模擬信號傳輸的案例
干貨｜電子競賽題目分析——2021年E題《數字-模擬信號混合傳輸收發機》
一、任務
設計并制作在同一信道進行數字-模擬信號混合傳輸的無線收發機。其中，數字信號由4 個0~9 的一組數字構成；模擬信號為語音信號，頻率范圍為100Hz~5kHz。采用無線傳輸，載波頻率范圍為20~30MHz，信道帶寬不大于25kHz，收發設備間最短的傳輸距離不小于100cm。
收發機的發送端完成數字信號和模擬信號合路處理，在同一信道調制發送。
收發機的接收端完成接收解調，分離出數字信號和模擬信號，數字信號用數碼管顯示，模擬信號用示波器觀測。
二、要求
1. 基本要求
（1） 實現模擬信號傳輸。模擬信號為100Hz~5kHz的語音信號，要求接收端解調后的模擬信號波形無明顯失真。在只有模擬信號傳輸時，接收端的數碼顯示處于熄滅狀態。
（2） 實現數字信號傳輸。首先鍵入4個0~9的一組數字，在發送端進行存儲并顯示，然后按下發送鍵對數字信號連續循環傳輸。在接收端解調出數字信號，并通過4個數碼管顯示。要求開始發送到數碼管顯示的響應時間不大于2秒。當發送端按下停止鍵，結束數字信號傳輸，同時在發送端清除已傳數字的顯示，等待鍵入新的數字。
（3）實現數字-模擬信號的混合傳輸。任意鍵入一組數字，與模擬信號混合調制后進行傳輸。要求接收端能正確解調數字信號和模擬信號，數字顯示正確，模擬信號波形無明顯失真。
（4） 收發機的信道帶寬不大于25kHz，載波頻率范圍為20~30MHz。要求收發機可在不少于3 個載波頻率中選擇設置，具體的載波頻率自行確定。
2.
展開 氣體質量流量計的信號傳輸距離有限制嗎？
氣體質量流量計是一種廣泛應用于工業領域的儀器，它能夠準確測量氣體在管道中的流量，幫助人們更好地控制和管理生產過程，然而作為一種傳感器設備，氣體質量流量計在信號傳輸方面也存在一定的限制。
我們來了解一下氣體質量流量計的工作原理，它通過測量氣體中的質量流量來確定流體在管道中的流速，流量計會使用傳感器來感知氣體的壓力、溫度、密度等參數，然后將這些數據轉化為相應的電信號輸出，這些電信號可以通過各種方式進行傳輸，比如模擬信號、數字信號或者采用無線通信技術。
氣體質量流量計：https://www.bronkhorst-china.com/
信號傳輸距離的限制主要取決于傳輸介質和傳輸方式，對于模擬信號傳輸，由于信號的衰減和噪聲的干擾，隨著傳輸距離的增加，信號質量會逐漸下降，因此在較遠的距離上，模擬信號的傳輸效果可能會受到影響，而對于數字信號傳輸，由于其具有更好的抗干擾性能，可以實現更遠距離上的可靠傳輸，同時還可以采用一些增強信號的技術，如使用放大器、中繼器等設備來延長傳輸距離。
無線通信技術也為氣體質量流量計的信號傳輸提供了更多的可能性，傳統的有線傳輸方式不僅存在布線難、維護麻煩等問題，還不能適應某些特殊場景下的應用需求，而無線通信技術可以在一定范圍內進行信號傳輸，解決了布線困難的問題，提高了系統的靈活性和可擴展性，無線通信技術也存在一些限制，如信號穿透能力較弱、受到物體遮擋的影響等，這些都需要在實際應用中予以考慮。
在實際應用中對于氣體質量流量計的信號傳輸距離，需要根據具體的場景和需求來確定，如果傳輸距離不是很遠，可以選擇合適的傳輸介質和方式，通過適當的信號增強技術來實現可靠的傳輸，如果需要傳輸距離較遠，可以考慮采用無線通信技術或者其他更高級的傳輸方式，以滿足實際需求。
展開 模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號？
DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會( IEC )過程控制系統采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA.DC，接收信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號時候，因為導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線內產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為變送器的標準傳輸。
一、什么是4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制？
4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制是國際電工委員會（IEC）：過程控制系統用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4~20mA.DC，聯絡信號采用1~5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
4~20mA電流環工作原理：
在工業現場，用一個儀表放大器來完成信號的調理并進行長線傳輸，會產生以下問題：第一，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的干擾；第二，傳輸線的分布電阻會產生電壓降；第三，在現場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。
為了解決上述問題和避開相關噪聲的影響，我們用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。4～20mA的電流環便是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA高于20mA的信號用于各種故障的報警。
二、4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制的優點？
展開 模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號？
我們系統地來看看模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號？
4-20mA. DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會( IEC )過程控制系統采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA.DC，接收信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號時候，因為導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線內產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為變送器的標準傳輸。
一、什么是4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制？
4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制是國際電工委員會（IEC）：過程控制系統用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4~20mA.DC，聯絡信號采用1~5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
展開 
為什么采用4—20mA的電流來傳輸模擬量？
我們系統地來看看模擬量設備為什么都偏愛用4~20mA傳輸信號~
4-20mA. DC(1-5V.DC)信號制是國際電工委員會( IEC )過程控制系統采用的模擬信號傳輸標準。我國也采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4-20mA.DC，接收信號采用1-5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
一般儀器儀表的信號電流都為4-20mA，指最小電流為4mA,最大電流為20mA 。傳輸信號時候，因為導線上也有電阻，如果用電壓傳輸則會在導線內產生一定的壓降，那接收端的信號就會產生一定的誤差了，所以一般使用電流信號作為變送器的標準傳輸。
一、什么是4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制？
4~20mA.DC（1~5V.DC）信號制是國際電工委員會（IEC）：過程控制系統用模擬信號標準。我國從DDZ-Ⅲ型電動儀表開始采用這一國際標準信號制，儀表傳輸信號采用4~20mA.DC，聯絡信號采用1~5V.DC，即采用電流傳輸、電壓接收的信號系統。
展開 談談傳輸信號導線選型及內在機理
源端與負載端阻抗不匹配會引起線上反射，假設信號傳輸過程中經過兩個不同的區域，區域1阻抗為Z1,區域2阻抗為Z2，當Z2<Z1，反射系數為負產生負反射；當Z2>Z1，反射系數為正產生正反射。信號來回反射便形成了震蕩，從而導致了信號失真。
最后的小提示:如果想深入細致的分析下，可以閱讀下于博士的《信號完整性揭秘》。
反射就是在傳輸線上的回波。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸到線上并達到負載處，但是有一部分被反射了，如下圖所示。源端與負載端阻抗不匹配會引起線上反射，負載將一部分電壓反射回源端。如果負載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負，反之，如果負載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經過連接器的傳輸及電源平面的不連續等因素的變化均會導致此類反射。
二、阻抗匹配與反射理論的運用
1 CAN總線為何要加終端電阻，又為何是120Ω
按照ISO11898規范，為了增強CAN-bus 通訊的可靠性，CAN-bus 總線網絡的兩個端點通常要加入終端匹配電阻（120Ω）。
1.1 終端電阻的含義
終端電阻，是一種電子信息在傳輸過程中遇到的阻礙。高頻信號傳輸時，信號波長相對傳輸線較短，信號在傳輸線終端會形成反射波，干擾原信號，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號到達傳輸線末端后不反射。
對于低頻信號則不用。在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波，也需要在接收端接入終端匹配電阻。
一般在直線型中，線纜兩端即是發送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。
終端電阻的作用：
1：阻抗匹配，匹配信號源和傳輸線之間的阻抗，極少反射，避免振蕩。
2：減少噪聲，降低輻射，防止過沖。
展開 RP Fiber Power 通信信號的傳輸
文件： Data transmission .fpw
研究通信信號通過石英光纖的傳輸。通過模式求解計算光纖的模式參量。產生偽隨機序列非歸零信號，并通過5km光纖進行傳輸。獲得相應的眼圖。
圖形如下所示：
圖1為傳輸信號，并與輸入信號進行比較。
圖2為眼圖，這也表明，對于所選參量，探測器可恢復原始信號。
多層PCB設計：過孔對高頻信號傳輸有哪些“致命”影響
過孔在傳輸線上表現為阻抗不連續的斷點，會造成信號的反射。 一般過孔的等效阻抗比傳輸線低12%左右，比如50 歐姆的傳輸線在經過過孔時阻抗會減小6 歐姆（具體和過孔的尺寸，板厚也有關，不是絕對減小）。
但過孔因為阻抗不連續而造成的反射其實是微乎其微的，其反射系數僅為：
(44-50)/(44+50)=0.06
過孔產生的問題更多的集中于寄生電容和電感的影響。
過孔的寄生電容和電感
EDA365電子論壇
過孔本身存在著寄生的雜散電容，如果已知過孔在鋪地層上的阻焊區直徑為D2，過孔焊盤的直徑為D1,PCB 板的厚度為T，板基材介電常數為ε，則過孔的寄生電容大小近似于：
C=1.41εTD1/(D2-D1)。
過孔的寄生電容會給電路造成的主要影響是延長了信號的上升時間，降低了電路的速度。
舉例來說，對于一塊厚度為50Mil 的PCB 板，如果使用的過孔焊盤直徑為20Mil（鉆孔直徑為10Mils），阻焊區直徑為40Mil,則我們可以通過上面的公式近似算出過孔的寄生電容大致是：
C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF
這部分電容引起的上升時間變化量大致為：
T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps
從這些數值可以看出，盡管單個過孔的寄生電容引起的上升延變緩的效用不是很明顯，但是如果走線中多次使用過孔進行層間的切換，就會用到多個過孔，設計時就要慎重考慮。 實際設計中可以通過增大過孔和鋪銅區的距離（Anti-pad）或者減小焊盤的直徑來減小寄生電容。
展開 管道中混合氣體的傳輸流動模擬 ￥800
基于COMSOL軟件的多物理場耦合分析模塊，模擬了三種混合氣體在管道中的運動分布過程，模擬結果如圖2所示。
圖 1 幾何模型
溫度場分布
速度場分布
氣體濃度分布
圖2 數值模擬結果
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作
目前常用無人機圖傳技術有哪些？
5、模擬圖傳技術
一些不帶云臺相機的無人機，速度可高達80公里/小時以上，使用模擬信號傳輸技術。模擬圖傳幾乎沒有延時，而且模擬圖傳的另外一個特點是，當達到極限距離時，不會突然出現卡屏或者完全丟失整個畫面的情況。模擬圖傳也是單向信號傳播技術，有點類似于在數字電視信號還沒出現前的模擬電視廣播信號的傳輸，當信號變弱時，會出現雪花屏，警示飛手應該調整飛行方向或者往回飛，離返航點近一些。
可以說，OFDM技術和WIFI技術這兩種圖傳方式，是目前無人機圖傳的主流，更高級的是COFDM技術。其實總體來說，無人機遠距離傳輸其實就是距離和功耗之間的平衡，其中還涉及了很多調制技術，如用擴頻來提高抗干擾能力、信道信源技術的優化等等。
來源：中科智航無人機
<完>
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北京國際無人機系統產業博覽會UAS EXPO CHINA為每年舉辦一屆，先后得到了廣大主流無人機系統科研生產單位的積極參與，產生了巨大的社會效益和經濟效益，經過多年的歷練發展已成為我國無人機領域公認的重要交流平臺。2021北京國際無人機系統產業博覽會將于7月9日-11日在北京亦創國際會展中心再度榮耀亮相，是集學術交流、展覽展示、商業洽談、飛行表演、模擬體驗于一體的高檔次、大規模、較權威的綜合性專業活動，對于推動國內無人機科技創新、加強國際間的交流與合作、促進航空航天和無人機產業健康發展將發揮重要的橋梁作用。
參展咨詢：湯老師 13718681191（同微信）
展開 CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內部流動及傳熱傳質過程，優化熱傳輸性能
</p><p><strong>熱管模擬仿真目的</strong></p><p>通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優化其熱傳輸性能。仿真可以實現以下幾個目的：</p><p><strong>設計優化：</strong>基于仿真數據，可以調整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結構等關鍵參數，以最大化其熱傳輸效率。</p><p><strong>性能預測：</strong>通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數。</p><p><strong>流動與傳熱特性分析：</strong>揭示熱管內部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。</p><p><strong>穩定性與可靠性評估：</strong>評估熱管在不同運行條件下的穩定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環境變化等多種情況。</p><p><strong>熱管仿真的難點</strong></p><p><strong>物理模型復雜性：</strong>熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅動的回流效應，這些都需要高精度的數學模型來描述。</p><p><strong>邊界條件設置：</strong>準確設定熱管兩端及壁面的熱通量、壓力、濕度等邊界條件是仿真結果準確性的關鍵，而在實際情況中這些條件可能會隨時間和空間變化。</p><p><strong>微尺度效應：</strong>部分熱管內部結構具有微觀特征，如微槽、多孔介質等，這類微尺度效應對傳熱有顯著影響，但建模難度較大。</p><p><strong>數值計算挑戰：</strong>求解涉及非線性方程組的穩定性、收斂性和計算資源需求較高，特別是在處理大規模三維模型時。
展開 
CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內部流動及傳熱傳質過程，優化熱傳輸性能
熱管模擬仿真目的
通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優化其熱傳輸性能。仿真可以實現以下幾個目的：
設計優化：基于仿真數據，可以調整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結構等關鍵參數，以最大化其熱傳輸效率。
性能預測：通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數。
流動與傳熱特性分析：揭示熱管內部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。
穩定性與可靠性評估：評估熱管在不同運行條件下的穩定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環境變化等多種情況。
熱管仿真的難點
物理模型復雜性：熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅動的回流效應，這些都需要高精度的數學模型來描述。
邊界條件設置：準確設定熱管兩端及壁面的熱通量、壓力、濕度等邊界條件是仿真結果準確性的關鍵，而在實際情況中這些條件可能會隨時間和空間變化。
微尺度效應：部分熱管內部結構具有微觀特征，如微槽、多孔介質等，這類微尺度效應對傳熱有顯著影響，但建模難度較大。
數值計算挑戰：求解涉及非線性方程組的穩定性、收斂性和計算資源需求較高，特別是在處理大規模三維模型時。
專業的熱管模擬仿真模塊
HeatPipePro是專用于熱管內部流動、傳熱和傳質仿真的模塊。它能夠精確分析熱管中的吸液芯毛細驅動流動問題，揭示流體在微小通道中的流動機制；能夠有效處理吸液芯表面的兩相相變問題，準確模擬液體蒸發和氣體冷凝過程；能分析冷凝器內部壁面的冷凝問題，評估冷凝效率和冷凝液分布；能夠全面分析整個熱管回路的工作狀態，預測其在不同工作條件下的性能表現，為熱管產品的研發提供有力支持。
展開 數字功放與模擬功放有哪些優勢及型號推薦
數字功放芯片是一種用于放大音頻信號的小型集成電路，它可以將微弱的信號放大到一定的電流或電壓，已經成為了現代音響系統中的重要組成部分；與傳統的模擬功放相比，數字功放具有更多的優勢和特點。
數字功放采用數字信號處理技術，將音頻信號轉換為數字信號，并進行放大，能夠避免傳統模擬功放中存在的失真、噪聲等問題，從而提供更加純凈、清晰的音質；由于數字信號的傳輸方式比傳統的模擬信號傳輸更加精確，因此，數字功放可以提供更好的音質。
此外，數字功放還具有低噪聲、低失真的優點，還可以提供多種調節功能，例如均衡器、聲音增強器和音量控制器；經常被用于家庭影院、音箱和其他音頻設備中。
工采網代理的韓國NF數字功放具備優點：內置DSP、頻率范圍寬廣、失真度小、信噪比高、瞬態特性好，音質、音色優美動聽等等，而且更注重聲壓級：即使在低失真度的前提下，保證足夠大的輸出功率，國內很多采用韓國NF功放的電視廠家如（長虹、TCL、海信）產品都備受好評。
一、家庭影院推薦功放：
NTP8835
NTP8835和NTP8849
擁有60W最大輸出功率（THD＜1％）支持4歐揚聲器，輸出效率85％以上；DRC＋POST DRC＋RS DRC 功率控制，高效防止破音。APEQ專利技術，最大限度釋放箱體音效。低于1％的失真，高于95db的信噪比，不額外產生噪音。
二、AI智能音箱推薦功放：NTP8910A和NTP8918
低至4.5V的工作電壓；支持4歐揚聲器，輸出效率85％以上；RS DRC動態功率控制，有效防止破音；2＊16段可調PEQ，加入APEQ功能，真切改善音質；帶有IIS SDATA的反饋輸出，適合底噪消除。
展開 一款將模擬信號轉換為數字信號的高靈敏度、高紅外抑制的環境光傳感器-WH4517V
工采網代理的WH4517V是一款將模擬信號轉換為數字信號的設備，它集成了先進的環境光傳感器、先進的接近傳感器以及高效率的紅外線垂直腔面發射激光器。傳感器和VCSEL的間距僅為2.1毫米，因此非常適合用于小型紅外孔的設計。
WH4517V是一款具有超高靈敏度和超高紅外抑制的環境光傳感器。芯片有兩個光電二極管陣列來感應不同光譜的光。內置光學濾光片以阻擋紅外線的環境光傳感器（ALS），其提供的光譜與人眼的反應接近。而CLEAR通道可用于感應340~1100nm的光源，通過與ALS通道的數據比較，從而區分外部光源類型。ALS能在從黑暗到強光的范圍內正常工作，可選的檢測范圍約為40分貝。在不同光照條件下，ALS具有出色的光比。
WH4517V具有獨立的中斷引腳，其中斷功能可以取消數據輪詢的需要，進而簡化系統設計的復雜性。同時集成了一個與SMBus兼容的I2C接口 (高達0.75MHz)，以便輕松連接到微控制器。是一種光數字轉換器結合了一個先進的環境光傳感器先進的接近傳感器和高效率下文VCSEL光。內置了一個940nm的光學濾光片，以抗ambienl光，因此PS可以消除反射的紅外光，具有高精度和優良的抑制性能。WH4517V具有可編程中斷功能，可用于ALS和PS，具有基于閾值的遲滯。
展開 PLC對模擬量信號是如何轉換的？
模擬量信號是自動化過程控制系統中最基本的過程信號(壓力、溫度、流量等)輸入形式。系統中的過程信號通過變送器，將這些檢測信號轉換為統一的電壓、電流信號，并將這些信號實時的傳送至控制器(PLC)。
PLC通過計算轉換，將這些模擬量信號轉換為內部的數值信號。從而實現系統的監控及控制。從現場的物理信號到PLC內部處理的數值信號，有以下幾個步驟：
從以上PLC模擬量的信號輸入流程可以看到，在自動化過程控制系統中，模擬量信號的輸入是非常復雜的。但是，在現目前的工業現場，對模擬量信號的處理已基本都采用電流信號方式進行傳輸，相比于電壓信號方式，電流信號抗干擾能力更強，傳輸距離更遠，信號穩定。
這里就PLC對模擬量信號的轉換過程進行一個簡單的分解介紹。
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