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枪女孩和赌博:对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

? 2018年06月20日 19:56 ? 次阅读

揭秘微信赌博群 www.b03i.com.cn 概述

随着电子产品向精密、微型化、低功耗方向持续发展,对电路系统中的模拟电路的调试和验证提出了前所未有的挑战。这部分电路在系统中的分量一般不到20%,却常常是限制项目开发进程的瓶颈。虽然在模拟电路故障诊断的工作中没有包治百病的良药,但是运用合适的方法和测试工具可以提高调试效率。本文将通过超低功耗电路测试、微弱电源纹波测试、在线测量电流、短路定位、噪声分析等几个实例,并结合RIGOL推出的新一代61/2位数字万用表DM3068在弱信号测量方面的优点介绍一些常见的故障诊断方法。

检测地回路

现代的电子产品往往将小信号模拟电路、数字电路和功率电路紧密地整合在一块PCB上,电路布局不仅要满足电路性能要求,还受结构设计的约束,同时要符合EMC规范,这些都给地回路的布置带来了很大的挑战。在多重约束的限制下,设计阶段PCB地回路布线会存在不确定的因素,需要在测试阶段检验。

以图1所示电路为例,U1、R3、R2组成同相放大器,设计期望该放大器能够将输入信号Ui放大10倍,Uo是放大器的输出电压。由于PCB布局布线受到约束,Ui的“-”输入端子跟电阻R2的C端之间有一段导线Rpcb。而PCB上可能存在“电路X”引入地回流Ix流过导线电阻Rpcb。受“电路X”地回流Ix的影响,导线Rpcb两端会有电压差Ue,为了确定Ue对被测信号的影响,需要测量Ue的大小。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图1 包含地回流干扰的同相放大电路

对精密电路而言,即使Ue只有μV量级,也会对电路产生巨大的影响。DM3068数字万用表直流电压的最小读数分辨率可达0.1μV,而且测量端子跟机壳地隔离,不会引入额外的直流电流地回路,适合于测量地回路引起的μV量级直流误差。

测量弱电压信号需要注意热电势、共模干扰、电磁感应等误差源,这些误差一般在10μV的量级,会严重干扰小信号测量。使用同材质的、双绞或带屏蔽的测试电缆可以减小热电势和电磁感应的误差。测量Ue前可以先判别这些误差源引入的总误差的大小,使用万用表的“相对”运算排除固定误差的干扰,然后再测量Ue就可以得到比较准确的结果。

先将万用表的两个表笔同时连接图1中的端子C端,这时万用表的读数是由热电势、共模干扰、电磁感应的误差源引起的,观察其变化情况。如果读数在一个小范围内波动,则认为是固定误差。按下万用表“相对”菜单键,万用表会记录当前读数值,并在以后的每个测量结果中减去该读数值再显示,这样就可以排除固定误差的干扰。然后再测量端子C和Ui的“-”端之间的电压差,读数即为排除固定误差干扰后的Ue值,可以比较准确地反映真实Ue的大小。

监测电源波动

如果将一个电路??榈背珊诤?,那么它至少会有一个输入端口——电源。在电路故障诊断中,电源端口经常被遗忘或者被低估,以至于有些问题被定性为“灵异事件”。

假定黑盒内部的电路和信号输入均正常,如果黑盒的输出仍然有问题,这时就应该重点排查电源输入。常用的电源检测仪器有示波器、频谱仪和数字万用表,它们能够覆盖的测量范围不同(如图2所示),应该综合运用这些仪器来全面观察电源信号,避免测试盲区。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图2 不同仪器的典型测试范围

一般认为万用表属于直流仪器,示波器属于时域仪器而频谱仪是频域仪器,但是这种界限正在被打破。新一代的万用表已经引入了时域测量功能,下面以RIGOL DM3068数字万用表的数据绘图功能来介绍万用表如何覆盖示波器和频谱仪的电源测试盲区。

图3是用示波器测得的某个模数混合电路的模拟部分电源电压波形,由于示波器的带宽很大,波形中大部分是数字电路引入的宽带开关噪声,幅度为8.4mVpp。一般情况下,8.4mVpp电源纹波和噪声符合人们的“心理期望”,因而就认为电源没有问题(电源影响被低估)。

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图3 示波器测试结果

图4是用DM3068的数据绘图功能重新测试该电源电压得到的电源波形,图形左侧是历史数据的波形,图形右侧是实时波形。从实时波形中可以清楚地看到幅度约为4.4mVpp的正弦纹波,进一步推算可以得出正弦波频率约为50Hz。能量如此强的50Hz信号会给精密电路带来很大的干扰。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图4 万用表测试结果

频谱仪受频率测量范围和频率分辨率的限制,很难发现这个50Hz电源干扰。DM3068在低频时域测量中的高速、高精度、低噪声和高频抑制力强等特点正好弥补了示波器和频谱仪的不足,有助于揭示“灵异事件”的真相。

用直方图发现隐蔽干扰

当信号/干扰极微弱,并淹没在电路自身的噪声中时,借助直方图统计分析方法可以将其暴露出来。

DM3068具备实时直方图统计功能,结合低噪声和大动态范围的特性,有助于测试微弱信号和干扰。

图5是使用直方图观测被本底噪声淹没的信号的实例。图左侧是电路本底噪声的时域波形(下方,垂直方向是时间轴方向。下同。)及其直方图,该噪声基本符合高斯分布,认为是白噪声。图右侧是电路加入一个3μVpp左右的脉冲方波后的测试结果。对比时域波形,右侧信号波形跟左侧白噪声波形很相像,电压平均值也相接近,不能直观地判定两种波形的区别。但是对比两者的直方图可以明显发现两种信号的区别,而且通过右侧直方图可以推断加入的信号有低电平分量,且该低电平分量出现概率不大,近似于占空比很小的负脉冲。

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图5 直方图发现淹没的信号

超低功耗电路的电压、电流测试

超低功耗电路测试通常要求仪器能够测试nA级弱电流,同时电压测量的输入阻抗趋于无穷大。一般的手持式万用表无法测量nA级电流,电压测量的输入阻抗固定为10MΩ,不能满足超低功耗电路的测试需求。

图6是一种超低功耗设备的入侵检测电路。常闭开关S1用于入侵检测,设备外壳被破坏时开关S1断开。该电路中二极管D1用作超低电流的上拉元件,其反向漏电流Is约为10nA。一旦外壳被破坏,S1断开,D1将控制器MCU的管脚DET拉高,产生上升沿作为入侵触发信号。这个电路的主要测试项目有二极管反向漏电流Is,开关S1闭合时的DET电平,开关S1断开时的DET电平,开关S1闭合到断开过程中DET管脚的电压上升沿波形。

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图6 入侵检测电路

常规仪表无法有效完成以上测试,DM3068数字万用表直流电流最小分辨率高达100pA, 可以满足Is的测试需求;直流电压20V(范围比竞争产品大一倍)及以下挡位有大于10GΩ的输入阻抗,并且输入偏流小于100pA,结合其数据绘图、电平触发和预触发功能,能够实时捕获并显示DET管脚波形,可以像使用示波器一样轻松完成上升沿波形和电平测试。

查找电路板中的短路

手工焊接过的电路板常?;嵊泻感嫉贾碌亩搪?,而且焊屑一般藏在元件底部,不易查找。一旦电路板上的电源跟地短路,接在该电源和地之间的所有元件都成了可疑对象。逐个排查可以解决问题,但是非常费劲。

如果被短路的电源上只有一处短路,那么远离短路点的位置由于串联了PCB电阻因而对地电阻较大,因此只要找到对地电阻最小的位置就能定位短路。

如图7所示,Rp1~Rp(n)是+5V电源线的PCB电阻,阻值均为1mΩ;Rn1~Rn(m)是GND地线的PCB电阻,阻值均为1mΩ;C1~C5是+5V电源的退耦电容。假设在电容C2下方隐藏有短路,那么在C2处测得的电阻为0mΩ;在C1处测得的电阻C2处测得电阻加上Rp1和Rn1,共为2mΩ;同样的道理,C3~C5处测得的电阻依次是2mΩ、4mΩ和6mΩ。C2处测得的电阻最小,因而可以断定C2下方有短路。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图7 有短路的等效电路

电阻测量分辨率越高,短路定位的精度也越高。PCB电阻一般为毫欧级别,大部分手持万用表电阻测量分辨率大于10mΩ,不能有效确定分辨短路位置。DM3068的电阻测量分辨率为0.1mΩ,可以精确地定位短路(对于1OZ厚,5mm宽线铜,可以分辨到1mm),使得上述短路定位的方法实用化。

在线测量电流

在电路板上单独测量一块QFN或BGA封装的芯片的工作电流是很不容易的。在高密度多层PCB上很难找到切断电源线并插入电流表的地方;有些数字芯片要求极低的电源内阻,完全无法容忍插入测试电缆。这时,如果电路板上留有一些突破口,则可以利用DM3068低电阻测量和弱电压测量功能来实现非侵入的在线测量电流。

如图8所示,需要测量芯片U1的VCC电流Ivcc,其电流方向是从A点到B点??梢韵榷峡缏返牡缭?,然后使用DM3068的电阻测量功能测量AB两点间的PCB导线电阻,接着接通电源并测量AB两点之间的电压,最后用测得的电压除以测得的电阻即可得到电流的大小。例如,PCB导线电阻为4.8mΩ(1oz厚,20mm长,2mm宽的导线),测得电压为48μV,则电流大小为10mA。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图8 在线测量电流示意图

在线测量电阻

严格地说,在线测量电阻是不被推荐的,但是电路板调试时频繁地拆装电阻确实是一件很繁琐的事情。电路调试时通过分析电路,可以找到能够在线测量电阻的条件。在线测量电阻只是证明电阻阻值跟预期值相同,因此也就不必为测不准而担心了。

以图9所示电路为例,电阻R串联在逻辑IC1的输出和逻辑IC2的输入之间。电阻R的正确值是33Ω,现怀疑R阻值异常,需要对其进行测试。观察逻辑IC1和逻辑IC2的内部等效电路可以发现,逻辑IC2只通过钳位二极管将电阻R连接到电源线上。也就是说,只要电阻R两端的电压不超过IC2内部的钳位二极管的正向导通电压(一般为0.5V),流过IC2的输入管脚的电流就可以忽略,也就不会对电阻R的测量产生影响。

对模拟电路进行调试和验证的新一代万用表

图9 在线测量电阻的一种特例

测试前先切断电路板的电源,并确保电源回路彻底放电。DM3068使用加恒定电流测电压的方法测量电阻。查看万用表的手册可以知道各个电阻量程使用的电流源的大小,例如,该表的2kΩ挡位使用1mA电流源,如果被测电阻R阻值正常,其两端压降为33mV,不会使IC2钳位二极管导通,因此能够正确地在线测量。

大部分半导体器件都存在类似的二极管隔离结构,因此可以根据实际电路的情况扩展该方法的使用范围。

简单而言,应该选择比被测电阻阻值大5倍以上的量程来在线测量电阻,电路中有反向击穿电压小于5V的器件时不能使用该方法。

结语

虽然模拟电路的调试和验证的挑战不断增长,但是新一代的测试测量工具在性能和功能方面也有了长足的进步。充分发挥工具的优异性能可以大大提高故障诊断的效率。DM3068在微弱电流、微弱电压和小电阻测量方面性能有独特优势,并提供实时数据绘图、实时直方图、内部触发等高级分析功能,能够帮助超低功耗和精密模拟电路验证和故障诊断。

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具有音调控制功能的25W混合式Hi-Fi放大器(...

CDMA射频前端低噪声放大器电路设计研究

射频前端低噪声放大器(LNA)电路是无线电设备前端电路设计中的重要内容。由于实际的无线电传播环境通常...

发表于 2018-05-20 09:49 ? 876次阅读
CDMA射频前端低噪声放大器电路设计研究

TT Electronics:高性能CR和HR系...

适用于占用空间作为重要因素的关键用途 TT Electronics,作为从事性能关键型应用产品制造的...

发表于 2018-05-17 13:52 ? 363次阅读
TT Electronics:高性能CR和HR系...

TI TAS5404-Q1 26W汽车四路D类...

TI公司的TAS5404-Q1是用于汽车音响主机的四路D类音频放器,四路模拟输入,四路BTL输出,每...

发表于 2018-05-17 10:23 ? 197次阅读
 TI TAS5404-Q1 26W汽车四路D类...

简谈数字电路设计中的抖动

大家好,到了每日学习的时候了。今天我们来聊一聊数字电路设计中的抖动。 既然说到了抖动,那么什么是抖动...

发表于 2018-05-17 09:30 ? 610次阅读
简谈数字电路设计中的抖动

该如何分析运放电路呢?运放具体该怎么选择呢?

由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往...

发表于 2018-05-16 16:37 ? 694次阅读
该如何分析运放电路呢?运放具体该怎么选择呢?

通过基准电压和数字码可以影响模拟输出

借助相应的接线,??榭梢允涑龇糯?、衰减或反转的信号(相对于基准信号而言)。因此,其应用领域包括波形发...

发表于 2018-05-16 15:00 ? 628次阅读
通过基准电压和数字码可以影响模拟输出

放大器的输入阻抗和输出阻抗是交流电阻还是直流电阻...

本文首先介绍了输入或输出阻抗的概念及输入阻抗应用分析,其次介绍了放大电路输出输入阻抗大小的作用,最后...

发表于 2018-05-15 17:45 ? 925次阅读
放大器的输入阻抗和输出阻抗是交流电阻还是直流电阻...

没掌握这20个模拟电路之前 你可能是个假的工程...

模拟电路的掌握分为三个层次。初级层次是熟练记住这二十个电路,清楚这二十个电路的作用。只要是电子爱好者...

发表于 2018-05-14 14:24 ? 524次阅读
没掌握这20个模拟电路之前  你可能是个假的工程...

基于EDA的数字电路设计之计数电路控制信号

PLD设计中,原理图输入比较直观。效率高,但设计大规模CPLD时显得很繁琐。当进行大规模CPLD设计...

发表于 2018-05-14 02:54 ? 303次阅读
基于EDA的数字电路设计之计数电路控制信号

常用的放大器配置设计方程式有哪些_20个放大器配...

一般来说,放大器会接受低电平、高源阻抗信号,将其变成高电平、低源阻抗信号,以便能够以更高的精度和保真...

发表于 2018-05-12 08:52 ? 1172次阅读
常用的放大器配置设计方程式有哪些_20个放大器配...

一文读懂光电式脉搏传感器的原理

人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张,使血流压力以波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系...

发表于 2018-05-12 02:17 ? 1766次阅读
一文读懂光电式脉搏传感器的原理

点对点系统的常见无线电架构解析

在一个完整的室外单元系统中,数据转换器位于室外单元中,数字ASIC位于室内单元中,基带数据在其间传输...

发表于 2018-05-11 15:22 ? 516次阅读
点对点系统的常见无线电架构解析

微型光机械(MOM)压力传感器

PA的面积受到电极大小的限制。其功率受限于可接受的组织加热限制。噪声需要比最小信号幅度(可能低至几十...

发表于 2018-05-10 16:18 ? 730次阅读
微型光机械(MOM)压力传感器

晶体管的三种接法 静态工作点和交流性能计算问题

如前所述,电路要能放大,晶体管应工作在放大区,即UBE》0,UBC《0,所以电源和电阻的设置要满足这...

发表于 2018-05-09 11:04 ? 647次阅读
晶体管的三种接法 静态工作点和交流性能计算问题

电路设计与电路板设计的区别是什么呢?

正是因为如此,一下子跑偏了自己的命运。老板说,来我公司做电路板设计吧。好滴好滴地回答了,满脑子里以为...

发表于 2018-05-09 08:38 ? 680次阅读
电路设计与电路板设计的区别是什么呢?

贸泽电子即日起开始备货NXP Semicondu...

贸泽电子 (Mouser Electronics),即日起开始备货NXP Semiconductor...

发表于 2018-05-08 18:36 ? 117次阅读
贸泽电子即日起开始备货NXP Semicondu...

扫频究竟该如何使用?

但是实际测试过程中,发现仍然有很强的,大约0.5V左右的工频频段的干扰,这是一个挺神奇的事情,因为按...

发表于 2018-05-08 16:58 ? 719次阅读
扫频究竟该如何使用?

ADI旗下凌力尔特公司推出双平衡混频器 LTC5...

ADI旗下凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出双平衡混...

发表于 2018-05-08 11:49 ? 297次阅读
ADI旗下凌力尔特公司推出双平衡混频器 LTC5...

PCB内部进行处理数、模共地的问题

在数字电路中一般的频率会比模拟电路中的频率要高,而且它们本身的信号会跟地平面形成一个回流(因为在信号...

发表于 2018-05-07 10:21 ? 584次阅读
PCB内部进行处理数、模共地的问题

晶体管工作的条件和晶体管工作状态的判断

晶体三极管有三个工作区,即放大区、截止区、饱和区。电路设计时,可根据电路的要求,让晶体管工作在不同的...

发表于 2018-05-07 08:35 ? 1313次阅读
晶体管工作的条件和晶体管工作状态的判断

最基本的20个模拟电路和作用 你一定要知道

中级小伙伴是 能分析这二十个电路中的关键元器件的作用,每个元器件出现故障时电路的功能受到什么影响,测...

发表于 2018-05-04 17:11 ? 438次阅读
最基本的20个模拟电路和作用 你一定要知道

TI推出新一代高性能 ,并具有更低功耗、更快响应...

放大器是一种传统的模拟器件。经过几十年的发展,现在的运算放大器能够满足绝大多数应用的需求。因此,与数...

发表于 2018-05-02 14:55 ? 171次阅读
TI推出新一代高性能 ,并具有更低功耗、更快响应...

单片机学习方法和步骤

模拟电路是电子技术最基础的学科,她让你知道什么是电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、放大器等...

发表于 2018-05-02 09:32 ? 1553次阅读
单片机学习方法和步骤

高端电流检测简介,试图用LTC2063发现不稳定...

在研究频率响应时,Neubean意识到,需要明确什么是开环响应。如果与单位负反馈结合,构成环路的正向...

发表于 2018-05-02 09:23 ? 755次阅读
高端电流检测简介,试图用LTC2063发现不稳定...

microchip宣布推出全新零漂移器件 进一步...

microchip宣布推出全新的MCP6N16零漂移器件以进一步扩展其仪表放大器产品组合。这款新器件...

发表于 2018-04-28 09:39 ? 137次阅读
microchip宣布推出全新零漂移器件 进一步...

一文看懂模拟电路有什么具体的应用

模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。模拟信号是指连续变化的...

发表于 2018-04-27 18:17 ? 1234次阅读
一文看懂模拟电路有什么具体的应用

模拟电路书籍推荐排行榜

想要学好模拟电路,选择一本好的参考书籍是十分重要的,以下为大家推荐的模拟电路书籍,是综合网友推荐和各...

发表于 2018-04-27 17:32 ? 673次阅读
模拟电路书籍推荐排行榜

三步教你如何成为单片机高手

当编写自己的程序信手拈来、阅读别人的程序能够发现问题的时候,说明你的单片机编程水平相当不错了。接下来...

发表于 2018-04-27 16:09 ? 2854次阅读
三步教你如何成为单片机高手

耳机驱动电路的问题深入探讨,并给出解决方案

另一个问题出现在当耳机被用作为线路输出时。在便携式系统中并没有分离的线路输出插座,终端用户常常利用商...

发表于 2018-04-27 10:50 ? 1100次阅读
耳机驱动电路的问题深入探讨,并给出解决方案

积分电路以及如何理解电容作用

想弄明白其输出状态,得先了解电容的脾性。电容基本的功能是充、放电,是个储能元件。对变化的电压敏感(反...

发表于 2018-04-25 08:53 ? 1317次阅读
积分电路以及如何理解电容作用

模拟电路的8大要求、4大组成

理解欧姆定律、电阻和电导的关系;理解焦耳--楞次定律、电功率的概念;了解电气设备额定值的定义及其电路...

发表于 2018-04-17 14:41 ? 191次阅读
模拟电路的8大要求、4大组成

ADS低噪声放大器如何导入LNA模型

ADS导入LNA的放大器模型方法 要使用的是ATF-35143低噪声放大器,但是器件库中没有这个器件...

发表于 2018-04-16 15:59 ? 227次阅读
ADS低噪声放大器如何导入LNA模型

模拟单音电子管合成器CHRT

CHRT 合成器是一个真正的模拟单音电子管合成器,主要是针对 MIDI 吹管控制器比如 Yamaha...

发表于 2018-04-16 14:23 ? 263次阅读
模拟单音电子管合成器CHRT

PCB板中模拟电路和数字电路共地和不共地的区别

红色的为三极管放大器放大时候的波形...绿色为振荡器波形...有人可能要问红色的为什么前一段波形不行...

发表于 2018-04-16 08:35 ? 580次阅读
PCB板中模拟电路和数字电路共地和不共地的区别

汽车D类音频放大器的解决方案

TI公司的PMP11769是700W汽车D类音频放大器完整解决方案,包括两个D类放大器:向4欧姆负载...

发表于 2018-04-14 16:37 ? 187次阅读
汽车D类音频放大器的解决方案

为什么使用一个逐次逼近寄存器ADC?

很多典型控制系统应用的目标是根据输入控制变量的状态来影响控制操作。其中的一些变量包括位置、速度、角度...

发表于 2018-04-13 09:21 ? 3540次阅读
为什么使用一个逐次逼近寄存器ADC?

问题:可以使用放大器的禁用引脚来节省功耗而不影响...

问题:可以使用放大器的禁用引脚来节省功耗而不影响性能吗? 在物联网时代,电池供电应用日益兴盛。本文将...

发表于 2018-04-03 13:41 ? 2219次阅读
问题:可以使用放大器的禁用引脚来节省功耗而不影响...

德州仪器(TI)放大器技术创新发展最新趋势的观点

在TI的整个放大器产品组合非常全面,为客户提供满足无论是在工业、汽车、个人电子或其他领域,各自几乎你...

发表于 2018-04-03 09:01 ? 2335次阅读
德州仪器(TI)放大器技术创新发展最新趋势的观点

哪种板材最适合于微波频段或毫米波频段功率放大器的...

设计射频微波功放时还需要考虑的问题是热管理。材料导热系数(或称热导率)就是一个可以帮助减少这个问题的...

发表于 2018-04-02 11:39 ? 1155次阅读
哪种板材最适合于微波频段或毫米波频段功率放大器的...

AudioNet SAM 20 SE合并放大器—...

我对AudioNet的印象便是如此,虽然他们家的设备外形简洁,没有特别华丽的装饰或突出的形状,但是听...

发表于 2018-04-01 09:22 ? 1035次阅读
AudioNet SAM 20 SE合并放大器—...

趣解模拟电路课程_原来模电还是很重要的

工程是科学和数学的某种应用,通过这一应用,使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系...

发表于 2018-03-29 02:10 ? 294次阅读
趣解模拟电路课程_原来模电还是很重要的

异步电路中时钟如何同步的多种方法

时钟是数字电路中所有信号的参考,特别是在FPGA中,时钟是时序电路的动力,是血液,是核心。

发表于 2018-03-28 17:12 ? 1285次阅读
异步电路中时钟如何同步的多种方法

G类拓扑自适应移动放大器电源节能设计

音频是便携式消费类电子设备不可或缺的一个重要组成部分。集成耳机音频功率放大器有助于放大低功耗基带音频...

发表于 2018-03-28 09:18 ? 1111次阅读
G类拓扑自适应移动放大器电源节能设计

一篇关于电流反馈放大器应用设计

我的放大器同事 Xavier Ramus 最近写了一篇关于电流反馈放大器的精彩博客。我想详细说明一下...

发表于 2018-03-27 09:18 ? 1858次阅读
一篇关于电流反馈放大器应用设计
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