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硬件与嵌入式系统

Arduino、RISC-V、MSP430、PLC、Linux 驱动与嵌入式系统工程。

Hardware 更新于 2026-04-30

第 3 章 2:運算放大器(Operational Amplifier)

OPAMP 是類比電路的「樂高積木」。掌握 OPAMP,就能設計絕大多數類比訊號處理電路。

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第 3 章 3:濾波器設計

被動(Passive):純 R, L, C 主動(Active):含 OPAMP,可放大 數位(Digital):FIR、IIR 開關電容(Switched Capacitor):MOS 電路

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第 3 章 4:振盪器(Oscillator)

$$A \cdot \beta = 1 \quad \text{且} \quad \angleA\beta = 0° \text{ 或 } 360°$$

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第 3 章 5:電源供應器設計

電源是「電子產品的腦袋」。設計不好,整個系統都不穩定。本章涵蓋線性與開關式電源的設計細節。

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第 3 章 6:數位邏輯基礎

電子元件最容易區分兩個狀態:「有電 vs 無電」 抗雜訊:只要區分 0 與 1,雜訊容忍度大 邏輯運算簡單

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第 3 章 7:組合邏輯深入

ALU 是 CPU 核心,整合: 加減運算(Adder + 控制 Cin) 位元邏輯(AND/OR/XOR/NOT) 比較(Subtract 後看符號) 移位(Shift Register)

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第 3 章 8:時序邏輯(Sequential Logic)

時序邏輯有「記憶」,輸出依當前輸入 + 過去狀態。是 CPU、計數器、狀態機的基礎。

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第 3 章 9:記憶體(Memory)

快:存取時間 ns 級 不需 refresh 掉電消失 每位元 6 個電晶體(密度低、貴) 靜態電流:低(CMOS)

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第 3 章 10:類比數位轉換(ADC / DAC)

ADC 與 DAC 是「類比世界與數位世界的橋樑」。 感測器資料、音訊、視訊、通訊都離不開它們。

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第 4 章 1:高速電路設計

當訊號速度超過 100 MHz,「走線不再只是導線」,必須當作「傳輸線」來處理。

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第 4 章 2:RF 射頻電路

射頻(Radio Frequency)電路是無線通訊的基石:手機、WiFi、藍牙、雷達都離不開它。

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第 4 章 3:電源完整性(Power Integrity, PI)

PI 處理「電源傳遞網路(PDN)如何提供乾淨穩定的電源給每顆 IC」。 高速設計時 PI 與 SI 同等重要。

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第 4 章 4:訊號完整性(Signal Integrity, SI)

1. 反射(Reflection) 2. 串擾(Crosstalk) 3. 衰減(Attenuation / Loss) 4. 抖動(Jitter) 5. ISI(InterSymbol Interference) 6. 雜訊(Noise) 7. 同步切換雜訊(SSN/Ground Bounce)

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第 4 章 5:EMI / EMC 設計

EMI(電磁干擾)/ EMC(電磁相容性):產品不能干擾別人,也要能抵抗別人的干擾。 這是進入市場必過的一關。

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第 4 章 6:PCB 設計

PCB(印刷電路板)是把所有元件結合在一起的「載體」。本章整理 PCB 設計的方方面面。

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第 4 章 7:嵌入式系統

1. MCU/MPU/SoC:運算核心 2. 記憶體:Flash + SRAM/DRAM 3. 電源:穩壓 + 管理 4. I/O:GPIO、ADC、PWM 等 5. 通訊:UART、SPI、I²C、USB、Ethernet 6. 時鐘:晶體 + PLL 7. 感測器:依應用

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第 4 章 8:FPGA 設計

FPGA(Field Programmable Gate Array)是「可程式化的硬體」。 速度與彈性兼備,是高效能即時系統的最佳選擇之一。

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第 4 章 9:SoC 設計

SoC(System on Chip)把整個系統整合到單一晶片,是現代消費電子的主流。

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第 4 章 10:混合訊號設計

大 di/dt 從電源耦合到類比電路 數位 logic level 切換造成 ground bounce 時鐘輻射干擾敏感類比節點

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第 5 章 1:需求規格

1. 產品概述(Overview) 2. 目標市場與用戶 3. 功能需求(Functional Requirements) 4. 非功能需求(NonFunctional Requirements) 5. 介面需求 6. 環境條件 7. 法規認證 8. 限制與假設

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第 5 章 2:原理圖設計(Schematic Capture)

表達電路的「邏輯連接」(不是物理擺放) 傳遞給 PCB 設計、製造、維修 法律上是設計的官方紀錄

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第 5 章 3:PCB Layout 流程

確定 PCB 尺寸(依機構) 決定層數 決定 stackup 估算成本與製造週期

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第 5 章 4:模擬與驗證

DC 工作點 AC 頻率響應 Transient(時域) Noise 分析 Monte Carlo(蒙地卡羅統計) Sensitivity 分析

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第 5 章 5:原型製作(Prototyping)

JLCPCB(中國):5 片約 $5 起,3 天工期 PCBWay:客製化選項多 OSH Park(美國):紫色板著名,較貴 Eurocircuits(歐洲):高品質 Sierra Circuits(美國):高品質

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