偏置电路设计精选(九篇)
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第1篇：偏置电路设计范文
关键词：显示驱动芯片；上电复位；电源检测
1概述
显示驱动芯片是一款规模大、电源系统复杂、数模混合的SoC芯片。在驱动芯片中，数字电路起着很重要的作用，芯片各模块的上下电及工作时序均由其控制。而逻辑电路在上电过程中很容易出现错误状态，需要在电源电压达到电路的正常工作电平后，利用复位电路对逻辑电路进行初始化，以保证数字逻辑的正确性。
驱动芯片的外接电源有两个，分别是锂电池电源VDDA和10电源VDDI，芯片所需的其他电源均在片内通过LDO或电荷泵产生。在芯片的启动过程中，各电源需要按照一定的先后顺序陆续上电。在外接电源VDDA和VDDI上好电后，提供数字电源DVDD的LDO就需要启动，并在上电完成后给数字电路提供一个复位信号，对触发器、寄存器及锁存器等单元电路进行复位，保证电路在上电过程中能正常启动。其他电源及电路模块则在数字电路正常工作后，在其控制下按照一定的时序分别启动。因此，上电控制电路对显示驱动芯片正常上电启动起着重要的作用。
2芯片上电控制电路
2.1上电检测电路
只有当驱动芯片的两个外接电源VDDA和VD-DI都上电之后，芯片才能启动。在芯片设计中，采用了电源上电检测电路，对VDDA和VDDI进行检测，当上电检测完成后，才启动后续电路。上电检测电路的电路结构如图1所示，分为三个部分，分别是VDDI检测电路，VDDA检测电路以及VDDA延迟检测电路，其中VDDA延迟检测电路采用的就是常见的RC结构。在VDDA上电结束，检测电路会输出低电平信号VDDA_ON，经过一段时间延迟，输出信号VDDA OELAY翻转为高电平；VDDI上电结束，检测电路会输出低电平VDDI_ON，作为后续电路的使能信号。
由于芯片电源VDDA和VDDI上电没有先后顺序，分两种情况考虑上电检测电路：一种VDDA先上电，另一种是VDDI先上电，上电检测波形如图2所示。由上电检测波形可以看出电源上电结束后，上电检测信号会发生相应的变化。从上电检测波形可以看出，VDDA ON与VDDI 0N都输出低电平时，VDDA与VDDI两电源完成上电。
2.2系统上电控制电路
外部电源（VDDI、VDDA）上电完成以后，即可进行内部数字电路上电及芯片复位操作，具体可通过图3电路实现。在电路中，VDDA OELAY和VDDl 0N为上电检测电路的输出信号，其中VDDA DELAY在VDDA上电之后经t1时间延时后由低变高，而VDDI_ON则在VDDI上电结束输出低电平。VDDI_ON为电平转换电路的使能信号，电平转换电路结构如图4所示。在VDDI未上电时，VDDI_ON为高电平，电平转换电路的输出为低电平，不受输入信号影响。在VDDI上电之后，电平转换电路才能正常进行电压转换。
DVDD_EN为DVDD_LDO的使能信号，高电平有效。当该信号为高时，DVDD LDO⒖始工作，产生数字供电电源DVDD。图5所示DVDD延迟检测电路对DVDD电压进行检测，在DVDD上好电后经t2时间延时，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信号为主机配置的复位信号，通过10接口到该电路，经过两个电平转换电路从VDDI电压域分别转换至VDDA和DVDD电压域，其中VDDA电压域的RESX信号用于控制带隙基准（BGR）的使能，并与VDDA_DELAY信号相与之后作为触发器的清零信号。DVDD电压域的RESX信号则与DVDD_DE-LAY信号相与之后作为硬复位信号hw给数字电路，在数字电路中与软复位信号sw相与之后作为整个系统的复位信号。触发器的D端和触发端信号由数字控制，在芯片接收到深睡眠指令时，触发端产生一个上升沿，将Q端信号变为高电平。
下面从以下六种情况考虑芯片复位。
（a） VDDA与VDDI上电启动
VDDI上电后，检测信号VDDI_ON立即输出低电平。VD-DA上电后，经过时间t1延时后，检测信号VDDA_DELAY输出高电平。在时间t1内，DVDD使能信号直接有效，DVDD开始建立并稳定，数字电路上电；同时VDDA DELAY的低电平对D触发器清零。
在以上过程进行的同时，主机配置复位信号RESX为低脉冲，数字电路开始复位。RESX变高的时刻，带隙基准开始正常工作。但是数字电路的复位信号由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有当数字电路上电t2时间后，DVDD_DELAY才会翻转为高电平，此时RESX和DVDD_DELAY同时为高，数字电路复位完成。
在数字电路复位期间，D触发器的触发信号一直维持低电平，且复位结束，触发信号输出默认值低电平，这样即可保证DVDD一直有效，即数字电路持续供电。
（b）RESX硬复位
若RESX为低电平，即硬复位信号有效，则数字电路复位，带隙基准电路重启。注意的是，RESX硬复位并没有使数字电路掉电。
（c）软复位
当数字电路接收到软复位命令时，反映到电路上sw端为低电平，则Reset信号直接对数字电路复位。
（d）VDDI掉电，再启动
若VDDI掉电，VDDA不掉电，这时检测信号VDDA_DE-LAY保持高电平，但是VDDI_ON由低电平翻转为高电平，导致DVDD LDO关闭，即数字电路掉电。一旦数字电路掉电，芯片不能自启动，必须在VDDI重新上电后，配置RESX一个低电平脉冲，才能使DVDD LDO重新启动，即数字电路重新上电。同（a）一样，本电路会重启带隙基准，并完成数字电路复位。
（e）VDDA掉电，再启动
若VDDA掉电，VDDI不掉电，这时检测信号VDDI_ON保持低电平，VDDA_DELAY翻转为低电平，并且VDDA是DVDDLDO的电源，VDDA的掉电使得数字电路无电。值得注意的是：处于此种状态的芯片不能自启动。只有VDDA重新上电，才能让数字电路上电；接着通过配置RESX为低电平脉冲，使带隙基准重启、数字电路复位。
（f）芯片深睡眠及唤醒
当芯片接收到深睡眠模式的指令时，一方面反映在图3中D触发器输人为高电平，触发信号由低到高电平翻转，将D端的高电平输出至Q端，导致DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，数字电路掉电，同时，触发器的输出信号还控制SRAM的电源开关，当其变为高电平时，SRAM的电源将断开，节省系统功耗；另一方面，芯片内部DC-DC电路、振荡器、驱动电路及MPU接口与寄存器均不工作，芯片进入深睡眠模式。
这种模式下，芯片同样不能自启动。主机必须通过配置RESX，才能使数字电路重新上电与复位、带隙基准重启。深睡眠状态失效，即芯片深睡眠模式被唤醒。
3电路仿真
该电路采用umcl62ehv工艺设计，并利用Cadence Spectre对其进行仿真。
图6为VDDA和VDDI上电以及VDDI掉电仿真，从图中可以看到，在VDDA上电后，DVDD_EN为高电平，DVDD LDO开始工作，DVDD电压上电。VDDA_DELAY经过约130us延时后，跳为高电平，DVDD_DELAY在DVDD上电后，经大约240us延时后跳为高电平。VDDI_ON在VDDI上电后即变为低电平。在VDDI掉电时，VDDI_ON变为高电平，同时DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，DVDD开始掉电。
图7则是对芯片深睡眠及唤醒情况进行仿真。可以看到当触发器触发信号CLK第一个上升沿到来时，由于系统刚上电，VDDA_DELAY还是低电平，DVDD_EN不受其影响，继续保持高电平，DVDD正常上电。这可以保证系统在上电期间，不会因为逻辑电路的错误信号而导致DVDD LDO误关闭，使其不能上电。当CLK的第二个上升沿到来时，意味着芯片接收到深睡眠模式指令，将D端的高电平传输到触发器Q端，DVDD_EN变为低电平，DVDD LDO关闭，芯片进入深睡眠状态。直到主机给RESX配置低脉冲，DVDD_EN才重新变为高电平，芯片推出深睡眠模式，被成功唤醒。
第2篇：偏置电路设计范文
关键词：AT89C52单片机；路灯；控制系统
1 概述
随着我国城市化进程的不断加快，城市发展规模越来越大，路灯作为城市基础设施的重要组成部分，在城市的照明和美化中发挥着举足轻重的作用。目前大多数城市的路灯控制主要依靠人力，经济成本高，能耗大，与当前绿色、环保的现代社会生活理念不符。一款使用成本低、节能性好的路灯控制系统，已成为现代城市路灯控制的必需。文章基于单片机设计的节电型路灯控制系统，经过测试，能满足城市路灯管理需求。
2 控制系统硬件设计
本设计采用AT89C52单片机作为控制器，通过总线与各个模块相连。利用按键设定时间，在LCD上显示实时时间、路灯状态。用光敏电阻检测环境亮暗程度，通过模数转换芯片转换后传输给单片机。单片机对时间和环境光线信号进行判断并处理，并通过继电器等相关的执行元件来控制路灯。路灯的开关模式为：0时至次日6时为节能时间段，路灯在半电压下工作；19时至0时，路灯在全电压下工作，其它时间段根据环境光线明暗程度来控制路灯的亮暗。系统总体结构如图1所示。
2.1 单片机最小系统
单片机最小系统主要包括复位电路、时钟电路和电源电路组成。硬件电路图如图2所示。
2.2 实时时钟模块
本设计采用DS1302实时时钟芯片，利用时钟模块电路产生时钟及定时等功能，实现路灯开关定时控制。电路如图3所示。BT1是电压为3V的纽扣电池，作为DS1302的备用电源。Y2是频率为32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引脚分别同单片机的P2.1、P2.2、P2.3的引脚相连。
2.3 环境光线检测模块
本设计使用光敏电阻和ADC0832模数转换器结合的方式检测，工作原理是当照射在光敏电阻上的光线亮度发生变化时，光敏电阻的阻值也随之相应的发生变化，其变化是光线变强阻值减小，反之亦是，此时ADC0832的通道0得到的电压值随光线的变强而减小，ADC0832将电压信号转换成数字信号，送给单片机，使得单片机能对环境明暗程度信号分析和处理。
2.4 路灯控制单元
本设计采用LM317稳压器，输出电压变化范围是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到滤波的作用。稳压电路图如图4所示。
路灯控制电路如图5所示，Q1为PNP性三极管；RL1、RL2为继电器；D5为续流二极管；D1、D2、D3、D4为发光二极管。当L1为低电平，则RL1闭合，灯是全电压工作；当L1为高电平、L2为低电平，则RL2闭合，灯是半电压工作；当L1、L2、L3都为高电平，则灯全部不亮。
3 软件设计
根据控制需要，系统软件主要分为五部分，分别是：（1）主程序，以一定的逻辑及方式调用功能模块，配置硬件资源。（2）LCD显示程序，对时间信息和状态信息的显示。（3）ADC0832光线采集程序，对环境光线信号的采集，将光信号转换成电信号再转成数字信号，便于单片机分析处理。（4）DS1302操作程序，处理时间信息，负责路灯开关定时控制。（5）定时中断程序。
软件流程图如图6所示。
4结束语
文章基于AT89C52单片机设计了一种路灯控制系统，实现了路灯按时间和光线双重控制，经实验检测，该系统工作稳定、性能可靠、便于扩展，自动化、智能化程度高，有助于大幅度节省电力资源，降低管理成本，契合当前城市发展需求，具有较高的应用价值和良好的商业前景。
参考文献
[1]辛智广，于春荣，王树彬.LED路灯智能控制系统设计方案[J].科技传播，2016（5）：178.
[2]吴国义.基于AT89S51单片机节能灯的设计[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2009.
第3篇：偏置电路设计范文
（东莞市常平中学，广东东莞523570）
在这个知识爆炸的时代，课本知识的局限性和滞后性更加明显，高中地理教学已进入多媒体教学时代，地理教师重视多媒体教学资源已经形成共识，尤其是由声音、影像、画面和文字等元素组成的地理视频资源能真切地展现自然风光、人文环境等各类地理现象，给人一种身临其境的感觉。将“有趣、有用、生活化”的地理视频信息融入地理教学中，使学生感觉到地理就在身边，地理是鲜活、有趣的，这不仅符合新课改的要求，同时也符合传播理论、多元智能理论和建构主义理论。纪录片《舌尖上的中国》跨越中国天南海北的地域观，具体描述神州大地的美食文化，并彰显美食文化背后的海洋、山岳、森林、平原、荒漠等自然风光，揭示美食文化中渗透的各形各色的生产生活习惯、民俗风情、民族文化和古老的农耕文化等中国文化及其演化历程，同时，又是能帮助学生丰富地理学科知识、拓展地理视野，从而激发学生学习热情、培养地理素养、树立正确人地观的良好素材。本文将结合具体的教学实例，从区域与区域差异、农业生产活动、自然环境的整体性和差异性、可持续发展等角度探析《舌尖上的中国》在高中地理教学中的应用前景和教学参考价值。
一、丰富学生的地理知识、拓展地理视野、激发学习热情
随着影视传播技术的发展，视频资源对身心处在巨变时期的青少年所产生的影响越发明显，仅仅依靠现有的教材资源、教师语言或者少量图片的地理课堂往往难以激发学生的学习兴趣。充实课堂资源，丰富教学内容，提升或唤醒学生学习地理的“兴趣”，提升学生的学业水平和地理素养已迫在眉睫。
在中图版必修三第一章的第一节“区域与区域差异”中，主要的教学重点是比较中国三大自然区自然环境特征及对人类生产、生活的影响。教材中只提供了有关三大自然区的文字资料和几张图片，要求学生完成三大自然区地理特征表。因为本节内容没有难点，大多数教师往往采用的是阅读教材，引导学生完成填表，致使教学枯燥无味，无法拓展学生的视野，更无法激发学习热情。这种重结论、轻过程的教学排斥了学生的思考，淹没了学生的个性，把教学过程庸俗化到无需智慧努力只需听讲和记忆就能掌握知识的那种程度，这实际是对学生思维的扼杀和个性的摧残。
《舌尖上的中国》展示了一幅幅炫丽多彩的画面：层层梯田、片片竹林、一池荷花一湖莲藕的江南景色；翻滚的麦浪、火红的高梁、金黄的玉米地所展现的北国风光；一马平川大草原回荡着悠扬的马头琴声，充满沧桑的塔克拉玛干沙漠中亭亭玉立的绿洲少女的西域之光……在欣赏风光的同时，主持人带领你“品尝”南方的各色米粉、米糕；北方的刀削面、兰州拉面、馕，还有民族风隋浓郁的手抓饭和烤全羊等。将这些优美的视频内容整合渗透到课堂教学中，学生不仅能感悟到祖国广袤的地域环境与区域差异，而且还能感悟到各色环境下的生产、生活等人类文明。在画面、声音和文字的多重冲击下，学生体会到的中国三大自然区就不再是单调、粗糙、乏味的课本教料，而是直观、灵动、富有生命的动态画卷和多媒体文化大餐。
随着城市化的发展和不断推进，学生的生活也越来越城市化，即使是生活在农村的学生，接触农业生产活动的机会也越来越少。单一的文字和图片材料已经不能让学生真正意义上理解农业生产的特色，而活灵活现的视频能给我们亲临的感受，能够更加有效地辅助学生理解深奥的农业文化。在“农业的地域类型”一课中，水稻种植业是东亚、南亚、东南亚等地区的主要农业地区类型。影响水稻种植业的一个重要的社会经济因素是亚洲这些地区人口稠密，劳动力丰富。亚洲的水稻种植业也是我国南方的水稻种植业具有“一大一小一高三低”的特点。即：小农经营、水利工程量大、单产高但商品率低、机械化水平低、科技水平低。一般情况下，学生很难理解为什么水稻种植区要劳动力丰富？为什么我国南方的水稻种植机械化水平低、水利工程量大？如果能导入《舌尖上的中国》中视频内容“春种的季节，江西上堡乡的农民正在层层的梯田里犁田，插秧”，“盛夏，由于雨带一路向北移，长江地区出现罕见的持续40多天的伏旱天气，缺水让稻子停止灌浆，只留下干瘪的谷壳，农民为了挽救自己的稻田，用尽各种办法给农田浇水、引水灌溉”， “秋天是水稻丰收的季节，黑龙江五常龙凤山镇的黑土地上，大型机器正在忙碌着收割，而江西上堡乡的农民们却是在梯田里割稻，打稻，肩挑稻谷回家”，这些画面能让学生理解到水稻种植业是一项劳动力密集型的农业，需要大量的劳动力精耕细作；我国季风气候的特点，雨带的推移与夏季风进退息息相关，而夏季风进退异常往往容易给我国东部季风气候区带来旱涝灾害，水利工程量大就无可厚非了；南方受到地形和技术的限制，导致南方的水稻田难以实施机械化作业。这样的渗入不仅能扩充学生对农业的了解，丰富学生的生活阅历，同时能有效辅助学生理解相关知识点的来龙去脉，避免出现过多的死记硬背。
二、养成以地理视角分析问题的能力，提高地理科学素养
地理视角作为地理科学素养的重要组成部分，是地理学中观察、认识事物的切入点和分析、解决问题的思维方式，从地理课程标准和基础地理教育的实际看，区域的视角、综合的视角、动态的视角和生态的视角是地理视角培养的重点。
1．养成以区域的视角分析问题的能力
《舌尖上的中国》纪录片以我国不同地区的地域文化为背景，讲述了我国青藏高原、西北、东北、华南、中原等区域的特色美食，画面中同时还展示了中国最富戏剧性的自然景观，热带（季）雨林，南方竹林、北国冰雪、内蒙古大草原、塔克拉玛干沙漠及绿洲……这些画面的自然特征基本涵盖了我国不同区域，是培养学生区域地理视角的良好素材。
在“地理环境的整体性和差异性”一课中，引用《舌尖上的中国》视频中“东北一内蒙古一新疆”一线植被类型由森林向草原、草原向荒漠过渡、“自南向北”植被的差异和自然环境的递变，不仅能直观的表达出经度地带性和纬度地带性地域分异规律，还能调动学生自主学习的积极性。结合视频，请学生分析相关问题：①东北一内蒙古一新疆一线的植被出现了怎样的变化？这些变化主要是什么因素影响而形成的？②我国由南向北分别出现了哪些地带性植被？这些植被的递变是受什么因素影响形成的？引导学生分析出水分、热量分别是经度地带性和纬度地带性地域分异规律的主因。如果进一步播放视频“阳光直射赤道，已是春分时节，但这里（东北），寒冷还未远离，到处还覆盖着厚厚的积雪。3月的夜晚，零下15摄氏度，制作冻豆腐最适宜的温度。而向南2000多公里，同样的春分时节，冷暖空气激烈对峙。天目山，春雷唤醒土壤中的生命，江西上堡乡已经进入播种、等待萌芽的季节”这直观的地理景观感受可以帮助学生进一步加强理解同一时间不同纬度的自然地理环境也存在差异性，从不同的角度体现纬度地带性地域分异规律。在多角度、直观且接近现实生活的教学中不断渗透区域地理环境的学习，使学生不断养成以区域的视角分析地理问题的能力。
《舌尖上的中国》中还有很多画面、视频例子可以作为区域分析良好素材。如视频中提到的“中国最好的大米在东北，因为水稻在东北需要经历138天的漫长生长期，而南方的水稻生长期远远短于东北地区”，水稻生长期的区域差异可以作为分析区域地理环境由于纬度差异引起的热量差对农业的不同影响。又如“西藏林芝从峡谷到雪峰有7000多米的高差，集中了西藏80%的森林，也是我国物种最丰富的地区之一”可以用来分析地形对区域地理环境的影响及分析区域物种丰富的原因。
2．养成以综合的视角分析问题的能力
“地理环境的整体性”一课中要求学生学会用整体性的原则理解地理环境中五要素：气候、地貌、水文、植被、土壤之间相互作用、演变的关系。“这是地球上最远离海洋的沙漠，中国的干极——塔克拉玛干，沙漠中的绿洲——亚曼拜克村离沙漠最近的村庄。塔克拉玛干南缘年平均降雨量只有15.6毫米，极为典型的大陆荒漠气候。小麦比任何一种禾本植物，更能适应生态环境，就像这里的沙漠居民，总能在极端条件下，获取生存能量。流沙对村庄和土地的侵蚀从未停止，但顽强的西北民族世代坚守。吐鲁番，极度干旱，是中国最炎热的地区，贫瘠的砾石戈壁并未灭绝生机，天山冰川融水带来生命的奇迹。这里，是中国最甜蜜的所在。吐鲁番，常年少有云层遮挡，充足的日照，活跃的光合作用，让葡萄积累丰富的糖分。夜晚热量消散，呼吸作用微弱，糖分得到很好的保存。中国最甜葡萄的秘密，就隐藏在这巨大的昼夜温差之间。”《舌尖上的中国》中的关于我国西北地区各自然环境的一幅幅画卷，是引导学生运用综合的视角分析地理问题的良好素材，借此可引导学生分析以下几个问题：①本区域最明显的特征是什么？②请结合视频展现的主要气候特征，描述本区域所具有的地貌、水文、植被和土壤特征？③如果新疆过度发展灌溉农业，该区域的自然环境特征会产生怎样的变化？使学生初步形成以综合的地理视角分析问题的能力。接着，还可进一步延伸教学内容，引导学生开展小组讨论：运用整体性的原则，说明珠三角地区的自然环境特征及全球气候变暖对该地区自然环境有哪些影响。这一教学过程，不仅能积极调动学生的学习热情，激发学生的思维，也能让学生不断养成综合分析地理问题的能力。
同样， “宁夏平原人口的快速增长，人们为了满足需求，在宁夏山地间过度放牧，羊的数量远超植被的再生能力，植被无法恢复，地表陕速沙化，荒漠化使得宁夏的环境变得无比脆弱”，这段视频材料也可以用来培养学生综合分析问题的能力。观看视频后要求学生从整体性的原则出发，运用“牵一发而动全身”的理论分析过度放牧对宁夏地区自然环境的影响。
3．养成以动态的视角分析问题的能力
地理事象是不断发展和变化的，这就需要学生要以发展的眼光、动态的视角分析地理问题。在“农业的区位选择”一课中，要求学生学会分析影响农业生产的主要区位因素、主导因素、限制性因素，并分析出变化中的农业区位。影响农业的区位因素包括自然条件和社会经济条件，这些因素随着经济技术进步不断变化。自然因素相对稳定，而社会经济因素发展变化较陕，在现代农业发展中社会经济因素的影响往往占主导地位，这就要求学生具备发展的眼光，以动态的视角分析问题。在“不断变化的农业区位”这部分内容的教学中，可融入《舌尖上的中国》中“以前人们不喜欢吃松茸，原来只要几毛钱一斤。现在松茸的身价飞升，厂商以最陕的速度对松茸进行精致的加工，这样的一只松茸在产地的收购价是80元，6个小时之后它就会以700元的价格出现在东京的超级市场中”， “产自内蒙古锡林郭勒草原的口蘑和产自距此2000公里的江南的冬笋相逢，江南冬笋邂逅塞北口蘑， ‘烩南北’不仅造就一种美味，更带来无限的空间想象”， “麦客，中国古老的职业割麦人，他们踩着麦子成熟的节奏，用双手挑战机械。在效率面前，麦客已经不属于这个时代，马万全一行也许就是中国最后的职业割麦人。古老的职业和悠久的传说，正被收割机一茬茬收割殆尽”这些内容。引导学生根据视频材料．分析问题：材料中的事例有没有体现出农业区位因素的变化？如果有，请分析出主要是哪些农业区位因素发生了变化？通过对视频有关材料和事例的分析，能培养学生以动态的视角看待问题的能力，彰显与时俱进的新人类特征，尤其是能更深刻地理解现代社会中不断变化的市场、交通、技术等农业区位因素，同时也可以为“工业区位的变化”的学习奠定动态视角的基础。
三、理性思考人地关系，树立“天人合一”的可持续发展观
高中必修二中的“人类与地理环境的协调发展”和必修三中的“区域的可持续发展”等章节中的课文内容，都在探讨人地关系演变和如何走可持续发展的道路。自然环境决定了人类的生产生活方式，同时人类的生产生活也会反作用于自然。人地关系是贯穿整个地理课程的主线，理性思考人地关系，树立富有中国文化内涵的“天人合一”的可持续发展观是地理学科永恒的主题。因此，树立正确的人地关系是学生必备的地理素养之一。
在“人地关系思想的历史演变和通向可持续发展的道路”一课中，课文内容只是一些枯燥的文字叙述，文绉绉的向学生表述人地关系的历史阶段、可持续发展的含义、内容、原则及谋求可持续发展道路，很容易让学生对学习产生厌倦之情，容易让学生对科学发展观嗤之以鼻，这样就达不到培养正确的人地观的教学效果。尽管本节课的知识点没有难点，完全可以让学生自主阅读课文完成可持续发展“大道理”的学习。但是，空洞的大道理并不容易让人深刻的理解并运用，因此，在阅读课文后，教师可以引入《舌尖上的中国》的视频内容，如：在香格里拉的深山里，藏民们为了延续自然的馈赠，松茸出土后，会立刻用地上的松针把菌坑掩盖好，只有这样，菌丝才可以不被破坏；吉林查干湖的冬捕，渔民们有一个世世代代严格的相传—一猎杀不绝，冬捕只用稀疏的网眼，小鱼成为漏网之鱼回归自然，每年的春天渔民还将50万鱼苗投回湖里；内蒙古达里诺尔，为了保持湖鱼的种群数量，渔民们规定每年冬捕不会超过30万公斤，春天华子鱼洄游产卵，华子鱼伸手可得，但渔民不会在这个时节捕捞，还铺设2000米的草把作为华子鱼的产房，追寻着人与鱼的平衡之道；美食依赖于环境的支持，人的需求曾让宁夏山地间羊的数量远超植被的再生能力，快速沙化的地表变得无比脆弱，荒漠化让人在美食之间寻找新的平衡；有科学家预言，50年内海里的鱼会被全部吃光。而浙江渔民杨世橹认为，靠海吃海的日子，只能再维持10年。借此可以请学生对比分析：①视频中的例子哪些体现了可持续发展，哪些违背了可持续发展？②请学生根据课本内容和视频的材料总结出应该如何谋求可持续发展道路。《舌尖上的中国》呈现人与自然环境和谐相处的人文景观的同时，也向我们展现了中国脆弱的生态环境，审视了应如何维持人与自然的平衡之道。在学生感性的观看视频的同时，还可以引导学生谈谈家乡可持续发展面临的问题及实现可持续发展的措施等，变感性观看为理性分析，进一步加深对人地关系的认识，树立正确的人地观。
在大数据的信息时代，教材中的案例已远不能满足教学的需求。而《舌尖上的中国》在各种美食的背后还有自然风光、人文风情和地域文化等地理元素，为地理教学提供了一场饕餮大宴。地理教师可以从中吸取大量的“营养”用于充实地理教学，丰富地理素材，这不仅能激发学生的学习兴趣，还能培养学生的以区域的视角、综合的视角、动态的视角和生态的视角分析地理问题的能力，同时还能提升学生的地理情操、树立“天人合一”的可持续发展观。
参考文献：
[1]邱杨兵．高中地理教学中视频资源运用的研究[D].上海：上海师范大学，2013.
第4篇：偏置电路设计范文
关键词：低温；低噪声放大器；稳定性；噪声系数
中图分类号：TN722文献标识码：A文章编号：2095-1302（2014）12-00-02
0引言
随着现代无线通信、微波测量、电子对抗等技术的高速发展，一些工作特定环境下的接收机需要更高的性能要求。高温超导接收机（Hightemperaturesuperconductingreceiver，HTSreceiver）前端则以其高灵敏度、高选择性、极低噪声等特点应运而生，高温超导接收机前端由高温超导滤波器和低温低噪声放大器（CryogenicLowNoiseAmplifier，CLNA）组成。CLNA作为接收机第一级有源器件，其噪声性能直接决定了接收机的灵敏度。文献[1]显示，在常用通讯频段中，60K低温下的放大器噪声系数（NoiseFigure，NF）较之常温下的噪声系数下降约0.4dB，这可极大提高通信的传输效率和质量。目前，HTSreceiver在雷达、通信、射电天文接收机中得到广泛的应用。
近年来，通过低温冷却LNA中的高电子迁移率晶体管（HighElectronMobilityTransistor，HEMT）使得低噪声放大器快速发展并大幅提高了其性能。但HEMT管难以在几百兆赫兹频率范围工作的的同时达到较小噪声，文献[1，2]亦是工作在800MHz及以上频率范围。本文根据设计要求，在500～700MHz频率范围内设计出能优异的CLNA，这必须权衡低NF、高增益，无条件稳定等因素，无疑增加了设计难度。本文最终实现77K液氮低温环境下：噪声系数小于0.5dB，增益大于30dB，反射系数小于-15dB。
1低温低噪声放大器的设计与仿真
1.1器件选择
由于器件在低温下的工作特性与常温环境下不同，通过常规手段设计的常温低噪声放大器直接应用于低温环境中通常不能满足设计要求。对于低温低噪声放大器的网络参数直接在低温下调整还难以实现，文献[2]给出了一种低温低噪声放大器的预修正设计方案，综合利用仿真软件和实测结果来获取晶体管的低温参数，进而进行设计。但是，本次我们并没有提取低温参数，而是通过选取熟悉的器件，参考常温特性及低温环境测试结果，预修正与验证设计。本次设计选用安捷伦公司的增强型PHEMT器件ATF-54143，它不仅具有极低的噪声与较高的增益，同时可以消除HEMT器件在低温下的深电子陷阱效应。
1.2放大器稳定型设计
在理想放大器中S12为零，放大器会无条件稳定。但微波晶体管存在内部反馈，晶体管的S12即表示内部反馈量，可能导致放大器稳定性变差甚至自激，过高的增益亦会造成反馈功率变大，导致不稳定[3]。因此设计放大器必须保证放大器在工作频段内绝对稳定。放大器的绝对稳定条件是：
（1）
（2）
式中：Sij为晶体管的S参数，K称为稳定性判别系数，同时满足上述两个条件才能保证放大器是绝对稳定的。通过ADS仿真可以看出来ATF-54143在工作频段内并不是绝对稳定的。对于潜在不稳定管子，常见的改善稳定性方法有：源级负反馈，一般使用无耗感抗负反馈，实际电路中，常使用微带线LS来构成；输入、输出端口串并联电阻，用来抵消自激震荡引来的负阻抗部分，但同时会导致噪声系数恶化。综合考虑管子特性及设计要求，最终使用源级负反馈和阻性元件并联反馈结构，反馈结构引入阻性元件Rf可以减少增益纹波、降低宽带匹配难度，其引入的的噪声会随着温度减低得到显著下降。本设计采用两级级联达到设计所需增益要求，通过PI型阻性衰减器来提高级间隔离度。其电路结构如图1所示。
图1低噪声放大器电路结构图
1.3放大器电路设计
放大器电路设计包括直流偏置设计，直流隔离设计，匹配电路设计，版图联合仿真优化。
直流偏置设计包括了PHEMT管的静态工作点及工作状态的选取和偏置电路设计，本次设计选取3V、60mA工作点。首要满足最小噪声的同时，依靠两级放大来提高增益。在保证将偏置电压正确送入到PHEMT管脚的同时需要做到与交流电路部分达到良好的隔离。在LNA电路设计中，使用隔直电容C3、C4来抑制直流偏置电压对前后级器件的影响。
匹配电路设计：低噪声放大器的噪声系数和放大电路的匹配网络有着紧密的联系，二端口放大器噪声系数表达式为
（3）
式中：Fmin表示晶体管噪声系数的最小值，rn为晶体管的等效噪声电阻，Γopt为最佳源反射系数，ΓS为源反射系数。由此可见，当Γopt=ΓS时，可实现最佳噪声匹配。因此放大器的第一级按照最小噪声设计同时适当兼顾驻波特性，输入端反射系数ΓS选Γopt附近，放大器第二级设计兼顾噪声和增益。根据ADS软件进行设计优化，添加微带与焊盘，联合仿真最后达到仿真结果如图4所示。
根据ADS仿真设计的版图制成PCB电路，使用村田0603封装元件焊接。为了保证良好的接地，PCB使用大量过孔安装到屏蔽盒地板上，屏蔽盒采用黄铜材料，最终制作的LNA实物如图2所示。
2电路调整及实测结果
将放大器置于77K温度的液氮环境中，初次测试结果与设计有不小偏差，这一方面是由于分立元件的离散性和焊接引起的各种寄生参数影响，另一重要原因是晶体管在低温环境下性能参数的显著变化。在低温环境中，晶体管的V～I特性会发生变化，首先我们需要增加栅极电压来维持晶体管的漏极电流[4]，保证放大器工所需的偏置条件，测试显示恶化严重的输入驻波得到了改善。在保证低噪声的情况下，我们根据实测低温S11与NF情况，结合灵敏度分析，发现图1中反馈电阻Rf的值直接关系输入驻波和噪声。液氮环境中，增大Rf可以减小噪声，但会恶化输入驻波，减小Rf改善了驻波但会恶化噪声，权衡整个设计，我们选择了一个最优的Rf值，最后使得噪声与驻波均达到了设计要求。最终实现的放大器测试结果如图3～图6所示，由图3可见放大器在低温下的噪声系数下降约0.5dB，极大地提高了放大器的性能。
参考其仿真结果，我们发现由分立元件焊接的放大器性能易出现恶化，增益减小驻波变差等，这说明在仿真时候添加冗余量的重要性。由常温和低温测试结果图发现，按照最小噪声兼顾输入驻波匹配的电路在低温环境下，其器件特性的变化使得之前的匹配并不是在最优点，这就造成了S11的部分恶化，我们需要根据模拟结果，结合常温、低温调试来修正电路模型，最终实现电路设计。
第5篇：偏置电路设计范文
关键词：上电复位；带隙基准；温度系数；运算跨导放大器；激光调整
中图分类号：TP368.1文献标识码：B
文章编号：1004 373X(2009)02 012 04
Design of Power－on Reset Chip with High Reliability
WANG Hanxiang,LI Fuhua,XIE Weiguo
(Electronics and Information Engineering,Soochow University,Suzhou,215021,China)
Abstract：Based on problem of the conditional Power－on Reset(PoR) is easy to fail when powering on again,a comparator structure is proposed,which is implemented by bandgap reference,resistance network and logic block.Reset timeout delay block is added to make it much more reliable.The function simulation by Hspice using 0.6 μmCdouble poly－N well CMOS process shows that when the circuit working under the supply voltage of 3.3 V,the threshold of supply voltage is 3.08 V and the reset timeout delay is set to 100 ms.The results demonstrate that the design can supply a stable and reliable PoR signal and be used to monitor power supplies in computers,microprocessors and portable equipment.
Keywords：power－on reset;bandgap;temperature coefficient;OTA;laser trimming
0 引 言
现代科技领域对电子产品性能的要求越来越高，微处理器系统的稳定性和抗干扰能力是电子工程师面临的一大难题，电源监控技术就是解决这一难题的有效手段之一。上电时上电复位（Pow－on Reset,PoR）电路对数字电路中移位寄存器、D触发器和计数器、模拟电路中的振荡器、比较器等单元电路进行复位，保证电路在上电过程能正确启动［1,2］。上电复位信号在电源电压上升过程中一直保持低电平（有效复位电平），直到电源电压稳定达到系统规定的正常工作电压后转变为高电平。
传统上电复位电路是利用电容上的电压不能突变，通过RC充电来实现。尽管 “充电箝位”电路可以改善上电没有器件限制电容C充电的问题，但这种结构在二次上电时仍有可能出现失效［3］。在此基于比较器型复位电路［3］，设计了高精度的带隙基准、比较器、用于门限设置及检测的内部电阻网络和复位延时电路，有效解决二次上电失效，具有高可靠性。
1 电路设计与分析
1.1 上电复位电路的结构和原理
为了解决传统上电复位电路的二次上电可能出现错误的问题，这里基于比较器结构设计了精准的带隙基准作为比较基准，其中电阻网络用于设置和检测电压，采用延时电路减小电压纹波的影响，提高了复位信号的可靠性，结构如图1所示。在上电过程中，reset一直保持低电平，当电源电压达到预设的阈值电压后，采样电压高于基准电压Vref，比较器输出状态改变，逻辑电路控制时钟电路产生延时，100 ms后reset变为高电平，完成复位。
图1 POR的系统框图
1.2 偏置电路
精确的偏置电流是整个电路准确运行的基础，因此设计一种与电源电压无关的偏置电流I ［4］，如图2所示，其中：
ИW1L1=KW2L2,W4L4=W3L3
VGS2－VGS1=IR1
I=12・μCOXW1L1(VGS1－Vth1)2
I=12・μCOXW2L2(VGS2－Vth2)2И
忽略体效应，联解上式得：
ИI=2μCOXW2/L2・1R21(1－1K)2И
由上式可知偏置电流与电源电压无关，但电阻具有温度系数，为了减小偏置电路的温度系数,电阻由正负温度系数的电阻按比例串联组成。poly2电阻为负温度系数，而N阱电阻为正温度系数，两者结合可以实现零温度系数。
图2 偏置电路
图2中M5~M7组成启动电路，克服自偏置电路的零偏置点。NB，PB为偏置电流的镜像电流，为带隙基准、比较器电路和时钟电路提供偏置。
1.3 带隙基准电路
作为比较器的比较基准，其高稳定性是比较结果准确性的关键，因此设计了一种低温度系数与电源电压无关的带隙基准［5－9］。带隙基准由电源电压产生稳定精确的Vref，能克服电源电压的波动、温度的变化以及工艺误差等影响，输出稳定的参考电压。利用Veb和VT的温度特性来进行温度补偿，实现零温度系数。
图3为带隙基准电路结构图，A，B点为运放的两个输入端，运放闭环，A，B两点等电位。
ИI2=ΔVeb/R1
Vref=Veb2+I2(R1+R2)
ΔVeb=VTln(mn)
Vref=Veb2+VTln(mn)(R1+R2)/R1И
式中，m为R2与R3的比值；n为Q2 与Q1 的比值；Veb为负温度系数；VT为正温度系数。所以选择合适的电阻比值和晶体管的面积比值，可以使输出参考电压获得最小的温度系数，当然电阻本身同样具有温度系数，但电阻以比值出现，可以忽略其影响。M1~M10构成运算跨导放大器［10］,C1为运放的相位补偿，保证60°的相位裕度。
图3 带隙基准
1.4 比较器电路
比较器电路用于监测电源电压变化，能比较的电平越低越好，即具有较高的灵敏度。因此采用经典的二级比较器［11］，它具有很高的开环增益，高于60 dB。合理设置差分输入管M1，M2和电流镜负载M3，M4的尺寸，保证了比较器低的失调电压。选择合适的尾电流大小，能提高压摆率，优化比较器的响应速度。其高增益、低失调、快速度特性保证了比较器准确对电源电压的监控。图4中M1~M5为第一级；M6，M7为第二级；I1，I2为2个缓冲级。
图4 比较器
1.5 时钟电路
为了增加复位信号的可靠性，这里增加了复位延时。其主要由振荡器和分频器组成，如图5所示。M1~M7和C1构成振荡器，EN为使能信号。EN为低电平时，振荡器开始工作，M5导通，M3，M4组成的电流源通过M5对电容C1充电；当电容上的电压上升到施密特触发器的V+时，施密特触发器反相，M6导通，电容通过M1，M2构成的电流沉放电；当电容上的电压下降到施密特触发器的V_时，密特触发器反相，M5导通，这样周而复始，产生时钟信号。
图5 时钟电路
t涞绐=C1(V+－V－)/I涞绐，
t诺绐=C1(V+－V－)/I诺绐，T=t涞绐+t诺绐
分频器的作用是产生一定的延时来触发复位信号，增加复位信号的可靠性。其主要由一串D触发器构成的二分频电路构成，NЪ抖分频构成的延时为：
Иt┭邮豹=2N2T=2N-1TИ
1.6 采样电路
采样电路由电阻网络实现，主要用于采集电源的变化。图1中的R1和R2构成采样电路，VCC_th为电源电压的门限电压，则：
ИVCC_det=VCCR2/(R1+R2)И
临界点为：
ИVCC=VCC_th,VCC_det=VrefИ
因此：
ИR2/R1=Vref/(VCC_th－Vref)И
静态电流为：
ИIq=VCCR1+R2И
考虑到静态电流，要求采样电阻阻值较大，一般2个采样电阻（即R1，R2）需大于100 kΩ。用较小的等阻值的电阻串联来提高精度，所以在版图中设计一些被短接的预留电阻，并通过激光调整的方法或修改顶层金属连线来调节电阻。电阻的高精度和良好的匹
配性保证了被采集电源信号的准确性。
2 电路仿真
利用0.6 μm的CMOS工艺模型和HSpice仿真器，对设计的PoR进行仿真和优化。以下为仿真的主要结果。
带隙基准的正常启动和精确性对PoR的准确工作至关重要。图6是对带隙基准启动过程的仿真，图中可见当电源上电过程中，带隙基准电路正常启动；图7是Vref随电源电压VCC的变化特性，由图可知，在电源电压VCC变化范围内(2.0~3.3 V),Vref仅有2.5 mV的变化。
图6 带隙基准的启动
图7 Vref随电源电压VCC的变化特性
图8是对上电复位电路的上电、掉电和二次上电的仿真，图中可以看出电源缓慢上电， reset一直保持低电平，当超过3.08 V后振荡器开始工作，经过8个振荡周期reset变为高电平。
图8 POR上电、掉电、二次上电的仿真
电源电压掉电低于3.08 V，reset变为低电平，再次上升达到电源阈值电压8个振荡周期后reset又变为高电平。仿真结果表明PoR具有高可靠性。为了减少仿真时间，本图仿真采用的是16分频器，而不是实际的100 ms延时。
3 版图设计
作为设计与制造的纽带，版图的地位至关重要，模拟集成电路的性能很大程度受版图因素的影响［12］。以下为版图设计中的一些注意点：
（1） 该带隙基准PNP管的面积比是8∶1，做成3∶3∶3的结构，将面积为1的管子置于中心，保证匹配性；
（2） 该设计与电阻密切相关，电阻的失配会产生误差，将电阻做成叉指相间的形式，尽量减小电阻的不匹配；
（3） 运放的差动输入对的失配会产生失配影响电路性能，将差动对做成十字交叉形式，保证其对称性；
（4） 偏置电流要相对对称，减小失配引入的误差；
（5） 参考电压要远离跳变电压，总体布局时考虑到应力因素，将匹配性要求高的电路尽量置于应力较小处。
4 结 语
设计了一种由精确的带隙基准比较器，用于门限设置和检测的内部电阻网络等组成的上电复位，具有复位延时，可以准确可靠提供复位信号，还具有良好的性能，可广泛用于处电脑、微控制器以及各种便携式电子产品中，实现对系统电压、电源电压和电池的监控。
参考文献
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第6篇：偏置电路设计范文
关键词： 透射电子显微镜； 照相机； CCD； 驱动电路； CPLD
中图分类号： TN16?34； TP212 ； ； ； ； ； ； ；文献标识码： A ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ；文章编号： 1004?373X（2014）23?0142?04
Design of array CCD driving circuit based on CPLD
SUN Mao?duo， DONG Quan?lin， ZHAO Wei?xia， DANG Yu?jie， YANG Ya?jiao
（School of Instrumentation Science and Optoelectronics Engineering， Beihang University， Beijing 100191， China）
Abstract： In design of a TEM camera with CCD ICX285AL as the image sensor， an array CCD driving circuit based on CPLD was designed. Altera′s EPM570T100 is used as a time?sequence generator to generate CCD driving signal and CDS?control signal. A driver circuit and DC bias circuit were designed to provide voltage transformation， and to generate DC source and bias voltage. Verilog HDL is adopted to compile program under Quartus II 13.1 to implement logic circuits in CPLD. Simulations were conducted in the ModelSim 10.1. Experiment results indicate that the designed driving circuit can generate the driving pulse and bias voltage which meet the demands of CCD， and can steadily output CCD video signal.
Keywords： TEM； camera； CCD； driving circuit； CPLD
0 ；引 ；言
电荷耦合器件（CCD）是一种可应用于图像传感、信号处理、数字存储的半导体光电传感器，与传统摄像器件相比，不仅具有灵敏度高、速度快、动态范围宽、量子转换效率高、输出噪声低、控制方便、实时传输等优点，而且还具有很高的空间分辨率[1]，因此广泛应用于电子显微镜微光成像、遥感成像、卫星监测等领域[2]。
在透射电子显微镜（TEM）中，成像依赖于电子轰击闪烁体发光，亮度较低，且光谱集中在500～600 nm之间[3]。针对TEM的成像特点，选择ICX285AL作为图像传感器，设计了一款基于CPLD的面阵CCD驱动电路，以提供满足ICX285AL工作要求的直流偏置电压和驱动脉冲，在有限状态机的控制下，以12.5 MHz的频率不间断输出图像信号，且曝光时间可调，满足了实用要求，为TEM CCD相机的后续设计和改进奠定了基础。
1 ；目标CCD特性
ICX285AL是SONY公司的一款行间转移科学级单色面阵CCD图像传感器，像元尺寸为6.45 μm×6.45 μm，总像元数为1 434（H）×1 050（V），由于采用EXview HAD CCD技术，在500～600 nm之间的量子效率达到60%以上[4]，非常适合拍摄透射电子显微镜闪烁体的荧光图像，因此选择ICX285AL作为TEM CCD相机的图像传感器。
ICX285AL内部结构如图1所示，包含感光单元、垂直移位寄存器、水平移位寄存器三个部分。在积分时间结束后，感光单元电荷转移到相邻的垂直移位寄存器中，在垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4共同作用下一行一行地转移到水平移位寄存器，在水平转移脉冲HФ1，HФ2和复位时钟RG的共同作用下经放大器读出。
2 ；CCD驱动电路设计
CCD驱动电路为ICX285AL提供了驱动脉冲和直流偏置电压，其组成框图如图2所示，主要包括控制电路、偏压电路、驱动器电路等（CCD的输出信号通过相关双采样电路采集，这里只涉及采样控制信号的产生方法）。下面分别介绍这几个部分。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t1.tif>；
图1 ICX285AL内部结构示意图
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t2.tif>；
图2 驱动电路系统示意图
2.1 ；偏压电路
偏置电压电路向CCD以及驱动器电路提供直流偏置电压，并为器件提供3.3 V电源。
ICX285AL所需垂直转移信号的电压为-7 V，0 V，15 V三个级次，水平移位信号和复位信号电压为5 V，基底信号电压为22 V，CPLD电源电压为3.3 V，驱动器芯片电源电压为5 V。
设计外接5 V直流稳压电源，选用LT1129产生3.3 V电压，选用LT1935产生15 V偏压，选用LT1964产生-7 V偏压。图3中由下至上分别是LT1935和LT1964偏压产生电路设计。
2.1.1 ；LT1935偏压电路设计
LT1935是开关频率1.2 MHz的升压型开关稳压电源[5]。输出电压值由[R7]和[R11]设定：
[VOUT=1.265?1+R7R11] ； ；（1）
式中：1.265 V是反馈引脚FB的参考电压；取[R7，][R11]分别为110 kΩ，10.13 kΩ（10 kΩ与130 Ω串联），预计输出的电压15 V。
2.1.2 ；LT1964偏压电路设计
LT1964是低噪声负压线性稳压电源[6]。它的-15 V直流输入是通过反向电荷泵由LT1935的开关引脚（SW）得到的。输出电压由[R6]和[R10]设定：
[VOUT=-1.22?（1+R10R6）-IADJ?R2] （2）
式中：[VADJ]=-1.22 V，为调整端口ADJ的参考电压；[IADJ]=-39 nA（25 ℃时），为ADJ端口的偏置电流。设计取[R10，][R6]分别为48.7 kΩ，10.27 kΩ（10 kΩ与270 Ω串联），预计输出的电压为-7 V。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t3.tif>；
图3 偏置电压产生电路
2.1.3 ；电源滤波
在电源输出端采用并联电容、串联磁珠的方式滤除高频噪声。设计采用低等效串联阻抗X5R型陶瓷电容并联在电源输出端与地之间，采用大容值并联小容值、大封装并联小封装的方式，展宽了输出端与地之间的低阻抗带宽，更好地滤除高频噪声，同时提升了电源输出瞬态响应性能[7]。
2.2 ；驱动器电路
常用的可编程逻辑器件的输出电平多为1.8 V，2.5 V，3.3 V和5 V几种规格，不符合CCD驱动脉冲的要求，除了3.3 V电平的复位信号RG信号可直接驱动CCD，其余8路时序信号必须经过电平变换以提高驱动能力。驱动器电路采用一片CXD3400N和一片74ACT04芯片进行电平转换，电平转换示意图如图4所示（图中括号内的值为电压范围）。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t4.tif>；
图4 电平转换示意图
CXD3400N是6通道CCD垂直驱动器，支持2.7～5.5 V的逻辑输入，可提供4路三级电平垂直驱动、2路二级电平垂直驱动、1路二级电平基底时钟驱动[8]，其输出脉冲的高级和低级电平分别等于外接的正、负偏置电压，中间级电平等于地平面[8]。一片CXD3400N即可提供全部垂直驱动信号以及基底时钟。应当注意的是，两路三级电平脉冲信号[Vφ2A，][Vφ2B]是由XSG1，XSG2和XV2转换来的。
74ACT04是一款高速6通道反相器，可以将3.3 V信号转换成5 V信号[9]，采用一片以提供水平驱动信号。
2.3 ；控制电路
2.3.1 ；电路实现
CPLD具有ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优势，同时设计周期短且灵活性好，可通过JTAG实现在线编程[10]，是设计高速数字硬件的理想选择。设计采用Altera公司MAX Ⅱ系列的EPM570T100作为时序产生器。
设计采用Verilog HDL语言实现时序逻辑电路。Verilog HDL作为一种硬件描述语言，其编程结构类似于计算机中的C语言，在描述复杂逻辑设计时非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真能力，是当前系统硬件设计语言的主流[11]。在Quartus Ⅱ开发环境下，采用自顶向下的方式实现复杂逻辑的设计，并采用有限状态机控制时序的产生过程。在其顶层模块实例化各功能模块，然后采用Verilog HDL语言对各功能模块详细描述[12]。
2.3.2 ；有限状态机
根据ICX285AL的工作过程，借助Quartus Ⅱ中集成的状态机生成向导（State Machine Wizard）设计三段式状态机，将“次态逻辑”、“状态寄存器”和“输出逻辑”分别放在不同的always进程中描述，以消除出现竞争冒险现象的可能，去除信号毛刺[13]，状态机转换图如图5所示。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t5.tif>；
图5 状态转换示意图
为充分利用CCD的动态范围[14]，对应不同的光照条件，状态机包含了长积分和短积分两种状态转移模式。
2.3.3 ；时序产生
设计使ICX285AL工作在逐行扫描模式，需要9路驱动脉冲，垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4，水平转移脉冲HФ1，HФ2，复位时钟RG以及控制曝光的基底时钟ФSUB。
CCD一帧图像的工作周期包括感光阶段和转移阶段，转移阶段又分为帧转移、垂直转移、水平转移。在感光阶段，给基底提供低电平，CCD感光单元开始收集光电荷，存储电荷的多少取决于光照强度和曝光时间。帧转移阶段，垂直转移脉冲VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4输出一组三级电平信号，此时感光结束，成像单元中的电荷以电荷包的形式转移到相邻的垂直移位寄存器中。在垂直转移阶段，包含1 050个循环，每一次循环VФ1，VФ2A，VФ2B，VФ3，VФ4都会输出一组二级电平信号，使电荷沿垂直移位寄存器移动一行，最后一行进入水平移位寄存器，然后在HФ1，HФ2和RG的作用下完成1 434个循环，每次循环读出一个像素信息。RG用于将浮置扩散节点的电荷清除掉，以便能够准确测量下一个电荷包。
通过计数器可以方便地规定时序信号的占空比和相位关系。设基础时钟周期[t，]设计CCD的像素读出周期为[T=8t。]编写逻辑cnt_clk和cnt_pixel对[t]和[T]分别计数，利用cnt_clk的值规定水平转移、复位和采样控制时序信号，利用cnt_pixel的值规定垂直转移、基底时序信号，两个计数器在状态发生转移时均被重置。
2.3.4 ；时序仿真
完成Verilog HDL语言的编译、综合后，在Quartus Ⅱ中编写仿真脚本（Test Bench），在ModelSim 10.1中进行了仿真，仿真结果如图6所示。图6（a）显示了垂直驱动时序信号。图6（b）显示了水平转移、复位以及采样信号。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t6.tif>；
图6 时序信号仿真图
3 ；实验结果
将Verilog HDL程序下载到CPLD中，利用示波器检查偏置电压和驱动波形无误后，将CCD安装在驱动电路上。
利用光源使CCD输出信号饱和，用示波器测试CCD的输出信号，结果如图7所示。
<；E：＼2014年23期＼2014年23期＼Image＼44t7.tif>；
图7 CCD输出信号
测得像素读出速率为12.5 MHz，与设计一致，输出信号清晰显示出了每个像素周期包括的复位电平、参考电平、信号电平三部分，其中参考电平和信号电平电位差约为1 V，实验结果表明ICX285AL在驱动电路的驱动下正常工作。
4 ；结 ；语
设计并加工了一款用于TEM CCD相机的CCD驱动电路，采用CPLD作为时序发生器，通过状态机实施过程控制，在不改变硬件的情况下，可以方便地更改曝光时间和相机工作模式，同时保证图像的连续采集。使用CXD3400N和74ACT04作为驱动器，能够输出高质量的驱动脉冲。
通过实验，验证了ICX285AL在该驱动电路的驱动下能够连续、稳定地输出视频信号，证明该设计满足实用要求，为TEM CCD相机的后续研究奠定了基础。
注：本文通讯作者为董全林。
参考文献
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第7篇：偏置电路设计范文
【关键词】带隙基准；曲率补偿；高稳定性
1.引言
基准电路包括基准电压源和基准电流源，在电路中提供电压基准和电流基准，是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块[1]。随着集成电路规模的不断增大，特别是芯片系统集成（SOC）技术[2]的提出，使基准电路被广泛使用[3]的同时，也对其性能提出了更高的要求。
基准电压源是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量[4]。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中，如数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。鉴于此，国外许多模拟集成电路制造厂商相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高的精度和速度要求，这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。
本论文在分析研究宽电压源、高精度、低温度系数集成电压基准源的电路结构的基础上，探索设计出一种输出电压为2.5V的最佳的电路结构，以实现电路宽电源电压范围（3V～36V）、低温度漂移系数（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的设计指标。
2.宽电源电压集成电压基准源设计
2.1 传统的带隙基准源[5][6]
基准电压源经历了电阻分压式基准电压源、PN结基准电压源、击穿二极管基准电压源、自偏置电路电压源的发展。以上各种基准电压源中，电阻或有源器件直接分压形成的基准不能独立于电源，精度非常低。
1971年，Robert Widlar提出了一种带隙参考电压源技术。该技术可得到一种不依赖电源并几乎与温度无关的独立基准，可在低电源电压下工作，并与标准CMOS工艺兼容这些优点使其获得了广泛的研究和应用，也是本次设计采用的技术。图1是带隙基准电源的基本原理图。
利用热电压VT的正温度系数与双极型晶体管的基极-发射极电压VBE的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中VBE的温度系数在室温时大约-2mV/℃；而热电压VT=KT/q，其温度系数在室温下大约为+0.085mV/℃。将电压VT乘以常数K以后与电压VBE相加，便可得到输出电压VREF为：
即理论值K≈23.26，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于VT与电源电压无关，而VBE受电源电压变化的影响很小，故VREF受电源电压的影响也很小。
带隙基准电压源经历了从Widlar带隙基准电压源、Brokaw带隙基准电压源、传统典型的带隙基准电压源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的带隙基准电压源、CMOS带隙电压基准源电路的发展，能够输出比较精确的电压，但其电源电压高，其基准输出范围及各项性能有限，故要得到高精度低漂移的宽电源电压集成电压基准源，就必须对以上电路在结构上进行改进和提高。
2.2 宽电源电压集成电压基准源的设计
图2所示为带隙基准电压源电路基本结构框图，它主要由五部分组成[7]：
1）带隙电压内部环路—主要功能是产生带隙电压。
2）运算放大器—使带隙电压内部环路中两个需要具有相同电压的点稳定在相同的电压。
3）输出级—用来产生最终的带隙基准参考电压和电流。
4）启动电路—主要功能是确保电路在上电的时候能够进入正常的工作状态。
5）偏置电路—为运算放大器的工作提供偏置电流。
本文所涉电路采用6μm标准双极型工艺实现，实现了一种基于曲率补偿，具有高稳定性的带隙基准电路。本文在分析比较各种基准电压源性能的前提下，最终选择了以基于PTAT（与绝对温度成正比）改进的带隙基准源电路作为设计的基础，并对其原理进行了详细的分析。为了进一步提高基准电压源的性能，在深入研究温度和电源电压的变化对带隙基准电路稳定性影响的基础上，指出基极一发射极电压与温度的非线性关系是造成基准不稳定的主要原因，针对这种情况，采用了环路补偿方法来进行高阶温度补偿：利用环路补偿电流（INL）的非线性特性去补偿基射结电压（VBE）的非线性。并且将补偿电流（INL）和与绝对温度成正比的电流（IPTAT）直接相加实现了很好的补偿。不仅结构简单还获得了较好的温度系数。另外，对所采用的运算放大器、启动电路和温度保护电路也进行了研究，并设计了优化合理的电路结构。分块对带隙基准核心电路、曲率补偿电路、运算放大器电路、偏置电路、启动电路进行设计并仿真。所设计的整体电路图如图3所示。
其中（a）为带隙基准核心电路，（b）为运算放大器电路，（c）为曲率补偿电路，（d）为偏置电路，（e）为启动电路，（f）为输出级。
3.仿真结果及分析
在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于6μm标准双极型工艺模型对电路进行了仿真。得到电路的直流电压特性曲线、温度特性曲线、电源电压抑制比曲线、负载调整率曲线、噪声特性曲线、启动时间曲线，如同4所示。
4.结论
本文通过对带隙基准电压源深入的理论研究，完成了全双极性带隙基准电压源的设计，该基准电压源基于双极型工艺，通过Spectre验证，温度系数仅为6ppm/℃，并具有78?V/V的电源电压调整率以及高达78dB的交流PSRR，高精度，低噪声和驱动能力强等特性。其中各项设计指标完全达到预期要求，具有一定的优点和实用价值。
参考文献
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第8篇：偏置电路设计范文
关键词： 带通滤波器； EDA； FilterPro； Proteus； 仿真分析
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）10?0024?03
0 引 言
带通滤波器是一种仅允许特定频率通过，同时对其余频率的信号进行有效抑制的电路。由于它对信号具有选择性，故而被广泛地应用现在电子设计中。但是，带通滤波器的种类繁多，各个类型的设计差异也很大，这就导致了在传统滤波器的设计方法中不可避免地要进行大量的理论计算与分析，不但损失了宝贵的时间，同时也提升了电路的设计门槛[1]。为了解决上述弊端，本文介绍了一种使用FilterPro和Proteus相结合的有源带通滤波器的设计方案，随着EDA技术的不断发展，这种方法的优势也将越来越明显。
1 带通滤波器设计工具简介
1.1 滤波器设计软件FilterPro
FilterPro是美国TI（德州仪器）公司推出的一款优秀的滤波器设计软件，它支持低通、高通、带通以及全通滤波器的设计，同时也支持常见的贝塞尔、巴特沃斯以及切比雪夫响应类型。设计人员只需要根据滤波器的设计向导按部就班地往下进行，就可以得到符合要求的滤波器电路，同时还可以得到与之相对应的响应曲线。但是有一点需要注意：这款软件的计算结果是一个连续域的计算结果，只有当使用的运算放大器是绝对理想的运放时才能得到与所给响应曲线完全吻合的响应结果，但这并不影响我们使用它进行滤波器的设计。因此只需要使用其他基于Spice模型的EDA仿真软件对电路进行仿真分析和调整，这就可以设计出性能稳定的滤波器电路[2]。
1.2 电路仿真软件Proteus
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司开发的一款功能强大的EDA软件，它自身集成了丰富的元件库，更具有其他软件无法与之相媲美的单片机仿真功能，使得它被广大单片机设计人员所熟知。其实Proteus在模拟电子的设计与仿真中做的同样出色，只不过对它在这方面的介绍较少。
4 结 语
本文介绍的这种带通滤波器的设计方法具有很强的通用性。实践表明，该方法不但可以避免一些复杂的理论计算和分析，同时通过仿真还可以直观的检验电路的输入和输出，进而使得滤波器的性能更加的稳定。另外，使用EDA软件进行电路设计和仿真测试也可以有效地降低设计难度和设计成本，这种设计方法也为滤波器的设计提供了一种新的设计思路。
参考文献
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（下转第30页）
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第9篇：偏置电路设计范文
USB2.0(通用串行总线)已经成为PC外设接口标准。但USB2.0接口芯片技术只被Intel,Philips等少数国外大型半导体厂商占有,在国内还是空白。无论从市场需求,还是从促进我国芯片设计能力来说,开发具有我国完全自主知识产权的USB2.0接口芯片都是非常迫切的一个问题。
接口芯片中高速(480Mbps)及模拟电路部分是设计的难点所在,本论文首次引入基于数字的模拟化设计技术(DBA),并成功应用到发送器电路、数据恢复电路、时钟发生电路(DLL)等关键模块的设计之中。 DBA技术的核心在于:将数字电路设计的思想渗透到模拟、混合信号电路设计中,使用数字算法将尽可能多的电路设计放在数字一边。由于采用了数字技术来实现模拟电路部分的功能,因此这种全新的设计方法可以避免模拟、混合信号电路中参数调整和工艺控制的难点,提高电路设计精度和稳定性,并降低噪音影响,是一个好的解决方案。
在发送器电路的设计中,论文在同一结构电路中兼容高速和全速两种模式,不仅降低了芯片设计复杂度,而且减少了芯片引脚处的额外电容及芯片面积;在接收器电路的设计中,论文采用了经优化的新型拓扑结构,提高了数据采样和接收精度;在数据恢复电路中,论文提出了新颖的基于5-倍DLL-过采样的数字算法和查找表技术,可省去繁杂的时钟恢复过程,同时提高了高速数据信号对相位偏移(skew)和抖动(jitter)的容忍度。
基于TSMC0.25um CMOS混合信号工艺,用于功能外设的USB2.0接口芯片采用自顶向下的设计方法。芯片的核心组成部分,即发送器、接收器电路以及能隙基准电压源已经在上海集成电路产业化基地参加MPW流片,测试结果表明:在正确的基准电压偏置下,芯片发送、接收功能参数指标符合USB2.0协议要求。 另外,Link层中新型数据处理电路、“PLL+DLL”结构的五相高精度等间距时钟产生电路也在相应的后仿真结果中得到成功验证