一.浪潮筆試

考察的主要是數(shù)電、模電和微機(jī)原理的基礎(chǔ)知識(shí)。

1.有源、無源濾波器

答案：

最初的濾波器主要是由電阻、電感和電容等無源器件構(gòu)成的無源濾波器，無源濾波器

雖然有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)有用信號(hào)成分也會(huì)有很大的衰減

作用，本身不具備放大能力，而且?guī)ж?fù)載能力差，性能不夠理想。

后來，出現(xiàn)了由運(yùn)放和RC元件等構(gòu)成的性能優(yōu)良的有源濾波電路。

相繼出現(xiàn)了開關(guān)電容濾波器、單片集成有源濾波器、數(shù)字濾波器。

五種濾波器類型：低通濾波器LPF、高通濾波器HPF、全通濾波器APF、帶通濾波器

BPF、帶阻濾波器BEF。

有源濾波器是一種重要的信號(hào)處理電路，它可以突出有用頻段的信號(hào)，衰減無用頻段的

信號(hào)，抑制干擾和噪聲信號(hào)，達(dá)到選頻和提高信噪比的目的。

利用開關(guān)電容積分器可以構(gòu)成開關(guān)電容濾波器，除了工作頻率外，其精度和其他性能均

超過了常規(guī)的有源濾波器，達(dá)到了實(shí)用水平。

擴(kuò)展：

activepowerfilter,APF

利用可關(guān)斷電力電子器件，產(chǎn)生與負(fù)荷電流中諧波分量大小相等、相位相反的電流來抵消諧

波的濾波裝置。

一、基本概念：

顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償

方法的缺點(diǎn)（傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償），實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波乂補(bǔ)無功；

三相電路瞬時(shí)無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論；APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前

者用的多；并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等

引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧

波，不會(huì)引起諧振，但是價(jià)位相對(duì)高！

二、基本原理：

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部

分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送

入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）

信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧

波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電

力諧波。

三、基本應(yīng)用：

諧波主要危害：

?增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效

率，造成設(shè)備浪費(fèi)、線路浪費(fèi)和電能損失；

?引起無功補(bǔ)償電容器諧振和諧波電流放大，導(dǎo)致電容器組因過電流或過電壓而損壞或

無法投入運(yùn)行；

?產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩致使電動(dòng)機(jī)振動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機(jī)壽命；

?由于渦流和集膚效應(yīng)，使電機(jī)、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，浪費(fèi)

電能并加速絕緣老化；

?諧波電壓以正比于其峰值電壓的形式增強(qiáng)了絕緣介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度，降低設(shè)備使用壽

命；

?零序（3的倍數(shù)次）諧波電流會(huì)導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過載，并在三角形接法的變

壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，使繞組電流超過額定值，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)事故。

?諧波會(huì)改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性，引起繼電保護(hù)設(shè)施的誤動(dòng)作，造成繼電保護(hù)等自

動(dòng)裝置工作紊亂；

?諧波變改變了電壓或電流的變化率和峰值，延緩電弧熄滅，影響斷路器的分?jǐn)嗳萘浚?/p>

?使計(jì)量?jī)x表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計(jì)量誤差；

?干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和通訊設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

四、有源濾波的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：可動(dòng)態(tài)濾除各次諧波，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的諧波能夠完全吸收；不會(huì)產(chǎn)生諧振。

缺點(diǎn):造價(jià)太高;受硬件限制，在大容量場(chǎng)合無法使用:有源濾波容量單套不超過100KVA,

目前最高適用電網(wǎng)電壓不超過450V.

五、應(yīng)用場(chǎng)合

有源電力濾波器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中，如：電力系統(tǒng)、電解

電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場(chǎng)及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機(jī)場(chǎng)/港口的供

電系統(tǒng)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象不同，HTAPF-I型有源電力濾波器的應(yīng)用將起到保障供

電可靠性、降低干擾、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增長(zhǎng)設(shè)備壽命減少設(shè)備損壞等作用。

■通信行業(yè)

為了滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運(yùn)行需要，通信配電系統(tǒng)中的UPS使用容量在大幅上

升。據(jù)調(diào)查，通信低壓配電系統(tǒng)主要的諧波源設(shè)備為UPS、開關(guān)電源、變頻空調(diào)等。其產(chǎn)

生的諧波含量都較高，且這些諧波源設(shè)備的位移功率因數(shù)極高。通過使用有源濾波器可以提

高通信系統(tǒng)及配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)通信設(shè)備及電力設(shè)備的使用壽命，并且使配電系統(tǒng)更

符合諧波環(huán)境的設(shè)計(jì)規(guī)范。

■半導(dǎo)體行業(yè)

大多數(shù)半導(dǎo)體行業(yè)的3次諧波非常嚴(yán)重，主要是由于企業(yè)中使用了大量的單相整流設(shè)

備。3次諧波屬于零序諧波，具備在中性線匯集的特點(diǎn)，導(dǎo)致中性線壓力過大，甚至出現(xiàn)打

火現(xiàn)象，存在著極大的生產(chǎn)安全隱患。諧波還會(huì)造成斷路器跳閘，耽誤生產(chǎn)時(shí)間。3次諧波

在變壓器內(nèi)形成環(huán)流，加速了變壓器的老化。嚴(yán)重的諧波污染必然對(duì)配電系統(tǒng)中的設(shè)備使用

效率和壽命造成影響。

?石化行業(yè)

由于生產(chǎn)的需要，石化行業(yè)中存在著大量泵類負(fù)載，并且不少泵類負(fù)載都配有變頻器。

變頻器的大量應(yīng)用使石化行'業(yè)配電系統(tǒng)中的諧波含量大大增加。H前絕大部分變頻器整流環(huán)

節(jié)都是應(yīng)用6脈沖將交流轉(zhuǎn)化為直流，因此產(chǎn)生的諧波以5次、7次、11次為主。其主要危

害表現(xiàn)為對(duì)電力設(shè)備的危害及在計(jì)量方面的偏差。使用有源濾波器可以很好地解決這方面的

問題。

■化纖行業(yè)

為大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化質(zhì)量，以及延長(zhǎng)爐齡、節(jié)省能源，在化纖行業(yè)常用

到電助熔加熱設(shè)備，借助電極把電直接送入燃料加熱的玻璃池窯中。這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的

諧波，且三相諧波的頻譜和幅值差別比較大。

■鋼鐵/中頻加熱行業(yè)

鋼鐵業(yè)中常用到的中頻爐、軋機(jī)、電弧爐等設(shè)備都會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生重大的影響，

使電容補(bǔ)償柜過載保護(hù)動(dòng)作頻繁、變壓器和供電線路發(fā)熱嚴(yán)重、熔斷器頻繁熔斷等，甚至引

起電壓跌落、閃變。

■汽車制造業(yè)

焊機(jī)是汽車制造業(yè)中不可少的設(shè)備，由于焊機(jī)具有隨機(jī)性、快速性及沖擊性的特點(diǎn)，使

大量使用焊機(jī)造成嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題，造成焊接質(zhì)量不穩(wěn)、自動(dòng)化程度高的機(jī)器人由于電

壓不穩(wěn)而不能工作，無功補(bǔ)償系統(tǒng)無法正常使用等情況。

■直流電機(jī)諧波治理

大型直流電機(jī)場(chǎng)所都需要先通過整流設(shè)備將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，由于此類工程的負(fù)載

容量都較大，因此在交流側(cè)存在嚴(yán)重的諧波污染，造成電壓畸變，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起事故。

■自動(dòng)化生產(chǎn)線和精密設(shè)備的使用

在自動(dòng)化生產(chǎn)線和精密設(shè)備場(chǎng)合，諧波會(huì)影響到其正常使用，使智能控制系統(tǒng)、PLC

系統(tǒng)等出現(xiàn)故障。

■醫(yī)院系統(tǒng)

醫(yī)院對(duì)供電的連續(xù)性利可靠性有非常嚴(yán)格的要求，0類場(chǎng)所自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間T<15S,

1類場(chǎng)所自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間0.5S<T<15S,2類場(chǎng)所自動(dòng)恢復(fù)供電時(shí)間T<0.5S,電壓總諧波

畸變率THDuW3%,X光機(jī)、CT機(jī)、核磁共振都是諧波含量極高的負(fù)載。

■劇場(chǎng)/體育館

可控硅調(diào)光系統(tǒng)、大型LED設(shè)備等都是諧波源，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的三次諧波，

不但造成配電系統(tǒng)的電力設(shè)備效率低下，而且還會(huì)造成燈光頻閃，對(duì)通信、有線電視等微弱

電回路產(chǎn)生雜音，甚至產(chǎn)生故障。

六、主要發(fā)展?fàn)顩r：

由于有源濾波存在的不足和缺陷，目前國內(nèi)市場(chǎng)上主要以無源濾波為主；國際上以ABB,

ABLEREX（愛普瑞斯）、諾基亞、施耐德（梅蘭日蘭）、西門子為代表，國內(nèi)以山大華天，

哈工大、西安賽博、南京亞派為代表，另外清華大學(xué)電機(jī)系研制的CleanPower系列有源電

力濾波器在自適應(yīng)能力，穩(wěn)定性以及對(duì)各種延時(shí)的最優(yōu)補(bǔ)償方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為了最

先進(jìn)的產(chǎn)品之一。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，有源電力濾波器以其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大功

能、逐漸下降的價(jià)格，必將最終取代傳統(tǒng)的電容型無功補(bǔ)償裝置，占據(jù)市場(chǎng)主流。

【原創(chuàng)】討論有源濾波器和無源濾波器的缺點(diǎn)以THS7327為例看濾波器的集成化發(fā)展方向

有源濾波器是由集成運(yùn)放和R、C組成，眾所周知它有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有如下缺點(diǎn)：

1、相對(duì)無源要用運(yùn)放

2、需要提供電源才能工作。

3、電阻、運(yùn)放等，會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，使得電路的噪聲增大。。

4、運(yùn)算放大器等有源元件的高頻特性限制帶寬。

5、要使用高精度電容與電阻，否則會(huì)產(chǎn)生振蕩。

6、有源元件補(bǔ)償損耗，才可以得到高Q值

無源濾波器常是使用電阻、電感與電容構(gòu)成。尤其是電感存在以下問題：

1、電感的體積大，市面上的ImH電感至少要用1210的封裝，比ImH大的電感都要有芯片

那么大。

2、電感在電路中使用需要考率多方面：磁的影響了很多方面，電路中遇到磁的問題是最麻

煩的問題了。

3、L與C中寄生電阻產(chǎn)生電路中的損耗等

推薦看一本書日本人寫的就是翻譯得太差了《LC濾波器設(shè)計(jì)與制作》呵呵

鑒于以上原因，對(duì)濾波器的集成化發(fā)展迫不及待，集成化使得運(yùn)放、電阻、電感的性能進(jìn)一

步提高，也使得電路更為便捷。

如TI公司的THS7314/7315/7316/7318/7327/7347等等，都是將濾波器內(nèi)部集成，通過選通

的方式來選擇濾波器的頻率，THS7327主要是通過對(duì)MSB的第6、5、4、3位選擇來選取

濾波器的頻率的，但卻僅僅只有5種選擇：9/16/35/75/APFMHz；

無源濾波器和有源濾波器的區(qū)別有哪些？

【摘要】：無源濾波器乂稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電

路，可濾除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可

對(duì)主要次諧波（3、3、7）構(gòu)成低阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都

屬于無源濾波器。

一、無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)

無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今仍是應(yīng)

用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。

二、無源濾波器的分類

無源濾波器主要可以分為兩大類：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。

2.1、調(diào)諧濾波器

調(diào)諧濾波器包括單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器，可以濾除某一次（單調(diào)諧）或兩次（雙調(diào)諧）諧

波，該諧波的頻率稱為調(diào)諧濾波器的諧振頻率；

2.2、高通濾波器

高通濾波器也稱為減幅濾波器，主要包括一階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通濾波

器和c型濾波器，用來大幅衰減高于某瀕率的諧波，該頻率稱為高通濾波器的截止頻率。

三、無源濾波器和有源濾波器的區(qū)別

無源濾波器和有源濾波器，存在以下的區(qū)別：

3.1、工作原理

無源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)

行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道；而有源濾波器由電力電子元件和DSP

等構(gòu)成的電能變換設(shè)備，檢測(cè)負(fù)載諧波電流并主動(dòng)提供對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償后的源電流

幾乎為純正弦波，其行為模式為主動(dòng)式電流源輸出。

3.2、諧波處理能力

無源濾波器只能濾除固定次數(shù)的諧波；但完全可以解決系統(tǒng)中的諧波問題，解決企業(yè)用電過

程中的實(shí)際問題，且可以達(dá)到國家電力部門的標(biāo)準(zhǔn)；有源濾波器可動(dòng)態(tài)濾除各次諧波。

3.3、系統(tǒng)阻抗變化的影響

無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險(xiǎn)；而有源濾波不受影響。

3.4、頻率變化的影響

無源濾波器諧振點(diǎn)偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

3.3、負(fù)載增加的影響

無源濾波器可能因?yàn)槌叶鴵p壞；有源濾波器無損壞之危險(xiǎn)，諧波量大于補(bǔ)償能力時(shí)，僅發(fā)

生補(bǔ)償效果不足而已。

3.6、負(fù)載變化對(duì)諧波補(bǔ)償效果的影響

無源濾波器隨著負(fù)載的變化而變化；有源濾波器不受負(fù)載變化影響。

3.7、設(shè)備造價(jià)

無源濾波器較低；有源濾波器太高。

3.8、應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)比分析

1.有源濾波容量單套不超過100KVA,無源濾波則無此限制；

2.有源濾波在提供濾波時(shí)，不能或很少提供無功功率補(bǔ)償，因?yàn)橐既萘?；而無源濾波則同

時(shí)提供無功功率補(bǔ)償。

3.有源濾波目前最高適用電網(wǎng)電壓不超過430V,而低壓無源濾波最高適用電網(wǎng)電壓可達(dá)

3000Vo

4.無源濾波由于其價(jià)格優(yōu)勢(shì)、且不受硬件限制，廣泛用于電力、油田、鋼鐵、冶金、煤礦、

石化、造船、汽車、電鐵、新能源等行業(yè)；有源濾波器因無法解決的硬件問題，在大容量場(chǎng)

合無法使用，適用于電信、醫(yī)院等用電功率較小且諧波頻率較高的單位，優(yōu)于無源濾波。

無源濾波器

英文名稱：

passivefilter

電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成，并兼有無功補(bǔ)償和調(diào)壓功能的濾波器。

無源濾波器，又稱LC濾波器，是利用電感、電容和電阻的組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的濾波電路，可濾

除某一次或多次諧波，最普通易于采用的無源濾波器結(jié)構(gòu)是將電感與電容串聯(lián)，可對(duì)主要次

諧波（3、5、7）構(gòu)成低阻抗旁路；單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、高通濾波器都屬于無源

濾波器。

無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)

無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，至今

仍是應(yīng)用廣泛的被動(dòng)諧波治理方法。

無源濾波器的分類

無源濾波器主要可以分為兩大類：調(diào)諧濾波器和高通濾波器。

調(diào)諧濾波器

調(diào)諧濾波器包括單調(diào)諧濾波器和雙調(diào)諧濾波器，可以濾除某一次（單調(diào)諧）或兩次（雙調(diào)諧）

諧波，該諧波的頻率稱為調(diào)諧濾波器的諧振頻率；

高通濾波器

高通濾波器也稱為減幅濾波器，主要包括?階高通濾波器、二階高通濾波器、三階高通

濾波器和c型濾波器，用來大幅衰減高于某一頻率的諧波，該頻率稱為高通濾波器的截止頻

率。

無源濾波器的發(fā)展歷程

3.1、1917年美國和德國科學(xué)家分別發(fā)明了LC濾波器，次年導(dǎo)致了美國第一個(gè)多路復(fù)

用系統(tǒng)的出現(xiàn)。

3.2、20世紀(jì)50年代無源濾波器日趨成熟。

3.3、自60年代起由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成工藝和材料工業(yè)的發(fā)展，濾波器發(fā)展上了一個(gè)

新臺(tái)階，并且朝著低功耗、高精度、小體積、多功能、穩(wěn)定可靠和價(jià)廉方向努力，其中小體

積、多功能、高精度、穩(wěn)定可靠成為70年代以后的主攻方向。導(dǎo)致RC有源濾波器、數(shù)字

濾波器、開關(guān)電容濾波器和電荷轉(zhuǎn)移器等各種濾波器的S速發(fā)展；

3.4、到70年代后期，上述幾種濾波器的單片集成已被研制出來并得到應(yīng)用。

3.5、80年代，致力于各類新型濾波器的研究，努力提高性能并逐漸擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

3.6、90年代至現(xiàn)在主要致力于把各類濾波器應(yīng)用于各類產(chǎn)品的開發(fā)和研制。

當(dāng)然，對(duì)濾波器本身的研究仍在不斷進(jìn)行。

我國濾波器行業(yè)現(xiàn)狀

我國廣泛使用濾波器是50年代后期的事，當(dāng)時(shí)主要用于話路濾波和報(bào)路濾波。

經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，我國濾波器在研制、生產(chǎn)和應(yīng)用等方面已納入國際發(fā)展步伐，但

由于缺少專門研制機(jī)構(gòu)，集成工藝和材料工業(yè)跟不上來，使得我國許多新型濾波器的研制應(yīng)

用與國際發(fā)展有一段距離。

無源濾波器和有源濾波器的區(qū)別

無源濾波器和有源濾波器，存在以卜的區(qū)別：

工作原理

無源濾波器由LC等被動(dòng)元件組成，將其設(shè)計(jì)為某頻率下極低阻抗，對(duì)相應(yīng)頻率諧波電

流進(jìn)行分流，其行為模式為提供被動(dòng)式諧波電流旁路通道；而有源濾波器由電力電子元件和

DSP等構(gòu)成的電能變換設(shè)備，檢測(cè)負(fù)載諧波電流并主動(dòng)提供對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，補(bǔ)償后的源

電流幾乎為純正弦波，其行為模式為主動(dòng)式電流源輸出.

諧波處理能力

無源濾波器只能濾除固定次數(shù)的諧波；但完全可以解決系統(tǒng)中的諧波問題，解決企

業(yè)用電過程中的實(shí)際問題，且可以達(dá)到國家電力部門的標(biāo)準(zhǔn)；有源濾波器可動(dòng)態(tài)濾除各次諧

波。

系統(tǒng)阻抗變化的影響

無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重，存在諧波放大和共振的危險(xiǎn)；而有源濾波不受影響。

頻率變化的影響

無源濾波器諧振點(diǎn)偏移，效果降低；有源濾波器不受影響。

負(fù)載增加的影響

無源濾波器可能因?yàn)槌d而損壞；有源濾波器無損壞之危險(xiǎn)，諧波量大于補(bǔ)償能力時(shí)，

僅發(fā)生補(bǔ)償效果不足而已。

負(fù)載變化對(duì)諧波補(bǔ)償效果的影響

無源濾波器隨著負(fù)載的變化而變化；有源濾波器不受負(fù)載變化影響。

設(shè)備造價(jià)

無源濾波器較低；有源濾波器太高。

應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)比分析

1.有源濾波容量單套不超過100KVA,無源濾波則無此限制；

2.有源濾波在提供濾波時(shí)，不能或很少提供無功功率補(bǔ)償，因?yàn)橐既萘?；而無源濾波

則同時(shí)提供無功功率補(bǔ)償。

3.有源濾波目前最高適用電網(wǎng)電壓不超過450V,而低壓無源濾波最高適用電網(wǎng)電壓可

達(dá)3000Vo

4.無源濾波由于其價(jià)格優(yōu)勢(shì)、且不受硬件限制，廣泛用于電力、油田、鋼鐵、冶金、煤

礦、石化、造船、汽車、電鐵、新能源等行業(yè)；有源濾波器因無法解決的硬件問題，在大容

量場(chǎng)合無法使用，適用于電信、醫(yī)院等用電功率較小且諧波頻率較高的單位，優(yōu)于無源濾波。

主要發(fā)展情況

由于無源濾波的具有大容量低價(jià)位的優(yōu)點(diǎn)，鋼鐵行'業(yè)的濾波都采用無源濾波，目前國內(nèi)

濾波市場(chǎng)（電力諧波治理市場(chǎng)）上主要以無源濾波為主。國際上以ABB、諾基亞、施耐德、

西門子為代表，國內(nèi)以溫州清華電子、山大華天、哈工大、西安賽博、綠波杰能為代表。發(fā)

展形勢(shì)以快速反映，諧波治理徹底，綜合控制為主。

2.貼片電容的封裝

電容：可分為無極性和有極性兩類，無極性電容下述兩類封裝最為常見，即0805、0603；

而有極性電容也就是我們平時(shí)所稱的電解電容，一般我們平時(shí)用的最多的為鋁電解電容，由

于其電解質(zhì)為鋁，所以其溫度穩(wěn)定性以及精度都不是很高，而貼片元件由于其緊貼電路版，

所以要求溫度穩(wěn)定性要高，所以貼片電容以鋰電容為多，根據(jù)其耐壓不同，貼片電容又可

分為A、B、C、D四個(gè)系列，具體分類如下：

類型封裝形式耐壓

A321610V

B352816V

C603225V

D734335V

貼片電容的尺寸表示法有兩種，一種是英寸為單位來表示，一種是以毫米為單位來表示，貼

片電容的系列型號(hào)有0402、0603、0805、1206、1812、2010、2225、2512,是英寸表示法,

04表示長(zhǎng)度是0.04英寸，02表示寬度0.02英寸，其他類同

型號(hào)尺寸（mm）

英制尺寸公制尺寸長(zhǎng)度及公差寬度及公差厚度及公差

040210051.00±0.050.50±0.050.50±0.05

060316081.60±0.100.80±0.100.80±0.10

080520122.00±0.201.25±0.200.70±0.20

1.00±0.20

1.25±0.20

120632163.20±0.301.60±0.200.70±0.20

1.00±0.20

1.25±0.20

121032253.20±0.302.50±0.301.25±0.30

1.50±0.30

180845204.50±0.402.00±0.20<2.00

181245324.50±0.403.20±0.30<2.50

222557635.70±0.506.30±0.50<2.50

303576907.60±0.509.00±0.05<3.00

貼片電容的命名

貼片電容的命名：

貼片電容的命名所包含的參數(shù)有貼片電容的尺寸、做這種貼片電容用的材質(zhì)、要求達(dá)到的精

度、要求的電壓、要求的容量、端頭的要求以及包裝的要求

例風(fēng)華系列的貼片電容的命名

貼片電容的命名：

貼片電容的命名所包含的參數(shù)有貼片電容的尺寸、做這種貼片電容用的材質(zhì)、要求達(dá)到的精

度、要求的電壓、要求的容量、端頭的要求以及包裝的要求。?般訂購貼片電容需提供的參

數(shù)要有尺寸的大小、要求的精度、電壓的要求、容量值、以及要求的品牌即可。

例風(fēng)華系列的貼片電容的命名：

0805CG102J500NT

0805：是指該貼片電容的尺寸套小，是用英寸來表示的08表示長(zhǎng)度是0.08英寸、05表示

寬度為0.05英寸1000mil=1英寸=25.4mm

CG：是表示做這種電容要求用的材質(zhì)，這個(gè)材質(zhì)一般適合于做小于10000PF以下的電容,

102：是指電容容量，前面兩位是有效數(shù)字、后面的2表示有多少個(gè)零102=10x102也就

是=1000PF

J：是要求電容的容量值達(dá)到的誤差精度為5%,介質(zhì)材料和誤差精度是配對(duì)的

500:是要求電容承受的耐壓為50V同樣500前面兩位是有效數(shù)字，后面是指有多少個(gè)零。

N：是指端頭材料，現(xiàn)在一般的端頭都是指三層電極（銀/銅層）、銀、錫

T：是指包裝方式，T表示編帶包裝，B表示塑料盒散包裝

貼片電容的顏色，常規(guī)見得多的就是比紙板箱淺一點(diǎn)的黃，和青灰色，這在具體的生產(chǎn)過程

中會(huì)有產(chǎn)生不同差異

貼片電容上面沒有印字，這是和他的制作工藝有關(guān)（貼片電容是經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)面成，所以沒

辦法在它的表面印字），而貼片電阻是絲印而成（可以印刷標(biāo)記）。

貼片電容有中高壓貼片電容得普通貼片電容，系列電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V,

100Vs200V、500V、1000V、2000V,3000V、4000V

貼片電容的尺寸表示法有兩種，一種是英寸為單位來表示，一種是以毫米為單位來表示，貼

片電容系列的型號(hào)有0201、0402、0603、0805、1206、1210、1812、2010、2225等。

貼片電容的材料常規(guī)分為三種，NPO,X7R,Y5V

NPO此種材質(zhì)電性能最穩(wěn)定，幾乎不隨溫度，電壓和時(shí)間的變化而變化，適用于低損耗，

穩(wěn)定性要求要的高頻電路。容量精度在5%左右，但選用這種材質(zhì)只能做容量較小的，常規(guī)

100PF以下，100PF-1000PF也能生產(chǎn)但價(jià)格較高

X7R此種材質(zhì)比NPO穩(wěn)定性差，但容量做的比NPO的材料要高，容量精度在10%左右。

Y5V此類介質(zhì)的電容，其穩(wěn)定性較差，容量偏差在20%左右，對(duì)溫度電壓較敏感，但這種

材質(zhì)能做到很高的容量，而且價(jià)格較低，適用于溫度變化不大的電路中。

“留貼片電解電容有黑色或灰色標(biāo)志的一頭是正極，另外一頭是負(fù)極。對(duì)于鋁貼片電解電容

就和普通直插電解電容一樣，有杠杠的那端為負(fù)極?！?/p>

在網(wǎng)上查到這么一句話，可算是把板子上的鋰電解全部平反了！

之前在復(fù)位電路總是不正常，查來查去，是復(fù)位的鋰電解極性接反了！

以往用貼片電解大都就是對(duì)付鋰電解電容，隱約在意識(shí)里知道畫杠的一邊是接高電位，就

沒有太注意其極性的表示方法。給醫(yī)療組的一哥們問起來：“它不跟普通電解電容一樣么？

普通電解畫白道子的一端是，負(fù)'極啊？再或者它應(yīng)該和貼片二極管一樣吧？二極管也是畫

白道子的那頭是，負(fù)‘極談！”——歪著頭?想也是！極性的標(biāo)識(shí)方法也應(yīng)該有個(gè)，統(tǒng)一，的原則

吧？于是在此后焊的板子里所有的鋰電解都掉了個(gè)頭……

終究是以有電容的地方電平被拉得特別低這現(xiàn)象，標(biāo)志著我對(duì)電解電容極性的表示方法

完全混亂。

真服了這種‘下賤’的表示方法，同樣是電解電容，留電解雖然昂貴一點(diǎn)，也不能搞特殊啊!

無極性電容以0805、0603兩類封裝最為常見：

0805具體尺寸:2.0x1.25x0.5

1206具體尺寸:3.0x1.50x0.5

貼片電容以鋰電容為多，根據(jù)其耐壓不同，又可分為A、B、C、D四個(gè)系列，具體分類如

下：

類型封裝形式耐壓

A321610V

B352816V

C603225V

D734335V

貼片留電容的封裝是分為A型（3216）,B型（3528）,C型（6032）,D型（7343）,E型

（7845）o

貼片電容正負(fù)極區(qū)分

一種是常見的鋰電容，為長(zhǎng)方體形狀，有”標(biāo)記的一端為正；

另外還有一種銀色的表貼電容，想來應(yīng)該是鋁電解。上面為圓形，下面為方形，在光驅(qū)電

路板上很常見。這種電容則是有標(biāo)記的一端為負(fù)。

發(fā)光二極管：顏色有紅、黃、綠、藍(lán)之分，亮度分普亮、高亮、超亮三個(gè)等級(jí)，常用的封裝

形式有三類：0805、1206、1210

二極管：根據(jù)所承受電流的的限度，封裝形式大致分為兩類，小電流型（如1N4148）封裝

為1206,大電流型（如IN4007）暫沒有具體封裝形式，只能給出具體尺寸：5.5X3X0.5

電容電阻外形尺寸與封裝的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：

0402=1.0x0.5

0603=1.6x0.8

0805=2.0x1.2

1206=3.2x1.6

1210=3.2x2.5

1812=4.5x3.2

2225=5.6x6.5

注：

A\B\C\D四類型的封裝形式則為其具體尺寸，標(biāo)注形式為L(zhǎng)XSXH

1210具體尺寸與電解電容B類3528類型相同

0805具體尺寸:2.0X1.25X0.5

1206具體尺寸:3.0X1.50X0.5

1.電阻電容的封裝形式如何選擇，有沒有什么原則？比如,同樣是104的電容有0603、0805

的封裝，同樣是10uF電容有3216,0805,3528等封裝形式，選擇哪種封裝形式比較合適呢?

我看到的電路里常用電阻電容封裝：

電容：

0.01uF可能的封裝有0603、0805

10uF的封裝有3216、3528、0805

100uF的有7343

320pF封裝：0603或0805

電阻：

4.7K、10k、330、33既有0603又有0805封裝。

請(qǐng)問怎么選擇這些封裝？

答：

貼片的封裝主要有:02011/20W04021/16W06031/10W08051/8W12061/4W

電容電阻外形尺寸與封裝的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：0402=1.0x0.50603=1.6x0.80805=2.0x1.2

1206=3.2x1.61210=3,2x2.51812=4.5x3.22225=5,6x6.5

電容本身的大小與封裝形式無關(guān)，封裝與標(biāo)稱功率有關(guān)。它的長(zhǎng)和寬一般是用毫米表示的。

但是型號(hào)是采用的英寸的表示方法。

選擇合適的封裝第一要看你的PCB空間，是不是可以放下這個(gè)器件。一般來說，封裝大的

器件會(huì)比較便宜，小封裝的器件因?yàn)榧庸みM(jìn)度要高一點(diǎn)，有可能會(huì)貴一點(diǎn)，然后封裝大的電

容耐壓值會(huì)比封裝小的同容量電容耐壓值高,這些都是要根據(jù)你實(shí)際的需要來選擇的，另外,

小封裝的元器件對(duì)貼裝要求會(huì)高一點(diǎn)，比如SMT機(jī)器的精度。如手機(jī)里面的電路板，因?yàn)?/p>

空間有限，工作電壓低，就可以選用0402的電阻和電容，而大容量的鋰電容就多為3216

等等大的封裝

3.耦合、濾波、旁路電容的作用

耦合電容的作用是將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí)。為了不使后一級(jí)的工作點(diǎn)不受前一級(jí)的

影響，就必須在直流方面把前一級(jí)和后一級(jí)分開。同時(shí)，乂能使交流信號(hào)順利的從前?級(jí)傳

給后一級(jí)，電容能傳遞交流信號(hào)和隔斷直流，使前后級(jí)的工作點(diǎn)互不牽連。

耦合電容的作用是將信號(hào)由前級(jí)電路傳送到后級(jí)電路，同時(shí)還具有隔離直流及頻率相對(duì)比

較低的信號(hào)作用。實(shí)際上我們知道電容具有隔直通交的作用，也就是電容可以將交流信號(hào)完

整的傳到下一級(jí)電路，同時(shí)阻斷直流分量的通過。

濾掉低頻實(shí)際上是指電容和它之后的電路的輸入阻抗構(gòu)成一個(gè)低頻濾波器，濾掉了低頻分

量，從這個(gè)角度也可以解釋隔直的作用。

濾波電容用在電源整流電路中，用來濾除交流成分。使輸出的直流更平滑。

去耦電容用在放大電路中不需要交流的地方，用來消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。

旁路電容用在有電阻連接時(shí)，接在電阻兩端使交流信號(hào)順利通過。

1.關(guān)于去耦電容蓄能作用的理解

1）去耦電容主要是去除高頻如RF信號(hào)的干擾，干擾的進(jìn)入方式是通過電磁輻射。而實(shí)際

上，芯片附近的電容還有蓄能的作用，這是第二位的。

你可以把總電源看作密云水庫，我們大樓內(nèi)的家家戶戶都需要供水，這時(shí)候，水不是直接來

自于水庫，那樣距離太遠(yuǎn)了，等水過來，我們已經(jīng)渴的不行了。實(shí)際水是來自于大樓頂上

的水塔，水塔其實(shí)是一個(gè)buffer的作用。

如果微觀來看，高頻器件在工作的時(shí)候，其電流是不連續(xù)的，而且頻率很高，而器件

VCC到總電源有一段距離，即便距離不長(zhǎng)，在頻率很高的情況下，阻抗Z=i*wL+R,線路

的電感影響也會(huì)非常大，會(huì)導(dǎo)致器件在需要電流的時(shí)候，不能被及時(shí)供給。而去耦電容可以

彌補(bǔ)此不足。

這也是為什么很多電路板在高頻器件VCC管腳處放置小電容的原因之一（在vcc引腳

上通常并聯(lián)一個(gè)去藕電容，這樣交流分量就從這個(gè)電容接地。）

2）有源器件在開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線傳播。去耦電容的主要功能就是提

供一個(gè)局部的直流電源給有源器件，以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地

2.旁路電容和去耦電容的區(qū)別

去耦：去除在器件切換時(shí)從高頻器件進(jìn)入到配電網(wǎng)絡(luò)中的RF能量。去耦電容還可以為

器件供局部化的DC電壓源，它在減少踏板浪涌電流方面特別有用。

旁路：從元件或電纜中轉(zhuǎn)移出不想要的共模RF能量。這主要是通過產(chǎn)生AC旁路消除

無意的能量進(jìn)入敏感的部分，另外還可以提供基帶濾波功能（帶寬受限）。

我們經(jīng)常可以看到，在電源和地之間連接著去耦電容，它有三個(gè)方面的作用：一是作為本集

成電路的蓄能電容;二是濾除該器件產(chǎn)生的高頻噪聲，切斷其通過供電回路進(jìn)行傳播的通路;

三是防止電源攜帶的噪聲對(duì)電路構(gòu)成干擾。

在電子電路中，去耦電容和旁路電容都是起到抗干擾的作用，電容所處的位置不同，稱

呼就不一樣了。對(duì)于同一個(gè)電路來說，旁路（bypass）電容是把輸入信號(hào)中的高頻噪聲作為

濾除對(duì)象，把前級(jí)攜帶的高頻雜波濾除，而去耦（decoupling）電容也稱退耦電容，是把輸

出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象.

電容耦合的作用是將交流信號(hào)從前一級(jí)傳到下一級(jí)。當(dāng)然，耦合的方法還有直接耦合和

變壓器耦合的方法。直接耦合效率最高，信號(hào)又不失真，但是，前后兩級(jí)的工作點(diǎn)的調(diào)整復(fù)

雜，相互牽連。為了不使后一級(jí)的工作點(diǎn)不受前一級(jí)的影響，就必須在直流方面把前一級(jí)和

后一級(jí)分開。同時(shí)，又能使交流信號(hào)順利的從前一級(jí)傳給后一級(jí)，同時(shí)能完成這一任務(wù)的方

法就是采用電容傳輸或變壓器傳輸來實(shí)現(xiàn)。它們都能傳遞交流信號(hào)和隔斷直流，使前后級(jí)的

工作點(diǎn)互不牽連。但不同的是，用電容傳輸時(shí)，信號(hào)的相位要延遲一些，用變壓器傳輸時(shí)，

信號(hào)的高頻成份要損失一些。一般情況下，小信號(hào)傳輸時(shí)，常用電容作為耦合元件，大信號(hào)

或強(qiáng)信號(hào)的傳輸，常用變壓器作耦合元件。

4.存儲(chǔ)器形式

1.按制造工藝分類

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以分為雙極型和金屬氧化物半導(dǎo)體型兩類。

雙極型（bipolar）由TTL晶體管邏輯電路構(gòu)成。該類存儲(chǔ)器件的工作速度快，VCPU處在

同一量級(jí)，但集成度低，功耗大，價(jià)格偏高，在微機(jī)系統(tǒng)中常用做高速緩沖存儲(chǔ)器cache。

金屬氧化物半導(dǎo)體型，簡(jiǎn)稱MOS型。該類存儲(chǔ)器有多種制造工藝，如NMOS,HMOS,CMOS,

CHMOS等，可用來制造多種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件，如靜態(tài)RAM、動(dòng)態(tài)RAM、EPROM等。該

類存儲(chǔ)器的集成度高，功耗低，價(jià)格便宜，但速度較雙極型器件慢。微機(jī)的內(nèi)存主要由MOS

型半導(dǎo)體構(gòu)成。

2.按存取方式分類

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可分為只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）兩大類。ROM

是利非易失性存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是信息一旦寫入，就固定不變，抻電后，信息也不會(huì)丟失。

在使用過程中，只能讀出，一般不能修改，常用于保存無須修改就可長(zhǎng)期使用的程序和數(shù)據(jù),

如主板上的基本輸入/輸出系統(tǒng)程序BIOS、打印機(jī)中的漢字庫、外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序等，也

可作為I/O數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器、堆棧等。RAM是一種易失性存儲(chǔ)器，其特點(diǎn)是在使用過程中，

信息可以隨機(jī)寫入或讀出，使用靈活，但信息不能永久保存，一旦掉電，信息就會(huì)自動(dòng)丟失,

常用做內(nèi)存，存放正在運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)。

(1)ROM的類型

根據(jù)不同的編程寫入方式，ROM分為以下幾種。

①掩膜ROM

掩膜ROM存儲(chǔ)的信息是由生產(chǎn)廠家根據(jù)用戶的要求，在生產(chǎn)過程中采用掩膜工藝(即

光刻圖形技術(shù))一次性直接寫入的。掩膜ROM一旦制成后，其內(nèi)容不能再改寫，因此它只

適合于存儲(chǔ)永久性保存的程序和數(shù)據(jù)。

②PROM

PROM(programmableROM)為一次編程ROM。它的編程邏輯器件靠存儲(chǔ)單元中熔絲

的斷開與接通來表示存儲(chǔ)的信息：當(dāng)熔絲被燒斷時(shí)，表示信息“0”;當(dāng)熔絲接通時(shí)，表示信

息“1”。由于存儲(chǔ)單元的熔絲一旦被燒斷就不能恢復(fù)，因此PROM存儲(chǔ)的信息只能寫入一次,

不能擦除和改寫。

③EPROM

EPROM(erasableprogrammableROM)是一種紫外線可擦除可編程ROM。寫入信息是

在專用編程器上實(shí)現(xiàn)的，具有能多次改寫的功能。EPROM芯片的上方有一個(gè)石英玻璃窗口，

當(dāng)需要改寫時(shí)，將它放在紫外線燈光卜照射約15?20分鐘便可擦除信息，使所有的擦除單

元恢復(fù)到初始狀態(tài)力”，又可以編程寫入新的內(nèi)容。由于EPROM在紫外線照射下信息易丟

失，故在使用時(shí)應(yīng)在玻璃窗口處用不透明的紙封嚴(yán)，以免信息丟失。

@EEPROM

EEPROM也稱E2PROM(electricallyerasableprogrammableROM)是一種電可擦除可

編程ROM。它是一種在線(或稱在系統(tǒng)，即不用拔下來)可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器。它能

像RAM那樣隨機(jī)地進(jìn)行改寫，又能像ROM那樣在掉電的情況下使所保存的信息不丟失，

即E2PROM兼有RAM和ROM的雙重功能特點(diǎn)。又因?yàn)樗母膶懖恍枰褂脤Ｓ镁幊淘O(shè)備,

只需在指定的引腳加上合適的電壓(如+5V)即可進(jìn)行在線擦除和改寫，使用起來更加方

便靈活。

⑤閃速存儲(chǔ)器

閃速存儲(chǔ)器(flashmemory),簡(jiǎn)稱Flash或閃存。它與EEPROM類似，也是?■種電擦

寫型ROM。與EEPROM的主要區(qū)別是：EEPROM是按字節(jié)擦寫，速度慢；而閃存是按塊

擦寫，速度快，一般在65?170ns之間。Flash芯片從結(jié)構(gòu)h分為串行傳輸和并行傳輸兩大

類：串行Flash能節(jié)約空間和成本，但存儲(chǔ)容量小，速度慢；而并行Flash存儲(chǔ)容量大，速

度快。

Flash是近年來發(fā)展非?？斓囊环N新型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。由于它具有在線電擦寫，低功耗,

大容量，擦寫速度快的特點(diǎn)，同時(shí)，還具有與DRAM等同的低價(jià)位，低成本的優(yōu)勢(shì)，因此

受到廣大用戶的青睞。目前，F(xiàn)lash在微機(jī)系統(tǒng)、尋呼機(jī)系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)和智能儀器儀表

等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

(2)RAM的類型

①SRAM

SRAM(staticRAM)是種靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。它的存儲(chǔ)電路由MOS管觸發(fā)器構(gòu)成，

用觸發(fā)器的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來表示信息“0”或"1”。其特點(diǎn)是速度快，工作穩(wěn)定，且不需要刷

新電路，使用方便靈活，但由于它所用IMOS管較多，致使集成度低，功耗較大，成本也高。

在微機(jī)系統(tǒng)中，SRAM常用做小容量的高速緩沖存儲(chǔ)器。

②DRAM

DRAM(dynamicRAM)是一種動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器。它的存儲(chǔ)電路是利用MOS管的柵極

分布電容的充放電來保存信息，充電后表示“1”，放電后表示“0”。其特點(diǎn)是集成度高，功耗

低，價(jià)格便宜，但由于電容存在漏電現(xiàn)象，電容電荷會(huì)因?yàn)槁╇姸饾u丟失，因此必須定時(shí)

對(duì)DRAM進(jìn)行充電(稱為刷新)。在微機(jī)系統(tǒng)中，DRAM常被用做內(nèi)存(即內(nèi)存條)。

③NVRAM

NVRAM(nonvolatileRAM)是一種非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器。它的存儲(chǔ)電路由SRAM和

E2PROM共同構(gòu)成，在正常運(yùn)行時(shí)和SRAM的功能相同，既可以隨時(shí)寫入，又可以隨時(shí)讀

出。但在掉電或電源發(fā)生故障的瞬間，它可以立即把SRAM中的信息保存到EEPROM中，

使信息得到自動(dòng)保護(hù)。NVRAM多用于掉電保護(hù)和保存存儲(chǔ)系統(tǒng)中的重要信息。

微型計(jì)算機(jī)中半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類如圖5.2所示。

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器也得到迅速發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新型存儲(chǔ)器

芯片、靜態(tài)RAM有同步突發(fā)SRAM(synchronousburstSRAM,SBSRAM)、管道突發(fā)SRAM

(pipelinedburstSRAM,PBSRAM)等。動(dòng)態(tài)RAM有快速頁模式DRAM(fastpagemode

DRAM,FPMDRAM)、擴(kuò)充數(shù)據(jù)輸出RAM(extendeddataoutputRAM,EDORAM)、同步

DRAM(synchronousDRAM,SDRAM)>Rambus公司推出的RDRAM(RambusDRAM)>

Intel公司推出的DRDRAM(directRambusDRAM)等。專用存儲(chǔ)器芯片有鐵電體RAM

(ferroeelectricRAM,FRAM)>雙口RAM、先進(jìn)先出存儲(chǔ)器(FIFORAM)等。

5.FPGA、CPLD特點(diǎn)及區(qū)別

FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣歹U)與CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)都是可編程邏輯器件，它們是在

PAL,GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。同以往的PAL,GAL等相比較，F(xiàn)PGA/CPLD

的規(guī)模比較大，它可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片。這樣的FPGA/CPLD實(shí)際上就

是一個(gè)子系統(tǒng)部件。這種芯片受到世界范圍內(nèi)電子工程設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。經(jīng)

過了十兒年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了多種可編程邏輯器件。

對(duì)用戶而言，CPLD與FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)稍有不同，但用法一樣，所以多數(shù)情況下，不加以

區(qū)分。

FPGA/CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，它們除了具有ASIC的特點(diǎn)之外，還具有以下兒

個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

?隨著VlSI(VeryLargeScaleIC,超大規(guī)模集成電路)工藝的不斷提高單?芯片內(nèi)部可以容納

上百萬個(gè)晶體管，F(xiàn)PGA/CPLD芯片的規(guī)模也越來越大，其單片邏輯門數(shù)已達(dá)到上百萬門，

它所能實(shí)現(xiàn)的功能也越來越強(qiáng)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

-FPGA/CPLD芯片在出廠之前都做過百分之百的測(cè)試，不需要設(shè)計(jì)人員承擔(dān)投片風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)

用，設(shè)計(jì)人員只需在自己的實(shí)驗(yàn)室里就可以通過相關(guān)的軟硬件環(huán)境來完成芯片的最終功能設(shè)

計(jì)。所以，F(xiàn)PGA/CPLD的資金投入小，節(jié)省了許多潛在的花費(fèi)。

?用戶可以反復(fù)地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動(dòng)的情況下用不同軟件就可實(shí)現(xiàn)不同

的功能。所以，用FPGA/PLD試制樣片，能以最快的速度占領(lǐng)市場(chǎng)。FPGA/CPLD軟

件包中有各種輸入工具和仿真工具，及版圖設(shè)計(jì)工具和編程器等全線產(chǎn)品，電路設(shè)計(jì)人員在

很短的時(shí)間內(nèi)就可完成電路的輸入、編譯、優(yōu)化、仿真，直至最后芯片的制作。當(dāng)電路有

少量改動(dòng)時(shí)，更能顯示出FPGA/CPLD的優(yōu)勢(shì)。電路設(shè)計(jì)人員使用FPGA/CPLD進(jìn)行電

路設(shè)計(jì)時(shí)，不需要具備專門的IC（集成電路）深層次的知識(shí)，F(xiàn)PGA/CPLD軟件易學(xué)易用，

可以使設(shè)計(jì)人員更能集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，快速將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列的簡(jiǎn)稱，是電子設(shè)計(jì)的一個(gè)里程碑。CPLD是復(fù)雜可變成邏

輯器件的簡(jiǎn)稱。盡管FPGA和CPLD都是可編程ASIC器件，有很多共同特點(diǎn),但由于CPLD

和FPGA結(jié)構(gòu)上的差異，具有各自的特點(diǎn)：

1）、CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯,FPGA更適合于完成時(shí)序邏輯。換句話說,FPGA

更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu)，而CPLD更適合于觸發(fā)器有限而乘積項(xiàng)豐富的結(jié)構(gòu)。

2）、CPLD的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定了它的時(shí)序延遲是均勻的和可預(yù)測(cè)的，而FPGA的分段式

布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測(cè)性。

3）、在編程上FPGA比CPLD具有更大的靈活性。CPLD通過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯

功能來編程,FPGA主要通過改變內(nèi)部連線的布線來編程;FPGA可在邏輯門下編程，而CPLD

是在邏輯塊下編程。

4）、FPGA的集成度比CPLD高，具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。

5）、CPLD比FPGA使用起來更方便。CPLD的編程采用E2PR0M或FASTFLASH技術(shù)，無

需外部存儲(chǔ)器芯片，使用簡(jiǎn)單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上，使用方法復(fù)雜。

6）、CPLD的速度比FPGA快，并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測(cè)性。這是由于FPGA是門級(jí)編程,

并且CLB之間采用分布式互聯(lián)，而CPLD是邏輯塊級(jí)編程,并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式

的。

7）、在編程方式上,CPLD主要是基于EEPROM或FLASH存儲(chǔ)器編程,編程次數(shù)可達(dá)1萬次,

優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)斷電時(shí)編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。

FPGA大部分是基于SRAM編程,編程信息在系統(tǒng)斷電時(shí)丟失，每次上電時(shí)，需從器件外部將編

程數(shù)據(jù)重新寫入SRAM中。其優(yōu)點(diǎn)是可以編程任意次,可在工作中快速編程，從而實(shí)現(xiàn)板級(jí)和

系統(tǒng)級(jí)的動(dòng)態(tài)配置。

8）、CPLD保密性好,FPGA保密性差。

9）、一般情況下,CPLD的功耗要比FPGA大，且集成度越高越明顯。

隨著復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）密度的提高，數(shù)字器件設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行大型設(shè)計(jì)時(shí)，既靈

活乂容易，而且產(chǎn)品可以很快進(jìn)入市場(chǎng)。許多設(shè)計(jì)人員已經(jīng)感受到CPLD容易使用、時(shí)序

可預(yù)測(cè)和速度高等優(yōu)點(diǎn)，然而，在過去由于受到CPLD密度的限制，他們只好轉(zhuǎn)向FPGA

和ASIC?，F(xiàn)在，設(shè)計(jì)人員可以體會(huì)到密度高達(dá)數(shù)十萬門的CPLD所帶來的好處。

CPLD結(jié)構(gòu)在一個(gè)邏輯路徑上采用1至16個(gè)乘積項(xiàng)，因而大型復(fù)雜設(shè)計(jì)的運(yùn)行速度可以預(yù)

測(cè)。因此，原有設(shè)計(jì)的運(yùn)行可以預(yù)測(cè)，也很可靠，而且修改設(shè)計(jì)也很容易。CPLD在本質(zhì)上

很靈活、時(shí)序簡(jiǎn)單、路由性能極好，用戶可以改變他們的設(shè)計(jì)同時(shí)保持引腳輸出不變。與

FPGA相比,CPLD的I/O更多,尺寸更小。

如今，通信系統(tǒng)使用很多標(biāo)準(zhǔn)，必須根據(jù)客戶的需要配置設(shè)備以支持不同的標(biāo)準(zhǔn)。CPLD可

讓設(shè)備做出相應(yīng)的調(diào)整以支持多種協(xié)議，并隨著標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的演變而改變功能。這為系統(tǒng)設(shè)

計(jì)人員帶來很大的方便，因?yàn)樵跇?biāo)準(zhǔn)尚未完全成熟之前他們就可以著手進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，然后

再修改代碼以滿足最終標(biāo)準(zhǔn)的要求。CPLD的速度和延遲特性比純軟件方案更好，它的NRE

費(fèi)用低於ASIC,更靈活，產(chǎn)品也可以更快入市。CPLD可編程方案的優(yōu)點(diǎn)如下：

?邏輯和存儲(chǔ)器資源豐富(CYPRESSDelta39K200的RAM超過480Kb)

?帶冗余路山資源的靈活時(shí)序模型

?改變引腳輸出很靈活

?可以裝在系統(tǒng)上后重新編程

?I/O數(shù)目多

?具有可保證性能的集成存儲(chǔ)器控制邏輯

?提供單片CPLD和可編程PHY方案

由于有這些優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)建模成本低，可在設(shè)計(jì)過程的任一階段添加設(shè)計(jì)或改變引腳輸出，可

以很快上市

CPLD的結(jié)構(gòu)

CPLD是屬於粗粒結(jié)構(gòu)的可編程邏輯器件。它具有豐富的邏輯資源(即邏輯門與寄存器的比

例高)和高度靈活的路由資源。CPLD的路由是連接在一起的，而FPGA的路由是分割開的。

FPGA可能更靈活，但包括很多跳線，因此速度較CPLD慢。

CPLD以群陣列(arrayofclusters)的形式排列，由水平和垂直路由通道連接起來。這些路

由通道把信號(hào)送到器件的引腳上或者傳進(jìn)來，并且把CPLD內(nèi)部的邏輯群連接起來。

CPLD之所以稱作粗粒,是因?yàn)椋c路由數(shù)量相比，邏輯群要大得到。CPLD的邏輯群比FPGA

的基本單元大得多，因此FPGA是細(xì)粒的。

CPLD的功能塊

CPLD最基本的單元是宏單元。一個(gè)宏單元包含一個(gè)寄存器(使用多達(dá)16個(gè)乘積項(xiàng)作為其輸

入)及其它有用特性。因?yàn)槊總€(gè)宏單元用了16個(gè)乘積項(xiàng)，因此設(shè)計(jì)人員可部署大量的組合

邏輯而不用增加額外的路徑。這就是為何CPLD被認(rèn)為是“邏輯豐富”型的。

宏單元以邏輯模塊的形式排列(LB),每個(gè)邏輯模塊由16個(gè)宏單元組成。宏單元執(zhí)行一個(gè)AND

操作，然后一個(gè)OR操作以實(shí)現(xiàn)組合邏輯。

每個(gè)邏輯群有8個(gè)邏輯模塊，所有邏輯群都連接到同一個(gè)可編程互聯(lián)矩陣。

每個(gè)群還包含兩個(gè)單端口邏輯群存儲(chǔ)器模塊和個(gè)多端口通道存儲(chǔ)器模塊。前者每模塊有

8,192b存儲(chǔ)器，后者包含4,096b專用通信存儲(chǔ)器且可配置為單端口、多端口或帶專用控制

邏輯的FIFO?

CPLD有什麼好處？

I/O數(shù)量多

CPLD的好處之一是在給定的器件密度上可提供更多的I/O數(shù)，有時(shí)甚至高達(dá)70%?

時(shí)序模型簡(jiǎn)單

CPLD優(yōu)于其它可編程結(jié)構(gòu)之處在于它具有簡(jiǎn)單且可預(yù)測(cè)的時(shí)序模型。這種簡(jiǎn)單的時(shí)序模型

主要應(yīng)歸功于CPLD的粗粒度特性。

CPLD可在給定的時(shí)間內(nèi)提供較寬的相等狀態(tài)，而與路由無關(guān)。這?能力是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵，

不但可加速初始設(shè)計(jì)工作，而且可加快設(shè)計(jì)調(diào)試過程。

粗粒CPLD結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

CPLD是粗粒結(jié)構(gòu)，這意味著進(jìn)出器件的路徑經(jīng)過較少的開關(guān)，相應(yīng)地延遲也小。因此，與

等效的FPGA相比，CPLD可工作在更高的頻率，具有更好的性能。

CPLD的另一個(gè)好處是其軟件編譯快，因?yàn)槠湟子诼酚傻慕Y(jié)構(gòu)使得布放設(shè)計(jì)任務(wù)更加容易執(zhí)

行。

細(xì)粒FPGA結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

FPGA是細(xì)粒結(jié)構(gòu)，這意味著每個(gè)單元間存在細(xì)粒延遲。如果將少量的邏輯緊密排列在一起，

FPGA的速度相當(dāng)快。然而，隨著設(shè)計(jì)密度的增加，信號(hào)不得不通過許多開關(guān)，路由延遲也

快速增加，從而削弱了整體性能。CPLD的粗粒結(jié)構(gòu)卻能很好地適應(yīng)這一設(shè)計(jì)布局的改變。

靈活的輸出引腳

CPLD的粗粒結(jié)構(gòu)和時(shí)序特性可預(yù)測(cè)，因此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)流程的后期仍可以改變輸出引

腳，而時(shí)序仍保持不變。

很多設(shè)計(jì)人員偏愛CPLD是因?yàn)樗?jiǎn)單易用和高速的優(yōu)點(diǎn)。CPLD更適合邏輯密集型應(yīng)用，

如狀態(tài)機(jī)和地址解碼器邏輯等。而FPGA則更適用于CPU和DSP等寄存器密集型設(shè)計(jì)。

新的CPLD封裝

CPLD有多種密度和封裝類型，包括單芯片自引導(dǎo)方案。自引導(dǎo)方案在單個(gè)封裝內(nèi)集成了

FLASH存儲(chǔ)器和CPLD,無須外部引導(dǎo)單元，從而可降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性并節(jié)省板空間。在給

定的封裝尺寸內(nèi)，有更高的器件密度共享引腳輸出。這就為設(shè)計(jì)人員提供了“放大”設(shè)計(jì)的便

利，而無須更改板上的引腳輸出。

CPLD的功耗

與同樣密度的FPGA相比，CPLD的待機(jī)功耗更低。

CPLDFPGA(待械甯流(在Vcc卷1.8V疇))

50K300uA200MA

100K600uA200MA

200K1.25mA300mA

CPLD特別適合那些要求低功耗和低溫度的電池供電應(yīng)用，像手持設(shè)備。

許多設(shè)計(jì)人員都熟悉傳統(tǒng)的PLD,并喜歡這種結(jié)構(gòu)所固有的靈活性和易用性。CPLD為ASIC

和FPGA設(shè)計(jì)人員提供了一種很好的替代方案，可讓他們以更簡(jiǎn)單、方便易用的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

其設(shè)計(jì)。CPLD現(xiàn)已達(dá)到數(shù)十萬門的密度，并可提供當(dāng)今通信設(shè)計(jì)所需的高性能。大于50

萬門的設(shè)計(jì)仍需ASIC和FPGA,但對(duì)于小型設(shè)計(jì),CPLD不失為一個(gè)高性價(jià)比的替代方案。

FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(LOGICCellArray)這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏

輯模塊CLB(ConfigurableLOGICBlock輸出輸入模塊IOB(InputOUTPUTBlock)和內(nèi)

部連線(Interconnect)三個(gè)部分。FPGA的基本特點(diǎn)主要有：

1)采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。

2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

3)FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

4)FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。

5)FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。

目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司

的FIEX系列等。

FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)

的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。

加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)

入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。

FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需

要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA,不同的編程數(shù)據(jù)，

可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。

FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式可

以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式

可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對(duì)其編程。

隨著FPGA門數(shù)以及性能的提高，可以將現(xiàn)在的許多數(shù)字電路部分下載到FPGA上，實(shí)現(xiàn)

硬件的軟件化，包括51核，DSP核以及其他的一些數(shù)字模塊，到最后一個(gè)系統(tǒng)板子就剩下

電源、模擬電路部分，接口部分以及一塊FPGA。FPGA可以說是芯片級(jí)的PCB板，在?

個(gè)芯片里設(shè)計(jì)原來的電子系統(tǒng)的所有數(shù)字電路部分。

現(xiàn)在也有將ARM核嵌入到FPGA里面的，比如Altera公司的Nois核。Nois是一個(gè)軟核，

是有軟件編寫的一個(gè)32位處理器，并不是硬件上存在的處理核，該核工作頻率為50HZ,

現(xiàn)在用于許多圖像處理以及其他的很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。利用鎖相環(huán)技術(shù)可以將頻率成倍提升，一

般的ARM核是將鎖相環(huán)做到芯片里面的，在變成的時(shí)候可以對(duì)某個(gè)寄存器進(jìn)行設(shè)置從而達(dá)

到分頻和倍頻的目的。

而將DSP核嵌入到FPGA里面去實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的計(jì)算功能是Altera公司近期推出的一系列芯片

的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。Altera公司的StratixII系列芯片采用內(nèi)嵌的DSP核，但是其DSP核的計(jì)算速

度比現(xiàn)在業(yè)界上最快的DSP芯片還要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)

6.鎖相環(huán)電路的組成

晶體振蕩器、鑒相器、壓控振蕩器、濾波電路

鎖相壞電路是種用來消除頻率誤差為目的反饋控制電路，目前市場(chǎng)銷售的手機(jī)基本上都

是采用這種電路來控制射頻電路中的壓控振蕩器。使其輸出準(zhǔn)確穩(wěn)定的振蕩頻率。如鎖相壞

(PLL)電路出現(xiàn)故障將導(dǎo)致本振的頻率輸出不準(zhǔn)確，則導(dǎo)致手機(jī)無信號(hào)。

目前通信終端設(shè)備中對(duì)頻率的穩(wěn)定采用的是頻率合成CSYN技術(shù)。頻率合成的基本方法有

三種：第一種直接頻率合成；第二種鎖相頻率合成(PLL)；第三種直接數(shù)字頻率合成(DDS)。

由于鎖相頻率合成技術(shù)在電路設(shè)計(jì)方面(簡(jiǎn)單)，成本方面控制靈敏度方面，頻譜純凈度方面

等。都要?jiǎng)儆谥苯宇l率合成，與直接數(shù)字頻率合成。所以被移動(dòng)通信終端設(shè)備廣范采用。它

在手機(jī)電路中的作用是控制壓控振蕩器輸出的頻率，相位與基準(zhǔn)信號(hào)的頻率，相位保持同步。

鎖相壞電路的構(gòu)成與工作原理:

1、構(gòu)成：它是由鑒相器（PD）低通濾波器（LPF）壓控振蕩器（VCO）三部分組成。

鑒相器：它是一個(gè)相位比較器?；鶞?zhǔn)頻率信號(hào)和壓控振蕩器輸出的取樣頻率在其內(nèi)部

進(jìn)行相位比較，輸出誤差電壓。

低通濾波器：是將鑒相器輸出的鎖相電壓進(jìn)行濾波，濾除電流中的干擾和高頻成分。得到一

個(gè)純凈的直流控制電壓。

壓控振蕩器：產(chǎn)生手機(jī)所要的某一高頻頻率。

注：SYNEN、SYNCLK、SYNDATA來