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德州仪器高性能单片机和模拟器件
在高校中的应用和选型指南
黄争 编著
德州仪器半导体技术(上海)有限公司大学计划部
2010 年 6 月

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前言
作为世界领先的半导体产品供应商,TI 不仅在 DSP 的市场份额上有超过 65%占有率
的绝对优势;在模拟产品领域,TI 也一直占据出货量世界第一的位置。而本手册是针对中
国大学中创新和科研应用的简化选型指南,帮助老师和同学们快速了解 TI 的模拟产品。 需
要提醒大家的是, 这本手册仅仅涵盖了 TI 模拟产品的一小部分, 如果您需要更为全面细
致的选型帮助和技术文档,请访问 www.ti.com/analog 以获取运算放大器,数据转换器,
电源管理,时钟,接口逻辑和 RF 等产品信息,访问 www.ti.com/mcu 以获得更多
MSP430,M3 和 C2000 的产品信息。
本手册将分为以下几部分介绍 TI 的产品和在大学生电子设计竞赛中的一些解决方案:
第一章: 介绍 TI 概况
第二章:介绍 TI 精密信号链产品;包括精密运算放大器,SAR 和 Delta-Sigma ADC 及
工业现场中的信号调理、采集和传输;
第三章:介绍精密信号链中的噪声问题和应对方案;
第四章:介绍 TI 高速信号链产品;包括高速运放、流水线型 ADC 及通信系统中的信号
调理、采集和传输;
第五章:介绍高速运放和 ADC 中的 PCB 设计;
第六章:介绍 TI 的电源产品;包括一次电源,低功耗系统供电和中小功率供电方案;
第七章:介绍如何有效地对开关电源进行布局和 PCB 设计;
第八章:介绍 TI 单片机家族和最新的 M3 开发板简介和开发流程;
第九章:介绍 TI 在设计和仿真阶段提供的一系列免费设计工具和技术文档索引。
第十章:介绍 TI 大学计划对中国大学的特殊支持:如何有效申请 TI 免费样片;特价
小批量销售的相关细节;以及本手册中所介绍的芯片汇总。
本手册主要着眼于选型,因此一些涉及深入的技术细节的章节在本手册中略去,大家
可以参考我们的培训 PPT。本手册所附的光盘里含有这些培训资料、本手册中芯片的数据
手册和评估板资料、模拟和单片机的应用笔记、各系列单片机的设计文档、Protel 格式的
原理图和 PCB 图以及各种源代码、历年 TI 杯优秀论文选等等,共计 1.6GB。希望大家能充
分利用这些设计资源。在本手册的 Stellaris 入门指南的硬件设计和文档撰写上,得到了
崔益军、冯纯益和张玉超三位同学的大力支持和帮助,这里表示衷心的感谢。
最后,由于作者水平有限,请大家积极给予反馈,帮助我们修正手册中的错漏。欢迎
大家发邮件给 frank-huang@ti.com 讨论手册中的各种问题。
TI 中国大学计划 Frank Huang (黄争)
2010年 6 月

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目录
前言 ..................................................................................................................................................1
第一章 TI 概览 ..............................................................................................................................6
第二章 精密信号链 ........................................................................................................................9
2.1 PLC 系统中的模拟输入接口.......................................................................................10
2.1.1 单端电压输入与运算放大器............................................................................10
2.1.2 单端电流输入与运算放大器............................................................................15
2.1.3 单端信号采集与 SAR 型 ADC.........................................................................17
2.1.4 SAR 型 ADC 的设计技巧 ................................................................................25
2.1.5 共模电压、差模电压与差动/仪表放大器.......................................................29
2.1.6 利用Delta-Sigma 型 ADC 简化设计...............................................................43
2.2 PLC 系统中的模拟输出接口.......................................................................................50
2.2.1 R-String DAC 与单极性信号输出..................................................................51
2.2.2 MDAC 与双极性信号输出.............................................................................53
2.2.3 PWM 信号与 DAC..........................................................................................56
2.2.4 4-20mA 发送器 ...............................................................................................64
2.2.5 功率放大器和 PWM 功率驱动器 ..................................................................65
2.2.6 数字隔离、低功耗射频和接口......................................................................68
2.3 PLC 系统中的电源 ......................................................................................................69
2.4 信号链小结和精密信号链命名规则............................................................................70
第三章 精密信号链中的噪声问题 ..............................................................................................72
第四章 高速信号链 ......................................................................................................................72
4.1 高速放大器链路 ...........................................................................................................72
4.1.1 Bipolar & FET 输入的高速放大器...................................................................74
4.1.2 电压反馈、电流反馈和去补偿型高速放大器................................................75
4.1.3 电压控制增益可变放大器................................................................................84
4.1.4 功率放大级:宽电压CFB 和宽带缓冲器 ......................................................87
4.1.5 自动增益控制....................................................................................................89
4.2 高速 ADC 和全差分放大器.........................................................................................90
4.2.1 高速数据采集系统中的时钟............................................................................96
4.2.2 驱动高速 ADC 的模拟输入 ...........................................................................103
4.2.3 使用FFT 测试高速 ADC...............................................................................116
4.3 电流引导型高速 DAC................................................................................................121
4.4 其他高速器件 .............................................................................................................122
4.5 高速器件总结 .............................................................................................................125
第五章 高速放大器的稳定性和 PCB 设计.............................................................................126
第六章 TI 电源产品简介与选型指南 .....................................................................................126

5
6.1 AC/DC 和中间级 DC/DC 产品 .................................................................................127
6.1.1 PFC 电路 .........................................................................................................128
6.1.2 AC/DC 和中间级 DC/DC 的 PWM 功率控制器...........................................131
6.2 POL 中的低压差线性稳压器 ....................................................................................134
6.3 POL DC/DC 开关稳压器...........................................................................................144
6.3.1 电感式开关稳压器............................................................................................144
6.3.2 电容式开关稳压器............................................................................................151
6.4 LED 驱动电路 ............................................................................................................154
第七章 开关电源中的 PCB 设计...............................................................................................162
第八章 TI 单片机简介与 Stellaris 入门指南............................................................................162
8.1 MSP430 简介与选型指南..........................................................................................162
8.2 C2000 简介与选型指南..............................................................................................165
8.3 M3 简介与入门指南...................................................................................................168
8.3.1 LM3S811 最小系统板介绍.............................................................................171
8.3.2 烧写Stellaris 的 USB 仿真器.........................................................................172
8.3.3 Stellaris 编程入门............................................................................................176
8.3.3.1 IAR 的下载 ........................................................................................177
8.3.3.2 IAR 开发环境的安装.........................................................................179
8.3.3.3 StellarisWare 下载 ..............................................................................180
8.3.3.4 StellarisWare 的安装 ..........................................................................181
8.3.3.5 基于IAR 的 Stellaris 项目开发示例.................................................184
8.3.3.6 基于StellarisWare 的程序开发.........................................................199
第九章 模拟设计软件和应用笔记索引 ....................................................................................202
9.1 FilterPro 和有源滤波器设计技巧.............................................................................202
9.2 POL 电源设计软件:SwitcherPro...........................................................................209
9.3 TINA-TI:运算放大器的稳定性判断......................................................................211
9.4 应用笔记索引 .............................................................................................................212
9.4.1 信号链应用笔记索引......................................................................................212
9.4.2 电源类应用笔记索引......................................................................................217
9.4.3 MSP430 应用笔记索引...................................................................................224
9.4.4 C2000 应用笔记索引 ......................................................................................227
9.4.5 Stellaris 应用笔记索引....................................................................................228
第十章 快速获得 TI 高性能模拟器件 ......................................................................................229
10.1 如何有效申请 TI 的免费样片 .................................................................................229
10.2 TI 小批量特惠销售渠道 ..........................................................................................236
10.3 本手册中的芯片汇总 ...............................................................................................245
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