运算放大器（Op-Amp，Operational Amplifier）是一种对信号具有放大功能的电路，实际使用时通常会与反馈网络配合起来使用。它能够对输入信号进行 加、减、微分、积分 等数学运算之后再进行输出，因而被广泛应用于信号处理、仪器仪表等领域。美国仙童（Fairchild）公司于 1965 年先后推出了运算放大器芯片 μA702 和 μA709，标志着运算放大电路进入了集成电路时代。该公司后于 1968 年再次推出了极为经典的 μA741 运算放大器芯片，至今仍然在被广泛应用。

伴随近些年运算放大器电路设计与制造技术的不断进步，各种类型的运放芯片百花齐放。例如：差分运放（放大两个输入信号的差值，并且抑制共模信号）、全差分运放（输入和输出都是差分信号）、仪表放大器（具有极高的共模抑制比和输入阻抗）、程控增益放大器（增益由数字信号进行设定）、压控增益放大器（增益由外部施加的电压控制）、隔离放大器（输入端与输出端之间存在 电容、电感、光电 等方式的电气隔离）、轨到轨运放（输入和输出电压可以接近电源电压的范围），乃至于能够直接实现特定功能的 电流检测放大器（能够检测采样电阻两端的微小电压差，且能够工作在远高于自身电源电压的共模电压场景）。

分贝（dB，Decibel [ˈdesɪbel]）是一个用于衡量声压等级、信号功率强度的对数无量纲单位，该单位来源于美国的电话发明家贝尔 Alexander Graham Bell 的名字，是从贝尔（B，Bel）这个单位衍生而来（一贝尔等于十分贝 \(1Bel = 10dB\)），其最初被用于贝尔实验室长途电话线路损耗的计量，从而解决线性度量单位无法描述超过 \(10^{14}\) 数量级的信号强度问题，而后成为 声学、电子、通信 等领域的通用计量单位。

分贝并不是一个线性的绝对数值单位，其反映的是两个相同单位物理量的比值，在取对数之后分别再乘以 10（功率类参数，例如 声音功率、电功率）或者 20（场量类参数，声压、电压、电流、场强），其反映的是一个相对的数量级，而非一个绝对的数值。总而言之，由于分贝采用了对数 \(y = \log_a x\) 来作为单位的标度，因为而能够极大的压缩数值范围并且简化计算，同时也更加适配人类听觉以及信号传输的非线性感知特性。

IEEE1394 是一种高速实时串行通信总线标准。最早由美国苹果公司推出，被称作火线（FireWire）接口，相关专利主要由美国的苹果（Apple）、德州仪器（TI）和日本的索尼（SONY）、松下（Panasonic）、东芝（Toshiba）、日立（HITACHI）、佳能（Canon），韩国的乐金（LG）以及欧洲的飞利浦（Philips）、意法半导体（ST）等商业公司持有。但是进入到 2011 年之后，苹果公司开始引入更加快速的 Thunderbolt 接口来取代 FireWire 标准，并于 2015 年之后逐渐过度到符合 USB 3.1 规范的 USB Type-C 接口，目前在消费类电子领域已经比较少使用该接口标准。

然而得益于 IEEE1394b 简单的线束结构，该协议的应用也从消费类电子领域，扩展到航空航天领域。美国汽车工程师协会（SAE，Society of Automotive Engineers）基于 IEEE1394b 规范，增加了通信的确定性（包括网络拓扑预分配、强制根节点、带宽预分配、帧开始数据包同步、异步流数据包、静态分配通道号）和可靠性（纵向奇偶校验、健康状态字、心跳字、控制计算机 分支状态字）相关的约束，进一步制定出了适用于航空航天领域的《SAE AS5643B-2016》标准。

楷登电子 推出的 Cadence SPB（SPB 是 Silicon、Package、Board 三个英文字母的缩写）整合了原理图绘制工具 OrCAD 和 PCB 版图设计工具 Allegro 以及电路仿真工具 PSpice，已经成为了业界领先的电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）工具链。伴随电子系统复杂度的日益提升，如何运用工具当中提供的各种功能来应对设计挑战，业已成为了广大电子硬件工程师们亟需掌握的技能。

关于 OrCAD 和 Allegro 的基础操作，已经在五年之前所撰写的《写给有经验 PCB 工程师的 Cadence SPB 17.4 极速上手指南》这篇文章当中进行过图文并茂的阐述，而本文则主要聚焦于实际应用中的高频痛点，提炼出经过验证的 操作技巧 和 配置方法。希冀能够帮助广大的电子硬件工程师，更加合理与熟练的使用 Cadence SPB 工具套件进行原理图和 PCB 版图的绘制，从而有效的提高研发工作效率，进而得心应手的面对各类纷繁复杂的设计挑战。

内置集成电路总线（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，其英文缩写为 I²C，因为中间存在 2 个英文字母 I，所以被读作 I Square C，中文读作 I 平方 C 或者 I 方 C 总线。本文后续内容为了书写方便，会将 I²C 简写为 I2C。该总线协议需要串行数据线（SDA，Serial Data）和串行时钟线（SCL，Serial Clock）两条信号线，接线方式较为简单，通常用于连接微控制器、存储器、传感器等低速元器件。

在 I²C 总线通信协议当中，规定总线上可以存在一个主设备以及多个从设备。主设备掌控着整个通信过程，负责发起、控制、停止通信。而从设备则需要等待主设备请求、接收、发送数据。主设备与从设备之间的数据交换采用特定的数据帧格式，每个数据帧包含有 地址、数据、控制 信息。主设备会根据从设备的 I2C 地址来选择总线上需要进行通信的外设，从设备则根据控制信息返回相应的响应。

现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array）是一种高性能、低延时、可重构，拥有高速并行运算能力，并可定制性能与功耗的可编程数字逻辑芯片，最早由 1984 年创立的赛灵思（Xilinx）公司推出，该公司由 Ross H. Freeman 和 Bernard V. Vonderschmitt 共同创办。不同于专用集成电路（ASIC，Application Specific Integrated Circuit）固定的内部电路连接和逻辑功能。FPGA 的内部电路连接和逻辑功能，都可以通过编程来灵活的定义。

目前全球 FPGA 的市场份额主要集中在赛灵思（Xilinx，2020 年被 AMD 收购）和阿尔特拉（Altera，2015 年被 Intel 收购）两家美国企业手中，余下的市场份额同样由美国的莱迪思（Lattice）和美高森美（Microsemi）两家公司占据。国产 FPGA 芯片产业起步较晚，产品性能与专利积累较为薄弱，目前主要有 深圳紫光同创、上海安路科技、广东高云半导体、上海复旦微电子、西安智多晶、深圳易灵思、北京京微齐力、成都华微电子 等芯片研发厂商。

早在 1972 年，就职于美国施乐 Xerox 公司的 Robert Metcalfe（被称作以太网之父）与另外两位学者，协作发表了一篇名为《以太网：区域计算机网络的分布式包交换技术》的文章，并在不久之后获得了《具有冲突检测的多点数据通信系统》专利，以太网（Ethernet）技术的雏形就此诞生。至此以太网相关的标准不断演进，诞生了标准以太网(10 Mbit/s)、快速以太网(100 Mbit/s)、千兆以太网(1000 Mbit/s)、万兆以太网(10000 Mbit/s)等一系列标准。

以太网的底层工作机制基于载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议，从而确保多个设备在相同的物理介质上通信。当其中一个设备有数据需要发送时，会先监听线路上是否存在其它信号，线路空闲就开始传输数据，线路繁忙则等待直至线路可用为止。如果在传输过程当中发生了碰撞（即两个设备同时发送数据导致信号叠加），设备就会检测到这种情况并且发送阻塞信号，然后等待随机时间之后再进行重试。

控制器区域网络（CAN，Controller Area Network）总线协议规范正式发布于 1986 年，由德国博世公司为解决汽车电子系统当中，复杂的线束问题而设计。1991 年发布的 CAN 2.0 A/B 规范的推出标志着其开启了标准化的进程。1993 年推出的 ISO 11898 标准进一步巩固了其国际规范地位。伴随汽车电子和工业控制增涨的通信需求，2012 年发布的 CAN FD 进一步提升了带宽与数据长度。而 2020 年发布的 CAN XL 则能够支持更大数据量的传输，从而适应未来的智能化场景。

CAN 总线协议发展至今日，已经以其 低成本、高实时性、高可靠性、优秀的抗干扰能力，成为当下使用极为广泛的标准化串行通信协议，被大面积运用于 工业控制、汽车电子、航空航天 等对于可靠性要求较高的领域。众所周知，理工类技术的最佳学习方式，往往需要基于最为直观的理解，而大量的示意图和表格正是化繁为简的利器。本文就将通过一系列丰富的图片与表格，来展示 CAN 总线协议的各个技术细节，以便让大家能够快速的理解这款倍受工程师欢迎的总线通信协议。

电源用于在电路当中将其它形式的能量转换为电能，日常工作当中主要运用的是化学电源（碳性电池、碱性电池、锂电池、镍氢电池、铅酸电池）、开关电源（效率高、体积小、重量轻）、线性电源（输出电压稳定，纹波系数小）三种类型。在之前的《锂离子电池技术参数简明选型指南》这篇文章当中，已经详细阐述了锂离子电池的性能指标与选型思路。本篇文章则从线性电源的原理入手，逐步引出开关电源的知识，并且分门别类的讨论了几种常见的拓扑结构。

线性电源（Linear Power Supply）的调整管工作在线性状态（放大），开关电源通常是在对输出电压进行采样之后，会将其与参考电压一同送入比较放大器，然后通过其输出的控制信号作为调整管的输入，从而达到通过调整管控制电源输出电压的目的，但是由于调整管工作在放大区，其本身会发热并且消耗电能，因而转换效率相对较差。而开关电源（Switching Power Supply）的功率开关管工作在开关状态（饱和 与 截止），主要是通过调整功率开关管的通断时间（占空比）来改变输出电压。由于功率开关管切换状态时耗散的功率比较少，产生的废热也比较少，相对而言更加节能，属于机电产品当中主流的电源形态。

直流无刷电机（BLDCM，Brushless Direct Current Motor）没有电刷和换向装置，需要采用 PWM 脉冲波来进行控制，相比于传统的直流有刷电机，其交换了定子与转子的位置（线圈绕组作为定子，钕硼永磁铁作为转子，以霍尔传感器取代碳刷进行换向），相比于传统的直流有刷电机，无刷电机需要配备专门的驱动控制电路，但是其具备更高的效率，并且能耗和噪音更低，可以伺服控制，并进行无级变频调速。

普通有刷电机发生旋转的部分是绕组，而无刷电机无论是 内转子 还是 外转子 结构，其旋转的部分（转子）永远都是永磁体（钕铁硼磁铁）。而其定子则属于产生旋转磁场的部分，主要由 硅钢片 和 绕组 构成，本文旨在简单明了的介绍无刷电机的相关工作原理，作为后续撰写 FOC 矢量控制算法相关内容的铺垫。