初学者的MATLAB/Simulink

从网上找到一篇MATLAB/Simulink入门的文章，以有刷直流电机的仿真为例介绍了软件的使用方法，觉得不错就翻译了一下，原文地址如下，如果懂日语的话可以直接看：http://www1.bbiq.jp/kougaku/matlab_intro.html

MATLAB是现存最流行的仿真软件。作为控制专业的学生，即使没有用过也应该听过这个名字。这篇文章是为了做一个控制系统的仿真而使用MATLAB/Simulink这个软件的。主要目的是给从来没有使用过MATLAB的人们简单讲解一下用MATLAB做仿真的方法，可以作为入门的文章参考。
MATLABはシミュレーションソフトとして最もポピュラーな存在です。制御系の学生であれば，使ったことはなくてもその名前ぐらいは知っていると思います。ここでは，制御系のシミュレーションをやるためにMATLAB Simulinkを使用します。まったく使ったことがなかった人間が初めてMATLABでシミュレーションを行った体験をもとに解説しています。入門編として参考にしてみてください。

系统分类: 汽车电子   |    用户分类: 无分类    |    来源: 整理

该用户于2008-11-24 19:21:01编辑过该文章

MOS相关资料的整理

以MOSFET的驱动设计为基础，再加上功率器件选择相关一些需要注意的地方。这里只总结了结果，拼成一页A4纸大小，方便打印参考，具体原理就不再详细写了，反正技术都是死的，人都是活的。（点开看图片）

系统分类: 汽车电子   |    用户分类:    |    来源: 原创

CAN入门

1，CAN是什么？

    CAN 是Controller Area Network 的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。

    CAN在汽车中用于车内各个电子控制系统之间的高速通信，目标是增加新功能，减少电气连线。

    CAN在1986年由德国电气商博世公司开发。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

    汽车内其它的通信协议还有LIN，FlexRay等。

2，总线拓扑图

    CAN控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

    CAN连接示意图如下所示：（Renesas《CAN入门书》）

    很多汽车工业用CPU都自带CAN控制器，典型的CAN应用电路由收发器，滤波电路，保护电路组成。

    CAN收发器的制造厂商有飞利浦，英飞凌，瑞萨等。  

    CAN滤波器一般使用CANbus专用的高电感共态滤波器，生产厂家有TDK等。  

3，CAN的特点

（1）多主控制

・在总线空闲时，所有的单元（ECU）都可开始发送消息控制总线（多主控制）。

・最先访问总线的单元可获得发送权。

（2）消息的发送

・在CAN 协议中，所有的消息都以固定的格式发送。

（3）仲裁机制
・两个以上的单元同时开始发送消息时，根据标识符（Identifier 以下称为 ID）决定优先级。ID 并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。

・两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID 的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜（被判定为优先级最高）的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。

（4）通信速度

・根据整个网络的规模，可设定适合的通信速度。

・在同一网络中，所有单元必须设定成统一的通信速度。不同网络间则可以有不同的通信速度。

（5）连接单元数量

・CAN 总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。
・实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。

4，CAN的标准化协议（传输速度）

CAN 协议经ISO 标准化后有ISO11898 标准和ISO11519-2 标准两种。ISO11898 和ISO11519标准对于数据链路层的定义相同，但物理层不同。

    (1) 关于ISO11898

ISO11898 是通信速度为125kbps-1Mbps 的CAN 高速通信标准。

    (2) 关于ISO11519

ISO11519 是通信速度为 125kbps 以下的CAN 低速通信标准。

    高速通信标准和低速通信标准的硬件规格也不一样，所以需要选用不同的收发器。在收发器的规格书上都会注明高速通信用还是低速通信用，或者是符合ISO11891标准还是ISO11519标准。

　　关于CAN的协议等其他方面的详细介绍，可以阅读下列参考资料。

参考资料：

1，  Renesas《CAN入门书》，2006年2月10日
中文版：
http://cn.renesas.com/media/hk_pdf/CN_Prod_Cat/C6/can_app/rcj05b0027_can_intro.pdf
英文版：
http://documentation.renesas.com/eng/products/mpumcu/apn/rej05b0804_m16cap.pdf

2，  周立功单片机《CAN发展史》，《CAN－bus 规范V2.0 版本》
http://www.zlgmcu.com/philips/can/can_about.asp
http://www.zlgmcu.com/download/downs.asp?ID=371
http://www.zlgmcu.com/download/downs.asp?ID=380

3，  Bosch CAN Specification Version2.0
http://www.semiconductors.bosch.de/pdf/can2spec.pdf

系统分类: 汽车电子   |    用户分类:    |    来源: 整理

电荷泵扫盲篇

   
    介绍功率MOS管的驱动时，提到一个电荷泵，用来提供高于VCC的电压。这在马达驱动器，开关电源驱动芯片经常用到。而且很多情况下，跨接电容需要单独选择。这时需要了解一些基本的内容。
   
1，原理
    电荷泵的基本原理是，通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势。(参考资料1)
    最简单的电荷泵：跨接电容A端通过二极管接Vcc，另一端B端接振幅Vin的PWM方波。当B点电位为0时，A点电位为Vcc；当B点电位上升至Vin时，因为电容两端电压不变，此时A点电位上升为Vcc+Vin。(参考资料2)
    所以，A点的电压就是一个PWM方波，最大值是Vcc+Vin，最小值是Vcc。（假设二极管为理想二极管）（很简单的电路，可以用Pspice模拟）
    A点的方波经过简单的整流，就可以作为驱动MOS管的电源了。

    
    常见的马达驱动器或者开关电源驱动芯片有一个引脚，通常叫做Vboost，推荐电路会在Vboost管脚和驱动管脚之间接上一个电容，这个电容就是上面介绍的跨接电容。二极管会接在Vcc与Vboost之间。
    对于跨接电容，需要注意的是耐压和容量。   
   
2，计算（参考凌特LTC3240 DATASHEET）
    通常对于电荷泵，最感兴趣的是下面两个指标：
    1，输出电压。
    理想情况下，输出电压最大值Voutmax=Vin+Vcc-Vf  (Vf=二极管压降)。
   
    2，输出电流。
    经整流后得到的输出电压为Vout，可由公式算出Vout与最大可用输出电流的关系(参考资料3，page8,9)：
    Iout=(Vcc+Vin-Vf-Vout)*f*Cfly (f=PWM波频率，Cfly=跨接电容值)
    用来驱动MOS管时，因为此时相当于给电容充电，而电容充电瞬间相当于短路（输出电压为0），所以，我们用短路输出电流来评价电荷泵：
    Iout=(Vcc+Vin-Vf)*f*Cfly
   
    上面两个公式是理想情况下得出的。因为电荷泵的有效开环输出电阻(参考资料3)存在，使得实际情况不是那么理想。所以在MOS管的驱动设计中，选择跨接电容时一般要留有一半的余量。
   
3，应用
    除了MOS管的驱动，电荷泵有时也用于相机的照明灯等设备，也有升压，降压，和产生负压的电荷泵。当然因为有更高的要求，内部原理要比上面介绍的复杂得多，但是，万变不离其宗，了解了电荷泵的基本动作原理，更复杂的电路也就不难了。
   
参考资料：
1，DC-DC电荷泵的研究与设计，<<通信电源技术 >>2004年05期，曹香凝
2，《晶体管电路设计》（下），铃木雅臣，科学出版社
3，凌特LTC3240 DATASHEET

系统分类: 电源技术   |    用户分类:    |    来源: 原创

双极性晶体管（三极管）应用扫盲篇

    电路设计，网上有专家写过《硬件开发的基本准则》，不同的芯片有不同的用法，要具体问题具体分析。而芯片以外， 包括芯片的外围电路设计，归根到底是分立的电子元件的使用。
    分立的电子元件除去阻容元件，用的最广泛的就是双极性晶体管（BJT）了。相对MOS管，BJT的使用要简单得多。
   
1，分类
    众所周知，按极性可以分为PNP和NPN两种，按材料一般可以分为硅管和锗管，按额定功率分为大功率和小功率，按封装可以分为贴片和插件，等等。
    目前车载电子系统中，常用的是小功率硅管，为减小体积多用贴片封装。

2，应用
    现在电路中需要放大的地方都用运算放大器，音频放大器这些专门的IC，三极管的放大功能已经基本上很少用到了。我见过的应用多是以下几种：
   
    1，信号开关。这是最普遍的应用，因为成本比MOS管低，使用简单，也不需要流过很大的电流，不用担心功率损失和发热。
    开关导通的原理也很简单。只要基极电流达到一定值，根据公式：集电极电流Ic=Ib*h，选择合适的限流电阻，让Ic达到阈值，三极管就会导通，这时CE间的压降大概是0.1～0.3V。
    因为三极管的放大倍数h较高，所以不要求Ib很大，通常用法是使用CPU的输出管脚直接控制。如果电流不够，可以再接一个三极管。
    需要注意两点，一是设计一定要留有足够的余量，二是保证集电极电流在额定值以下。
   
    作为开关使用时，三极管的基极大多有两个电阻分压，防止集电极电流过大而损坏三极管，一般阻值是几K到几十K。很多厂家生产时会把这两个电阻集成到三极管内部，叫做数字三极管，专门用做开关使用。这样做的好处是减小基板面积，缩短焊接时间，减少元件个数，等等。

    2，稳压电源。与稳压二极管或者专门的IC配合使用，作为线型稳压电源的输出三极管使用，这在以前写的《线性稳压器基础》中有较详细的介绍。需要注意的是发热问题，小电流时可以用基板铜箔放热，大电流时要考虑用插件，或者再加散热片。
   
    3，开关电源的导通管。虽然多使用MOS管，在低成本，开关频率不高的场合下，小功率双极性晶体管也有使用。（高电压大功率的开关电源也使用双极性晶体管，暂不做讨论）

    因为大多用作小信号的开关，所以三极管的损失可以忽略。而它的驱动也不像MOS管那样复杂，只要提供足够的基极电流就可以了。再加上成本低，所以应用很广泛。

系统分类: 模拟技术   |    用户分类:    |    来源: 原创

杂

    刚毕业的时候，公司前辈介绍电路设计基准，讲到最后说技术人员的基本素质，第一条是不允许不知道。他也没多说，我当时外语也差，连“不允许不知道”的内容都没听明白。转眼4年快过去了，回头想想现在我知道些什么，所以有本博客的开通和本文的出现。

    不允许不知道，应该是对自己设计的电路。按照DATASHEET上的推荐电路做，电路当然能工作，但实际的产品和十几年前修的半导体不是一回事。任何一个器件的变化都会引起电路性能的变化，哪些变化是必须知道的。
    实际上，一张电路图在开始做PCB之前，要有经验者确认以保证无误，这时候可能要应付各种各样的提问。比如删掉某某电路会有什么后果，如何改进，添加的电路是干什么的，某个电阻什么作用，等等。当然，沿用以前电路或者参照DATASHEET的话回答就简单多了，但工程师的水平就看不出来了。

    对整个产品，同样不允许不知道。产品是直接面对客户的，客户就是钱。工程师们当然可以不用去考虑这些，但是满足客户的各种各样，甚至无理的要求，还要给老板降低成本，最终都是工程师们的工作。
    都说让客户满意是我们的目标，其实客户满意才能赚到钱是真的。所以，画图时稍微想想如何方便客户，想想钱，就知道要努力工作了。时刻想着整个产品和它的使用者的感受，也是工程师的基本素质。

    其实，应该是4年前就明白的。4年，又一拨学生毕业了。。。

系统分类: 生活点滴   |    用户分类:    |    来源: 原创

OpAmpsandComparators-Don'tConfuseThem！

下载地址：http://encon.fke.utm.my/nikd/latest/sloa067.pdf

    运算放大器的一个应用就是比较器，这是大学模电书上介绍的。我也见过在很成熟的产品中用运放作为比较器，所以一直被误导。直到后来看了Ti的文章，才算明白。简单写写，自己明白就好了。

1，区别
    运放和比较器的符号完全一样，都有同相输入端和反相输入端（很多人叫它们运放的正极和负极，我从来没见过有资料这么写），有一路输出。当从符号上当然看不出来区别。

    随便找一个运放和一个比较器的内部等效电路，很容易发现两者输入级和输出级的不同。
    二者两个输入端的符号是相反的，这并不重要，重要的是输出端。运放的输出端是三极管的发射极，这是射级跟随器的形式，它适合工作在放大状态。比较器的输出端是三极管的集电极，这是三极管开关的形式，它适合工作在饱和状态。
    运放和比较器输出级的区别，使得二者有各自不同的应用。

2，应用
    放大器一定要工作在闭环模式下的。因为现在的运放开环增益太大，无法控制，必须要有负反馈。放大器可以作为同相放大器，反相放大器，有源滤波器等使用。有无数本写运放的书，都有详细介绍，比如Ti的《Op Amps for Everyone》。
    比较器是工作在开环模式下的，因为理论上它的增益要无穷大。比较器只能作为比较器使用。介绍比较器的资料很少，因为它的应用太少了。

3，替代
    显然，比较器不能作为放大器使用。而放大器在一些情况下可以代替比较器，但这样做有可能会出现问题。
    使用轨对轨的运放搭成比较器时，因为要使输出达到工作电压，所以运放一直工作在接近饱和的状态，这不是它擅长的。（是不是消耗电流也会很大，不清楚）
    用两个比较器并联可以构成窗口比较电路，但用两个放大器就会有点麻烦。因为比较器的输出级是三极管构成的开关，输出0时相当于接地；而运放输出0就是输出无信号。

    Ti的文章更详细地介绍了二者的区别和使用，英文也很容易懂，即使只对运放感兴趣，也建议仔细看一看。

系统分类: 模拟技术   |    用户分类:    |    来源: 整理

铝电解电容器使用简介

    在所有的无源电子元件中，铝电解电容的故障率最高，也只有电解电容的规格书上明确标明了寿命，在额定温度条件下，工作2000或者5000小时。所以对待铝电解，当然要比对待其它元件要稍微用心一些。
    网上有《一篇台湾工程师关于电解电容的好文》，针对音响电源，从各个角度介绍了铝电解电容器的特性参数，比较详细。但汽车工业在不同方面有更高的要求。

    汽车电子产品的要求之一是温度，而铝电解电容最大的特点就是温度特性差，几乎所有的特性都会随着温度的变化产生很大的变化，

1，容量
    容量是使用时最关心的问题，一般铝电解电容的容量从1u到数千uF都有，当然容量越大，耐压越大，体积也越大，使用时要兼顾三者，选择合适的电容。
    铝电解的温度特性非常差，在低温时的容量会减小很多，高温时会稍微变大。所以要求比较精确的电路，比如定时，振荡，都尽量不用铝电解电容。

2，ESR/tanδ
    ESR，直流等效电阻。理论上是没有的，实际上电解液，电解纸都有电阻。这个跟体积，耐压和容量有关，有些时候ESR相应的参数用tanδ（损失角正切）表示。同一额定电压，相同体积的电容有相同的tanδ。二者换算公式：
    ESR＝tanδ/2πf*C   （f＝120Hz，C：容量）

    常温时，一般铝电解电容的ESR在数百毫欧，低温时这个数值会成倍增加，到几欧姆。这么高的ESR如果是在LDO的输出端，有可能使LDO振荡，如果是在开关电源的输出，输出纹波会变大，甚至回路也会振荡。
    在开关电源中，我们当然希望ESR越小越好，钽电容的ESR在100毫欧左右，导电高分子电容甚至能到10毫欧，而且温度特性稳定。但二者耐压一般不太高，容量也不会很大，而且种类也少。

3，寿命
    首先要明确一点，铝电解电容一定会坏，只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多，过电压，逆电压，高温，急速充放电等等，正常使用的情况下，最大的影响就是温度。
    铝电解液电容器的规格书上会写明最高使用温度时的寿命，使用温度每降低10℃，寿命会加倍。公式计算：
    L2=L1×2^[(t1-t2)/10]
    其中：L1是最高工作温度时的寿命；T1最高工作温度；T2实际使用温度；L2是实际工作温度时的寿命。
    这个公式如何推导可以不考虑，需要了解的是要提高铝电解电容的寿命，第一要降低工作温度，在PCB上远离热源，第二考虑使用最高工作温度高的电容，当然价格也会高一些。

    另外，过电压，逆电压，急速充放电都会降低电容寿命，使用时应避免这些情况，选择额定电压高于实际电压的电容，等等。

   
    元件的使用，从任何一个角度深入，都能写成长篇大论，但是没有必要。都是些基础的东西，用得多了也就明白了。

系统分类: 模拟技术   |    用户分类:    |    来源: 原创

开关功率MOS扫盲篇

    在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。
    下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。

1，MOS管种类和结构
   MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
    至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
   
    对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。

    MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
    在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

2，MOS管导通特性
    导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
    NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
    PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

3，MOS开关管损失
    不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。

    MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越高，损失也越大。

    导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

4，MOS管驱动
    跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
    在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
    第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
 
    上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。

    MOS管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细，所以不打算多写了。

5，MOS管应用电路
    MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。
    这三种应用在各个领域都有详细的介绍，这里暂时不多写了。以后有时间再总结。
   

图文版：

系统分类: 模拟技术   |    用户分类:    |    来源: 原创

开关电源纹波的产生测量和抑制

    设计电路，按照教科书或者芯片DATASHEET上推荐的电路图，把元件焊在一起，通电，一般就OK了。初中生就能做，那要工程师们干什么呢？很多人说自己在无聊地选芯片，画图，Debug，再画图。确实无聊。但是好的产品要有完美的电路，完美的电路需要优秀的工程师，优秀的工程师，基本功一定不能差。

    比如开关电源，不管是模块还是板上的，肯定要和纹波战斗。尤其是给CPU供电，对纹波的要求非常高，而且电流又很大，直接用线性稳压器发热会很严重，这是最头疼的问题。
    这里总结了一些关于电源纹波的内容，包括几种常见纹波如何产生，如何正确测量，以及降低纹波的几种方法，仅供参考。

    如果因为反馈回路或者补偿回路设计不当，电源还会振荡。引起振荡的原因多种多样，解决方法也不尽相同，要具体问题具体分析。当然，根据现象找出原因，然后对症下药，是解决问题的根本。关于振荡，有时间再详细总结。

系统分类: 电源技术   |    用户分类:    |    来源: 原创