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关键词： 硅PIN光电二极管； 偏置电路； 电子滤波器； 闪烁探测器
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）13?0159?03
Design and application of low?price bias circuit for Si?PIN photodiodes
JIA Mu?lin1， ZENG Guo?qiang2， MA Xiong?nan3
（1. Guangxi Radiation Environment Supervision and Management Station， Naning 530222， China； 2. Chengdu University of Technologe， Chengdu 610059， China；
3. China Institude For Radiation Protection， Taiyuan 030006， China）
Abstract： The Si?PIN photodiodes have been more and more widely used in the areas of weak light signal detection， but the result of detection is more likely affected by bias voltage and other factors. The high?stability bias voltage with low ripple coefficient is essential for accurately achieving the detected weak light singal. A Si?PIN photodiode bias circuit based on TPS61040 DC/DC boost converting chip was design and applied to the weak light signal detection of the NaT （Tl） scintillator. A good result was achieved.
Keywords： Si?PIN photondiode； bias circuit； electronic filter； scintillator detector
硅PIN光电二极管（以下简称SPD）作为一种成熟的半导体光电器件，因其特有的优势在自控、通信、环保、医疗及高能物理研究等领域得到了越来越广泛的应用，但其使用极易受所加偏置电压的影响。因此，在实际应用中对SPD上所加的偏置电压的要求非常苛刻，必须具备很低的纹波系数和良好的稳定性，这也就造成常用的SPD偏置电路成本较高。针对这一情况，本文将介绍一款基于TPS61040电压转换芯片的偏压电路设计，并将其应用于NaI（Tl）+SPD辐射探测器的信号检测。
1 硅PIN光电二极管与偏置电压关系
1.1 SPD及其偏置电压简介
与普通光电二极管相比，SPD是由中间隔着本征层的PN结构成。当在PN两端外加反向偏压时，内建电场几乎集中于I层，使得耗尽层厚度加大，增大了对光子的吸收和转换有效区域，提高了量子效率；同时，PN节双电层间距加宽，降低了器件本身的结电容，如图1所示。使得器件的响应速度提高，有利于在微弱光脉冲信号检测领域的运用；此外，结电容的降低减小了信号电荷在其上的分配，有利于为前置放大电路输入更多的原始信号电荷。
图1 偏置电压与结电容关系
1.2 偏置电压电平选择
但偏置电压不是越高越好，原因是SPD的暗电流随偏压的增加而增加，如图2所示。当偏压超过一定值时，暗电流随偏压呈线性增长趋势，使得整个系统的信噪比迅速降低。在进行微弱光信号检测时，若所加偏压自身噪声较大，将直接影响到有用信号的提取，甚至可能将有用信号完全湮没。综合SPD的特性曲线和实验结果，一般将偏置电压设定在24 V。
图2 偏置电压与暗电流关系
2 偏置电路设计
2.1 升压芯片确定
通常，便携式仪器配用的电源电压为较低，无法满足SPD偏置电压电平24 V的要求，须进行升压处理。目前，主要选用APD（雪崩光电二极管）专用升压芯片（如：MAX5026，MAX1932等）构成SPD的偏置电路，但成本相对较高，且这类芯片升压幅度远超过SPD的需要，造成了一定的浪费。因此，设计一款低成本的SPD专用偏置电路是非常有必要的。
本文选用的TPS61040升压芯片是一款由德州仪器公司生产的电感式DC/DC升压转换器，其主要特点是价格低、功耗低、转换效率高。该芯片采用脉冲频率调制（FPM）模式，开关频率高达1 MHz；输入电压范围为1.8～6 V，可选用的供电电源较为丰富，适用性强；最高输出电压可达28 V，可满足绝大部分SPD的偏压电平要求。
2.2 TPS61040工作原理
TPS61040的内部功能结构如图3所示，其脉冲频率调制模式（PFM）工作原理如下：转换器通过FB脚检测输出电压，当反馈电压降到参考电压1.233 V以下时，启动内部开关，使电感电流增大，并开始储能；当流过外部电感的电流达到内部设定的电流峰值400 mA或者开关启动时间超过6 μs时，内部开关自动关闭，电感所储能量开始释放；反馈电压低于1.233 V或内部开关关闭时间超过400 ns，开关再次启动，电流增大。通过PFM峰值电流控制的调配，转换器工作在不间断导通模式，开关频率取决于输出电流大小。这种方式使得转换器具有85%的转换效率。芯片内部集成的MOSFET开关，可使输出端SW与输入端隔离。在关断过程中输入电压与输出电压间无联接，可将关断电流减小到0.1 μA量级，从而大大降低了功率。
图3 TPS61040的功能模块
2.3 升压电路设计
本文设计（图4所示）采用5 V电池作为电源，输出电压+24.5 V。根据TPS61040的数据手册可知反馈电平决定了输出电压的值，反馈电平又与分压电阻直接相关，输出电压[Vout]可按如下公式计算：
[Vout=1.233*（1+RTRB）]
式中：[RT]和[RB]分别为上下分压电阻，在电池供电的情况下，二者的最大阻值分别为2.2 MΩ与200 kΩ。在选择反馈电阻时，应综合考虑阻值与反馈电平的关系，较小的阻值有利于减小反馈电平的噪声，本文中[RT]和[RB]分别选用阻值1 MΩ与51 kΩ的电阻，根据上式可得输出的电压电平为24.5 V。为减小输出电压的纹波，可在[RT]上并联一补偿电容。三极管[Q1]用于隔离负载与输入电源。
图4 升压转换器原理图
2.4 滤波电路设计
根据PFM模式的工作原理可知，流过储能电感的电流呈现周期性的变化，从而将其内贮存的磁能转化为电能输出，造成了偏置电路的输出电平也呈周期性变化，波形近似为三角波，如图5所示。这使得升压转换器输出的电压不能直接用于的SPD偏置。
要得到理想的偏置电压，必须对其进行处理。本文采用电子滤波器来完成偏压的滤波，电路原理如图6所示。根据电子滤波器有放大电容的作用，可以用容量和体积均较小的电容来实现超大电容的功能，基本设计如图6所示。通过滤波处理后，成功将偏置电压的纹波控制在2 mV以内（见图7），且整个偏压电路体积较小，而且成本较低。
图5 升压转换器输出电压波形
图6 偏压滤波原理图
图7 滤波后的偏压
3 应用实例
本文选用的SPD为滨淞公司S3590?08型大面积硅PIN光电二极管，可用于闪烁探测器中光电转换功能，选用的闪烁体为一块体积Φ30 mm×25 mm的圆柱形NaI（Tl）晶体，通过一块聚光光锥将NaI（Tl）晶体发出微弱光线汇集到S3590?08的受光面进行探测，并采用本文设计的升压电路为S3590?08提供偏压；选用的放射源核素为Cs?137。SPD输出信号经过前置放大器（原理如图8所示）处理后，输出信号的波形如图9所示，可见本文设计的偏置电路基本达到辐射信号检测的需要。
图8 前放原理图
图9 加有偏压核脉冲信号波形
4 结 论
本实验表明，基于TPS61040升压转换器的升压电路是可以用作对偏压要求较高的SPD的偏置电源，与采用APD专用偏压芯片构成的同类电路相比，成本更低，且电路结构简单、功耗较低、体积较小，具有一定的实际运用价值。
参考文献
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关键词： AT89C51； 钢纤维； PWM控制； 钢钎排序电路
中图分类号： TN911?34； TM42 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）14?0149?03
Design of microcontroller?based control circuit for steel fiber sorting device
HUANG Jie
（Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412005， China）
Abstract： A control circuit of steel fiber sorting device taking MCS?51 microcontroller as control core was designed. It generates a PWM control signal by microcontroller to control the size of the sort magnetic field according to the feed quantity. The problems of low efficiency and heating generation of the steel sorting circuit were solved effectively. The intelligent control of the magnetic field and feed speed， and high reliability of the system were realized. The control circuit designed in this paper improved the efficiency of steel fiber sorting packing.
Keywords： AT89C51； steel fiber； PWM control； steel sortingcircuit
0 引 言
钢纤维是混凝土理想的增强材料，在混凝土中均匀地按比例掺入钢纤维，可以使混凝土在抗拉、抗冲击、抗裂、抗剪、抗耐磨、抗疲劳强度、抗冻融性能上比普通混凝土有很大提高。国外有研究表明，在混凝土中加入0.75%～1%的钢纤维，可以大大提高高强度混凝土柱的弹性和延展性[1]。
国内外对钢纤维在混凝土制作方面的应用研究较多[1?2]，但是在钢纤维的包装技术方面的研究基本还是空白。钢纤维的有序包装不只是影响到钢纤维的运输，还直接影响到钢纤维的使用效果。采用人工排序的方式效率很低，自动化的钢纤维排序设备研究具有重要的意义。本文设计的钢纤维排序设备利用单片机进行智能控制，采用电磁排序法进行钢纤维排序。
1 系统总体方案设计
电磁排序法的工作原理是在同一表面内设计有平行磁力线N、S极，同时设计有垂直N、S极磁力线。纸箱坐落在电磁铁中心，通电后被磁力线包围，采用圆筒振动筛均匀布料，钢纤维在从振动筛落入包装箱的过程中，受到磁力线的作用，从而依据磁力线方向，在箱内直接有序排列。系统控制电路结构如图1所示。
图1 钢纤维排序设备控制电路结构图
来料速度检测模块采用无接触式速度传感器检测振动筛电机的转速，从而得到振动筛的振动速度和振动筛的给料速度。
根据给料速度的大小，单片机控制排序励磁电路励磁电流的大小，从而控制排序磁场强度的大小，使得排序整齐而电流不过大，限制电路发热量。料满检测模块采用红外传感器，检测包装箱内装料的量，当装料快满的时候，发出料满信号，溢料保护模块发出报警信号，如果包装箱一直没有更换，则当料满以后，系统停止工作，防止溢料。系统启动以后，散热控制模块启动散热装置，当过热保护模块的温度传感器检测温度高于设定的安全温度时，系统停机。
2 系统硬件设计
2.1 MSC?51单片机控制模块设计
AT89C51是一种带4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，FPEROM）的低电压，8位高性能CMOS微处理器。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS?51指令集和输出管脚相兼容[3]。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，Atmel的AT89C51是一种高效微控制器。
单片机的P1.0～P1.4作为来料速度数据输入口，过热信号、料满信号通过中断0和中断1，即P3.2，P3.3口输入，P2.0～P2.4分别为排序励磁PWM控制信号、退磁控制信号、过热报警控制信号、料满报警控制信号输出口。
2.2 排序励磁驱动与保护电路
排序励磁开关管的驱动与保护电路如图2所示，单片机输出的PWM信号从P2.0引出后，经过74LS08整形，消除信号抖动造成的干扰。然后通过光耦TLP250进行隔离，将钢钎排序设备的控制电路与主电路隔离，避免主电路对控制信号的干扰。
图2 排序励磁驱动与保护电路原理图
励磁电路开关管驱动选用专用驱动芯片IR2113进行驱动，IR2113是高可靠性、大电压、高速、两路触发的大功率MOSFET或IGBT的驱动器[4?6]。
内部电路如图3所示。其控制输入信号使相应输出端有触发信号输出。低压侧输出（L0）取决于VCC，高压侧输出（H0）取决于浮点值VBS。两路输出间的耐压值为500 V。低压侧输出和高压侧输出与对应输入信号同步，两路输出都受SD控制。高电平时无输出，只有SD为低电平时，输入信号的上升沿才能触发输出。图3 IR2113内部结构图
IR2113可以输出两路输出，但是本设计主电路只有1个开关管，只用L0单独输出。从TLP250引入的PWM信号与IR2113D的LIN端子相连，LO与主电路开关管的控制极相连，COM端与开关管的阴极相连。
电路过热信号与SD端子相连，当主电路过热后，通过SD关闭开关管出发信号输出，从而使主电路断电起到保护的作用。VZ1为稳压二极管，防止电压过大损坏开关管。
3 系统软件设计
主电路中采用直流斩波技术来调节励磁电流的大小，利用单片机内部定时器功能产生PWM控制信号来控制斩波电路开关管，控制系统的控制流程图如图4所示。
图4 控制系统工作流程图
系统启动后，首先开启散热风机，然后检测包装箱是否已经装满，装满的话开启溢料保护，输出溢料报警，等待更换包装箱。没装满的话则检测系统是否过热，过热的话则启动过热保护，正常的话则读取振动筛速度，根据振动筛速度，决定输出励磁PWM信号的占空比，从而控制主电路中直流斩波电路输出电压的大小，进而控制排序电磁力的大小。
当包装箱即将装满时，输出退磁信号，对箱内钢纤维进行一次性整体退磁。包装箱没满的话，继续检测振动筛速度，根据振动筛速度实时调整励磁控制信号。实现排序电磁里的足够大，同时避免磁场的过度饱和而严重发热。
4 结 语
本文设计的钢钎排序设备主电路采用直流斩波器调节排序励磁的大小，控制线路以MCS?51单片机为控制核心进行设计，系统成本大大降低，降低成本的同时，实现了励磁磁场与进料速度的智能控制，同时，提供了溢料保护，过热保护，实现了系统的高可靠性。该系统成本低，智能化，大大的提高了钢纤维的排序包装效率。
参考文献
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摘 要 步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法，可以有效地减少系统开发的周期和成本。本文在选择了合理的电流波形的基础上，提出了基于TSC87C51单片机控制的恒流细分驱动方案，其运行功耗小，可靠性高，通用性好，具有很强的实用性。
关键词 步进电机控制系统 插补算法 变频调速 软硬件协同仿真
中图分类号：TM383.6 文献标识码：A
1引言
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点。
2硬件设计要求及原理
2.1 设计要求
（1）供电电源：10V～40VDC容量0.03KVA。（2）输出电流：共分0.9A、1.2A、1.5A、1.8A、2.1A、2.4A、2.7A、3.0A8档可选，以配合不同电机使用。（3）驱动方式：恒相流PWM控制。（4）细分选择：整步、半步、4细分、8细分、16细分、32细分、64细分的七种细分模式可选。（5）自动半电流：若上位机在半秒中内没有发出步进脉冲，驱动器自动进入节电的半电流运行模式。
2.2 电气接口要求
2.2.1 输入信号
脉冲信号输入：脉冲信号，5mA～12mA，高电平+5V电平，脉冲信号，最高频率为70KHz。方向信号输入：高、低电平，5mA～12mA，高电平+5V。脱机信号输入：高、低电平，5mA～12mA，高电平+5V。公共端输入：+5V电源。
2.2.2 输出信号
两相步进电机绕组接口：绕组A接：A+，A-;绕组B接：B+，B-。
2.3 硬件设计原理
系统采用TSC87C51单片机接收命令，并将输入命令进行综合处理，控制二相步进电机正反转、运行速度、单次运行线位移、以及启停等的控制;既可由键盘输入，也可通过与上位机的串行通信口由上位机设置。单片机主要功能是输出EEPROM中存储的细分电流控制信号进行D/A转换。根据转换精度的要求，本控制系统选用的是8位双通道的TCL7528转换器。
单片机接收的信号有上位机的命令信号、手动输入细分模式编码信号。输出信号有电流细分控制信号，步进电机运行控制信号。细分模式编码由拨码开关S1的1，2，3开关人工设定，共有8种细分模式可选，单片机P1口为细分模式编码输入I/O口。上位机的命令信号由单片机的中断INT0、INT1和P3.4接收。其中INT0与脉冲信号对应，INT1与方向信号对应，P3.4与脱机信号对应。单片机P0口输出8位数据是与细分电流相对应的。P0口8位数据输出给D/A转换器TLC7528数据输入端，对工作电流进行分割，以控制每级细分电流大小。
3软件设计
3.1 控制脉冲的设计
根据PX243四拍驱动时序图，得P0.0～P0.3引脚输出控制脉冲时序图。任一连续四个脉冲组成一个周期时间为T，其中一个脉冲的时间为ts，步进电机转过1.8度。改变脉冲输出顺序即可改变电机的转向，改变ts即可改变其转速。
本次设计是利用AT89C51内部的定时器0来对ts实现精确控制，并且采用中断方式提高了单片机的工作效率。该设计为循环中断过程，每进入一次中断：
P0赋值一次，即可改变脉冲一次;TH0，TL0赋值，即可改变ts值，从而精确控制电机转速;这边引入变量i，可看成是脉冲数。200个脉冲为一圈，给i赋值即可控制电机转的圈数;判断dir的值，给P0赋不同的值，可控制电机转向。
3.2 定时中断子程序编写
单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为CPU可以执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于MCS-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
4结语
本文提出并实现的步进电机均匀细分驱动器，最高细分达到64，能适应大多数中小微型步进电机的可变细分控制、较高细分步距角精度、及平滑运行等要求。细分驱动器的系统功能完善，大量新型元器件的采用，使所设计的驱动器具有体积小、细分精度高、运行功耗低、可靠性高、可维护性强等特点。系统软件功能丰富，通用性强，从而使控制系统更加灵活，具有很高的推广价值和广阔的应用前景。
参考文献
关键词：数控直流电源；稳压电源；电压源；电流源
中图分类号：TM461文献标识码：A文章编号：10053824（2013）04006707
0引言
数控直流稳压电源应用非常广泛，是学习电子信息工程、通信工程、机电一体化、电气自动化等电类专业学生必然涉及到的一个电工电子课程设计项目。全国大学生电子设计竞赛曾于第一届A题、第二届A题和第七届F题（电流源），全国首届高职院校技能竞赛样题以及省级院校竞赛都有涉及，用来检验学生的电子设计能力，可见其普遍性。
虽然较多论文都涉及，但电路设计的多样性以及制作经验篇幅鲜少，不足以使读者完成作品并举一反三。笔者参阅数十篇关于数控直流电源系统的设计，发现许多很难读懂的问题。例如，给出参数设计输出达20 V电压，但运放直接驱动达林顿管明显无法输出达22 V以上。又如，通篇无关紧要的内容，唯独缺少比较放大环节设计及关键电路的完整连接，也就是说DAC输出到调整管之间内容匮乏，这也是本文解决问题的初衷。
直流稳压电源按照功率管工作状态，分为线性稳压电源、开关稳压电源2种。鉴于电类专业课程设计的需要，本文重点解析线性稳压电源之关键设计，如与OP放大器设计联系密切的部分，希望对读者制作该项目或写论文有所帮助。
1设计要求的性能指标与测试方法
1）输出电流IL（即额定负载电流），它的最大值决定调整管（三端稳压器）的最大允许功耗PCM和最大允许电流ICM，要求：IL （Vimax-Vomin）
2）根据输出电压范围和最大输出电流的指标，U/I可计算出等效负载阻值。例如，输出电压要求达30 V，最大输出电流1 A，因此模拟负载应满足从几Ω到30 Ω之间，调整管耗散功率应满足30 W以上，考虑加散热片。
1.2质量指标
纹波电压：是指叠加在输出电压Uo上的交流分量。在额定输出电压和负载电流下，用示波器观测其峰一峰值，Uo（p-p）一般为毫伏量级，也可以用交流电压表测量其有效值。纹波系数是纹波电压与输出电压的百分比。设计中主要涉及滤波电路RLC充放电时间常数的计算。一般在全波式桥式整流情况下，根据下式选择滤波电容C的容量：RL・C=（3-5）T/2，式中T为输入交流信号周期，因而T=1/f=1/50=20 ms；RL为整流滤波电路的等效负载电阻。
稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压变化对输出电压的影响[2]，因此只需测试其中之一即可。电源输出电阻ro和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响[2]，因此也只需测试其中之一即可，具体操作参照指标的定义来实施。
2.2DAC接口电路的设计
2.3调整管控制电路、电压采样与电流采样电路的
2.4ADC接口电路的设计、同时具备电压源与电流源功能的设计
2.6具备电压预置记忆存储部分的设计
2.7保护电路的设计
2.8.2滤波电路的设计
3结语
曾经查阅数十篇类似稳压电源电路图，深感模拟电路设计的重要性。本文将电压源与电流源的设计方案同时罗列，便于读者理解设计要领。重点解析DAC输出后的电路设计，图中电压、电流数据全部基于proteus交互式仿真完成。电路设计的连贯性、采样电路取值、运放电路与驱动电路设计等，是同类论文较少论述的环节，可以有效解决目前存在的诸多问题，有助于读者提高电路解析能力。仅此抛砖引玉，希望本文的设计能对读者在实际工作中有所帮助，不当之处请多指教。
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关键词：单片机；可编程；82C55A；液晶显示器
中图分类号：TP271文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)25-1563-03
Design of LCD/Voice Control Circuits Based on 51 Single-Chip Microcomputer
YU Xiao-long1,ZHANG Zhen1,2
(1. Information Engineering Institue, Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China;2. Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: This paper introduces a control circuits's design of LCD/Voice based on 51-SCM and programmable peripheral interface 82C55A. It detailed analyse the design of hardware and software. Throughing the programme of SCM, it control the working of 82C55A ,accordingly arrive at the use ofLCD/Voice circuits.
Key words: SCM; Programmable; 82C55A; LCD
当前，有很多商业场所及嵌入式产品中都用到了显示输出模块，在这些电路中，有很大一部分是通过单片机进行控制的。本文提出了一种典型控制液晶显示及语音的电路，通过51单片机AT89C55和并行接口芯片82C55A实现了对图形液晶显示模块NYG12864及语音的控制。
1 硬件电路设计
1.1 主控制电路设计
在主控制电路中，选用Atmel公司的AT89C55芯片。AT89C55是一款低功耗、高性能8位CMOS微控制器，内含20KB可循环1000次写入/擦除的闪速存储器(Flash)，具有256*8位内部随机数据存储器(RAM)，32条可编程I/O口线，8个中断源和2个优先级的中断结构，器件兼容标准MCS-51指令系统，引脚兼容工业标准89C51和89C52芯片，采用全双工串行通道及通用编程方式，适用于程序容量大、控制较为复杂的嵌入式应用系统中。电路工作方式控制芯片选用82C55A，它是一款可编程并行接口芯片，其工作方式有三种，三种工作方式是由其控制命令字来设定的。控制命令字有两种，一种是方式选择控制字，另一种是C口按位置位/复位控制字，通过写入不同命令控制字可分别实现对其内部A口、B口和C口的单独控制操作。
在电路设计上，考虑到所编写程序的容量，增加了一片AT28C64，它是一款低功耗，最快读访问时间可达120ns的64K CMOS型的 E2PROM，这样整个电路足以满足通常编程时对程序空间的要求。完整的电路图如图1所示。其中，AT89C55选用12M的晶振，其引脚P27直接控制LCD的使能信号E，P25、P26分别连接AT28C64及82C55A的片选引脚。引脚PSEN和RD相与后连接到AT28C64的OE端，这样AT28C64既可以作为程序存储器也可作为数据存储器使用了。
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图1 主控制电路
1.2 液晶显示及语音控制电路的设计
本设计中液晶显示模块选用图形液晶显示模块NYG12864，它的所有控制器、扫描电路和显示RAM集成于液晶屏背面，并可选用LED背光，采用单电源供电。该模块由大规模点阵式显示控制器KS0107、液晶屏阵列驱动电路KS0108B、显示存储器和液晶屏等4部分组成。其中控制器是整个显示系统核心，它提供了一套完整的指令系统，与单片机连接后，能较方便的实现对数据的读写等控制作用。NYG12864引脚定义如表1所示。
表1 液晶模块NYG12864引脚定义
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在控制液晶电路中，将82C55A的PC3、PC2、PC1和PC0分别和液晶的D/I、R/W、CS2和CS1相连，以达到通过82C55A对液晶的控制。单片机的8位端口P0和液晶的8位数据线DB0~DB7相连，用于读写时传送的数据。电路中还有诸如电位器R2其作用是调节液晶显示的对比度，完整的电路图如图2所示。
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图2 液晶显示电路
对于语音电路，选用API8108芯片，它能够存储10秒的语音信息，当然根据实际需要，可以选用其他的芯片以满足要求。因受输出功率影响，在API8108的输出端接有为低电压应用设计的音频功率放大器LM386，其输入带宽可达300KHz，通过合理连接，能得到的电压增益最大可达200dB，输出音频功率0.5W。它们和82C55A之间具体连接图如图3所示。
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图3 语音控制电路
2 软件设计
软件设计中难点在于如何控制液晶显示器的显示，对于语音芯片的控制可通过单片机中断方式进行判断调用。在液晶显示模块NYG12864中，只有驱动电路KS0108B和单片机打交道。它有7种指令：显示开/关指令、显示起始行设置命令、页设置指令、列地址设置指令、读状态指令、写数据指令以及读数据指令。其中，CS1、CS2决定进行左右显示区的选择，R/W、D/I及数据内容决定指令的类型。首先要对液晶清屏和初始化操作，设置起始行及为显示状态；其次读取液晶状态，此时R/W=1，D/I=0，若液晶准备好接收数据则使R/W=0，读取液晶页号（0~7），列显示地址（0~63）值，这样就唯一确定了显示RAM中的一个单元，接下来就可以用读、写指令向该单元写进一个字节数据或者读出该单元中的内容。在主程序中可以调用液晶的初始化、读/写子函数，主程序流程图如图4所示。
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图4 主程序流程
3 结束语
本文介绍了一种基于51单片机控制液晶显示及语音的电路，设计思想和方法具有一定的典型性和代表性，对电路稍加修改就能应用于其他场合，如在主控电路中再加入几片82C55A就能实现更加复杂的电路控制，这些都是笔者在实践过程中得来的，相信能对单片机系统的开发人员有一定的启发。
参考文献：
[1] 戴佳，戴卫恒. 51单片机C语言应用程序设计[M]. 北京：电子工业出版社，2006.
关键词：AM-OLED：驱动芯片：FPGA
1概述
AM-OLED显示驱动芯片是AM-OLED平板显示屏的关重件，具有重要经济价值。显示驱动芯片内部集成了行列驱动电路、图像SRAM、电荷泵、LDO、伽马校正和多种输入输出接口。内置图像SRAM最高可支持到WVGA分辨率，可显示16.77兆色的显示屏；片内的低功耗电源管理技术增强了手持设备的电池续航能力。该芯片具有高集成度、低成本、低功耗的特点，可运用于中小尺寸AM-OLED显示屏模块，包括智能手机、数码相机等电子产品。
本文通过分析AM-OLED驱动控制芯片的测试需求，并结合该芯片的多功能模块结构特点，提出了一种AM-OLED驱动芯片的测试电路设计方案。该方案对AM-OLED驱动控制芯片的各项指标测试非常有效。该文的研究成果已经应用于我们研发的AM-OLED驱动控制芯片彩屏手机中。
2需求分析
图1所示为AM-OLED驱动控制芯片的组成框图。GateDriver行驱动、Source Driver列驱动分别用来驱动AM-OLED的行和列。电源模块由三个电荷泵、两个LDO以及一个上电检测电源组成，用来向伽马校正、行驱动、列驱动以及SRAM模块提供所需要的驱动电压。内置SRAM用来存储需要显示的图像数据。OSC振荡器主要是作为片内时钟源，可以通过倍频、分频、调整占空比等方式，结合各需求模块的具体需求，产生高精度的时钟频率。数字控制模块由Command decoder和TCON模块组成，主要实现1）不同分辨率显示，2）不同显示模式显示，3）低功耗模式控制，4）不同控制和数据接口兼容5）行列驱动电路控制以及伽马校正，6）接口译码功能。使各模块能协调按序工作。
针对以上驱动芯片，需要对他的各项功能模块和整体性能进行有指标的测试，常用测试项目如下：
1）电源模块测试，测定芯片内基准、电荷泵、LDO等电源的电压、电流指标要求。
2）联动测试，包括上电，启动复位、省电、睡眠等各模式之间的切换。
3）动态电流和平均电流测试，用于统计芯片的平均功耗和瞬时功耗。
4）列驱动Source Driver输出固定电平测试、建立时间、DNL、INL、DVO测试。
5）通过SPI口对集成在芯片内的SRAM进行测试，测试基本的存储功能是否正确。
6）伽马电路测试，需要分步进行，先对其内部各个模拟电路进行测试，确定参考电压产生是否正确，然后再和列驱动连接进行联合测试。比对显示效果，可调整电压误差范围。
7）
数字控制模块的测试，主要在接口之间的兼容，可在线调试，寄存器可配等特点来提高芯片的可测试性。
3测试方案
针对以32AM-OLED驱动控制芯片的结构特点，下面给出了一种测试电路的设计方案。为了提高各个功能模块的可观测性和可控制性，以便全方位验证芯片的总体性能指标提供电路结构支持。图2是AM-OLED驱动控制芯片测试系统框图。主要有屏、驱动芯片、FPC软板、电源板、FPGA板组成。其中屏和驱动芯片以实际应用为出发点，在测试阶段已经焊接在一起，有了屏就可以直观显示有关行列的驱动和使能（排除屏上坏点），同时对于芯片的Gamma校正，色阶等可以直观显示，并且可以在线调试变化过程；然后屏和显示控制系统通过FPC软板连接，在软板上预留屏电压和控制信号测试点；电源模块实现屏上的行和列提供显示驱动电压，以及驱动芯片电源总输入；FPGA板是整个测试电路的控制核心，设计和存储一些特定的显示效果图像。
4具体电路
测试的电路结构是在上面所介绍的芯片结构的基础上，参考其测试需求而设计的，其重点是电源板和FPGA板，一个提供整个测试系统的电源流，为各功能模块提供充足的各种阈值的需求，同时预留测试点以监测驱动芯片的各项交直流参数指标。另一个是提供测试系统的控制和数据流，控制各个功能模块的动作，并且可以独立制作特定的显示数据，以验证驱动芯片的显示效果。
首先是电源板，如图3所示，系统的电源分四部分：第一部分是FPGA系统所需的多路电源管理VIN+5V，由TPS5450产生，第二部分，驱动芯片输入电压，由LDO降压后产生核电压和10电压VDDAB、VDDI；第三部分是AM-OLED需要的正负的高电压，ELVDD、ELVSS，都由TPS5450产生，TPS5450的特点是根据电感的接法不同，既可以产生正电压，也可以产生负电压，第四部分，电平转换电源所需电压通过TPS65131实现，其中AM-OLED的RGB行列供电的电源要在4.6V到6.5V之间可调，使用宽范围的电位器来灵活调节。
然后是FPGA控制板如图4所示，验证过程中使用的FPGA验证平台的核心控制器FPGA采用xinlinc公司spartan6系列的TQG144芯片，SPI FLASH选用W25Q32V，预留视频源扩展口，兼容sD卡视频播放模式，FPGA的调试接口和扩展接口使用40芯的柔性线路板实现，FPGA和AM-OLED屏之间通过60芯的FHl6系列连接器实现时序控制。在本设计中，使用Spartan6系列的TQG144芯片主要原因是它拥有逻辑单元多、片内存储容量大、低功耗、低价位等特点。接口种类齐全，便于实现多种视频数据格式间的转换。数字锁相环动态可配置，可以实现时钟的倍频、分频及相位锁定，为整个测试系统提供充足的时钟资源。另外FPGA得JTAG在线调试接口，为AM-OLED驱动控制芯片寄存器得配置提供了方便，并且支持多种显示格式和转换功能，为AM-OLED驱动控制芯片的各项功能验证提供了足够的资源。
【关键词】嵌入式CortexTM-M3 LM3S811 温度检测
豆浆是现代科学公认的营养品，随着家庭生活条件的改善、生活水平的提高以及出于对食品安全的考虑，富含植物性蛋白的豆浆正以无可阻挡的魅力走进千家万户，本论文即采用 嵌入式单片机设计的一款豆浆机。
1 LM3S811单片机介绍
TI公司的Stellaris系列的单片机，能够使用户以传统的8位和16位器件的价位来享受32位的性能。该系列单片机是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子售货机、测试和测量设备、网络设备和交换机、工厂自动化、建筑控制、运动控制、医疗器械、以及火警安防等。
LM3S811单片机的优势还在于能够方便的运用多种ARM的开发工具和片上系统（SoC）的底层IP应用方案，能够满足各种需求。另外，该单片机使用了兼容ARM的Thumb?指令集的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。因此，本设计采用LM3S811单片机作为控制芯片。
2 豆浆机工作流程与硬件设计
2.1 豆浆机工作流程
正常上电后按豆浆按钮，蜂鸣器“嘀”一声，指示灯亮。
（1）延时2秒、随后加热到80℃，打豆10秒后停5秒。
（2）自动加热挂泡，停止加热10秒。
（2）打豆10秒，停10秒如此循环6次。
（3）加热到挂泡，如此循环3次。
（4）打豆10秒，停6秒如此循环6次。
（5）加热到挂泡，如此循环6次。
完成后蜂鸣器提示音1秒一声，一分钟后转至每间隔10秒蜂鸣器“嘀”一声提示音，表示工作进程结束。
2.2 豆浆机硬件电路设计
全自动豆浆机硬件电路包括温度传感器电路、单片机最小系统以及输出控制电路。
由于单片机内部有上拉电阻，所以按钮电路没有连接上拉电阻；用单片机引脚直接控制继电器的方式驱动电加热器与电机；温度传感器采用热敏电阻KTY81-110，采用电阻串联分压法直接将热敏电阻两端的电压输入到单片机LM3S811的ADC中；采用变压器降压、整流、滤波后，经过3.3V稳压器1117（3.3V）输出，为豆浆机提供电源。通过这些电路设计，能够实现全自动豆浆机系统。
3 基于LM3S811单片机的豆浆控制电路机程序框架
本设计为全自动豆浆机，采用状态机描述进行编程。按照状态机描述豆浆机不同得工作状态，程序由C语言写出，主程序由单片机初始化、温度传感器初始化、键盘初始化等等，程序框架如下：
include " LM3S811.h"
定义数码管译码数组；
定义数码管位选数组；
定义LED灯数组；
定义保存在FLASH中数据的数组；
定义定时标记变量；
定义其他全局数组与变量； //例如定时变量dsbl等
函数原型声明；
void main（void）
{
定时器0初始化； //实现时间标记
定时器1初始化； //对定时变量定时
引脚初始化； //按钮、水位电极、ADC、继电器等引脚初始化
ADC初始化；
其他初始化语句；
while（1）
{
//按键处理语句；
{
功能选择等按钮语句； //按钮变量anbl随按下按钮不同而不同
豆浆按钮按下时，anbl=1； //对应指示灯亮，表示工作状态
烧水按钮按下时，anbl=2；
搅拌按钮按下时，anbl=3；
若没有按钮按下，anbl=4；
需要按钮抬起判断语句；
}
//低水位电极、防溢出电极、温度检测
if（sample_time= =1）
{
检测水位电极； //设置低水位标志，若是低水位，低水位标志为1
检测防溢出电极； //设置防溢出标志，若是溢出，防溢出标志为1
ADC转换温度值、数字滤波语句，转换成温度值。
sample_time= =0；
}
//状态机
if （state_time= =1）
{
状态机语句；
state_time=0；
按钮变量=0
}
//输出语句：
4 结论
TI公司的Stellaris系列的单片机，LM3S811单片机与Stellaris系列的所有成员是代码兼容的，这为用户提供了灵活性，能够适应各种精确的需求，必将得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1]都业弘.我国大豆磨{行业现状及发展[J].食品科学，1999（02）：28-29.
[2]李延鹏.ARM嵌入式系统开发与应用完全手册[M].北京：中国铁道出版社，2013.
通讯作者简介
周立平（1979-），男，现为中国电子科技集团第二研究所工程师。研究方向为自动控制。
直接数字频率合成器（DDS）因具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可编程控制和全数字化结构、便于集成等优越性能，在雷达、通信、电子对抗等电子系统中应用越来越广泛。目前，在相控阵雷达和多路信号波形发生器等一些应用场合，开始出现同时使用多片DDS芯片输出多路同步信号波形的趋势。笔者在三通道雷达中频信号模拟器的设计中，使用数字信号处理芯片TMS320C6701对三片直接数字频率合成器芯片AD9852同时进行控制的接口电路，研究了对多片AD9852芯片输出模拟信号实现相位同步的几项关键技术。本文就这一接口电路作介绍。
1 AD9852和TMS320C6701简介
该系统选用的直接频率合成器是AD公司生产的AD9852，它能产生频率、相位、幅度可编程控制的高稳定的模拟信号。在最高系统时钟300MHz时，输出频率的范围可达DC-120MHz，精度可达1.066μHz，频率转换速度可达每秒1×10 8个频率点；具有14位数控调相和12位数控调幅功能；具有相移键控（PSK）、扫频功能（CHIRP）和频移键控（FSK）功能。
该系统选用的数字信号处理芯片（DSP）是TI公司生产的高速浮点TMS320C6701，其内部CPU集成了8个并行功能单元，配有32个32位通用寄存器，它在6ns周期时间里最多可同时执行8条32位指令，其运算能力可达1G FLOPS；存储器寻址空间为32位，可寻址8/16/32位数据；有4个自加载的DMA传输通道。
2 TMS320C6701与AD9852接口电路
TMS320C6701是本系统的控制中心，其主要功能是将控制信号和信号波形参数发送到AD9852内部相应的控制寄存器，二者的接口电路原理框图如图1所示。
对AD9852内部控制寄存器可以进行并口或串口的读写操作。因为AD9852的串口传输速率最大仅为10MHz，而并口传输速率可达高达100MHz，为了提高DSP对AD9852的控制速度，本系统采用了并行接口方式，三片AD9852的8位数据总线同时占用DSP数据总线的D0～D7位，它们的6位地址总线同时点用DSP地址总线的A2～A7位。由于AD9852器件没有片选输入信号。需要利用DSP的写信号/AWR、片选信号/CE0和高位地址数据线的第A21～A20位，并由EPLD对其进行译码要成WRB NO.1、WRB NO.2和WRB NO.3写信号，分别控制三片AD9852器件的写信号WRB，该写信号负责把数据总线上的数据写入到AD9852的I/O缓冲寄存器中数据总线上数据写入到AD9852的I/O缓冲寄存器中进行缓存，这样就实现了片选不同AD9852芯片目的。
TMS320C6701还控制EPLD产生三片AD9852需要的复位信号RESET和外部更新时钟EXT I/O UPDATECLK。为了使三片AD9852和EPLD之间系统时钟同步，它们的外部参考时钟REFCLK由同一个50MHz的温补晶振提供。
3 三片AD9852同步工作的关键技术
为了实现三片AD9852输出信号波形相位同步，必须保证所有的AD9852芯片在同一个系统时钟节拍下工作，每个AD9852的系统时钟之间的相位误差应该最大不超过一个周期。AD9852内部系统时钟形成原理图如图2所示。AD9852有关分或单端两种参考时钟形式，它们既可以直接形成系统时钟，又可以通过参考时钟倍频器倍频后形成系统时钟，选择哪种参考时钟和是否通过参考时钟倍频器倍频可由用户根据需要自行设置；异步的外部更新时钟经过边沿检测电路后与系统时钟同步，形成上升沿，触内部控制寄存器更新内容。从上述分析中可以看出，只有三处AD9852芯片参考时钟同步，才能避免它们系统时钟彼此之间不同步。下面介绍影响三片AD9852芯片同步工作的几个关键信号。
3.1 参考时钟信号
实现多片AD9852芯片同步的首要要求是每个AD9852的输入参考时钟之间必须有最小的相位差。本系统要求用一个时钟信号源产生四路相干时钟分别分配给EPLD和三片AD9852，这给保证时钟信号的驱动能力和信号完整性带来了难度。本系统的解决办法是将温补晶振产生的信号首先传送到一个零延迟时钟驱动芯片CY2305的输入端，再由该芯片输出四路同步时钟信号，其中一路时钟直接供给EPLD，其它三路时钟分别输入给三个MAX9371芯片，此芯片把输入的单端LVTTL电平时钟转化成差分LVPECL电平时钟后，再分别输入给三片AD9852芯片。为了使输入到每个AD9852的参考时钟信号的延迟时间保持一致，需要采用蛇形差分对的走线方法精心布线，使参考时钟PCB走线距离相同。本系统AD9852的参考时钟之所以采用差分输入模式，是因为它不仅可以抑制时钟信号上的共模噪声，而且它还具有最小的率和更短的上升和下降时间（小于1ns）。
3.2 更新时钟信号
在对AD9852进行控制编程时，写入AD9852的数据首先被缓存在内部的I/O缓冲寄存器中，不会影响到AD9852的工作状态；只有当AD9852的更新时钟信号的上升沿到来时，触发I/O缓冲寄存器把数据传送给内部控制寄存器以后才改变AD9852的工作状态。更新时钟信号的产生有两种方式，一种是由AD9852芯片内部自动地产生，用户可以对更新时钟的频率进行编程来产生固定周期的内部更新时钟；另一种是由用户提供外部更新时钟，此时AD9852 I/O UD引脚为输入引脚，由外部控制器提供信号。
在同时定改三片AD9852内部的频率和相痊控制寄存器的过程中，为了防止因数据建立和保持时间的原因而出现编程信息传输错乱，使AD9852的输出信号失去同步，本系统使用由EPLD提供的同一个外部更新时钟信号。若使用AD9852内部更新模式，尽管可以简化系统设计，但因为AD9852内部时钟频率较高，会受到AD8952接口速率的限制，使AD9852的控制时序不易控制。对外部更新时钟信号的PCB布线同参考时钟的要求一样，必须使它的上升沿同时到达每片AD9852.
3.3 复位信号
该系统三片AD9852使用同一个复位信号，它在系统上电后和发送控制数据之间由EPLD产生，对AD9852的所有寄存器进行初始化，使相位累加器的状态被设置为初始零 相位，使三片AD9852输出信号相位同步有个参考起始点；它也可以控制AD9852内部的14位相位调整控制寄存器，根据实际需要使它们输出的模拟信号之间保持一定相位差，它调整相位的精度可达到0.022°。
3.4 参考时钟信号倍频
输出频率较低的温补晶振性价比较高，当使用它产生参考时钟信号时，需要使用AD9852片内参考时钟倍频器的锁相环电路，实现4～20倍频后才成为系统时钟信号，这使多片AD9852芯片同步工作的问题变得复杂了，这是因为AD9852内部的锁相环工作有两个状态；锁定状态和获得锁定状态。在锁定状态，系统时钟信号和输入的参考时钟信号可以保持同步。但当给AD9852发送控制指令时，其参考时钟倍频器工作后的一小段时间内，锁相环不能立刻锁定，它工作在获得锁定状态，此时传送到AD9852的相位累加器的系统时钟周期个数是不可控的，直接导致三片AD9852输出的信号之间相位不能同步，因此一定要等待锁相环工作在锁定状态以后，再更新AD9852内部频率或相位等控制字。AD9852片内锁相环锁定典型时间约为400μs，由于每个AD9852的锁定时间不尽相同，建议至少留出1ms时间给锁相环锁定。
3.5 数据总线和地址总线信号
TMS320C6701的数据总线和地址总线需要同时与EPLD和三片AD9852相连接，为了提高总线的驱动能力，DSP输出的总线需要通过TI公司的SN74LVTH162245芯片进行驱动后才能与这些异步接口的器件相连接。但是，这样直接加上驱动的数字总线和地址部被三片AD9852分时复位会带来另一个潜在的问题，即复用的总线给多片AD9852之间提供了一个互相耦合电气通道，使它们的模拟输出信号之间的隔离度可能达不到60dB的系统指标要求，故需要进一步改进。本系统采用的方法是使被复用的TMS320C6701总线上的每一路信号首先驱动SN74LVTH162245上的四个输入端，这样就可以从它的输出端得到四个被相互隔离的四路相同信号，然后再各自加端接匹配电阻，对每路信号进行匹配后再接到各自的终端。这样不仅解决了信号隔离问题，还很好地解决了一路信号线因驱动多路终端所引起的传输阻抗不匹配的问题。
4 AD9852的操作控制时序
（1）给系统上电，DSP控制EPLD产生复位信号RESET，此信号需要至少保持10个参考时钟周期的高电平；
（2）依次给每个AD9852发送控制字，使每个AD9852工作状态由缺省的内部更新时钟模式改变成外部时钟更新模式；
（3）将AD9852时钟倍频器工作的控制字依次写入每个AD9852的I/O缓冲寄存器中，EPLD产生外部更新时钟的同时更新每个AD9852内部控制寄存器；
关键词：电压比较器；运算放大器；阈值比较
1 前言
比较器是一种带有反相和同相两个输入端以及一个输出端的器件，该输出端的输出电压范围一般在供电的轨到轨之间，运算放大器亦是如此。
比较器具有低偏置电压、高增益和高共模抑制的特点。运算放大器亦是如此。
运算放大器有如此多相似之处，但我们却不能忽略他们的细微差别。
比较器拥有逻辑输出端，可显示两个输入端中哪个电位更高。如果其输出端可兼容TTL或CMOS，则比较器的输出始终为正负电源的轨之一，或者在两轨间进行快速变迁。比较器设计用于开环系统，用于驱动逻辑电路，用于高速工作，即使过载亦是如此。
运算放大器有一个模拟输出端，但输出电压不靠近两个供电轨，而是位于两者之间。这种器件设计用于各种闭环应用，来自输出端的反馈进入输入端。其偏置电流通常低于比较器，而且成本更低。运算放大器设计用于闭环系统，用于驱动简单的电阻性或电抗性负载，而且不能过载至饱和状态。
正是这些细微差别，比较器和运算放大器大多数时候会被区别对待，分别实现不同的功能。但若稍作改变，利用他们的相似之处，又可以解决一些实际问题。文章就运放OPA699同时作为运算放大器和电压比较器进行接收电路设计，讨论，并通过试验结果进行现象分析。
2 光电探测电路原理
如图1所示为光电探测电路原理图，光电探测器通过偏置电路将接收到的光脉冲信号转换为电压脉冲信号，输入到放大电路，经过一级放大和整形等操作，输入到信号处理单元。
图1 光电探测电路原理框图
3 电路各部分设计及功能实现
3.1 光电探测器及偏置电路设计
光电探测器将光信号转换为电信号，一般在设计中主要考虑响应度，响应时间，光谱响应范围等参数。此设计中采用普通的硅PIN光电二极管，反向偏置电压为5v，其在反偏电压下工作电路如图2：
图2 光电探测器及偏置电路
3.2 放大电路设计及功能实现
3.2.1 放大电路设计
经光电二极管接收、转换的信号，其幅度和信号比不足以满足信号处理的要求，为了得到足够的放大倍数和更高的信噪比，还需要进行信号的再放大。放大电路如图3所示：
放大电路放大经光电二极管光电转换之后的电信号，考虑到运算放大器的放大倍数基本由电阻决定，受温度影响较小，在放大电路中选取TI生产的电压反馈限幅运算放大器OPA699的组成所需的放大电路。OPA699的-3dB带宽为1000MHz，压摆率为1400v/？滋S，噪声为4.1nV/，是一款高速低噪声运算放大器，满足基本的脉冲信号的放大需求。
运算放大器是一种双电源器件，因而必须通过采用外部元件的某种偏置将运算放大器的输出电压偏置到供电电压的位置，对于给定电源电压，这种方法可实现最大输入和输出电压摆幅。也就是说，为了避免削波现象，需使输出电压偏置到电源电压的一半附近。但是若通过简单的分压器将同相引脚偏置到电源电压的一半，极易引入低频寄生振荡或其他形式的不稳定现象。
该放大电路采用同相比例运算电路，进行单电源固定增益的放大，增益系数由R30/R29决定，本设计中设定放大倍数为5。
本设计中通过电容C34在分压器的抽头点设置旁路，用以处理交流信号。电阻R26为基准电压提供直流回路，同时设定电路（交流）输入阻抗。在本电路中，采用R27和R28组成的分压器，该网络的-3dB带宽由R27、R28和C34构成，如设定R27/R28为2.4kHz/2.4kHz，C34电容值为0.1uF，则：
此设计对于1.33kHz以下的电源上存在的噪声信号可以抑制掉。对于电容C34，若取值足够大，能够对分压器电路通带带宽内所有频率起到旁路的功能。该网络设置有效法则是将极点设为-3dB输入带宽的十分之一。
3.2.2 放大电路功能实现情况
输入脉宽为10ns的激光脉冲信号后，放大电路输入信号和输出信号情况如图4所示。
由图4可以看到，此电路能正常实现信号放大的，完全起到了放大高速微弱信号的作用。
3.3 阈值比较电路及电路实现情况
3.3.1 阈值比较电路
本设计中，阈值比较电路通过电压反馈运算放大器OPA699作为电压比较器实现，具体电路设计如图5所示：
高输入阻抗运算放大器OPA699作为比较器亦通过单电源实现，R33和R35实现将运算放大器的输出电压偏置到供电电压的位置，R34则提供阈值电压参考值，根据实际需要，此处设置阈值为200mV。电阻R32为基准电压提供直流回路，同时设定电路（交流）输入阻抗。
3.3.2 阈值比较电路工作情况
窄脉冲激光信号经放大输出进入比较器，经阈值比较后输出TTL脉冲信号，通过判别前沿获取时间信息，放大电路输出和阈值比较电路输出的输出波形如图6所示：
由图6可以看到，实现阈值比较功能的运算放大器OPA699能够对脉宽为10ns的快速信号进行阈值判别，完全能够满足实际应用需要。
4 结束语
该电路中，单电源供电方式设计的放大电路有效解决了信号放大的问题，方便后续电路的处理；阈值比较电路能进一步得到足够放大倍数的信号，有效地去除噪声，提高信噪比，为后续进行信号处理提供了保证，也就是说，此类应用中，尤其对供电方式要求单一的应用中，将运算放大器用作比较器是一种可行的设计选择。
运算放大器不但有单运放封装，同时提供双运放或四运放型号，这类双核和四核型号比两个或四个独立运算器便宜，而且占用电路板面积更小，进一步节省了成本。另外，比较器专门针对干净快速的切换而设计，因此其直流参数往往赶不上许多运算放大器。因而，在要求低输入失调电压和低输入偏置电流等的应用中，将运算放大器用作比较器可能比较方便。
但是用作比较器的运算放大器没有负反馈，因此其开环增益非常高。跃变期间，哪怕是极少量的正反馈也可能激发振荡。反馈可能来自输出与同相输入之间的杂散电容，也可能来自共地阻抗中存在的输出电流。虽然通过设计布局降低杂散电容等方法进行补偿，但不稳定性的确是隐形存在的“不定时炸弹”。另外，将运算放大器用作比较器时，受饱和影响，其反应速度低于期望水平，如果高速非常重要，将运算放大器用作比较器可能达不到预期效果。
总之，文章提供了一种可行的光电探测电路的设计手段，在实际应用时，必须了解相关知识，以确保所选运算放大器能达到要求的性能。
参考文献
[1]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M].第三版.高等教育出版社，2003.
[2]TEXAS INSTRUMENTS，Inc OPA699 Datasheet[Z].2012
[3]何希才（译）.运算放大器应用电路设计[M].科学出版社，2004
