快電子期末50題參考答案

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快電子學(xué)Questions解答

1.模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號要實(shí)現(xiàn)時(shí)間軸上的離散化和幅度上的量化，請簡要表達(dá)依據(jù)被

采樣信號的特點(diǎn)如何從上述兩個(gè)方面來選擇合適的ADC？

答：由于采樣速率≤ADC轉(zhuǎn)換速率，ADC按信號采樣率即時(shí)間軸上的離散化程度可選擇：快閃型(flash)、流水線型(pipelined)、Σ-Δ型、逐次比較型(SAR)、積分型。其中積分型速度最慢，適合采樣率低的信號。依據(jù)幅度上的量化即按辨別率選擇，由高到低有：Σ-Δ型、逐次比較型(SAR)、流水線型(pipelined)、積分型、快閃型(flash)

2.簡述量化噪聲的特點(diǎn)？它與ADC的辨別率有何關(guān)系？

答：

假如采樣頻率滿意采樣定理，那么量化是A/D轉(zhuǎn)換過程的唯一誤差來，源它會使ADC辨別率變差

3.簡述Nyquist采樣定理？

答：

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4.量化噪聲與被采信號的RMS值有何關(guān)系？如何調(diào)理被采信號和ADC的輸入動態(tài)范

圍適配？答：〔RMS值即均方根〕

信噪比

5.在信號采樣——處理——信號重建過程中，防混疊濾波器和信號重建濾波器應(yīng)處在什么

位置？分別有何作用？答：

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可見防混疊濾波器應(yīng)在采樣之前，信號重建濾波器應(yīng)在數(shù)字信號處理之后；防混疊濾波器可確保采樣后不涌現(xiàn)混疊現(xiàn)象，信號重建濾波器可由離散信號復(fù)原出連續(xù)時(shí)間信號。

6.什么是ZOH波形重建？ZOH重建器中的信號重建濾波器理論上應(yīng)當(dāng)具有什么特

點(diǎn)？

答：利用ZOH濾波器進(jìn)行波形重建，其脈沖響應(yīng)為

，

頻率域?yàn)椋?/p>

理論上應(yīng)具有低頻部的幅度響應(yīng)平坦、無高頻響應(yīng)、線性相位的特點(diǎn)。

7.說明逐次迫近型ADC〔Successive-appro*imationADC〕的原理和特點(diǎn)？

逐次比較型AD由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較規(guī)律構(gòu)成，從MSB開始，順次地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值。特點(diǎn)：僅包括一個(gè)比較器，一個(gè)DAC，一個(gè)SAR和一個(gè)規(guī)律掌握單元

工作采納頻率1MSPS，功耗小，成本低模擬設(shè)計(jì)強(qiáng)，輸入帶寬低，采樣率低

8.說明積分型ADC〔IntegrationADC〕的原理和特點(diǎn)？

將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號)或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值

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積分器對輸入電壓積分一個(gè)固定時(shí)間間隔，結(jié)束后將積分器切換到和輸入信號極性相反的參考電壓上，放電直至輸出為0.

電路簡約，速率特別慢，輸入帶寬低、可以去除高頻噪聲

9.說明流水線ADC〔PipelineADC，Sub-rangingADC〕的原理和特點(diǎn)？原理

特點(diǎn)

10.畫出基于1.5bit/Stage的四級PipelineADC的原理示意圖，其中的數(shù)字校正處理的作

用是什么？

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上圖中m=1.5，N=4。數(shù)字校正處理用于克服每級子ADC中的失調(diào)和非線性?！惨娚项}第一個(gè)解答最末一句〕

11.簡述Σ-ADC的組成結(jié)構(gòu)和原理？

兩部分：Σ-Δ調(diào)制器、數(shù)字抽取濾波器

原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度)信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值

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12.13.簡述Σ-ADC中的Σ-調(diào)制器、數(shù)字濾波器的作用？

〔參考上題所答〕

14.什么是ADC的采樣孔徑延遲和孔徑晃動？

采樣保持器(SHA)快速斷開保持電容與輸入緩沖放大器的連接的極短〔但非零〕時(shí)間間隔稱為“孔徑時(shí)間”ta。

開關(guān)斷開所需的有限時(shí)間(ta)相當(dāng)于在驅(qū)動SHA的采樣時(shí)鐘中引入一個(gè)小延遲te稱為“孔徑延遲”，通常為常數(shù)。

假如孔徑延遲中存在樣本間改變〔“孔徑抖動”〕，那么會產(chǎn)生相應(yīng)的電壓誤差。在開關(guān)斷開的時(shí)刻，這種樣本間改變稱為“孔徑晃動”，通常用均方根皮秒(psrms)來衡量。

增益誤差、偏移誤差和非線性誤差是常用來刻畫ADC的變換誤差的靜態(tài)指標(biāo)，請簡要說明什么是ADC的非線性誤差〔其中包括微分非線性DNL和積分非線性INL〕？

15.微分非線性

DNL

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16.什么是AD變換的動態(tài)范圍〔DynamicRange〕？滿意肯定AD轉(zhuǎn)換精度和辨別率條件的輸入信號改變范圍

17.什么是ADC變換器的信噪比〔SNR〕和信號與噪聲和畸變比〔SINAD〕？

18.為什么AD變換系統(tǒng)的有效位〔ENOB〕是ADC系統(tǒng)動態(tài)性能的全局性反映？

答：依據(jù)ENOB的定義式可知，它包含了全部的噪聲和失真成分，反映的是信號和實(shí)際測量的全部非信號部分〔噪音+諧波〕之比。因此可以很好地反映系統(tǒng)動態(tài)性能。

19.什么是ADC系統(tǒng)的有效位？答：定義式為：

由于在實(shí)際測量中，輸入信號頻率不同會帶來不同的噪音和諧波〔高頻時(shí)SINAD會顯著降低〕，從而影響ADC的有效性。因此定義上述式子來表征ADC的動態(tài)性能。

20.ADC有效位和抱負(fù)量化噪聲之間的關(guān)系？答：

21.畫圖說明傳輸線匹配的兩種基本方式？每種方式有何特點(diǎn)？答：

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22.傳輸線連接如下列圖，寫出在終端和始端的電壓發(fā)射系數(shù)？答：此題沒圖，所以略。詳細(xì)看FE-chapter01

23.“信號在傳輸線上的反射過程僅為瞬態(tài)過渡現(xiàn)象，它不影響穩(wěn)態(tài)波形”，這句話對嗎？

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信

號反射現(xiàn)象對高速電路設(shè)計(jì)有何影響？答：對。對于高速電路，信號反射會導(dǎo)致電路中的門在判斷信號與閾值關(guān)系時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出，從而導(dǎo)致后續(xù)錯(cuò)誤。或者在抓取數(shù)據(jù)時(shí)得到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。這些都有可能會導(dǎo)致高速電路出錯(cuò)甚至燒毀電路。

24.假如傳輸線被高源阻抗〔即源輸出阻抗比傳輸線的特征阻抗高〕的電壓驅(qū)動器驅(qū)動，傳輸線未作任何的匹配連接，請定性描述在傳輸線的始端被觀測到的電壓波形？答：源輸出阻抗高于傳輸線特征阻抗，那么始端反射系數(shù)為

那么在始端，全部來自終端的反射波都將被始端以近似等大同向反射，造成這二者累加，近似于反射波增加一倍。

終端反射系數(shù)假設(shè)為正，那么始端電壓波形為從Vi以較大增量〔每次增量幅度都會減小〕階梯式增加〔無減小狀況〕，遞增到穩(wěn)定值，階梯寬度為2td；

終端反射系數(shù)假設(shè)為負(fù)，那么始端電壓波形為從Vi以較大量〔每次改變量幅度都會減小〕先減小后增加，震蕩到穩(wěn)定值，階梯寬度為2td；

25.假如傳輸線被低源阻抗〔即源輸出阻抗比傳輸線的特征阻抗低〕的電壓驅(qū)動器驅(qū)動，傳輸線未作任何的匹配連接，請定性描述在傳輸線的始端被觀測到的電壓波形？答：始端反射系數(shù)為：

那么在始端，全部終端反射波都將被始端近似等大反向反射，從而使這二者相互抵消。

終端反射系數(shù)假設(shè)為正，那么始端電壓波形為從Vi以微小的改變量〔每次改變量幅度都會減小〕先增加后減小，震蕩到穩(wěn)定值，階梯寬度為2td；

終端反射系數(shù)假設(shè)為負(fù)，那么始端電壓波形為從Vi以微小的減削量〔每次減削量幅度都會減小〕階梯式減小〔無增加狀況〕，遞減到穩(wěn)定值，階梯寬度為2td。

26.什么是傳輸線的特征阻抗？

答：定義式：

，L是傳輸線的電感，C是傳輸線的電容。

27.傳輸線末端的電容負(fù)載對傳輸?shù)男盘栍泻斡绊懀?/p>

答：末端電容負(fù)載相當(dāng)于一個(gè)積分器，會影響信號的上升時(shí)間。

28.畫出一驅(qū)動多負(fù)載的菊花鏈終端匹配連接示意圖？標(biāo)明要留意的要點(diǎn)？答：

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要點(diǎn)：a.僅在末端匹配，不能中間匹配。b.中間接收器盡量靠近傳輸線其它資料：

29.總線系統(tǒng)接插件接口設(shè)計(jì)時(shí)要求接插件電路中的總線收發(fā)器盡量靠近總線插座，為什么？答：插件電路中總線收發(fā)器到總線插座距離的線路相當(dāng)于是總線系統(tǒng)額外的接線，這一段過長會導(dǎo)致接線的特征阻抗變大，影響到總線系統(tǒng)的阻抗匹配，從而使傳輸線上的信號形變，使同一總線上的其它接收端接收到變形的信號，造成錯(cuò)誤輸出。

30.簡要說明相比于TTL規(guī)律門電路，ECL規(guī)律門電路有何特點(diǎn)？答：a.ECL是OE〔發(fā)射極開路輸出〕，需要接一個(gè)下拉電阻，可以實(shí)現(xiàn)線或功能；而TTL是OC輸出需要加上拉電阻，可以實(shí)現(xiàn)線與功能。b.ECL可以工作于交寬的電源電壓范圍和溫度范圍。c.具有低輸出阻抗和高輸入阻抗〔可看做無窮大〕，適于驅(qū)動長可控阻抗傳輸線。d.能夠提供差分信號，是TTL和CMOS不具備的。

31.說明什么是規(guī)律電平的噪聲容限〔NoiseMargin〕？

答：指在前一極輸出為最壞的狀況下，為保證后一極正常工作，所允許的最大噪聲幅度。噪聲容限越大說明容許的噪聲越大，電路的抗干擾性越好。定義式：高電平低電平

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32.畫出ECL規(guī)律驅(qū)動傳輸線的終端完全匹配連接示意圖？答：

其中RL=Z0

33.下列圖是ECL規(guī)律驅(qū)動傳輸線的戴維寧等效匹配連接示意圖，如何確定R1和R2之間的關(guān)系？答：

解得：

34.畫出ＥＣＬ規(guī)律差分驅(qū)動與接收的一種匹配連接方式？答：

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35.在ＥＣＬ規(guī)律連接中，一個(gè)通用規(guī)章是下沖量不能超過１０％規(guī)律擺幅，上沖量不應(yīng)超過３５％規(guī)律擺幅，說明為什么？

答：上沖=0.35規(guī)律擺幅，超過這一限制會使三極管進(jìn)入飽和區(qū)，退抱和需要放電時(shí)間，影響規(guī)律門速度。

下沖=0.1是微粒保證其噪聲不超過100mV的噪聲容限。

36.什么是ＴＴＬ規(guī)律門的“線與”規(guī)律功能，什么是ＥＣＬ規(guī)律門的“線或”規(guī)律功能？

1)TTL規(guī)律門“線與”功能指TTL規(guī)律門輸出級采納發(fā)射極開路連接，從而可以以將

多個(gè)這樣連接的門輸出管并聯(lián)并共用上拉電阻實(shí)現(xiàn)規(guī)律“與”。

2)ECL規(guī)律門“線或”功能指ECL規(guī)律門輸出級采納發(fā)射機(jī)開路連接，采納負(fù)規(guī)律時(shí)，

將多個(gè)這樣連接的門輸出管并聯(lián)并用共同下拉電阻得到規(guī)律“或”。

37.寫出PECL和NECL之間的電平換算方法

答：NECLVEE=‐5.2V，VCC=0V；PECLVCC=+5.0~5.2V，VEE=0V。用PECL的VCC電壓加上原來的輸出電壓即可得到PECL輸出電壓。

38.如何估算數(shù)字規(guī)律信號傳輸對傳輸電纜帶寬的要求？

帶寬F與信號最大上升Tr時(shí)間乘積k約為定值，依據(jù)對Tr的要求和參數(shù)k估算即可。

39.什么是數(shù)字信號的Knee頻率？

Knee頻率以下的頻率成分代表信號的主要能量。

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40.說明什么是系統(tǒng)的‐3dB帶寬和RMS〔等效噪聲〕帶寬？

1)‐3dB帶寬：頻域中幅值等于最大值

的兩點(diǎn)間的頻帶寬度。

2)RMS帶寬：RMS帶寬是等效的矩形頻率響應(yīng)帶寬，在該帶寬內(nèi)矩形濾波器通過的

白噪聲能量與實(shí)際濾波器相同頻率范圍內(nèi)的白噪聲能量相等。

41.在高速信號測量中，示波器探頭較長的接地線會給測量帶來什么不利影響？

長接地線有較大的分布電阻與分布電容，減小探頭帶寬。地環(huán)路面積增大，增大探頭自感，從而加大Q值，過沖變嚴(yán)峻；增大互感使電路其他部分的帶來的噪聲變大。

42.在高速信號測量中，示波器探頭的負(fù)載效應(yīng)會給測量帶來什么不利影響？

1)使探頭在不同頻段的阻抗不全都，引起拾取信號的畸變。2)探頭的RC使上升時(shí)間變緩。

43.在高速信號測量中，示波器與被測電路之間的地環(huán)路有可能給測量帶來什么不利影響？

1)自感轉(zhuǎn)變Q值，加劇上沖。2)拾取到雜散信號，引入噪聲。

44.畫出利用示波器雙通道實(shí)現(xiàn)信號差分測量的連接示意圖？該方法能夠避開什么問題？

連接方法：用兩個(gè)通道電纜繞城雙紐線，地線連在一起但不與輸入信號地線相連；信號線分別接待測信號與對應(yīng)地線。其他部分照常?？梢员荛_屏蔽電流與大地電阻引起的電壓噪聲。

45.高速電路板設(shè)計(jì)時(shí)，大面積的地平面尤其重要。為什么？

1)減小不須要的自感。2)改善上升時(shí)間。3)減削互感串?dāng)_。

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46.高速電路板設(shè)計(jì)時(shí)，各芯片電源引腳的去耦電容為什么很有須要？

1)起儲能作用，在芯片供電電流突然改變時(shí)穩(wěn)定電源電壓。2)濾除器件的噪聲，當(dāng)驅(qū)動電路電流改變時(shí)避開相互間的耦合干擾。防止通過供電電

路干擾其他器件。

3)防止電源噪聲對器件產(chǎn)生影響。47.高速電路板設(shè)計(jì)時(shí)，大面積地平面、大面積電源平面和足夠多的電源去耦電容有什么好

處？

可以最大限度的穩(wěn)定電源，并減削地、電源阻抗，從而減削各部分因供電不穩(wěn)、接地不良而產(chǎn)生的噪聲與串?dāng)_。

48.什么是高速電路板中的互容和互感串?dāng)_，如何在電路板的布局和布線中盡量減小這些串

擾？

互容串?dāng)_指兩個(gè)電路之間通過電場產(chǎn)生的相互干擾，互感指兩個(gè)電路環(huán)路之間通過磁場產(chǎn)生的相互干擾。通過運(yùn)用大面積地平面、大面積電源平面，減小環(huán)路面積，增大電路/導(dǎo)線之間的距離，可減小串?dāng)_。

49.高速電路板上長線之間互感耦合的串?dāng)_信號有什么特點(diǎn)？

1)有正向階躍電壓時(shí)，互感在同名端產(chǎn)生正向脈沖，在異名端產(chǎn)生負(fù)向脈沖，向兩側(cè)

傳播。

2)在有堅(jiān)實(shí)地平面時(shí)和互容耦合強(qiáng)度基本相當(dāng)，前向串?dāng)_基本清除，后向串?dāng)_加強(qiáng)；

其他條件下，強(qiáng)度大于互容耦合。

50.高速電路板上長線之間互容耦合的串?dāng)_信號有什么特點(diǎn)？

1)有正向階躍電壓時(shí)，產(chǎn)生正脈沖，同時(shí)向兩個(gè)方向傳播。

2)有堅(jiān)實(shí)地平面時(shí)和互感耦合強(qiáng)度基本相當(dāng)，前向串?dāng)_基本清除，后向得到加強(qiáng)。51.畫出基于鎖相環(huán)的頻率合成器的組成原理框圖，簡要說明原理？

52.什么是時(shí)鐘信號的Jitter和Skew？對高速電路設(shè)計(jì)有何不利影響？舉例說明一些減

小Jitter和Skew的電路設(shè)計(jì)方法？

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