工程师武功秘籍之信号完整性9大招-电路图讲解-电子技术方案

我近期收到一些网友的询问的几个截图，其实，一直都有网友询问类似的问题，特别是在这春暖花开的招聘大季节中，更是经常在微信上收到类似的信息。有的网友给他们回复啦，有时由于时间问题，有的没有回复，在这里把之前的一篇文章重新再发一遍。 0; 以下是我总结的9个主要的方面，当然，一家之言，不能全而概之。  

1 信号完整性基础知识 把它放在第一点，就足以说明信号完整性基础知识的重要性。所谓“万丈高楼平地起”，说的就是这个道理，想从事信号完整性工作就必须对整个信号完整性的理论基础有一个很明晰的了解。至少要熟读几本信号完整性方面的书籍，了解什么是信号完整性；了解信号完整性研究的对象和内容是什么；信号完整性与哪些因素有关系；信号完整性会影响到产品的哪一个方面；等等。记得看的第一本书就是Eric的《Signal Integrity-Simplified》即国内现在号称的蓝皮书《信号完整性分析》，李玉山老师等作者翻译的，然后接着啃了所谓的墨宝书，由Howard Johnson和Martin合著的《High-Speed digital design-A handbook of Black Magic》，中文版本叫《高速数字设计》，也是出的比较早，电源完整性看了一本《集成电路电源完整性分析与管理》，中间还硬着头皮还啃一本英文原著《High-Speed Digital SySTem Design—A Handbook of Interconnect Theoryand Design Practices》。当然，还有一些大部头和国内的一些原创书籍，也都是非常的不错，只是没有什么看完整。  

 以上两本书是我经常推荐给身边的从事电路设计和硬件工程师的，信号完整性分析比较简单，入门比较好，目前有第二版本的，书名都改啦，叫《信号完整性与电源完整性分析》把之前缺失的S参数和电源完整性也加上啦，非常不错。《高速数字设计》稍微难一点，但是在下认为也是一本必读的书籍。                                        

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许多单片机的应用中都会使用到串行口与电脑的串行口相连接，进行数据的传输或控制命令的发送与接收。单片机的串口有很大一部分是使用电平标准的(PIC的可以直接连接在电脑串口)，它的逻辑1电平是5V，逻辑0电平是0V，而电脑串行口所使用的是的电平标准，它的逻辑1电平是-3V--12V，逻辑0电平是+3V-+12V。两者的电平范围相差很远，所以连接时需要用到电路。这样电路有好多种，一般来说商业化的成品会用到MAX232，DS275等专用的RS232、TTL电平转换集成电路，对于普通电子爱好者来说使用这样的器件一来不太好购买，二来使制作的费用提高，那用什么样的电路去代替它们呢?这也是我初初制作单片机结合电脑的应用中所遇到的问题之一，后来找到了一些相关的电路资料，解决了这些问题。以下我就结合自己在实际设计应用的经验来介绍一下这些电路资料，同时也介绍一些自己对电路设计应用的经验。     

 图一是使用小功率三极管搭建的电平转换电路，分别用了一个管和管，NPN可以使用常用的9014或BC547，PNP则可以使用常用的9012或BC557。电路分为传送和接收两部分，图一中已用虚线分开了。它们可以分开使用也可以合在一起使用。传送电路使用PNP管。当单片机的TxD信号是逻辑高电平时，Q1截止，RS232C的TxD(3)提供-9V左右(实际根据电脑主板上使用的串行接口芯片有所不同)给RS232C的RxD(PIN2)。当单片机TxD信号变为逻辑低电平时，Q1导通，约+5V传给了RS232C的RxD(PIN2)。用这种办法传送数据时，RS232C的TxD(PIN3)必须稳定在-9V左右 。   虚线以下的接收电路，它把RS232C电平转换成TTL逻辑电平。当PC发送数据给RS232C的TxD(PIN3)时，逻辑1电平时是-9V，Q2截止，此时单片机的RxD约为+5V。当RS232C的TxD为逻辑低电平是+9V，Q2导通，单片机RxD此时约为0V。   图一的电路我在自己的单片机应用中也经常用它来代替MAX232，DS275这样的芯片，它不单可以单独使用传送或接收部份，在部分要求双向传输的项目中也可以很好的工作。我通常是使用9600波特率的，但实际也可以工作中更高一点的波特率。也可以把它焊到一个小的8脚IC插座或PCB上直接代换DS275(DS275引脚功能说明请看图二)。       

 图三是另一种RS232/TTL电平转换电路，对于接收电路，它是和图一的电路是一样的。该电路用2个NPN小功率，转送电路不需要从RS232C的TxD引用负的电压，而这样做的话，当单片机TxD为高电平时RS232C的RxD为0V(不是如图一的-9V左右)，为低电平时RS232C的RxD为+5V，显然这和RS232C的标准不同，但多数PC机串口可以接受这样的电平范围。这个电路可以像图一那样用来代换直接代换DS275芯片。   这两个电路中的晶体管可以使用大部分常用的小功率晶体管去替换，我自己常用9012,9014，BC547，BC557，它们都可以很好的工作。要注意的是它们所产生的电平范围不是标准的RS232电平，所以也不能达到RS232的标称传输距离。   在一些小的应用中通常只要用到一块2051或PIC芯片和少许的小元件，它们的耗电量是很小的，一般有十几毫安就足够了。在我自己的PC项目中用到一块AT89C2051，一个一体化红外接收头和一个小，少许阻容器件和上面所说到的电路的传送部分，总的耗电量只有十毫安多点。我用图四的电路从PC串口直接窃电，效果很好，可以提供5V，二十多毫安的。也可以用图五的电路。但要注意的是这两种电路都要求上位软件使串口的7和4引脚变为高电平才可以正常取电，否则无法从串口窃取所需的电压。                                              

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