關(guān)于硬件供電的模擬與數(shù)字信號的問題及建議

功率是指能量消耗的速率或者是做功的速率。這意味著在交流（AC）和直流（DC）電路中， 電路板上每個元件的功率等于通過該元件的電流乘上該元件兩端的電壓（P=VI）。電路板上所有元件的功率和能量都需要精確計算出來，以決定該電路板的具體功耗要求。因為每種元件都只能使用某種特定類型的能量，所以可能需要使用AC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器、直接AC-AC轉(zhuǎn)換器這些設(shè)備。同時，每個元件工作所需的功率，以及元件所能承受或消耗的功率都有限額，這些計算結(jié)果可以決定在電路板上使用何種類型的電壓源，以及電壓源的強度。

在嵌入式系統(tǒng)中， AC電壓源和DC電壓源都被采用， 因為這兩種發(fā)電技術(shù)有各自的優(yōu)缺點。 AC比較容易大量生成，可以使用渦輪驅(qū)動的發(fā)電機來產(chǎn)生， 渦輪的轉(zhuǎn)動可以由從風力到水力的任何事物來驅(qū)動。從電化學單元（電池）中產(chǎn)生大量約DC是很不實際的。同時，電流通過長傳輸線傳輸時，電線的電阻會導(dǎo)致大量的能量損失，現(xiàn)在多數(shù)的電力公司都以AC電流的方式進行電力傳輸時，這是因為相對于DC而言AC轉(zhuǎn)換為更高或者更低的電壓要容易得多。使用AC傳輸時，服務(wù)提供商使用稱為變壓器（transformer）的設(shè)備來實現(xiàn)長距離低損耗的高效電流傳輸。 變壓器是一種可以將電能從一個電路傳輸?shù)搅硪粋€電路的設(shè)備， 并且在傳輸?shù)倪^程中可以改變電壓和電流。 服務(wù)提供商從發(fā)電站中輸送出高電壓低電流的電能，之后用戶端的變壓器將電壓降至所需的值。 在不太重要的方面， 當電壓非常高時， 電線傳輸DC時呈現(xiàn)的電阻要比AC小，所以此時使用DC進行超長距離傳輸?shù)男室?/span>AC高。

部分嵌入式電路板集成或者通過插頭接入電源（power supply）。電源可以是AC或是DC，使用AC電源為只能使用DC的組件供電時，需要使用AC-DC轉(zhuǎn)換器將AC轉(zhuǎn)換為較低的DC電壓，以滿足嵌入式電路板上各種組件的電壓要求，通常要求是3.3V 、5V或12V。

注意：其他類型的轉(zhuǎn)換器，例如DC-DC轉(zhuǎn)換器、DC-AC轉(zhuǎn)換器或者直接AC-AC轉(zhuǎn)換器，可以用于實觀有其他要求的設(shè)備所需要的電源轉(zhuǎn)換。

其他的嵌入式電路板或板上組件（如將在第5意詳細討論的非易失性存儲器）使用電池 (battery）作為電壓源，電池由于其尺寸較小，所以更適于為嵌入式系統(tǒng)供電。電池供電的嵌入式電路板所需要的能量不依賴于發(fā)電站， 不需要插入到電源插座， 從而能夠為嵌入式設(shè)備提供更大的便攜性。同時，因為電池提供DC電流，所以不用將AC轉(zhuǎn)換為DC提供給需要DC的元件， 而依靠電源和電源插座提供AC的嵌入式電路板則需要將AC轉(zhuǎn)換為DC。 但是電池的壽命有限， 需要重新充電或者更換。

模擬與數(shù)字信號的快捷注釋

數(shù)字系統(tǒng)只能處理數(shù)字數(shù)據(jù)，其中數(shù)據(jù)只能由0和1表示。 在大多數(shù)嵌入式電路板上， 用兩種電壓分別代表 “0” 和 “1”， 因為所有數(shù)據(jù)都是由1和0的某種組合來表示的。 無電壓（0V）稱為地、VSS或者LOW，而3V、5V或12 V通常稱為VCC、VDD或者HIGH。系統(tǒng)中的所有信號都是兩種電壓中的一種，或是正在轉(zhuǎn)換到兩種電壓中的某一種。系統(tǒng)可以定義“0”作為低電壓，“1”作為高電壓，或者0V-1V的范圍作為LOW，4V-5V的范圍作為HIGH。系統(tǒng)也可以基于邊沿（低到高）或（高到低）來定義“0” 或“1”。

因為嵌入式電路板上大多數(shù)的主要組件，例如處理器，本質(zhì)就是處理1和0的數(shù)字信號， 所以許多的嵌入式硬件本質(zhì)上是數(shù)字的。盡管如此，嵌入式系統(tǒng)依然可以處理模擬信號，模擬信號是連續(xù)的，也就是說，不僅僅是1和0，還可以是0-1之間的任何值。顯然，電路板上需要有某種機制將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。模擬信號可以通過采樣處理而被數(shù)字化，得到的數(shù)字數(shù)據(jù)也可以被轉(zhuǎn)換成反映原始模擬波形的電壓“波”。

實際的建議

不精確的信號：模擬信號和數(shù)字信號中的噪聲問題

模擬信號和數(shù)字信號中最嚴重的問題之一是噪聲導(dǎo)致輸入信號發(fā)生失真，從而影響（惡化）

數(shù)據(jù)的精確度。噪聲一般是來自輸入信號源的不期望的信號變化，如除了傳感器外的其他任何信號輸入，或是傳感器本身產(chǎn)生的噪聲。嗓聲是模擬信號中的常見問題。另一方面，如果提供給嵌入式處理器的數(shù)字信號不是本地產(chǎn)生的，那么受噪聲影響的危險性會更大，因此如果數(shù)字信號經(jīng)過很長的傳輸介質(zhì)的傳送，則極其容易受到噪聲問題的影響。

模擬噪聲可以產(chǎn)生自很多種噪聲源－一射頻信號、閃電、輸電線、微處理器、模擬傳感電子設(shè)備本身等。這一點對于數(shù)字噪聲也是成立的，數(shù)字噪聲可以來自作為計算機輸入的機械接頭、傳輸電源/數(shù)據(jù)的不潔集電環(huán)、輸入信號源的精度/可靠性局限等。

減小模擬或數(shù)字噪聲的關(guān)鍵手段是：（1）遵從基本的設(shè)計指導(dǎo)方針以避免噪聲問題。對于模 擬嗓聲而言，這些指導(dǎo)方針包括不要混合模擬地和數(shù)字地，保持電路板上敏感的電子元件遠離切換電流的元件，限制低信號/高阻擾線路的長度。對于數(shù)字信號而言，信號走線應(yīng)當遠離噪聲感應(yīng)的高電流電纜，屏蔽走線，使用正確的技術(shù)傳輸信號等；（2）確定問題的根源，即明確地知道是什么引起的噪聲。一旦確定了噪聲的根源，可以使用硬件或軟件進行修正。減小模擬嗓聲的技術(shù)包括濾除不需要的頻率，均衡輸入信號等，而數(shù)字噪聲通常通過傳輸糾錯碼或奇偶校驗位來確定，并且/或者在電路板上添加額外的硬件用于糾正接收數(shù)據(jù)中的錯誤。