辑 “0” 和 “1”，可以抑制共模干扰。

2. 如果使用 RS485 通信，则只需在 RS232 端口上连接 RS 安 232 至 RS485 转换头，无需修改程序。

特点 RS-485 即 RS-422 RS-232

忘

协议类型半双工，2 线全双工，4 线全双工，2 线

若

连接方式点对多点，最多 32 个点对多点、最多 10 个点对点

：

最大传输速率 15M@10Mbps 15M@10Mbps 速率低，约 15M@20Kbps

站

最大传输距离最大可达 3000 米大约 1200 米， 100Kbps 最大 50 米，实际 15 米

最小输入电压 200mV 200mV ±3V

差分类型差分信号，抗噪能力强差分信号，抗噪能力强受共模干扰，抗噪能力弱

逻辑 1：输出 A、B 之间的逻辑 1：输出 A、B 之间

电压差 + 2~+6V 输入 A、B 的电压差 + 2~+6V 输入逻辑 1：-3~-15V

之间的电压差 > 200mV A、B 电压差 > 200mV

电平标准

逻辑 0：输出 A、B 之间的逻辑 0：输出 A、B 之间

电压差 - 6~-2V 输入 A、B 之的电压差 - 6~-2V 输入 A、逻辑 0：+3~+15V

间的电压差 <-200mV B 之间的电压差 <-200mV

2.CAN 通信

CAN（Controller Area Network）。异步半双工。汽车的电气部分就采用 CAN 总线实现通信。

ISO 标准化后有两个标准 ISO11898 标准和 IS011519-2 标准。ISO11898 是对通信速率为

125Kbps~1Mbps 的高速通信标准（闭环），IS011519-2 为 125Kbps 以下的低速通信标准（开环）。

Kbps：通信速率，指的是位速率。或称为比特率（和波特率不是一回

事），单位时间内，通信线路上传输的二进制位的数量，其基本单位是

bps 或者 b/s (bit per second)。

1. 原理

每个部分的多个器件都挂载在 CAN 总线上（一个 CAN 总线上的所有

器件通讯速率必须相同），各个部分再汇集到网关，由网关分配实现各

个不同速率的部分之间通讯。

CAN 的组成一般有两种方式：

1：CPU 与 CAN 控制器集成到一起、再外接 CAN 收发器；

2：另一种是 CPU 与 CAN 控制器分开的，使用的时候需要配置 CAN 接口电路。

STM32 将 CAN 接口集成在芯片内，使用的时候再外接 CAN 收发器。

CAN 收发器是用于 TTL 电平与差分电压信号相互转换的，TTL 电平即单片机引脚直接提供的电平，

逻辑 0 代表低电平，逻辑 1 代表高电平；

CAN_High - CAN_Low < 0.5V 时候为隐性的，逻辑信号表现为 “逻辑 1”，即高电平。

CAN_High - CAN_Low > 0.9V 时候为显性的，

逻辑信号表现为 “逻辑 0”，即低电平。

没有数据发送或者发送数据 0 时，两条线的电

平一样都为 2.5V。

2. 通信过程

CAN 控制器将 CPU 传来的信号转换为逻辑电平（即逻辑 0 - 显性电平或者逻辑 1 - 隐性电平）。CAN

收发器再把逻辑电平转换为差分电平输出到 CAN 总线上。

在总线空闲状态下，任意节点都可以向总线上发送信息。最先向总线发送信息的节点获得总线的发

送权；当多个节点同时向总线发送消息时，优先权高的那个节点获得总线的发送权。

这个数据里不仅有数据，还有本身的 ID 信息或者其他的控制指令，应称为数据包 (数据帧)。

数据帧是以一个显性位 (逻辑 0) 开始，以 7 个连续的隐性位 (逻辑 1) 结束。分为仲裁段、控制段、

数据段、CRC 段和 ACK 段。安

3. 位同步时序即

由于 CAN 没有时钟信号线，采用位同步时序。忘

若

CAN 通讯协议的每一个数据帧可以看作一连串

：

的电平信号，每一个电平信号代表一位（一个字

站

节 8 位的位），所以一帧中包含了很多个位，由

发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一位又分为 4 段，同步段（SS）、

传播时间段（PTS）、相位缓冲段 1（PBS1）、相位缓冲段 2（PBS2）。

4.USB

1. 概述

USB 即 Universal Serial Bus（通用串行总线）。USB 的发展： 1.0→1.1→2.0→3.0→3.1→3.2→4。

USB 1.0 (low speed 低速)，传输速率最大为 1.5Mbps 【0.5A】

USB 1.1 (full speed 全速)，传输速率最大为 12Mbps【0.5A】

USB 2.0 (high speed 高速)，传输速率最大 480Mbps (60Mbps) 【0.5A】

USB 3.0 (super speed)，理论传输速率最大 5Gbps （500Mbps）[采用蓝色]【0.9A】

2. 接口类型

1、TYPE 类型：普通的硬件直接叫做 Type 。Type A,Type B,Type C 三种类型。

2、Mini 类型：小型版本的叫 Mini 迷你的

3、Micro 类型：更加小的，叫做 Micro 微小的

3. 接口

1.USB 2.0

四条线： VBUS：+5V 供电、GND 、差分数据 +、差分数据 -

当 D + 比 D - 大 200mV 时为 1，小 200mV 时为 0。使用半双工的差分信号。

2.USB3.0 typeA

USB 向下兼容 2.0。9 个引脚。VBUS、USB2.0 差分对、电源 GND、信号地、全双工通信

StdA_SSRX-，StdA_SSRX+、StdA_SSTX-、StdA_SSTX+。

3.Type-C（24 个引脚）

VBUS 电源

TXn+/TXn-/RXn+/RXn- USB3.0/3.1 高速数据线

D+/D- USB2.0 数据线

逻辑功能识别及配置管脚，识别设备 Device/Host/Dual Role，识别正反

插、识别是否支持 PD 等；Type-C 两根 CC 检测正反插和充电功率控制

VCONN 一个 cc 传输信号，一个 cc 变成供电 Vconn，给线缆芯片供电 3.3V 或 5V

SBU1/2 辅助信号，DP 模式下的 AUX 协议信号

4. 布线

USB 差分阻抗控制：USB2.0/USB3.0——90Ω（±10%），对内等长误差 5mil。
全双工信号需要 AC 耦合电容。一般取 100nF。USB 3.0 的 Host 的 RX 连接到 Device Tx，Host

的 Tx 连接到 Device 的 Rx。

5. 传输速率

小写 b 代表 bit，大写 B 代表 Byte。

mbps 指的是每秒传输的比特数量（Mbps=Mbit/s 即兆比特每秒），MB/s 指的是每秒传输的字节数

量，1Mbps 等于每秒传输 1,000,000 比特（1,000,000 bps）。1 个字节等于 8 个比特。因此，1MB/s

等于每秒传输 1,000,000 字节（1,000,000 Bps），或者 8,000,000 比特（8,000,000 bps）

因此 mbps 和 MB/s 换算比例为 8 比 1，也就是说 8mbps 等 - 于 1MB/s, 1Mbps =0.125MB/s。

安

1MB/s=8Mbps=8Mbit/s

即

16. 电忘机

若

：

1. 特点

站

1.1 分类 B

1. 电机分类：直流电机（有刷和无刷）、交流电机（同步、异步、三相和单相）、步进电机

2. 电机参数：额定电压、额定电流、额定功率、额定转速、定扭矩等

3. 电机控制：开环控制、闭环控制、PID 控制、PWM 控制等。

4. 电机驱动：电机驱动器、电机控制器、电机驱动模块等。

2. 有刷与无刷

有刷和无刷就是有无碳刷；

有刷电机工作时需要线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动

的换相器和电刷来完成的。无刷电机电子换向，线圈不动，磁极转动。通常用霍尔元件感应永磁体

位置，进而控制电流的方向，达到换向作用。

3. 同步和异步

定子和转子速度是否一致；

同步电机使用电磁场旋转同步技术，永磁体或电磁铁会跟着旋转磁场以相同速

度运动，使转子和电磁场的旋转速度保持同步。需要外部的控制器来提供同步

信号。

异步电机（感应电机）可以通过改变供电频率来调节转速，也可以通过外部变频器来控制。

4. 直流与交流

直流给电机两根线供电，电机就可以旋转，给正电压，电机正转，给相反电压，电机反转；电压越

大，电机转得越快，电压越小，转速也变小。交流分为同步和异步。

38

2. 直流有刷电机

有刷直流电机（BDC）是一种直流电机，有刷电机的定子上安装有

固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。

原理：直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电

流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋

转带动负载。

直流（有刷）电机目前主要使用 PWM 调速。

驱动

1. 只能打开或关闭，不能变速与换向，用继电器，BJT 或 MOS 开关控制通断即可。

2. 可以打开或关闭，可以变速，但不能换向，用 PWM 控制电子开关即可 (图腾柱)

3. 可以打开或关闭，可以变速，也可以换向，用 PWM 控制桥路

优点：①、价钱比较便宜②、方便控制，只需施加直流电压即可使电机转动

缺点：①电刷会随着时间的推移而磨损。②电刷和换向器之间的电弧中会导致电噪声。③部件之间

存在摩擦，而这些摩擦会产生热量。寿命短。

3. 直流无刷电机

直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成。为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感

器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成。

直流电经过电力电子线路的逆变 (直流变交流)，它的驱动电安流是不折不扣的交流。

控制器：使用专用的电子控制器来监测和控制电机的转即速、电流和方向。

驱动电流忘

若

一种是梯形波 (方波)，把方波驱动的叫做无刷直流电

：

机 (BLDC)；

站

一种是正弦，把正弦波驱动的叫做永磁同步电机

(PMSM)（实际上就是伺服电机）

BLDC 电机比 PMSM 电机造价便宜一些，驱动控制

方法简单一些。

优点①、无电刷、低干扰②、噪音低，运转顺畅③、寿命长，低维护成本

缺点：①、价格贵②、驱动复杂霍尔传感器模式

4. 步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机。通过控制脉冲个数来控制角

位移量，从而达到准确定位的目的：同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，

从而达到调速的目的。

优点：控制简单，低速扭矩大，成本低；

缺点：步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于一定速度时就无法

启动，并伴有尖锐的啸叫声；同时，步进电机是开环控制，控制精度和速度都没有伺服电机那么高。

开环控制：通过逐步输入脉冲信号来驱动电机，每个脉冲使电机转动一个固定的步距。

闭环控制：结合位置反馈传感器，实现更精确的位置控制和运动规划。

单极性 4 相 5 线步进电机

优点：

①、精度高，适合定位要求高的场合②、可靠性好，寿命长

缺点：

①、如果控制不当容易产生共振；②、难以运转到较高的转速。

驱动方式

①、单四拍 A-B-C-D-A - 循环往复特点：步距角2 / 减速比，电流最小，扭矩最小

②、双四拍 AB-BC-CD-DA-AB - 循环往复特点：步距角2 / 减速比，电流最大，扭矩最大

③、八拍 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A - 循环往复特点：步距角 / 减速比，电流居中，扭矩居中

双极性 2 相 4 线步进电机

优点：

①精度高，适合定位要求高的场合 ②、可靠性好，寿命长

缺点：

①如果控制不当容易产生共振②、难以运转到较高的转速。

驱动方式：

1、单四拍 A+ B+ A- B - 循环往复特点：步距角2 / 减速比，电流最小，扭矩最小

2、双四拍 A+B+，B+A-，A-B-，B-A + 循环往复特点：步距角2 / 减速比，电流最大，扭矩最大

3、八拍 A+，A+B+，B+，B+A-，A-，A-B-，B-，B-A + 循环往复

特点：步距角 / 减速比，电流居中，扭矩居中

5. 伺服电机

能将输入的电压信号 (或者脉冲数) 转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制

目的。一般地，要求转矩能通过控制器输出的电流进行控制；电机的反应要快、体积要小、控制功

率要小。伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其安是随动系统。

伺服电机步距角由编码器决定，所以控制精度非常高。即

伺服电机有直流和交流之分。忘

若

绝大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无刷电机。

：

优点：可使控制速度，位置精度非常准确，效率高，寿命长。

站

缺点：控制复杂，价格昂贵，需要专业人士才能控制。

6. 舵机

舵机是一种常见的伺服电机，由小型直流电机、控制电路板、电位计和齿轮组构成。

・模拟舵机：无 MCU 微控制器，电路为模拟电路，同样的舵机之间会有性能差异

・数字舵机：有 MCU 控制器，一般内部采用算法优化，性能比模拟舵机好

17.SI 信号完整性

1. 定义

信号完整性（Signal Integrity, 简称 SI）是指在信号线上的信号质量。

当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收端时，该电路就有很好的信号完整性。

当信号不能正常响应时，就出现了信号完整性问题。

信号完整性

①、波形完整性（Waveform integrity）

②、时序完整性（Timing integrity）

③、电源完整性（Power integrity）

2. 信号完整性问题

根源：频率提高、上升时间减小、摆幅降低、互连通道不理想、供电环境恶劣。

对于局部总线：反射、串扰、电源 / 地噪声、时序等。

1、反射：信号在传输线上传输，当高速 PCB 上传输线的特征阻抗与信号的源端阻抗或负载阻抗

不匹配，信号会发生反射，使信号波形出现过冲、下冲和由此导致的振铃现象。

过冲（Overs hoot）是指信号跳变的第一个峰值（或谷值），它是在电源电平之上或参考地电平之

下的额外电压效应；下冲（Unders hoot）是指信号跳变的下一个谷值（或峰值）。过大的过冲电

压经常长期性地冲击会造成器件的损坏，下冲会降低噪声容限，振铃增加了信号稳定所需要的时间，

从而影响到系统时序。

2、串扰：在 PCB 中，串扰是指当信号在传输线上传播时，因电磁能量通过互容和互感耦合对相

邻的传输线产生的不期望的噪声干扰，它是由不同结构引起的电磁场在同一区域里的相互作用而产

生的。在 PCB 上，串扰与走线长度、信号线间距，以及参考地平面的状况等有关。

3、信号延迟和时序错误：信号在 PCB 的导线上以有限的速度传输，信号从驱动端发出到达接收

端，其间存在一个传输延迟。过多的信号延迟或者信号延迟不匹配可能导致时序错误。

4、振铃：如果未进行阻抗匹配或者阻抗匹配不好，信号就会在源端和负载端之间来回反射，造成

明显的振铃现象。

18. 晶振锁相环

1. 晶振

晶振为单片机工作产生时钟频率，不同子系统需要不同频率时，用锁相环提供所需要的时钟频率。

1. 晶体（crystal）与晶振（oscillator）: 安

1. 晶振 = 振荡器 = 有源晶振 = oscillator 电路上一般简写即为 XO

晶体 = 谐振器 = 无源晶振 = crystal 电路上一般简忘写为 XTAL

若

2. 晶体为无源的，一般两个管脚，需要起振电路（如 MCU 外接晶体 + 起振电容 C1、C2）才可起振；

：

晶振为有源的 4 引脚，里面包含了晶体 + 起振电路，只需供电便可产生震荡信号。

站

3. 晶体、晶振的区别就是在于有没有时钟电路；当用外部晶体时，MCU 内部提供时钟电路，构成

有源晶振；当用外部有源晶振时，直接将时钟输出引脚接到 MCU。

2. 外部晶振与内部晶振对比：

外：f 精度高，受温度影响小，低功耗。

内：f 精度低，受温度影响大，成本低，在不涉及串口通信和精度要求不高时可以使用。

3. 参数

标称频率（Normal Frequency）：晶振的标准频率，26MHz，32.768KHz 等。

负载电容 CL：负载电容是指晶振正常工作震荡所需要的电容。

为使晶体能够正常工作，需要在晶体两端外接电容，来匹配达到晶体的负载电容。

负载电容的值由如下公式计算：CL=C1*C2/(C1+C2)+CS，CL 为晶振的负载电容值， CS 为电路

板的寄生电容，一般取 3-5pf。取 C1=C2，公式可简化成：CL=C1/2+CS。

一般情况下，增大负载电容值，会使震荡频率下降；减小负载电容值，会使振荡频率上升。

频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability），相对标称频率的变化量。

单位 ppm 来表示，即百万分之一，此值越小表示精度越高。

4.PCB 注意

两个匹配电容尽量靠近晶振摆放。
晶振由石英晶体构成，容易受外力撞击或跌落的影响，所以在布局时，最好不要放在 PCB 边缘，

尽量靠近芯片摆放。

3. 晶振的走线需要用 GND 保护好，并且远离敏感信号如 RF、CLK 信号以及高速信号。

2. 锁相环

41

PLL (phase-locked loop)，即锁相环。外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可

以实现这个目的。是一种反馈控制电路。

锁相环 PLL 是由一个鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成。

压控振荡器的输出经过采集并分频，和基准信号

同时输入鉴相器，鉴相器通过比较上述两个信

号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压，经过

环路滤波器滤除误差信号中的谐波和杂波成分，

使 VCO 频率改变，经过很短的时间，VCO 的输

出就会稳定在某一期望值。

鉴相器（PD）

检测输出信号和输入信号的相位差。

一个晶振的输入信号，一个就是 VCO 的输出，鉴相器会把两个信号进行比较，如果这两个信号存

在相位差异。比如 f2 滞后 f1 , 则鉴相器就会在存在

差异的这一段进行输出。鉴相器不停的调制输出的电

压，这样就会使得两个相位快速保持一致。fr>fo 时，

此时的相位比较器的输出 PD 会产生正脉波信号，使

VCO 的振荡器频率提高。相反地，如果 fr<fo 时，会

产生负脉波信号。

低通滤波器（LPF）

由于鉴相器输出信号是矩形波，高低电平之间存在突变，安因此这里就需要加一个滤波器，使得信号

变得很平滑。滤除掉来自 PLL 电路中鉴相器输出电压即 Vd（t）中的高频成分和噪声分量。

PD 脉波信号经过滤波器 (LoopFilter) 的积分，便可以忘得到直流电压 VR，可以控制 VCO 电路。

若

压控振荡器（VCO）Voltage Controlled Oscillator

：

指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路。由于控制电压的变化，VCO 振荡频率会提高。

站

结果使得 fr=f0 相位成为一致时，PD 端子会成为高阻抗状态，使 PLL (锁相环) 被锁栓 (Lock)。

反馈分频器

那么 PLL 是如何实现倍频的呢？其实就是对输出 fo 作 N 分频，即 fN, 将分频后的频率送入鉴相器

中与参考频率进行比较。当 PLL 进入锁定状态时，输出频率 fo 就实现了倍频，此时 fo=N*fi。

19.AD/DA

1.ADC 电路基础知识

1. 定义

ADC 是将模拟信号转换为数字信号。

ADC 的原理：通过采样 - 保持 - 量化以及编码电路，将输入的连续波形的模拟信号变换成间断的数

字型号。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。

并将电压转换成一个通常为 10-16 位的二进制数。

采样：把随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。根据奈奎斯特定理，fs 为采样频率，

fs 与输入信号的最高频率 fmax 之间必须满足 fs≥2fmax。

采样率：1M 采样率去采集 1K 信号，一个周期有 1000 个点。

保持：让采样后的数值保存到下一步转换。每次取得的模拟信号转换为数字信号都需经过一定的时

间，为后面的量化编码体提供一个稳定值。必须要通过一个保持电路，保持一段时间。

量化：把输入信号幅度连续变化的范围分为有限个不重叠的子区间，每个子区间用对应的一个确定

数值表示，从而将连续输入信号变为有限个离散值电平的近似信号。

编码：编码就是将量化过后的电压幅值用对应的二进制码对应进行表示。

2. 参数

分辨率（Resolution）：可以用表示每个模拟信号值的位数（二进制）来表示。

eg：12 位 ADC, 显示 0-4095 这些整数，0~3.3V。1V 电压，ADC 返回的数值是 1241。

分辨率越高，就可以将满量程里的电平分出更多份数，得到的结果就越精确。

精度（Precision）对于给定模拟输入，实际数字输出与理论预期数字输出之间的接近度（误差值

是多少）。通常一个 12 位的 ADC 只能当作 8-9 位的理想 ADC 来用，8-9 位就是 ADC 的采样精度。

转换速率 (Conversion Rate)：指完成从模拟信号到数字信号 AD 的一次转换所需时间的倒数。

积分型 AD 的转换时间是毫秒级，属低速 AD；逐次比较型 AD 是微秒级，属中速 AD；全并行 / 串

并行型 AD 可达到纳秒级。为了保证转换的正确完成，采样速率 (Sample Rate) 必须小于或等于转

换速率。转换速率常用单位是 ksps 和 Msps，表示每秒采样千 / 百万次（kilo / Million Samples per

Second）。

量化误差 (Quantizing Error) ：量化过程引起的误差，指由于 AD 的有限分辨率而引起的误差，其

通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为 1LSB、1/2LSB。

偏移误差 (Offset Error) ：输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。

满刻度误差 (Full Scale Error) ：满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差。

线性度 (Linearity) ：实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，但不包括上述三种误差。

器件的信噪比（SNR）：和动态范围多数时候被定义为同一个值，即：动态范围＝SNR＝RMS 满量

程 / RMS 噪声并且经常使用 dB 作为单位，即动态范围（dB）＝ SNR（dB）＝ 20*Log10 （RMS 满

量程 / RMS 噪声）

最低有效位 (One least significant bit, LSB)：又称最小分安辨率，满量程值除以 ADC 的分辨率就是

LSB。4 位的 ADC，数字量最高可以表示 2 的 4 次方也即就是 16，满量程 5V，那么最小的分辨率就

是 5/16=0.31V。LSB 越小表明 ADC 的精度越高。忘

若

无杂散动态范围 (SFDR)

：

3. 分类

站

间接 ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量。常用的有

双积分型 ADC。

直接 ADC 则直接转换成数字量，常用的有并联比较型 ADC 和逐次逼近型 ADC。

并联比较型 ADC：

采用各量级同时并行比较，各位输出码也是同时并行产生，所以转换速度快。并联比较型 ADC 的

缺点是成本高、功耗大。

逐次逼近型 ADC（SAR）：

它产生一系列比较电压 VR，但它是逐个产生比较电压，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的

方式进行模数转换。（二分法搜索）特点：精度、速度、价格适中。

双积分型 ADC：

它先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时

用计数器对标准时钟脉冲计数。它的优点是抗干扰能力强，稳定性好；主要缺点是转换速度低。

2.DAC 电路基础知识

数模转换器即 D/A 转换器，或简称 DAC，是指将数字信号转变为模拟信号的电子元件。

1. 参数

分辨率：分辨率是模拟输出电压可被分离的等级数，n 位 DA 分辨率一般为 1/2^n。位数越高，分

辨率越高。

转换速度：用来描述数字量转换模拟量的时间。用来衡量此指标的参数有，建立时间和转换速率。

精度

2. 分类

电压型 DAC 可分为：权电阻网络型、T 型电阻网络型和树形开关网络型等；

电流型 DAC 有权电流型电阻网络和倒 T 型电阻网络等。

电压输出型 (如 TLV5618)

虽然电压输出型 DAC 可直接从电阻阵列输出电压，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直

接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速 DAC 使用。

电流输出型 (如 THS5661A )

电流输出型 DAC 很少直接利用电流输出，大多外接电流 - 电压转换电路得到电压输出，后者有两

种方法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流 - 电压转换，二是外接运算放大器。

乘算型 (如 AD7533)

DAC 中有使用恒定基准电压的。乘算型 DAC 一般不仅可以进行乘法运算，而且可以作为使输入信

号数字化地衰减的衰减器及对输入信号进行调制的调制器使用。

3. 选型

① 精度

② 速度：应根据输入信号的最高频率来确定，保证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。

③ 通道：有的单芯片内部含有多个 A/D、D/A 模块，可同时实现多路信号的转换

④ 数字接口方式：接口有并行 / 串行之分，串行又有 SPI、I2C、SM 等多种不同标准。

20.OSI 七层 / TCP-

安

1.OSI 即

OSI (Open System Interconnect），即开放式系统互忘联是一个完整的、完善的宏观模型。

若

TCP/IP 协议提供点对点的链接机制，将数据应该如何封装、定址、传输、路由以及在目的地如何

：

接收，都加以标准化。更加侧重的是互联网通信核心。

站

名称作用常用协议

为应用程序或用户请求提供各种请求服务。 HTTP、FTP、SMTP、POP3、

7 应用层

文件传输，电子邮件，文件服务 TELNET、 NNTP、

6 表示层数据编码、格式转换、数据加密 LPP、NBSSP

创建、管理和维护会话、建立或解除与其他

5 会话层 SSL、TIS、LDAP、DAP

接点的联系

4 传输层提供端对端的接口，数据通信 TCP、UDP

3 网络层为数据包选择路由，IP 地址及路由选择 IP、ICMP、RIP、IGMP、OSPF

提供介质访问和链路管理以太网、网卡、交换机、

2 数据链路层

传输有地址的帧，错误检测功能 PPTP、L2TP、ARP、ATMP

管理通信设备和网络媒体之间的互联互通。物理线路、光纤、中继器、集

1 物理层

以二进制数据形式在物理媒体上传输数据线器、双绞线

2. 物理层

物理层的作用就是通过物理手段把电脑连接起来，主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传

送 0 和 1 的电信号。

3. 数据链路层

传输数据单元：帧（Frame）典型的设备：网桥，交换机

链路层在物理层的上方，确定了 0 和 1 的分组方式。

3.1 以太网协议

一组电信号构成一个数据包，叫做帧（Frame）；每一帧分成：标头（Head）和数据（Data）。

数据链路层链路层的数据包就叫 “以太网数据包”， “标头” 包含数据包的一些说明项，比如发送者、

接受者、数据类型等。

3.2 .MAC 地址

以太网规定，连入网络的所有设备，都必须具有 “网卡” 接口。数据包必须是从一块网卡，传送到另

一块网卡，网卡的地址，就是数据包的发送地址和接受地址，也叫 MAC 地址。

每块网卡都有全世界独一无二的 MAC 地址，有 MAC 地址，就可以定位网卡和数据包的路径了。

3.3 广播

以太网采用广播的方式，向本网络（局域网）内所有计算机发送，让每台计算机自己判断，是否为

接收方。计算机收到这个数据包，会读取的 “标头”，找到其中接收方的 MAC 地址，然后与自身

MAC 地址进行比对，如果相同，说明是要发给自己的，否则丢弃。广播主要通过分组交换机或者

网络交换机进行。

4. 网络层

广播是在发送者所在的局域网内广播的，互联网是由一个个子网组成的更大的子网。如何区分哪些

MAC 地址属于同一个子网。网络层引入一套新的地址， “网络地址”，也就是 “IP 地址”。

3.1IP 协议

规定网络地址的协议，叫 IP 协议。定义的地址，就叫做 “IP 地址”。IP 地址目前有 IPV4 和 IPV6 两

版。又称 “互联网通信协议第四 / 六版”。IPV4 地址规定，网络地址由 32 个二进制位，分成四段十进

制数表示，从 0.0.0.0 到 255.255.255.255。安

比如：172.16.254.1（网络部分前 24 位（172.16.254）即，主机部分后 8 位（最后的那个 1）每一台

计算机，都有一个 IP 地址。忘

若

3.2 子网掩码

：

“子网掩码”（subnet mask）判断 IP 地址的网络部分。

站

“子网掩码”，表示子网络特征的一个参数，也是一个 32 位二进制数字，它的网络部分为 1，主机

部分为 0。比如，IP 地址 172.16.254.1，子网络掩码就是 11111111.11111111.11111111.00000000，

十进制就是 255.255.255.0。

3.3 路由 / 路由器 / 网关 / 交换机

路由（routing）

如果不是同一个子网中，则要采用 “路由” 的方式。路由就是通过互联的网络把信息从源地址传输到

目的地址的活动。路由引导分组转送，经过一些中间的节点后，到它们最后的目的地。原地址和目

标地址是在两个不同的子网中的。

路由器（Router）

实现路由功能的机器。路由器连接两个或多个网络并提供路由功能。

网卡是计算机的一个硬件，当计算机需要发送信息的时候，通过网卡发送。路由器 (router) 可以通

俗理解为一台配备有多个网卡的专用电脑，它让网卡接入到不同的网络中。

网关（Gateway）

路由器的一种，把网络层使用的路由器称为网关，路由器可以在网络接口级或物理级路由；通常指

的网关就是路由器的 IP。

网络交换机（Network switch）

是一个扩大网络的器材，能为子网中提供更多的连接端口，以便连接更多的电脑。

LAN，全称 Local Area Network，中文名叫做局域网；

WAN，全称 Wide Area Network，中文名叫做广域网。WAN 是一种跨越大的、地域性的计算机

网络的集合。广域网包括大大小小子网，子网可以是局域网，也可以是小型的广域网；

WLAN，全称 Wireless LAN, 无线局域网，通俗点讲就是 WiFi。

家用的路由器，一般包括了交换机和路由器，WAN 端口用于连接至 Internet；LAN 端口用于连接

至局域网设备。

路由器有两个接口 IP，也就是两个网卡，

分别接入到两个不同的子网：

主机 145.15 生成发送到 146.21 的 IP 包。

写好数据包的标头，如果在同一个子

网中，只需要用自己在 eth0 上的网卡

（MAC 地址）通过交换机直接传送。

如果不在一个子网，应该送往 145.17 这

个主机，通过广播 MAC 地址广播到对应

的主机（路由器）。
中间的 router 直接通过 eth0 和 eth1 上的网卡直接传送 IP 包。通过交换机广播发往主机 146.21。

IP 包从主机出发，在 router 间接力，IP 包最终到达某个 router，这个 router 与目标主机位于一个

局域网中，可以广播通信。这样一个过程叫做 routing。

3.4 ARP 协议

IP 地址与 MAC 地址的对应是通过 ARP 协议传播到局域网的每个主机和路由。每一台主机或路由

中都有一个 ARP cache，用以存储局域网内 IP 地址和 MAC 地址如何对应。

ARP 包中包含有自己的 IP 地址和 MAC 地址。ARP 协议只用于 IPv4。IPv6 使用 Neighbor

Discovery Protocol 来替代 ARP 的功能。安

即

5. 传输层

忘

若

4.1 端口号

：

有了 MAC 地址和 IP 地址，可以在互联网上的任意两台电脑之间建立通信了。同一台主机上许多

站

程序（进程）都需要用到网络，当一个数据包从网上发送过来的时候，我们需要一个参数来区分到

底是提供哪个进程使用的 —— 这个参数就叫做 “端口号”，其实就是程序的编号。

端口是 0 到 65535 之间的一个整数，正好 16 个二进制。0~1023 的端口被系统占用，用户只能使

用大于 1023 的端口。不管是网页还是聊天，应用程序都会随机选用一个端口，然后与服务器简历

相应的端口关系。HTTP 协议默认使用 80 端口，8080 是用来访问代理服务的。

“传输层” 的功能，就是建立 “端口到端口” 之间的通信。也就是程序与程序之间，“网络层” 的功能

是建立 “主机到主机 " 的通信。只要确定主机和端口号，我们就能实现程序之间的交流。

4.2Socket

进程间通信分为两种 —— 一种是主机内部（或终端内部）进程间通信，；另一种是跨主机进程间通

信或者网络进程间通信，也叫 “socket 通信”。 socket 本质是编程接口 (API) 。

4.3UDP/TCP 协议

UDP 和 TCP 协议都是传输层的协议，他们的主要作用就是在应用层的数据包标头加上端口号。

UDP 协议优点比较简单，容易实现，缺点可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。

TCP 协议是有确认机制的 UDP 协议。每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就

收不到确认，发出方就知道重发这个数据包。TCP 协议主要的确认机制是 “三次握手，四次挥手”。

6. 应用层（三合一）

应用程序收到 “传输层” 的数据，数据五花八门， “应用层” 的作用，就是规定应用程序的数据格式。

6.1 用户的上网设置

买了一台新电脑，插上网线，填四个参数，计算机就能连上网了：

①本机的 IP 地址②子网掩码③网关的 IP 地址④DNS 的 IP 地址

6.2 DNS 解析

网域名称系统（英文：Domain Name System，缩写：DNS），端口 53，是互联网的一项服务。

它作为将域名和 IP 地址相互映射的一个分布式数据库。

访问谷歌， www.google.com， DNS 协议就起作用了，输入 www.google.com，本机服务器先是

请求 DNS 服务器，DNS 服务器根据我们发送的域名，根据 DNS 协议，解析成该域名对应的 IP 地

址并返回给本机。

7. 自顶向下的数据包结构

发送请求

从一个用户的角度来自顶向下的过一遍，一个网络数据包的过程。首先我们设置了本机参数：

本机的 IP 地址：192.168.1.100 子网掩码：255.255.255.0

网关的 IP 地址：192.168.1.1 DNS 的 IP 地址：8.8.8.8

打开浏览器访问谷歌的网址：www.google.com，浏览器要向 Google 发送一个网页请求的数据包。

第一步：

主机会像 DNS 服务器发送请求，已知 DNS 服务器为 8.8.8.8，于是我们向这个地址发送一个

DNS 数据包（53 端口）；然后，DNS 服务器做出响应，告诉 Google 的 IP 地址是 172.194.72.105。

第二步：

判断这个 IP 地址是不是在同一个子网络，就要用到子网掩码。

第三步：安

向 Google 发送数据包，必须通过网关 192.168.1.1 即转发，接收方的 MAC 地址将是网关的 MAC

地址。经过多个网关的转发，Google 的服务器 172 忘 .194.72.105，收到了这四个以太网数据包。根

若

据 IP 标头的序号，Google 将四个包拼起来，取出完整的 TCP 数据包，然后读出里面的 "HTTP 请

：

求 "，接着做出"HTTP 响应 "，再用 TCP 协议发回来。本机收到 HTTP 响应以后，就可以将网页显

站

示出来，完成一次网络通信。

21. 交换机 MAC PHY 网络变压器

1. 交换机

没有 IP 路由功能、仅处理数据链路层的交换机叫做二层交换机。

带有 IP 路由功能的交换机叫做三层交换机。

交换机与路由器的区别：

1. 工作层次不同：交换机主要工作在数据链路层（第二层）路由器工作在网络层（第三层）

2. 转发依据不同：交换机转发对象：MAC 地址。（物理地址）路由转发对象：IP 地址。（网络地址）

3. 主要功能不同：交换机主要用于组建局域网，连接同属于一个子网的所有设备，负责子网内部通

信（广播）。路由主要功能是将由交换机组好的局域网相互连接起来，或者将他们接入 Internet。

交换机能做的，路由都能做。路由可以分割广播域（子网），可以提供防火墙功能。交换机不可以。

2.MAC 与 PHY

MAC 控制器、PHY 芯片、网络变压器和

R45 接头，有的系统会有 DMA 控制。

一般系统中 CPU 和 MAC 以及 DMA 控制器

都是集成在一块芯片上的，PHY 包含大量

模拟器件，而 MAC 是典型的数字电路，MAC 集成进 CPU 而将 PHY 留在片外。为了节省空间简化

设计，很多时候网口的变压器和 R45 的接头集成在一起。

3.PHY

以太网收发物理层接口收发器。STA（管理实体，⼀般为 MAC 或 CPU）通过 MII 对 PHY 的⾏为、

状态进⾏管理和控制，⽽具体管理和控制动作是通过读写 PHY 内部的寄存器实现的。

作用：

PHY 的主要功能是将数字信号转成模拟信号，然后在网线或者光纤传输。因为模拟信号和数字信

号的不同，因此，大部分的 PHY 都是单独做到一个芯片内的。

PHY 与 MAC 通过 MII 接口进行数据传递，对发送的数据进行编码，对接收的数据进行解码。

4.MAC

MAC (Media Access Control) 即媒体访问控制层协议。MAC 由硬件控制器及 MAC 通信协议构成。

主要负责控制与连接物理层的物理介质。位于 OSI 七层协议中数据链路层。

作用：

1）封装网络层的数据，将数据封装为帧，实现帧同步对目标 MAC 地址和源 MAC 地址进行处理，

对 PHY 传输错误时进行校准。

2）控制 PHY 芯片

⼀般以太⽹ MAC 芯⽚的⼀端连接 PCI 总线，另⼀端连接 PHY 芯⽚上通过 MII 接⼝连接。

5.MII、RMII、GMII、RGMII、SMII

MAC 层与 PHY 芯⽚之间的传输标准。

MDIO 协议（SMI 协议）

一个 MDC 时钟线，一个 MDIO 双向传输的数据线。MDIO - 是

安

用来连接主设备和多个 PHY 设备，通过 MDIO 来传输数据。

即

简述 Pins 速率计算

忘

RXD [3:0] TXD [3:0]

若

TX_ER 发送数据错误提示信号

：

（Medium TX_EN

站

发送控制引脚

Clock=25MHz or 2.5MHz

Independent RX_ER 接收数据错误提示信号

数据位宽 4bit（一个时钟周期传输

Interface，媒体独立 RX_DV 接收数据引脚

MII 4bit 数据）

接口）、基本的 TX_CLK,RX_CLK, 参考时钟

100Mbps=25MHz4bit

100Mbps10Mbps 接 CRS 载波侦测信号

10Mbps=2.5MHz4bit

口、16 根线 COL 冲突检测信号

（这两个引脚一般用在半双工的

模式，一般用不着）

在 MII 基础上精简 TXD [1:0]，RXD [1:0]， Clock=50MHz

100Mbps/10Mbps 接数据位宽 2bit

TX_EN,

RMII 口；通过提升 RX_ER, 100Mbps=50MHz2bit

Clock 频率保持与Ｍ CLK_REF, 10Mbps 是利用 10 个周期采样一次数

II 一样的速率； CRS_DV 据相当于 10Mbps=50MHz/102bit

Clock=125MHz

数据位宽 1bit

串行 MII 串行数据帧一帧 = 10bi 数据（8bit

100Mbps10Mbps 接 TXD [0] data+2bit control）

RXD [0]

SMII 口；进一步提升计算有效带宽时，需要减去控制位

SYNC

Clock 频率保持与 100Mbps=125MHz*（8bit/10bit）

CLK_ REFO

MII 一样的速率； 10Mbps 是利用 10 个周期采样一次数

据相当于 10Mbps=12.5MHz*

（8bit/10bit）

TXD [7:0]

在 MII 接口基础上

RXD [7:0]

Clock=125MHz

提升了数据位宽和 TX_ER,TX_EN

GMII 数据位宽 8bit

Clock 频率，成为 RX_ER,RX_DV

1000Mbps=125MHz8bit

1000Mbps 接口， GTX_CLK,RX_CLK,

CRS, COL

Clock=125MHz

TXD [3:0] RXD [3:0] 数据位宽 4bit（一个时钟周期里上升

TX_EN（TXCTL）发送使能信号沿取 TX\RX 的 0-3bit 下降沿取

RX_DV（RXCTL）接收数据有效 TX\RX 的 4-7bit 所以其实还是在一

RGMII GMII 的简化版本

信号个时钟周期里卖取了 8bit 数据）

TX_CLK, RX_CLK, 1000Mbps=125MHz8bit

CRS, COL 100Mbps=25MHz* 4

10Mbps=2.5MHz* 4

Clock=1250MHz、数据位宽 1bit

串行 GMII 为了达 RXD [0] 串行数据帧一帧 = 10bit 数据（8bit

SGMII 到 1000Mbps 时钟 TXD [0] data+2bit conol）

频率提升 RX_CLK 计算有效带宽时需要减去控制位

1000Mbps=1250MHz*（8bit/10bit）

6. ⽹络变压器

网络变压器一般由共模电感，中心抽头，变压器这三部分构成。

安

网络变压器有两种，一种共模电感在前面，（共模电感一 > 变压器），一种（变压器一 > 共模电感）。

即

网络变压器中的变压器应数为 1:1，即网络变压器为 1:1 传输交流信号。选共模电感在后面。

忘

作用

若

信号传输：阻抗匹配（BobSmith 电路），滤除共模干扰，增强信号，可传递更远距离

：

隔离：隔离 PHY 端和 RJ45 端直流分量，隔离外部干扰，防雷击，耐 2kV~3kV

站

耦合：外部设备为不同电平时，仅耦合交流信号，电平与 PHY 端一致，可保护 PHY 芯片

Bobsmith 电路作用：浪涌防护；降低 EMC 测试辐射。

7.RJ45

RJ45 是布线系统中信息插座（即

通信引出端）连接器的一种，连接

器由插头（接头、水晶头）和插

座（模块）组成， RJ 是

Registered Jack 的缩写，意思是

“注册的插座”。

在以太网中只使用了 1、2、3、6

这四根线，其中 1、2 这组负责传

输数据（TX+、 TX-），而 3、6 这组负责接收数据（RX+、RX-），另外四根线是备用的。

22.DDR PCIE SFP 光模块

1.DDR

1.ROM 和 RAM

类型作用特点发展

是与 CPU 直接交换数据的内部存储器，也叫主

电源关闭时 SDRAM、

存（内存）。它可以随时读写，而且速度很

RAM 随机存取存储器 RAM 不能保留 DRAM、

快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程

数据 DDR

序的临时数据存储媒介。

ROM 所存数据，一般是装入整机前事先写好 ROM 所存数据

flash、

ROM：只读存储器的，整机工作过程中只能读出，而不像随机存稳定，断电后数

HDD、SSD

储器那样能快速地、方便地加以改写。据也不会改变。

RAM，可分为 SRAM（静态随机存储器）和 DRAM（动态随机存储器）

类型作用特点

优点是速度快，不必配合内存刷新电路，

它是一种具有静止存取功能的内存，不

SRAM 静态随机提高整体的工作效率。缺点是集成度低，

需要刷新电路即能保存它内部存储的数

存储器功耗较大，相同容量体积较大，而且价格

据

较高，少量用于关键性系统提高效率。

DRAM 只能将数据保持很短的时间。为

DRAM 动态随必须刷新，后面衍生出 DDR, DDR2，

了保持数据， DRAM 使用电容存储，所

机存储器） DDR3， DDR4

以必须隔一段时间刷新（refresh）一次

SDRAM 即同步动态随机存取存储器。同步是指其时钟频率与对应控制器（CPU/FPGA）的系统时

钟频率相同，内部的命令的发送与数据的传输都以它为基准。动态是指存储阵列需要不断的刷新来

保证数据不丢失；随机是指数据随机指定地址进行数据读写。 DDR (X) 就属于 SDRAM。

DDR 1 DDR 2 DDR 3 DDR 4 DDR 5

2.5V 1.8V 1.5V 1.2V 1.1V

DDR3

LPDDR3:Low Power Double Data Rate SDRAM, 是一种低功耗 DDR。

DDR3L:DDR3 Low Voltage, 是一种低电压 DDR。 -

安

容量：512MB-8GB。Meg: 兆字节。

即

64Mb x 16:bank 地址线位宽为 3，行地址线位宽位 13，列地址线位宽为 10，数据线位宽为 16 位

忘

2^3 * 2^13 * 2^10 = 2^26 =2^6Mb = 64Mb 则若容量为 64Mb x 16。

64Mb x 16=1024Mb=128MB=1Gbit ：

I/O 电平：1.5V。站

突发长度：BL4/BL8。 B

封装：4/8bit 芯片采用 78 球 FBGA 封装，16bit 芯片采用 96 球 FBGA 封装。

DDR3 时钟频率、核心频率：DDR2 采用了 4bit 预取技术，DDR3 采用了 8bit 预取技术，也就是

Prefetch 技术。DDR3 一次从存储单元预取 8-bit 的数据，在 I/O 端口处上下沿触发传输，8-bit 需

要 4 个时钟周期完成，所以 DDR3 的 I/O 时钟频率是存储单元核心频率的 4 倍，由于上下沿传输

数据，实际有效的数据传输频率达到了核心频率的 8 倍。时钟频率是指 DDR 芯片 IO 管脚 CK 和

CK# 上的时钟信号的频率。核心频率就是内存的工作频率。时钟频率是核心频率的 4 倍。对于

DDR3-1600，时钟频率就 800MHz。核心频率就是 200MHz。数据传输速率就是 1600MT/s。每秒

1600 兆次数据传输。

3. 管脚定义

3.1 电源线

管脚符号类型描述

VDD Supply 电源电压，1.5V（+/-0.075V）

VDDQ Supply DQ 电源，1.5V（+/-0.075V），为了降低噪声，在芯片上进行了隔离。

VREFCA Supply 控制、命令、地址的参考电压。

VREFDQ Supply 数据的参考电压。

VSS Supply 地。

VSSQ Supply DQ 地，为了降低噪声，在芯片上进行了隔离。

ZQ Reference 输出驱动校准的外部参考。这个脚应该连接 240 欧电阻到 VSSQ。

VDDQ 和 VDD 合成一个电源使用。参考电源 Vref 要求跟随 VDDQ，并且 Vref=VDDQ/2，所以可

以使用电源芯片提供，也可以采用电阻分压的方式得到。需要注意分压用的电阻在 100Ω~10kΩ 均

可，需要使用 1% 精度的电阻。

3.2 时钟与复位

管脚符号类型描述

差分时钟输入。所有控制和地址输入信号在 CK 上升沿和 CK# 的下降沿交叉

CK、CK# input

处被采样，输出数据选通（DQS、DOS#）参考与 CK 和 CK# 的交叉点。

RESET# input 复位低有效，参考是 VSS。

DDR3 的时钟为差分走线，一般使用终端并联 100 欧姆的匹配方式。在重置 Reset 期间，DDR3 内

存将关闭内在的大部分功能，所有数据接收与发送器都将关闭。

3.3 数据组

管脚符号类型描述

DQ [7:0] I/O 数据总线，低八位，双向数据，DQ [7:0]

DQ [15:8] I/O 数据总线，高八位，双向数据，DQ [15:8]

数据掩码，DM 是写数据的输入屏蔽信号在写期间， DM 信号被采样为

DM、LDM、UDM Input

高的时候，输入数据被屏蔽。 DM 输入脚。LDM 为低八位。

3.4 地址、控制、命令

管脚符号类型描述

CKE input

时钟使能，CK-E 为高电平时，启动内部时钟信号

安

CS# Input 片即选，启用 LOW, 禁用 HIGH。

忘

BA [2:0] Input Bank 地址输入

若

A [15：0] Input ：地址输入

站片上终端使能，是否启用或是禁用 DDR3 SDRAM 内

ODT Input

B 部的终端电阻 / 端接电阻，启用 HIGH, 禁用 LOW。

控制命令。RAS#（ROW）行地址选通脉冲、

RAS# CAS# WE# Input

CAS#(Column) 列地址选通脉冲、WE# 写使能

LDQS LDQS# UDQS UDQS# I/O 选通信号

注意：

1.FPGA 那一侧的 IO：一个组内，DQS 和 DM 不要交换管脚。DQ 可以交换。地址线可以交换。注

意一些特殊的管脚不要交换。比如时钟、差分之类的。（主要还是考虑布线的一个趋势。）

2. 1）A7-XILIXN 习惯于（BANK34、35） DDR_A0-14、BA [0-2] 、CSN、RASN、CASN、WEN、

ODT、CKE 上拉到 VTT。（上拉电阻一般为 49.9 欧姆）DDR3 的 CLK 终端电阻需要串一个 100 欧姆。

2）K7-XILINX 习惯于（BANK32、33、34）DDR_A0-14、BA [0-2] 、CS、RAS、CAS、WE、ODT、

CKE 上拉到 VTT。 DDR3 的 CLK 终端电阻需要串一个 80.6 欧姆的电阻。

3）ZYNQ7020-XILINX BANK502 专用的 PS 端的 DDR 接口 DDR_A0-14、BA [0-2] 、CS、RAS、CAS、

WE、ODT、CKE 上拉到 VTT。 DDR3 的 CLK 终端电阻需要串一个 80.6 欧姆的电阻。

2.PCIE

1.PCI

是一种高速串行计算机扩展总线标准。PCI 是总线的连接方式，PCIe 是点对点的连接方式。PCIe

总线使用了高速差分总线，采用端到端的连接方式，因此在每一条 PCIe 链路中只能连接两个设备。

因此 PCIe 与 PCI 总线采用的拓扑结构有所不同。PCI 是并行数据传输， PCIe 是串行数据传输。

2.PCIE 概述

PCIe 总线是连接外部设备的线路。

PCIe 通道是 PCIe 总线的组成部分，PCIe 总线包含一条或多条 PCIe 通道。一条 PCIe 通道就是 X1。

PCIe 卡是一种具有 PCIe 接口的卡，在主板级连接中用作扩展端口。

3. 特性

①点对点。PCIe 使用高速差分总线端到端的方式进行连接，差分信号可以匹配更高的时钟频率，

且信号传输时的抗干扰。

②双向（双单工）。“单工” 是指物理连接上的单向通信，而 “双” 是指两个。

③PCIe 总线最多具有 32 个通道，当不需要使用全部的数据吞吐量，可以使用部分通道。

④向后兼容之前的 PCIe 版本。

⑤7 种规格 X1 X2 X4 X8 X12 X16 X32。

4. PCIe 拓扑结构

Root Complex: 根桥设备，是 PCIe 最重要的

一个组成部件；是 CPU 与总线的直接接口。

Root Complex 主要负责 PCIe 报文的解析和生

成。RC 接受来自 CPU 的 IO 指令，生成对应

的 PCIe 报文，或者接受来自设备的 PCIe TLP

报文，解析数据传输给 CPU 或者内存。

Switch: PCIe 的转接器设备，目的是扩展 PCIe

总线。挂载更多的 PCIe 设备，那就需要用到 switch 转接器。扮演了数据包路由的功能。

PCIe endponit: PCIe 终端设备，是 PCIe 树形结构的叶子安节点。比如网卡，NVME 卡，显卡都是

PCIe ep 设备。即

Bridge 提供了一个转换接口用来连接其他的总线，忘如 PCI/PCI-X。这样可以允许在 PCIe 的系统中

若

接入一张旧的 PCI 设备。

：

内存很重要，CPU 一般直接直连。

站

5.PCIe 速度

PCI Express 吞吐量

行代码传输速率

版本

x1 x4 x8 x16

1.0 8b/10b 2.5GT/s 250MB/s 1GB/s 2GB/s 4GB/s

2.0 8b/10b 5GT/s 500MB/s 2GB/s 4GB/s 8GB/s

3.0 128b/130b 8GT/s 984.6MB/s 3.938GB/s 7.877GB/s 15.754GB/s

4.0 128b/130b 16GT/s 1.969GB/s 7.877GB/s 15.754GB/s 31.508GB/s

5.0 128b/130b 32or25GT/s 3.9GB/s 15.8GB/s 31.5GB/s 63GB/s

GT/s：Giga transation per second （千兆传输 / 秒），即每一秒内传输的次数。重点在于描述物理层

通信协议的速率属性，描述的是链路上传输的原始数据（单 Lane 的峰值带宽）。

Gbps：Giga Bits Per Second （千兆位 / 秒）。描述的是链路上传输的有效数据。GT/s 与 Gbps 之间

不存在成比例的换算关系。

PCIe 总线带宽是按长度计算的，最短的是 X1。

6. 编码方式

吞吐量 = 传输速率编码方案。

PCIe 3.0 协议支持 8.0GT/s, 即每一条 Lane 上支持每秒钟内传输 8G 个 Bit。而 PCIe 3.0 的物理层协

议中使用的是 128b/130b 的编码方案。即每传输 128 个 Bit，需要发送 130 个 Bit。

PCIe 3.0 协议的每一条 Lane 支持 8128/130=7.877Gbps=984.6MB/s 的速率。

7. 接口类型

①金手指 Gold Finger（Add-in）。金手指最主要的作用是连接。

②PCIe socket 插槽。

8. 管脚

电源： +12V 5 个；+.3.3V 3 个；3.3VAUX 1 个。

根据功耗的不同，三种电压的供电能力不同，PCIe 卡可以分为以下几种： 10W，25W， 75W，直

接通过金手指提供；

+12V 主要给 PCIe 设备（如显卡）提供更大的供电能力。

Vcc 3.3V 为主电源，PCIe 设备使用的主要逻辑模块均使用 VCC 供电。

电源管理相关的逻辑和寄存器使用 Vaux 供电。

PRSNT1# 和 PRSNT2# 信号

PCIe 设备的热插拔。 Add-in 卡中，PRSNT1# 和 PRSNT2# 信号直接相连。处理器主板，PRSNT1#

信号接地，而 PRSNT2# 信号通过上拉电阻接为高。

原理：当 Add-In 卡插入时主板的 PRSNT2# 信号将与 PRSNT1# 信号通过 Add-In 卡连通，此时

PRSNT2# 信号为低。处理器主板的热插拔控制逻辑将捕获这个 “低电平”，得知 Add-In 卡已经插入。

PRSNT1# 和 PRSNT2# 信号使用的金手指长度是其他信号的一半。

PERST# 信号全局复位信号，由处理器系统提供。

TRST# 测试复位 / TRST。

REFCLK + 和 REFCLK - 信号 100Mhz 的时钟，给 PCIe 提供时钟。0.3-0.45V 左右，PCIe 的差分时

钟的电压。

WAKE# 当 PCIe 设备进入休眠状态，该信号向处理器系统安提交唤醒请求，使处理器系统重新为该

PCIe 设备提供主电源。WAKE# 信号是可选的。使用辅助即电源 Vaux 供电。

SMCLK 和 SMDAT 信号与 x86 处理器的 SMBus 相忘关。PCIe 设备与处理器系统进行交互。可选。

若

JTAG 信号由 TCK、TDI、 TDO 和 TMS 信号组成。可选。

：

CLKREQ# 信号是一个 open-drain 管脚，用于关闭参考时钟。请求运行时钟。

站

9. 电路布局

1. 注意：金手指的槽和金手指这两个原理图是不一样的！

金手指（B 对应的是 RX）（A 对应的是 TX） PRSNT1、PRSNT2、PRSNT3 等等，需要加一个 0 欧

姆的电阻串在一起。

插槽（B 对应的是 TX）（A 对应的是 RX）插槽的 PRSNT1 接地，PRSNT2、PRSNT3 及其他接

fpga

2. PCIe 总线采用交流耦合的方式进行传输，耦合电容一般靠近 TX 发送端放置。

PCIe1.0/ PCIe2.0 100nF。

3.PCIe 接口的收发信号直接跟 FPGA BANK115，BANK116 的 GTX 收发器相连接。

3.SFP 光模块

光模块，英文名叫 Optical Module。一般是指光收发一体模块。就是实现光电转换。把光信号变成

电信号，把电信号变成光信号。

1. 组成

在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）

发射出调制光信号。

在接收端，光信号进来之后，由光探测二极管转换为电信号，经前置放大器后输出电信号。

具体包括：光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。

2. 引脚

Pin Name Function/Description

1 VeeT 发射部分地

发射部分报错，开漏，需上拉，激光器失效时为高电平，正常工作

2 TX Faut

低电平（<0.8V）

3 TX Disable 关断发射，高电平或悬空有效关断。上拉。低电平正常工作。

4 MOD-DEF2 模块定义脚，I2C 通信数据线，上拉

5 MOD-DEF1 模块定义脚，I2C 通信时钟线，上拉

6 MOD-DEFO 模块定义脚，接地

7 Rate Selec 速率选择

LOS 告警，开漏输出，上拉。当输入光功率低于最差接收光功率时，

8 LOS

高电平告警。高电平表示没有接收到光信号。

9 VeeR 接受部分地

10 VeeR 接受部分地

11 VeeR 接受部分地

12 RD- 接受部分反向数据输出

13 RD+ 接受部分数据输出

14 VeeR 接受部分地

15 VecR 接受部分电源

16 VccT 发射部分电源安

即

17 VeeT 发射部分地

忘

18 TD+ 接受部分数据输入

若

19 TD- 接受部分反向数据输入：

20 VeeT 发射部分地站

1、VCCT 和 VCCR 分别是发射和接受部分电源，要求 3.3V±5%，最大供电电流 300mA 以上。电感

的直流阻抗应该小于 1 欧姆，确保 SFP 的供电电压稳定在 3.3V。推荐的滤波网络，可以保证插拔

模块时的浪涌小于 30mA。

2、TD-/+ 是发射部分差分信号输入，采用交流耦合，差分线具有 100 欧姆输入阻抗，差分输入信号

摆幅 500mV~2400mV

RD-/+ 接受部分差分信号输出，采用交流耦合，差分线具有 100 欧姆输入阻抗。差分输出信号摆幅范围

370~2000Mv.

23. 数电

建立时间、保持时间

建立时间 setup time：时钟上升沿到来之前，输入端数据已经来到并稳定持续的时间。

保持时间 hold time：时钟上升沿到来之后，传输端数据保持稳定并持续的时间。

2. 二分频电路

每当输入一个时钟信号，Q 就被置为 D 的原有值，同时 Q 值改

变（D 也是如此）。而 D 改变时，脉冲边沿也就过去了

比如用一个脉冲时钟触发一个计数器，计数器每计 2 个数就清

零一次并输出 1 个脉冲。

54
耦合方式
直接耦合：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。
阻容耦合：将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端，称为阻容耦合方式。
变压器耦合：将前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上。
光电耦合：将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起。
竞争冒险

竞争：在组合逻辑中，由于门的输入信号通道经过了不同的延时，导致到达该门的时间不一致

冒险：由于竞争而产生的干扰脉冲

消除：芯片外部加电容。
时序逻辑与组合逻辑

时序逻辑电路：包含记忆单元，输出不仅与输入有关，而且与之前的状态有关。包含触发器。

组合逻辑电路：不包含记忆单元，输出与输入有关，与之前的状态无关。不包含触发器。

区别：逻辑电路是否包含记忆元件 —— 触发器

24. 电路
基尔霍夫 KCL 定律 -

安

基尔霍夫定律包括电流定律和电压定律即

电流定律 KCL：在电路中，任何时刻，对任一节点，忘所有流出节点的支路电流的代数和恒等于零。

电压定律 KVL：在集总电路中，任何时刻，沿任

若

一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。

：
戴维南、诺顿定理站

B

一个含独立源、线性电阻和受控源的二端电路，对其两个端子来说都可等效为一个理想电压源串联

内阻的模型。其理想电压源的数值为有源二端电路的两个端子的开路电压，串联的内阻为内部所有

独立源等于零时两端子间的等效电阻。
惠斯通电桥电路

组成：① 电源 Us

② 4 个电阻 R1，R2，R3，R4 叫做电桥的四个臂

③ 检流计 G，用以检查它所在的支路有无电流

原理：电桥用于通过将未知电阻与已知电阻值进行比较来非常精确地

找到未知电阻。
谐振电路

并联谐振串联谐振

在电阻、电容、电感并联电路中，出现电路端电压和总电

流同相位的现象。其特点是：并联谐振是一种完全的补发生谐振的条件是电源频率等

定义偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功于谐振频率，因此电感和电容

率，谐振时，电路的总电流最小，而支路电流往往大于电电阻 XL=Xc

路中的总电流。

特点抑制电路受体电路

25.FPGA

55

1. 配置流程

FPGA 有 7 种配置模式，由模式输入引脚 M [2:0] 决定。

主串配置模式从串配置模式主并配置模式从并配置模式

JTAG 配置模式主 SPI 配置模式主 BPI 配置模式

主，即配置时钟 CCLK 由 FPGA 提供；从，即配置时钟 CCLK 由外部控制器提供。

在主模式下，FPGA 自动加载配置文件数据，该配置文件数据存储于板载 ROM 里；从模式下，通

过外部 MCU / 处理器将配置文件数据加载到 FPGA 中。

基本上都是采用 JTAG 配置模式 + 主 SPI 配置模式或者 JTAG 配置模式 + 主 BPI 配置模式。

FPGA 上电时将 FPGA 配置数据从配置 FLASH 中读出，加载到 FPGA 中，然后 FPGA 才能开始运行。

1.1 步骤

1）初始化。器件上电后，器件便会自动进行初始化。在系统上电的情况下，通过对 PROG 引脚置

低电子，便可以对 FPGA 进行重新配置。初始化过程完成后，DONE 信号将会变低。2）清空配置

存储器。在完成初始化过程后，器件会将 INIT 置低电平，同时开始清空配置存储器。在清空完配

置存储器后，INIT 信号将会重新被置为高电平。

3）配置模式选择。当 INIT_B 信号为高后，采样配置模式管脚 MODE [2:0]，选择器件的配置模式。

4）CRC 错误检查。

5）START-UP，在 START-UP 阶段中，FPGA 会进行一下操作：

①将 DONE 信号置高电平，若 DONE 信号没有置高，则说明数据加载过程失败；

②在配置过程中，器件的所有 I／O 引脚均为三态，此时，安全局三态信号 GTS 置低电平，这些 I／O

脚将会从三态切换到用户设置的状态；即

③全局复位信号 GSR 置低电平，所有触发器进入工忘作状态；

若

④全局写允许信号 GWE 置低电平，所有内部 RAM 有效；

：

整个过程共有 8 个时钟周期 C0-C7。在默认的情况下，这些操作都和配置时钟 CCLK 同步，在

站

DONE 信号置高电子之前，GTS，GSR，GWE 都保持高电平。

2. Xilinx7 系列

2.1 分类

7 系列 FPGA 分为 4 个子系列，是统一的 28nm 设计架构。

Spartan7 系列最低的价格、最低的功耗、最小的尺寸以及最低的设计难度。

Artix7 系列相对 Spartan7 系列则增加了串行收发器和 DSP 功能，其逻辑容量也更大。

Kintex7 系列是 7 系列中拥有最佳的性价比，无论是硬核数量还是逻辑容量，都能满足中低端、以

及部分高端应用需求。

Virtex7 系列 7 系列中的大佬，只在高端应用中使用。

2.2 引脚

2.2.3 电源

普通电源

VCCINT ：内核电源。使用 - 2 速率的芯片，1.0V 电源。爬升 0.2ms-50ms。

VCCBRAM ：内部 RAM 电源。使用 - 2 速率的芯片， 1.0V 电源。爬升 0.2ms-50ms。

VCCAUX ：辅助电源。供电电压范围是 1.8V±5%。爬升 0.2ms-50ms。

VCCO ：IO 电源。分为 HR 和 HP 两种 BANK。HR BANK 的 VCCO 范围是 1.2V-3.3V，HP BANK 的

VCCO 范围是 1.2V-1.8V。HR BANK 使用 3.3V 作为 VCCO。HP 用于外接 DDR3 芯片，所以 HP

BANK 使用 1.5V 作为 VCCO。

HP 接口为高速接口，高性能。用于存储器或者芯片与芯片间的接口

HR 可接受很宽的电平标准。HR BANK : High Range 高电压范围。

HP BANK 的高速 I/O 接口类型：GTX、GTH、GTP。

Spartan 用 GTP。在 A7 系列上面使用的高速收发器是 GTP。在 K7 系列上面使用的高速收发器是

GTX。V7 系列上面则是 GTX/GTH/GTZ 都有使用，而且只有在高端的芯片上才使用了 GTZ。

MGT 电源 MGT 高速串行收发器模块的简称。

VMGTAVCC

GTP 模块的收发供电（锁相环电源），在本设计中使用 1.0V。爬升 0.2ms-50ms。

VMGTAVTT

GTP 模块的端接电源，在本设计中使用 1.2V。该电源要求为 1.2V±0.03V。

VCCADC 1.8V。

26.PCB

1. 阻抗匹配

概念：信号源或传输线与负载达成一种合适的阻抗匹配。

作用：1. 调整信号功率 2. 抑制信号反射

特性阻抗与线宽有关系。阻抗值由 pcb 的走线宽度，差分线之间的距离，pcb 介电常数以及 pcb

叠层之间的厚度决定。

2、封装类型

DIP/SOP/QFP/PGA/BGA 安

1、DIP 封装即

DIP 封装（Dual In-line Package），也叫双列直插式忘封装技术，指采用双列

若

直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装

：

形式，其引脚数一般不超过 100。DIP 封装的 CPU 芯片有两排引脚，需要插

站

入到具有 DIP 结构的芯片插座上。

2、SOP 封装

SOP 封装（Small Out-Line Package，小外形封装），也是一种非常常见的表

面贴装型封装技术。引脚从封装两侧引出呈海鸥翼状（L 字形），材料有塑料

和陶瓷两种。后来，由 SOP 衍生出了 SOJ（J 型引脚小外形封装）、TSOP（薄

小外形封装）、VSOP（甚小外形封装）、SSOP（缩小型 SOP）、TSSOP（薄的

缩小型 SOP）及 SOT（小外形晶体管）、SOIC（小外形集成电路）等。

3、QFP 封装

QFP 封装，中文含义叫方型扁平式封装技术（Quad Flat Package），该技

术实现的 CPU 芯片引脚之间距离很小，管脚很细，一般大规模或超大规

模集成电路采用这种封装形式，其引脚数一般都在 100 以上。用这种形

式封装的芯片必须采用 SMD（表面安装设备技术）将芯片与主板焊接起来。

4、QFN 封装

QFN（Quad Flat No-leadPackage，方形扁平无引脚封装），是一种无引线

四方扁平封装技术。它是具有外设终端垫以及一个用于机械和热量完整性暴

露的芯片垫的无铅封装。可用于笔记本电脑、数码相机。

5、BGA 封装

BGA 技术（Ball Grid Array Package），球栅阵列封装技术。该技术的出现

便成为 CPU、主板南、北桥芯片等高密度、高性能、多引脚封装的最佳选

择。但 BGA 封装占用基板的面积比较大。虽然该技术的 I/O 引脚数增多，

但引脚之间的距离远大于 QFP，从而提高了组装成品率。

26. 单片机

单片机上电后没有运转

①检查电源是否正常，若装有复位芯片，也需查看复位芯片是否工作正常；

②检查硬件复位电路是否正常；

③查看外部晶振是否启振，一般用示波器 X10 挡位，应选取较高带宽；

④查看 BOOT 位设置启动方式是否正确

2.32 单片机最小系统

1. 电源

2. 晶振

3. 复位

4. 下载电路

5.BOOT

BOOT 电路的作用是用于确定单片机的启动模式， BOOT 管脚设置为指定电平即可将单片机设置为

指定启动模式。

BOOT1 BOOTO