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  • JDK 14的新特性:instanceof模式匹配

    千次阅读 2020-04-27 07:36:41
    JDK14在2020年的3月正式发布了。... 也就是说在instanceof中可以使用模式匹配了。 怎么理解呢? 我们先举个历史版本中使用instanceof的例子。 假如我们是动物园的管理员,动物园里面有Girraffe和Hippo两种动物

    JDK 14的新特性:instanceof模式匹配
    在这里插入图片描述

    JDK14在2020年的3月正式发布了。可惜的是正式特性只包含了最新的Switch表达式,而Records,patterns,text blocks仍然是预览特性。

    本文要讲的就是JDK14的一个预览特性instanceof的pattern matching。 也就是说在instanceof中可以使用模式匹配了。

    怎么理解呢?

    我们先举个历史版本中使用instanceof的例子。

    假如我们是动物园的管理员,动物园里面有Girraffe和Hippo两种动物。

    @Data
    public class Girraffe {
        private String name;
    }
    
    @Data
    public class Hippo {
        private String name;
    }
    

    为了简单起见,上面两种动物我们都之定义一个name属性。

    接下来我们要对两种动物进行管理,传入一个动物,判断一下这个动物是不是上面两种动物之一,按照传统的办法,我们应该这样做:

        public void testZooOld(Object animal){
            if(animal instanceof Girraffe){
                Girraffe girraffe = (Girraffe) animal;
                log.info("girraffe name is {}",girraffe.getName());
            }else if(animal instanceof Hippo){
                Hippo hippo = (Hippo) animal;
                log.info("hippo name is {}",hippo.getName());
            }
            throw new IllegalArgumentException("对不起,该动物不是地球上的生物!");
        }
    

    上面的代码中, 如果instanceof确认成功,我们还需要将对象进行转换,才能调用相应对象中的方法。

    有了JDK 14,一切都变得容易了,我们看下最新的JDK 14的模式匹配怎么做:

        public void testZooNew(Object animal){
            if(animal instanceof Girraffe girraffe){
                log.info("name is {}",girraffe.getName());
            }else if(animal instanceof Hippo hippo){
                log.info("name is {}",hippo.getName());
            }
            throw new IllegalArgumentException("对不起,该动物不是地球上的生物!");
        }
    

    注意instanceof的用法,通过instanceof的模式匹配,就不需要二次转换了。直接使用就可以了。并且模式匹配的对象还被限定了作用域范围,会更加安全。

    注意,如果你使用的最新版的IntelliJ IDEA 2020.1版本的话,语言编译版本一定要选择14(Preview),因为这个功能是preview的。

    本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20

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  • 阻抗匹配要分低频和高频两种情况来讨论,低频时的阻抗匹配只考虑信号源和负载,高频时的阻抗匹配还要考虑传输线:  1.低频:我们从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源,总是有内阻的(请参看输出阻抗...

    1.输入阻抗:输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗.在输入端上加上一个电压源U,测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I.你可以把输入端想象成一个电阻的两端,这个电阻的阻值,就是输入阻抗. 输入阻抗跟一个普通的电抗元件没什么两样,它反映了对电流阻碍作用的大小.对于电压驱动的电路,输入阻抗越大,则对电压源的负载就越轻,因而就越容易驱动,也不会对信号源有影响;而对于电流驱动型的电路,输入阻抗越小,则对电流源的负载就越轻.因此,我们可以这样认为:如果是用电压源来驱动的,则输入阻抗越大越好;如果是用电流源来驱动的,则阻抗越小越好(注:只适合于低频电路,在高频电路中,还要考虑阻抗匹配问题.另外如果要获取最大输出功率时,也要考虑 阻抗匹配问题

    2.输出阻抗:无论信号源或放大器还有电源,都有输出阻抗的问题.输出阻抗就是一个信号源的内阻.本来,对于一个理想的电压源(包括电源),内阻应该为0,或理想电流源的阻抗应当为无穷大.输出阻抗在电路设计最特别需要注意 但现实中的电压源,则不能做到这一点.我们常用一个理想电压源串联一个电阻r的方式来等效一个实际的电压源.这个跟理想电压源串联的电阻r,就是(信号源/放大器输出/电源)的内阻了.当这个电压源给负载供电时,就会有电流I从这个负载上流过,并在这个电阻上产生I×r的电压降.这将导致电源输出电压的下降,从而限制了最大输出功率(关于为什么会限制最大输出功率,请看后面的“阻抗匹配”一问).同样的,一个理想的电流源,输出阻抗应该是无穷大,但实际的电路是不可能的。

    3.阻抗匹配:阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式;阻抗匹配要分低频和高频两种情况来讨论,低频时的阻抗匹配只考虑信号源和负载,高频时的阻抗匹配还要考虑传输线:

        1.低频:我们从直流电压源驱动一个负载入手。由于实际的电压源,总是有内阻的(请参看输出阻抗一问),我们可以把一个实际电压源等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。假设负载电阻为R,电源电动势为U,内阻为r,那么我们可以计算出流过电阻R的电流为:I=U/(R+r),可以看出负载电阻R越小,则输出电流越大。负载R上的电压为:Uo=IR=U/[1+(r/R)],可以看出,负载电阻R越大,则输出电压Uo越高。再来计算一下电阻R消耗的功率为: P=I2×R=[U/(R+r)]2×R=U2×R/(R2+2×R×r+r2) =U2×R/[(R-r)2+4×R×r] =U2/{[(R-r)2/R]+4×r} 对于一个给定的信号源,其内阻r是固定的,而负载电阻R则是由我们来选择的。注意式中[(R-r)2/R],当R=r时,[(R-r)2/R]可取得最小值0,这时负载电阻R上可获得最大输出功率Pmax=U2/(4×r)。即,当负载电阻跟信号源内阻相等时,负载可获得最大输出功率,这就是我们常说的阻抗匹配之一。对于纯电阻电路,此结论同样适用于低频电路及高频电路。当交流电路中含有容性或感性阻抗时,结论有所改变,就是需要信号源与负载阻抗的的实部相等,虚部互为相反数,这叫做共扼匹配。总结:如果我们需要输出电流大,则选择小的负载R;如果我们需要输出电压大,则选择大的负载R;如果我们需要输出功率最大,则选择跟信号源内阻匹配的电阻R。有时阻抗不匹配还有另外一层意思,例如一些仪器输出端是在特定的负载条件下设计的,如果负载条件改变了,则可能达不到原来的性能,这时我们也会叫做阻抗失配。

        2.高频:在低频电路中,我们一般不考虑传输线的匹配问题,只考虑信号源跟负载之间的情况,因为低频信号的波长相对于传输线来说很长,传输线可以看成是“短线”,此时反射信号几乎不会对原信号造成影响,比如传输线是10cm,信号波长是10m,此时即便有反射信号那么反射信号存在于传输线上的也就0.01个波长而已;但如果是高频信号,如波长是1mm,那么反射信号在传输线上就会存在100个波长了,此时就很有可能会形成驻波了。

        信号反射:如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等(即不匹配)时,在负载端就会产生反射。为什么阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法,牵涉到二阶偏微分方程的求解,在这里我们不细说了,有兴趣的可参看电磁场与微波方面书籍中的传输线理论。传输线的特征阻抗(也叫做特性阻抗)是由传输线的结构以及材料决定的,而与传输线的长度,以及信号的幅度、频率等均无关。例如。常用的闭路电视同轴电缆特性阻抗为75Ω。而一些射频设备上则常用特征阻抗为50Ω的同轴电缆。另外还有一种常见的传输线是特性阻抗为300Ω的扁平平行线,这在农村使用的电视天线架上比较常见,用来做八木天线的馈线。因为电视机的射频输入端输入阻抗为75Ω,所以300Ω的馈线将与其不能匹配。实际中是如何解决这个问题的呢?不知道大家有没有留意到,电视机的附件中,有一个300Ω到75Ω的阻抗转换器(一个塑料封装的,一端有一个圆形的插头的那个东东,大概有两个大拇指那么大)。它里面其实就是一个传输线变压器,将300Ω的阻抗,变换成75Ω的,这样就可以匹配起来了。这里需要强调一点的是,特性阻抗跟我们通常理解的电阻不是一个概念,它与传输线的长度无关,也不能通过使用欧姆表来测量。为了不产生反射,负载阻抗跟传输线的特征阻抗应该相等,这就是传输线的阻抗匹配,如果阻抗不匹配会有什么不良后果呢?如果不匹配,则会形成反射,能量传递不过去,降低效率;会在传输线上形成驻波(简单的理解,就是有些地方信号强,有些地方信号弱),导致传输线的有效功率容量降低;功率发射不出去,甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时,会产生震荡,辐射干扰等。当阻抗不匹配时有哪些办法让它匹配呢?第一:可以考虑使用变压器来做阻抗转换,就像上面所说的电视机中的那个例子那样。第二:可以考虑使用串联/并联电容或电感的办法,这在调试射频电路时常使用。第三:可以考虑使用串联/并联电阻的办法。一些驱动器的阻抗比较低,可以串联一个合适的电阻来跟传输线匹配,例如高速信号线,有时会串联一个几十欧的电阻。而一些接收器的输入阻抗则比较高,可以使用并联电阻的方法,来跟传输线匹配,例如,485总线接收器,常在数据线终端并联120欧的匹配电阻。

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  • 即使你从来没有设计过需要阻抗匹配的电路,那肯定也或多或少的听过阻抗匹配这个名词。 到底阻抗匹配是个什么玩意儿,为什么要进行阻抗匹配?做阻抗匹配之前,需要了解哪些基本常识,可以从哪几个因素来进行阻抗匹配...
    • 前言(唠叨几句)

    作为硬件工程师,在PCB设计时难免会遇到要进行 阻抗匹配 的设计电路。即使你从来没有设计过需要阻抗匹配的电路,那肯定也或多或少的听过 阻抗匹配 这个名词。

    到底阻抗匹配是个什么玩意儿,为什么要进行阻抗匹配?做阻抗匹配之前,需要了解哪些基本常识,可以从哪几个因素来进行阻抗匹配,都是需要一步一步来了解消化。

    首先, 阻抗匹配 匹配的是 PCB 板上的 传输线(此时已经再是普通的信号线,应该叫传输线) 特性阻抗。 

    记住!记住!记住! 匹配的是   特性阻抗 !!!特性阻抗 !!!特性阻抗 !!!

    并不是我们常规理解的那种纯电阻本身的阻抗,和我们理解的电阻的阻值没有半毛钱关系。既然叫 特性阻抗,那就是和普通电阻的阻值有区别,不然的话,为啥不直接叫做传输线的阻值,而要费劲的填两个字叫 特性阻抗 呢?

    再唠叨几句。

    所以大家要记住一点,特性阻抗 与 平时我们理解的阻值 没有任何关系。分明就是两个东西。要理解这一点很容易,举个栗子! 大家肯定知道市场上卖的 50欧姆同轴缆。我之前理解特性阻抗与阻值是一个东西,认为同轴缆的两端如果用万用表测量的话,阻值应该是50欧姆。但是1米的同轴缆与 100米的同轴缆实际测量处理的电阻值肯定不一样。即使1000000米同轴缆也叫 50欧姆同轴缆。 但实际上,用万用表测出来的阻值,不论是1米的,100米的,或者10000000米的50欧姆同轴缆,实际用万用表测量的阻值与50欧姆都不同,相差恨大。至少这三种长度的同轴缆的阻值肯定是不同的,那为啥都叫50欧姆同轴缆呢?

    原因是:这个同轴缆的 特性阻抗 是50欧姆,和我们理解的  阻值  没有半毛钱关系。

    需要提前理解的名词

    在进一步理解特性阻抗之前,我们来了解一下相关名词。

    传输线

    平时我们接触的高频或射频电路设计中,PCB上走信号的连接线(Trace),就已经不能被叫做信号线了,应该改叫传输线。

    当线上的信号从源端到终端的 往返时间 大于 信号的上升时间,那么此时承载信号的铜箔线就不能叫信号线,应该叫传输线。信号线不需要进行特性阻抗匹配,传输线需要考虑做特性阻抗匹配,来降低信号在传输过程中的反射造成的波形失真程度。

    阻抗匹配(特性阻抗匹配)

    传输线需要考虑 特性阻抗匹配。为啥要特性阻抗匹配呢?当然是为了在信号的传输过程中,要保证信号波形的完整性,以至于在信号终端可以准确检测到。信号从源端出发,经过了 信号源内阻, 传输线, 终端,三个部分。每个部分都有自己的特性阻抗值,当信号经过不同特性阻抗值的介质中时会发生能量的反射。类似于光从空气进入水,或者从水进入空气,在接触表面都要发生反射。这样就造成了能量的不稳定,从而造成了在特性阻抗突变处信号波形不稳定,容易发生信号时序,电平等参数的不稳定,导致信号无法准确检测。

    吃个栗子!你蹭隔壁房间的WIFI,但是中间有墙,导致你接收到的WIFI信号就弱,信号被墙反射回去一大部分,只有少部分的WIFI信号穿过墙,来到了你的手机,这就导致你的网速慢,上网信号质量不好。怎么解决呢?当然是要把墙推了,使WIFI信号直接从无线路由器出发,经过空气,来到你的手机里。这就是进行特性阻抗匹配的方法。

    保持信号在传输路径上 介质的特性阻抗一致性。

    所以要进行特性阻抗匹配,将两个介质的特性阻抗调整至微小差别,使反射量减小,提高信号质量。

    特性阻抗

    首先,决定传输线特性阻抗的因素有:

    1、PCB上走线的线宽(这个我们在设计电路板时可以决定),铜箔的厚度(加工时对加工厂提要求);

    2、介质厚度,介电常数;(通常由电路板板材决定,我们接触最多的就是 FR4 板材);

    3、阻焊层油墨厚度等其他乱七八糟的因素,不是我们设计电路板时主要考虑的参数。

    以上3点,我们最主要的是要了解因素 1、2。

    记住,特性阻抗 与 传输线的长度没有一丁点关系。

    在做电路板传输线的特性阻抗匹配时,由相关的仿真软件进行计算。事先与加工厂联系,确定好板材的介电常数等参数,然后将铜厚,介质厚度,介电常数,叠层设计等参数以此填入仿真软件,就可以大致的估算出每一信号层进行 50欧姆特性阻抗匹配时,需要多大的线宽。依照此线宽进行布线就可以。

    当然这只是在布线前进行的初步估算,实际PCB加工时,加工厂会根据自己的工艺,板材参数,铜箔参数再进行微调。从而达到你所要求的 特性阻抗值。

     

    我也就理解这么多,有不对的地方,还希望大神批评指正。

    另外最近看到一个比较靠谱的博客,里面有很多关于高频电路设计 SI/PI 的相关文章,有兴趣的可以去看看。链接:

    https://www.mr-wu.cn/

     

     

     

     

    展开全文
  • 认识特性阻抗也是一样的,在我们认识特性阻抗之前,先认识跟特性阻抗比较相关的一个物理量—电阻。 电阻是一个实实在在的物理元器件,通过欧姆定律我们可以知道,电压、电流和电阻三者之间的关系,U=I*R 我们通过一...

    转载:http://rf.eefocus.com/module/forum/thread-610391-1-1.html

    人认识事物总是有一个过程,一般都是从具体到抽象。认识特性阻抗也是一样的,在我们认识特性阻抗之前,先认识跟特性阻抗比较相关的一个物理量—电阻。

    电阻是一个实实在在的物理元器件,通过欧姆定律我们可以知道,电压、电流和电阻三者之间的关系,U=I*R
    我们通过一个具体的电路来分析这三者之间的具体关系,请看下面的一张最简单的电路图。这个电路图只有一个电源一个电阻和一些导线组成。
    在这里插入图片描述

    当然这个电阻的阻值也可以通过用万用表来直接测量。

    特性阻抗就不一样了,用万用表测量一根50欧姆特性阻抗时,将会发现是短路的。这就需要我们从概念上区分电阻(哪怕是刚好是50欧姆的电阻)和特性阻抗是两码事。就像温度上面的度(摄氏度)和角度上的度一样,不是一个东西。

    电阻这个物理量大家都懂,这里就不解释了。我们来分析一下这个特性阻抗到底是何方神圣,是在什么条件下才会用这个东西的。

    其实特性阻抗是和射频紧密相隔的一个物理量,在认识特性阻抗之前先认识一下射频。我们知道电台,手机通讯信号,wifi等都是向外部发射信号能量的装置,也就是说能量是从天线射出去,能量不再回来到天线了,可以想像就像机枪向外面扫射一样,子弹打出去就不回来了。

    好了,明白射频这个东西之后,我们再来到具体的传输射频能量的导线上面来。导线上面传输的射频信号也是一样的,希望它传过去就不要反传回来了,要是有能量反传回来就说明传输的效果差了。

    为了更具体的说明特性阻抗这个东西 我这里打一个比方:

    同一个电路板上面有2根导线(假设都是很长的两根线,你能想像它有多长就有多长),因为同一个板,那么2根导线的铜皮厚度都是一样的。两根导线,长(无限长)和厚度是一样的,只能唯一不同的是宽度了,假设1号导线宽度是1(单位),2号导线是2(单位)。也就是说2号线宽度是1号线的两倍。

    下面的图可以具体看到两根导线的示意图。
    在这里插入图片描述
    如上图所示,假如同时都接的是一样的射频发射源,同样的一小段时间T,那么我们看看这两根导线会有什么区别。同一个发射源,那么两根线的输出射频电压是一样的,射频传输的距离是一样的(假设都是光速,实际比光速少)。

    唯一不同的是线宽,而2号线的线比1号线宽一倍,那么2号线需要1号线2倍的电量来填满多出的线宽面积(其实是导线铜皮与底面产生的电容效应)。也就是说: Q2=两倍的Q1

    因为 i = Q/T (射频电流=电量/时间),那么可以知道2号线的射频电流是1号线的两倍(因为时间是一样的,2号线电量是1号线的两倍)。

    好了,我们知道了 i2=两倍的i1

    到了这里,我们找出个神秘的特性阻抗就不远了,为什么呢,因为我们知道电阻=电压/电流。其实特性阻抗也有这种关系:特性阻抗=射频电压/射频电流。

    从上面我们知道,射频电压一样的,电流关系为 i2=两倍的i1

    则2号线的特性阻抗只有1号线的一半!

    这就是我们所说的线越是宽,特性阻抗越小。

    上面是我举个例子说明特性阻抗与电阻的区别,以及为什么同样一个板子,特性阻抗与线宽有关系,与长度没有关系。

    实际上影响特性阻抗的因素很多,包括材料,导线与底板地间距等等很多因素相关。

    导线的特性阻抗用通俗的话来描述(只是比喻),就是导线对其上面传输的射频能量阻碍力的大小。

    认识传输线的反射

    上面我们是假设导线是无限长的,而实际上的导线长度是有限。当射频信号到达导线末端,能量没有办法释放,就会沿着导线反传回来。就跟我们对着墙喊,声音碰到墙反传回来产生回音。也就是说我们想像中的射频信号发射出去就没有反射回来的情况在现实是不存在的。

    在这里插入图片描述

    如上图所示,假如我们在线的末端接上一个电阻来消耗(或者接收)线上传输过来的射频能量。

    有人会问,为什么导线的特性阻抗的电阻不消耗能量,非要接个电阻才能消耗呢?其实啊,导线只是传输能量的,导线本身并不消耗能量或者近似于不损耗能量(有点想电容或者电感的属性)。电阻则是一个损耗能量的元件。

    我们发现有三种特殊情况:

    当R=RO 时,传输过来的能量刚刚好被末端的电阻R吸收完,没有能量反射回去。可看成这导线是无线长。

    当R=∞时(开路),能量全部反射回去,而且在线的末端点会产生2倍于发射源的电压。

    当R=0时,末端点会产生一个-1倍于源电压反射回去。

    认识阻抗匹配

    阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。

    阻抗匹配是针对射频等而言的,对于功率电路则不适用的,否则会烧掉东西。

    我们常常听说特性阻抗50欧姆,75欧姆等等,这个50欧姆是怎么来的,为什么是50欧姆 而不是51欧姆呢,或者45欧姆呢?

    这个是约定来的,50欧姆应该说对于一般射频电路传输效果更好。也就是说,我们的导线,电缆要做50欧姆,是因为电路负载已经相当于50欧姆的电阻。你做别的阻抗值导线,就和负载不匹配。偏离越远,传输的效果就会越差!

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