乘法器电路设计与模拟电路潜在矛盾

如果模拟电路（射频）和数字电路（微控制器）单独工作可能各自工作良好，但是一旦将两者放在同一块电路板上，使用同一个电源供电一起工作，整个系统很可能就会不稳定。这主要是因为数字信号频繁的在地和正电源（大小3V）之间摆动，而且周期特别短，常常是ns级的。由于较大的振幅和较小的切换时间，使得这些数字信号包含大量的且独立于切换频率的高频成分。而在模拟部分，从天线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于1μV。因此数字信号与射频信号之间的差别将达到10-6（120dB）。显然，如果数字信号与射频信号不能很好的分离，微弱的射频信号可能遭到破坏，这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。

电路中的功率消耗源主要有以下几种：由逻辑转换引起潮流趋势电路的逻辑门对负载电容充、放电引起的功率消耗；由逻辑门中瞬时短路电流引起的功率消耗；由器件的漏电流引起的消耗，并且每引进一次新的制造技术会导致漏电流20倍的增加，漏电流引起的消耗已经成为功率消耗的主要因素。目前降低功耗的方法主要有：减小电源电压、调整晶体管尺寸、采用并行和流水线的系统结构、利用睡眠模式、采用电路等。其中，能量回收逻辑就是基于绝热计算发展起来的一种低功耗设计技术。这里简单介绍一种使用单相正弦电源时钟的能量回收逻辑，并用这种原理电路设计了一个两位的数字电路，与静态CMOS数字乘法器相比，这种能量回收乘法器能够大大降低功率消耗。

单相正弦电源时钟能量回收逻辑电路工作原理

以反相器为例说明这种电路的工作原理。M1和M2的连接方式传感器电路与传统的静态CMOS逻辑电路相似。不同的是电源不再是恒定不变的，而是用一个正弦信号代替，这个信号同时起到同步电路工作的作用，因此又称作电源时钟。M3和M4连接成二极管的形式用来控制充放电的路径。

当输入信号B为逻辑“O”时，M1导通，M2截止。正弦信号正半周时，通过M3和M1向负载电容充电，一旦电容充电到最大值，M3能够阻止电容向输入正弦时钟信号放电，输出保持在高电平不变。当输入信号B为逻辑“1”时，M1截止，M2导通。正弦信号负半周时，负载电容通过M2和M4向输入正弦时钟信号放电，一旦电容放电到最小值，M4能够阻止输入正弦时钟信号向电容充电，输出保持为低电平不变。

基于单相能量回收电路的乘法器

两位乘法器能够实现2位二进制数消费电子电路的乘法运算，设A1A0，B1B0为乘数和被乘数，P3P2P1P0为乘法运算得到的积，

电路和数字电路做在同块PCB上的常见问题

不能充分的隔离敏感线路和噪声信号线是常常出现的问题。如上所述，数字信号具有高的摆幅并包含大量高频谐波。如果PCB板上的数字信号布线邻近敏感的模拟信号，高频谐波可能会耦合过去。RF器件的最敏感节点通常为锁相环（PLL）的环路滤波电路，外接的压控振荡器（VCO）电感，晶振基准信号和天线端子，电路的这些部分应该特别仔细处理。

（1）供电电源噪声

由于输入/输出信号有几V的摆幅，数字电路对于电源噪声（小于50mV）一般可以接受。而模拟电路对于电源噪声却相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。因此，在包日常电器含RF（或其他模拟）电路的PCB板上的电源线布线必须比在普通数字电路板上布线更加仔细，应避免采用自动布线。同时也应注意到，微控制器（或其他数字电路）会在每个内部时钟周期内短时间突然吸入大部分电流，这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺设计。

（2）不合理的地线

RF电路板应该总是布有与电源负极相连的地线层，如果处理不当，可能产生一些奇怪的现象。对于一个数字电路设计者来说这也许难于理解，因为即使没有地线层，大多数数字电路功能也表现良好。而在RF频段，即使一根很短的线也会如电感一样作用。粗略计算，每mm长度的电感量约为1nH，434MHz时10mmPCB线路的感抗约为27Ω。如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法保证设计特性。