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  • 成就电子电路设计高手(11),保护电子电路设计下篇

    成就电子电路设计高手(11),保护电子电路设计下篇

    电子电路设计在电子行业十分重要,相关人员对于电子电路设计均有所了解。对于电子电路设计,小编于往期文章中有过介绍。上篇文章中,更是对保护电子电路设计有所讲解。本文将对保护电子电路设计的剩余内容加以阐述,如果你对本文内容具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。 一、开关量输入电路 图5中,开关量经过光电隔离后与CPU相连。其中,当输人端为高电平时,输出端为低电平。 开关量输出电路 开关量输出电路是跳闸合闸信号的通道,低电平有效,如图6所示。 IGBT保护电路的过流保护设计方案 生产厂家对IGBT提供的安全工作区有严格的限制条件,且IGBT承受过电流的时间仅为几微秒(SCR、GTR等器件承受过流时间为几十微秒),耐过流量小,因此使用IGBT首要注意的是过流保护。产生过流的原因大致有:晶体管或二极管损坏、控制与驱动电路故障或干扰等引起误动、输出线接错或绝缘损坏等形成短路、输出端对地短路与电机绝缘损坏、逆变桥的桥臂短路等。 对IGBT的过流检测保护分两种情况:(1)驱动电路中无保护功能。这时在主电路中要设置过流检测器件。对于小容量变频器,一般是把电阻R直接串接在主电路中,如图1(a)所示,通过电阻两端的电压来反映电流的大小;对于大中容量变频器,因电流大,需用电流互感器TA(如霍尔传感器等)。电流互感器所接位置:一是像串电阻那样串接在主回路中,如图1(a)中的虚线所示;二是串接在每个IGBT上,如图1(b)所示。前者只用一个电流互感器检测流过IGBT的总电流,经济简单,但检测精度较差;后者直接反映每个IGBT的电流,测量精度高,但需6个电流互感器。过电流检测出来的电流信号,经光耦管向控制电路输出封锁信号,从而关断IGBT的触发,实现过流保护。 图1 IGBT的过流检测 (2)驱动电路中设有保护功能。如日本英达公司的HR065、富士电机的EXB840~844、三菱公司的M57962L等,是集驱动与保护功能于一体的集成电路(称为混合驱动模块),其电流检测是利用在某一正向栅压 Uge下,正向导通管压降Uce(ON)与集电极电流Ie成正比的特性,通过检测Uce(ON)的大小来判断Ie的大小,产品的可靠性高。不同型号的混合驱动模块,其输出能力、开关速度与du/dt的承受能力不同,使用时要根据实际情况恰当选用。由于混合驱动模块本身的过流保护临界电压动作值是固定的(一般为7~10V),因而存在着一个与IGBT配合的问题。通常采用的方法是调整串联在 IGBT集电极与驱动模块之间的二极管V的个数,如图2(a)所示,使这些二极管的通态压降之和等于或略大于驱动模块过流保护动作电压与IGBT的通态饱和压降Uce(ON)之差。 图2 混合驱动模块与IGBT过流保护的配合 上述用改变二极管的个数来调整过流保护动作点的方法,虽然简单实用,但精度不高。这是因为每个二极管的通态压降为固定值,使得驱动模块与IGBT集电极c之间的电压不能连续可调。在实际工作中,改进方法有两种:(1)改变二极管的型号与个数相结合。例如,IGBT的通态饱和压降为2.65V,驱动模块过流保护临界动作电压值为 7.84V时,那么整个二极管上的通态压降之和应为7.84-2.65=5.19V,此时选用7个硅二极管与1个锗二极管串联,其通态压降之和为 0.7&TImes;7+0.3&TImes;1=5.20V(硅管视为0.7V,锗管视为0.3V),则能较好地实现配合(2)二极管与电阻相结合。由于二极管通态压降的差异性,上述改进方法很难精确设定IGBT过流保护的临界动作电压值如果用电阻取代1~2个二极管,如图2(b),则可做到精确配合。 二、过压/过热保护电路设计 另外,由于同一桥臂上的两个IGBT的控制信号重叠或开关器件本身延时过长等原因,使上下两个IGBT直通,桥臂短路,此时电流的上升率和浪涌冲击电流都很大,极易损坏IGBT 为此,还可以设置桥臂互锁保护,如图3所示。图中用两个与门对同一桥臂上的两个IGBT的驱动信号进行互锁,使每个IGBT的工作状态都互为另一个 IGBT驱动信号可否通过的制约条件,只有在一个IGBT被确认关断后,另一个IGBT才能导通,这样严格防止了臂桥短路引起过流情况的出现。 图3 IGBT桥臂直通短路保护 过压保护 IGBT在由导通状态关断时,电流Ic突然变小,由于电路中的杂散电感与负载电感的作用,将在IGBT的c、e两端产生很高的浪涌尖峰电压 uce=L dic/dt,加之IGBT的耐过压能力较差,这样就会使IGBT击穿,因此,其过压保护也是十分重要的。过压保护可以从以下几个方面进行: (1)尽可能减少电路中的杂散电感。作为模块设计制造者来说,要优化模块内部结构(如采用分层电路、缩小有效回路面积等),减少寄生电感; 作为使用者来说,要优化主电路结构(采用分层布线、尽量缩短联接线等),减少杂散电感。另外,在整个线路上多加一些低阻低感的退耦电容,进一步减少线路电感。所有这些,对于直接减少IGBT的关断过电压均有较好的效果。(2)采用吸收回路。吸收回路的作用是;当IGBT关断时,吸收电感中释放的能量,以降低关断过电压。常用的吸收回路有两种,如图4所示。其中(a)图为充放电吸收回路,(b)图为钳位式吸收回路。对于电路中元件的选用,在实际工作中,电容c选用高频低感圈绕聚乙烯或聚丙烯电容,也可选用陶瓷电容,容量为2 F左右。电容量选得大一些,对浪涌尖峰电压的抑制好一些,但过大会受到放电时间的限制。电阻R选用氧化膜无感电阻,其阻值的确定要满足放电时间明显小于主电路开关周期的要求,可按R≤T/6C计算,T为主电路的开关周期。二极管V应选用正向过渡电压低、逆向恢复时间短的软特性缓冲二极管。 (3)适当增大栅极电阻Rg。实践证明,Rg增大,使IGBT的开关速度减慢,能明显减少开关过电压尖峰,但相应的增加了开关损耗,使 IGBT发热增多,要配合进行过热保护。Rg阻值的选择原则是:在开关损耗不太大的情况下,尽可能选用较大的电阻,实际工作中按Rg=3000/Ic 选取。 图4 吸收回路 除了上述减少c、e之间的过电压之外,为防止栅极电荷积累、栅源电压出现尖峰损坏 IGBT,可在g、e之间设置一些保护元件,电路如图5所示。电阻R的作用是使栅极积累电荷泄放,其阻值可取4.7kΩ;两个反向串联的稳压二极管V1、 V2。是为了防止栅源电压尖峰损坏IGBT。 图5 防栅极电荷积累与栅源电压尖峰的保护 过热保护 IGBT 的损耗功率主要包括开关损耗和导通损耗,前者随开关频率的增高而增大,占整个损耗的主要部分;后者是IGBT控制的平均电流与电源电压的乘积。由于 IGBT是大功率半导体器件,损耗功率使其发热较多(尤其是Rg选择偏大时),加之IGBT的结温不能超过125℃,不宜长期工作在较高温度下,因此要采取恰当的散热措施进行过热保护。 以上便是此次小编带来的“电子电路设计”相关内容,通过本文,希望大家对上述介绍的内容具备一定的了解。如果你喜欢本文,不妨持续关注我们网站哦,小编将于后期带来更多精彩内容。最后,十分感谢大家的阅读,have a nice day!

    时间:2020-07-10 关键词: 电路设计 指数 电子电路设计

  • 元器件家族中容易出问题的元器件

    元器件家族中容易出问题的元器件

    你知道在电路设计中,元器件家族中谁最容易发生故障吗??电路设计中会遇到各种想象不到的问题,只有对各个元器件以及电路设计相关知识非常熟悉。下面跟着小编看看,在众多的元器件之中,谁会是发生电路故障频率最高的呢?电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为:容量变小;完全失去容量;漏电;短路。 电容 故障特点及维修 电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。电容损坏表现为:容量变小;完全失去容量;漏电;短路。 电容在电路中所起的作用不同,引起的故障也各有特点。在工控电路板中,数字电路占绝大多数,电容多用做电源滤波,用做信号耦合和振荡电路的电容较少。用在开关电源中的电解电容如果损坏,则开关电源可能不起振,没有电压输出;或者输出电压滤波不好,电路因电压不稳而发生逻辑混乱,表现为机器工作时好时坏或开不了机,如果电容并在数字电路的电源正负极之间,故障表现同上。 这在电脑主板上表现尤其明显,很多电脑用了几年就出现有时开不了机,有时又可以开机的现象,打开机箱,往往可以看见有电解电容鼓包的现象,如果将电容拆下来量一下容量,发现比实际值要低很多。 电容的寿命与环境温度直接有关,环境温度越高,电容寿命越短。这个规律不但适用电解电容,也适用其它电容。所以在寻找故障电容时应重点检查和热源靠得比较近的电容,如散热片旁及大功率元器件旁的电容,离其越近,损坏的可能性就越大。 曾经修过一台X光探伤仪的电源,用户反映有烟从电源里冒出来,拆开机箱后发现有一只1000uF/350V的大电容有油质一样的东西流出来,拆下来一量容量只有几十uF,还发现只有这只电容与整流桥的散热片离得最近,其它离得远的就完好无损,容量正常。另外有瓷片电容出现短路的情况,也发现电容离发热部件比较近。所以在检修查找时应有所侧重。有些电容漏电比较严重,用手指触摸时甚至会烫手,这种电容必须更换。 在检修时好时坏的故障时,排除了接触不良的可能性以外,一般大部分就是电容损坏引起的故障了。所以在碰到此类故障时,可以将电容重点检查一下,换掉电容后往往令人惊喜。 电阻 损坏的特点与判别 常看见许多初学者在检修电路时在电阻上折腾,又是拆又是焊的,其实修得多了,你只要了解了电阻的损坏特点,就不必大费周章。电阻是电器设备中数量最多的元件,但不是损坏率最高的元件。电阻损坏以开路最常见,阻值变大较少见,阻值变小十分少见。常见的有碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻和保险电阻几种。 前两种电阻应用最广,其损坏的特点一是低阻值(100Ω以下)和高阻值(100kΩ以上)的损坏率较高,中间阻值(如几百欧到几十千欧)的极少损坏;二是低阻值电阻损坏时往往是烧焦发黑,很容易发现,而高阻值电阻损坏时很少有痕迹。 线绕电阻一般用作大电流限流,阻值不大。圆柱形线绕电阻烧坏时有的会发黑或表面爆皮、裂纹,有的没有痕迹。水泥电阻是线绕电阻的一种,烧坏时可能会断裂,否则也没有可见痕迹。保险电阻烧坏时有的表面会炸掉一块皮,有的也没有什么痕迹,但绝不会烧焦发黑。根据以上特点,在检查电阻时可有所侧重,快速找出损坏的电阻。 根据以上列出的特点,我们先可以观察一下电路板上低阻值电阻有没有烧黑的痕迹,再根据电阻损坏时绝大多数开路或阻值变大以及高阻值电阻容易损坏的特点,我们就可以用万用表在电路板上先直接量高阻值的电阻两端的阻值,如果量得阻值比标称阻值大,则这个电阻肯定损坏(要注意等阻值显示稳定后才下结论,因为电路中有可能并联电容元件,有一个充放电过程),如果量得阻值比标称阻值小,则一般不用理会它。这样在电路板上每一个电阻都量一遍,即使“错杀”一千,也不会放过一个了。 运算放大器 好坏判别 运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度,不只文化程度的关系,在此与大家共同探讨一下,希望对大家有所帮助。 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性,这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。如果没有负反馈,开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏,先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。 根据放大器虚短的原理,就是说如果这个运算放大器工作正常的话,其同向输入端和反向输入端电压必然相等,即使有差别也是mv级的,当然在某些高输入阻抗电路中,万用表的内阻会对电压测试有点影响,但一般也不会超过0.2V,如果有0.5V以上的差别,则放大器必坏无疑!(我是用的FLUKE179万用表) 如果器件是做比较器用,则允许同向输入端和反向输入端不等。同向电压>反向电压,则输出电压接近正的最大值;同向电压<反向电压,则输出电压接近0V或负的最大值(视乎双电源或单电源)。如果检测到电压不符合这个规则,则器件必坏无疑!这样你不必使用代换法,不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。 SMT元件 测试小窍门 有些贴片元件非常细小,用普通万用表表笔测试检修时很不方便,一是容易造成短路,二是对涂有绝缘涂层的电路板不便接触到元件管脚的金属部分。这里告诉大家一个简便方法,会给检测带来不少方便。 取两枚最小号的缝衣针,将之与万用表笔靠紧,然后取一根多股电缆里的细铜线,用细铜线将表笔和缝衣针绑在一起,再用焊锡焊牢。这样用带有细小针尖的表笔去测那些SMT元件的时候就再无短路之虞,而且针尖可以刺破绝缘涂层,直捣关键部位,再也不必费神去刮那些膜膜了。 公共电源 短路检修 电路板维修中,如果碰到公共电源短路的故障往往头大,因为很多器件都共用同一电源,每一个用此电源的器件都有短路的嫌疑,如果板上元件不多,采用“锄大地”的方式终归可以找到短路点,如果元件太多,“锄大地”能不能锄到状况就要靠运气了。在此推荐一比较管用的方法,采用此法,事半功倍,往往能很快找到故障点。 要有一个电压电流皆可调的电源,电压0-30V,电流0-3A,此电源不贵,300元左右。将开路电压调到器件电源电压水平,先将电流调至最小,将此电压加在电路的电源电压点如74系列芯片的5V和0V端,视乎短路程度,慢慢将电流增大,用手摸器件,当摸到某个器件发热明显,这个往往就是损坏的元件,可将之取下进一步测量确认。当然操作时电压一定不能超过器件的工作电压,并且不能接反,否则会烧坏其它好的器件。 橡皮 解决大问题 工业控制用到的板卡越来越多,很多板卡采用金手指插入插槽的方式.由于工业现场环境恶劣,多尘、潮湿、多腐蚀气体的环境易使板卡产生接触不良故障,很多朋友可能通过更换板卡的方式解决了问题,但购买板卡的费用非常可观,尤其某些进口设备的板卡。其实大家不妨使用橡皮擦在金手指上反复擦几下,将金手指上的污物清理干净后,再试机,没准就解决了问题!方法简单又实用。 电气 故障分析 各种时好时坏电气故障从概率大小来讲大概包括以下几种情况: 接触不良 板卡与插槽接触不良、缆线内部折断时通时不通、线插头及接线端子接触不好、元器件虚焊等皆属此类; 信号受干扰 对数字电路而言,在特定的情况条件下,故障才会呈现,有可能确实是干扰太大影响了控制系统使其出错,也有电路板个别元件参数或整体表现参数出现了变化,使抗干扰能力趋向临界点,从而出现故障; 元器件热稳定性不好 从大量的维修实践来看,其中首推电解电容的热稳定性不好,其次是其它电容、三极管、二极管、IC、电阻等; 电路板上有湿气、尘土等 湿气和积尘会导电,具有电阻效应,而且在热胀冷缩的过程中阻值还会变化,这个电阻值会同其它元件有并联效果,这个效果比较强时就会改变电路参数,使故障发生; 软件也是考虑因素之一 电路中许多参数使用软件来调整,某些参数的裕量调得太低,处于临界范围,当机器运行工况符合软件判定故障的理由时,那么报警就会出现。以上就是电路设计中,元器件家族中最容易发生故障的元器件,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-24 关键词: 电容 电子元器件 电路设计

  • 工业控制器的能量收集电路设计方案

    工业控制器的能量收集电路设计方案

      本文将介绍在高可靠性至关重要的工业自动化中,将能量收集源应用于电源节点所面临的设计挑战。文中将探讨如何将温度和振动等能量来源与电池系统和无线链路相结合,从而确保传感器节点可精确地放置于合适的位置,同时保持最高的可靠性。   能量收集技术可用于提升工业系统的可靠性和可用性。此类技术可在不考虑电源或通信链路的情况下将传感器节点定位于所需位置,从而可提供质量更优的数据。这反过来又为Kalman算法等技术提供趋势数据,这些数据有助于识别可能要发生的问题,并在故障发生前进行预防性维护或投入备用设备。   能量收集技术可克服由单一电池供电的传感器节点所面临的挑战。对于遍布成千上万个节点的生产车间而言,维护和更换电池是一项代价高昂而耗时的任务。然而,人们认为能量收集源极不稳定,可靠性低,因此通常不会考虑将其用于生产应用。将振动、高温或太阳能等能量收集源与充电电池相结合则不失为两全其美之策。独立传感器节点可轻松放置于难以触及的位置,而充电电池系统可进行数千次充放电,使节点使用寿命显著延长。   然而,这一组合需要能够从不规律的弱电流源提供可靠电源的新型电源管理器件。这类器件采用升降压架构以专门管理从不同来源捕获的电能。   利用Midé的VoltureV25W或类似器件收集振动所产生的能量是工厂自动化中宝贵的电能来源。   此压电器件采用全密闭结构,专门用于恶劣环境。它可以用作传感器,也可直接与电源管理芯片和薄膜电池集成以提供可靠的电源。通过转换电机振动所产生的能量,此器件专门用于为工业网络的传感器节点以及工业自动化装置中的无线高电压空调(HVAC)传感器供电。此外,还可监测HVAC的状态,这一关键功能可确保生产车间的温度得到严格控制,进而确保可靠性。   传感器安装于振动源,并调谐至振动源的共振频率。通常,120Hz交流电机或60Hz设备主频率会很明显,调谐因此较为容易,但大多数应用需要某些振动特征化形式,以确保振动源以共振频率运行。   V25W可与Maxim的MAX17710等电源管理器件连接。这一完整的系统可使能量收集源为微功率蓄电池充电,同时也可保护电池。它可以管理输出水平在1fW到100mW之间的稳压不良能量收集源。同时,此器件还包含升压稳压器电路,可使低至0.75V(典型值)的能量收集源为电池充电。   内部稳压器可防止电池过度充电;向目标应用提供的输出电压通过低压差(LDO)线性稳压器调节,且可选电压为3.3V、2.3V或1.8V。输出稳压器可选低功耗或超低功耗运行模式,从而最大程度地减少电池消耗。内部电压保护可防止电池过度放电。      即便在室内生产车间,太阳能电池也是一种可行的电源。Spansion的MB39C831是一种高效同步整流升压DC/DC转换器,可有效地将从单节或多节太阳能电池或热电发生器(TEG)获取的能量提供给锂离子电池。   它通过采用最大功率点跟踪(MPPT)算法跟踪太阳能电池的最大功率点以控制DC/DC转换器输出,并利用保护功能使锂离子电池安全充电。   一般情况下,太阳能电池电压随负载电流变化而变化,因此在最大功率点处工作是关键所在。控制算法在对比无负载释放点的基础上跟踪最优工作点,实现最高功率转换效率。      使用低压设计(图3),能够以0.35V的电压启动。该器件适合以单节太阳能电池作为输入的应用,并以41µA静态电流提供3.0V到5.0V输出,为传感器节点供电。该器件的一个关键功能在于,它可以在脉冲频率模式(PFM)和脉冲宽度模式(PWM)间自动切换,因此可在低输出功率期间优化功率转换效率。   此自适应方案还适用于热能等电能源。它可以应用于生产车间,利用热差发电。LairdWPG-1等热力发动机可提供高达1.5mW的有用输出功率,可处理宽范围负载电阻值(图4)。该器件集成了超低压升压转换器,能在小于20°K的小温差条件下输出有用功率。输出功率可调节,以适应三种电压设定点(3.3V、4.1V或5.0V),然后为传感器节点或更大的设备供电。   此装置是一款自足式薄膜热电功率发生器,能收集废热并将其转换为无线传感器网络可用的DC输出功率。针对不同的热差或输出电压,可提供自定义设计服务来适应交替式吸热和散热机制。      进一步提升能量收集源可靠性的一种方法是,在能量被消耗或存储于自给电池前使用电容器组将其收集起来。AdvancedLinearDevices的EH300/EH301系列EPAD能量收集模块可接受来自多种来源的能量,提供3.3V和5.0V传统输出,适合具有低功耗断续占空比采样数据、基于状态的监控以及极高使用寿命要求的应用。模块完全由自身供电并始终处于有源模式,因此可接受能量收集源提供的从0.0V到+/-500VAC或DC不等的瞬时输入电压,以及从200nA到400mA不等的输入电流,能量收集源产生电能的方式有时稳定,有时断续、不规律且源阻抗变化不定。   每一个模块均设定为在两个供电电压阈值间工作,即+V_lowDC和+V_highDC,分别对应传感器节点的最小(VL)和最大(VH)供电电压。   当能量源开始向模块输入端送入能量作为电荷脉冲时,这些电荷包被收集、积累并存储至内部储能电容器组。对于最常见的能量收集应用而言,电能电荷包以不可控和不可预测的输入电压尖峰的形式出现。这些电荷包通常涵盖各种电压、电流和时序波形,因此很难处理。例如,EH300模块可以10µA的平均输入电流在4分钟内完成循环,也可仅以1.0µA的平均输入电流在40分钟内完成循环。   总结   能量收集是一种为传感器网络提供电源的有效方法,并且不受电源电缆限制。将传感器放置于所需的位置,通过设备振动或上方灯光供电——这一创新性方法获取的有用数据可确保工厂系统可靠运转。加装充电电池大大延长了维修和更换周期,同时提供了一种灵活而高效的方法——通过无线传感器网络对设备进行可靠监控。

    时间:2020-05-21 关键词: 电路设计 工业控制器

  • 必备电路分析方法,你真的会吗?

    必备电路分析方法,你真的会吗?

    关于电路分析方法,你会多少?作为从事硬件设计工作的工程师,过硬的基本功是必不可少的,要能对有技术参数的电路原理图进行总体了解,能进行划分功能模块,找出信号流向,确定元件作用。 电路图是人们为了研究和工程的需要,用约定的符号绘制的一种表示电路结构的图形。通过电路图可以知道实际电路的情况。这样我们在分析电路时,就不必把实物翻来覆去地琢磨,而只要拿着一张图纸就可以了。在设计电路时,也可以从容地纸上或电脑上进行,确认完善后再进行实际安装,通过调试、改进,直至成功。我们更可以应用先进的计算机软件来进行电路的辅助设计,甚至进行虚拟的电路实验,大大提高工作效率。 电路图分析的方法:需要掌握分析常用电路的几种方法,熟悉每种方法适合的电路类型和分析步骤。 1.交流等效电路分析法。首先画出交流等效电路,再分析电路的交流状态,即:电路有信号输入时,电路中各环节的电压和电流是否按输入信号的规律变化、是放大、振荡,还是限幅削波、整形、鉴相等; 2.直流等效电路分析法。画出直流等效电路图,分析电路的直流系统参数,搞清晶体管静态工作点和偏置性质,级间耦合方式等。分析有关元器件在电路中所处状态及起的作用。例如:三极管的工作状态,如饱和、放大、截止区,二极管处于导通或截止等; 3.频率特性分析法。主要看电路本身所具有的频率是否与它所处理信号的频谱相适应。粗略估算一下它的中心频率,上、下限频率和频带宽度等,例如:各种滤波、陷波、谐振、选频等电路; 4.时间常数分析法。主要分析由 R、L、C 及二极管组成的电路、性质。时间常数是反映储能元件上能量积累和消耗快慢的一个参数。 电子电路图的分类:常遇到的电子电路图有原理图、方框图、装配图和印版图等。 1、原理图 原理图就是用来体现电子电路的工作原理的一种电路图,又被叫做“电原理图”。这种图由于它直接体现了电子电路的结构和工作原理,所以一般用在设计、分析电路中。分析电路时,通过识别图纸上所画的各种电路元件符号以及它们之间的连接方式,就可以了解电路的实际工作情况。 2、方框图 方框图是一种用方框和连线来表示电路工作原理和构成概况的电路图。从根本上说,这也是一种原理图。不过在这种图纸中,除了方框和连线几乎没有别的符号了。 它和上面的原理图主要的区别就在于原理图上详细地绘制了电路的全部的元器件和它们连接方式,而方框图只是简单地将电路安装功能划分为几个部分,将每一个部分描绘成一个方框,在方框中加上简单的文字说明,在方框间用连线(有时用带箭头的连线)说明各个方框之间的关系。 所以方框图只能用来体现电路的大致工作原理,而原理图除了详细地表明电路的工作原理外,还可以用来作为采集元件、制作电路的依据。 3、装配图 它是为了进行电路装配而采用的一种图纸,图上的符号往往是电路元件的实物的外形图。我们只要照着图上画的样子,依样画葫芦地把一些电路元器件连接起来就能够完成电路的装配。这种电路图一般是供初学者使用的。 装配图根据装配模板的不同而各不一样,大多数作为电子产品的场合,用的都是下面要介绍的印刷线路板,所以印板图是装配图的主要形式。 4、印板图 印板图的全名是“印刷电路板图”或“印刷线路板图”,它和装配图其实属于同一类的电路图,都是供装配实际电路使用的。 印刷电路板是在一块绝缘板上先覆上一层金属箔,再将电路不需要的金属箔腐蚀掉,剩下的部分金属箔作为电路元器件之间的连接线,然后将电路中的元器件安装在这块绝缘板上,利用板上剩余的金属箔作为元器件之间导电的连线,完成电路的连接。 由于这种电路板的一面或两面覆的金属是铜皮,所以印刷电路板又叫“覆铜板”。印板图的元件分布往往和原理图中大不一样。 这主要是因为,在印刷电路板的设计中,主要考虑所有元件的分布和连接是否合理,要考虑元件体积、散热、抗干扰、抗耦合等等诸多因素。综合这些因素设计出来的印刷电路板,从外观看很难和原理图完全一致,而实际上却能更好地实现电路的功能。 随着科技发展,现在印刷线路板的制作技术已经有了很大的发展;除了单面板、双面板外,还有多面板,已经大量运用到日常生活、工业生产、国防建设、航天事业等许多领域。在上面介绍的四种形式的电路图中,电原理图是最常用也是最重要的,能够看懂原理图,也就基本掌握了电路的原理,绘制方框图,设计装配图、印板图这都比较容易了。 掌握了原理图,进行电器的维修、设计,也是十分方便的。因此,关键是掌握原理图。 电路图的组成:电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成。 1. 元件符号:表示实际电路中的元件,它的形状与实际的元件不一定相似,甚至完全不一样。但是它一般都表示出了元件的特点,而且引脚的数目都和实际元件保持一致。 2. 连线:表示的是实际电路中的导线,在原理图中虽然是一根线,但在常用的印刷电路板中往往不是线而是各种形状的铜箔块。就像收音机原理图中的许多连线在印刷电路板图中并不一定都是线形的,也可以是一定形状的铜膜。 3. 结点:表示几个元件引脚或几条导线之间相互的连接关系。所有和结点相连的元件引脚、导线,不论数目多少,都是导通的。 4. 注释:在电路图中是十分重要的,电路图中所有的文字都可以归入注释—类。细看以上各图就会发现,在电路图的各个地方都有注释存在,它们被用来说明元件的型号、名称等等。 若不知电路的作用,可先分析电路的输入和输出信号之间的关系。如信号变化规律及它们之间的关系、相位问题是同相位,或反相位。电路和组成形式,是放大电路,振荡电路,脉冲电路,还是解调电路。 电器修理、电路设计的工作人员都是要通过分析电路原理图,了解电器的功能和工作原理,才能得心应手开展工作的。会划分功能块,能按照不同的功能把整机电路的元件进行分组,让每个功能块形成一个具体功能的元件组合,如基本放大电路,开关电路,波形变换电路等。以上就是电路分析方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-15 关键词: 晶体管 电路设计 印刷电路板

  • PCB电路设计的消除串扰,你知道多少?

    PCB电路设计的消除串扰,你知道多少?

    你知道PCB电路设计怎么能消除串扰吗?在PCB电路设计中有很多知识技巧,之前我们讲过高速PCB如何布局,以及电路板设计最常用的软件等问题,本文我们讲一下关于怎么解决PCB设计中消除串扰的问题,快跟随小编一起赶紧学习下。 串扰是什么? 串扰是指在一根线上有信号通过的时候,在PCB相邻的信号钱,如走线,导线,电缆束及任意其他易受电磁场干扰的电子元件上感应出不希望有的电磁耦合,串扰是由网络中的电流和电压产生的,类似于天线耦合。串扰是电磁干扰传播的主要途径,异步信号线,控制线,和IO口走线上,它会使电路或者元件出现功能不正常的现象。 串扰中的信号耦合分为容性耦合和感性耦合,通常感性串扰占的比例大于容性串扰。 在PCB布线中,避免串扰的设计和布线技术有: 1.根据功能分类逻辑器件系列,保持总线结构被严格控制 2.元件间的物理距离最小化 3.最小化布线走线长度,必要时可采用JOG方式布线,即对平行线长度很长的两根信号线,在布线时,可以间断式地将间距拉开,这样既可以节省布线资源,也可以有效的抑制串扰 4.元件要远离I/O口互联接口及其它易受数据干扰及耦合影响的区域 5.对阻抗受控走线或者频谱能量丰富的走线提供正确的终端 6.避免相互平行的走线布线,提供走线间足够的间隔(最小化电感耦合) 7.相邻层上的布线要相互垂直(防止层间电容耦合) 8.降低信号到地的参考距离间隔 9.降低走线阻抗和信号驱动电平 10.隔离布线层(背板层叠设计) 11.将高噪声发射体(时钟,I/O,高速互连)分割或隔离在不同的布线层上。 12.高速信号线在满足条件的情况下,提供正确的终端电阻 13.将长时钟走线和高速并行走线更接近参考层 14.对于微带线和带状线,走线高度限制在高于地平面10mil以内 15.在布线空间允许的条件下,在串扰严重的两条线之间插入一条地线。 总结:关于PCB设计中的消除串扰的问题,注意以上几点就可以轻松搞定了。以上就是PCB电路设计怎么能消除串扰的方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-12 关键词: PCB 电路设计 消除串扰

  • 单片机系统的扩展以及抗干扰方法,你知道吗?

    单片机系统的扩展以及抗干扰方法,你知道吗?

    关于单片机系统的扩展、配置及抗干扰方法,你知道哪些?一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如 ROM、RAM、I/O、定时器 / 计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统的配置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A 转换器等,要设计合适的接口电路。 系统的扩展和配置应遵循以下原则: 1、尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实殃,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用 CPU 时间。 4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用 CMOS 芯片单片机构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 6、单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统 SoC 已经可以实现,如 ST 公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了 80C32 核、大容量 FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 单片机系统硬件抗干扰常用方法实践 影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 形成干扰的基本要素有三个: (1)干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt, di/dt 大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可 能成为干扰源。 (2)传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传 播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 (3)敏感器件。指容易被干扰的对象。如:A/D、D/A 变换器,单片机,数字 IC, 弱信号放大器等。 干扰的分类 1. 干扰的分类 干扰的分类有好多种,通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分类。按产生的原因分: 可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。 按传导方式分:可分为共模噪声和串模噪声。 按波形分:可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 2. 干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此,我有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式,无非是通过导线、空间、公共线等等,细分下来,主要有以下几种: (1)直接耦合: 这是最直接的方式,也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式,最有效的方法就是加入去耦电路。从而很好的抑制。 (2)公共阻抗耦合: 这也是常见的耦合方式,这种形式常常发生在两个电路电流有共同通路的情况。为了防止这种耦合,通常在电路设计上就要考虑。使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。 (3)电容耦合: 又称电场耦合或静电耦合 。是由于分布电容的存在而产生的耦合。 (4)电磁感应耦合: 又称磁场耦合。是由于分布电磁感应而产生的耦合。 (5)漏电耦合: 这种耦合是纯电阻性的,在绝缘不好时就会发生。 常用硬件抗干扰技术 针对形成干扰的三要素,采取的抗干扰主要有以下手段。 1. 抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的 du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的 du/dt 主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的 di/dt 则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下: (1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加 续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可 动作更多的次数。 (2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是 RC 串联电路,电阻一般选几 K 到几十 K,电容选 0.01uF),减小电火花影响。 (3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。 (4)电路板上每个 IC 要并接一个 0.01μF~0.1μF 高频电容,以减小 IC 对电源的 影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电 容的等效串联电阻,会影响滤波效果。 (5)布线时避免 90 度折线,减少高频噪声发射。 (6)可控硅两端并接 RC 抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。 2. 切断干扰传播路径 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别注意处理。 所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距,用地线把它们隔离和在敏感器件上加 蔽罩。 切断干扰传播路径的常用措施如下: (1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就 解决了一大半。 许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用 100Ω电阻代替磁珠。 (2)如果单片机的 I/O 口用来控制电机等噪声器件,在 I/O 口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。 (3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。 (4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机、继电器)与敏感元件(如单片机)远离。 (5)用地线把数字区与模拟区隔离。数字地与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A 芯片布线也以此为原则。 (6)单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 (7)在单片机 I/O 口、电源线、电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩,可显着提高电路的抗干扰性能。 3. 提高敏感器件的抗干扰性能 提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声 的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。 提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下: (1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。 (2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦 合噪声。 (3)对于单片机闲置的 I/O 口,不要悬空,要接地或接电源。其它 IC 的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。 (4)对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813, X5043,X5045 等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。 (5)在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。(6)IC 器件尽量直接焊在电路板上,少用 IC 座。 4. 其它常用抗干扰措施 交流端用电感电容滤波:去掉高频低频干扰脉冲。 变压器双隔离措施:变压器初级输入端串接电容,初、次级线圈间屏蔽层与初级间电容中心接点接大地,次级外屏蔽层接印制板地,这是硬件抗干扰的关键手段。 次级加低通滤波器:吸收变压器产生的浪涌电压。 采用集成式直流稳压电源:因为有过流、过压、过热等保护。I/O 口采用光电、磁电、继电器隔离,同时去掉公共地。 通讯线用双绞线:排除平行互感。防雷电用光纤隔离最为有效。 A/D 转换用隔离放大器或采用现场转换:减少误差。 外壳接大地:解决人身安全及防外界电磁场干扰。加复位电压检测电路。防止复位不充份,CPU 就工作,尤其有 EEPROM 的器件,复位不充份会改变 EEPROM 的内容。 印制板工艺抗干扰: ①电源线加粗,合理走线、接地,三总线分开以减少互感振荡。 ②CPU、RAM、ROM 等主芯片,VCC 和 GND 之间接电解电容及瓷片电容,去掉高、低频干扰信号。 ③独立系统结构,减少接插件与连线,提高可靠性,减少故障率。 ④集成块与插座接触可靠,用双簧插座,最好集成块直接焊在印制板上,防止器件接触不良故障。 ⑤有条件采用四层以上印制板,中间两层为电源及地。以上就是单片机系统的扩展、配置及抗干扰方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-08 关键词: 元器件 电路设计 cmos芯片

  • PCB设计黄金法则,你需要知道

    PCB设计黄金法则,你需要知道

    你知道什么是PCB设计黄金法则吗?随着半导体的集成度的增加,PCB变得愈加重要,很多厂商开始从PCB的各个维度入手,研发新的产品,提升PCB的全方位性能。PCB设计黄金法则,相信广大工程师有所耳闻,二十余年来,PCB设计黄金法则大多没有任何改变,且适用范围广泛,具有极大的指导性作用。 本文以下内容介绍了电子设计工程师在使用设计软件进行 PCB 布局设计及商业制造时应牢记并践行的十条最有效的设计法则。工程师无需按时间先后或相对重要性依次执行这些法则,只需全部遵循便可极大地改变产品设计。 法则一:选择正确的网格 - 设置并始终使用能够匹配最多元件的网格间距。虽然多重网格看似效用显著,但工程师若在 PCB 布局设计初期能够多思考一些,便能够避免间隔设置时遇到难题并可最大限度地应用电路板。由于许多器件都采用多种封装尺寸,工程师应使用最利于自身设计的产品。此外,多边形对于电路板敷铜至关重要,多重网格电路板在进行多边形敷铜时一般会产生多边形填充偏差,虽然不如基于单个网格那么标准,但却可提供超越所需的电路板使用寿命。 法则二:保持路径最短最直接。这一点听起来简单寻常,但应在每个阶段,即便意味着要改动电路板布局以优化布线长度,都应时刻牢记。这一点还尤其适用于系统性能总是部分受限于阻抗及寄生效应的模拟及高速数字电路。 法则三:尽可能利用电源层管理电源线和地线的分布。电源层敷铜对大多数 PCB 设计软件来说是较快也较简单的一种选择。通过将大量导线进行共用连接,可保证提供最高效率且具最小阻抗或压降的电流,同时提供充足的接地回流路径。 可能的话,还可在电路板同一区域内运行多条供电线路,确认接地层是否覆盖了 PCB 某一层的大部分层面,这样有利于相邻层上运行线路之间的相互作用。 法则四: 将相关元件与所需的测试点一起进行分组。例如:将 OpAmp 运算放大器所需的分立元件放置在离器件较近的部位以便旁路电容及电阻能够与其同地协作,从而帮助优化法则二中提及的布线长度,同时还使测试及故障检测变得更加简便。 法则五:将所需的电路板在另一个更大的电路板上重复复制多次进行 PCB 拼版。选择最适合制造商所使用设备的尺寸有利于降低原型设计及制造成本。首先在面板上进行电路板布局,联系电路板制造商获取他们每个面板的首选尺寸规格,然后修改你的设计规格,并尽力在这些面板尺寸内多次重复进行你的设计。 法则六:整合元件值。作为设计师,你会选择一些元件值或高或低,但效能一样的分立元件。通过在较小的标准值范围内进行整合,可简化物料清单,并可能降低成本。如果你拥有基于首选器件值的一系列 PCB 产品,那么从更长远角度来说,也更利于你做出正确的库存管理决策。 法则七: 尽可能多地执行设计规则检查(DRC)。尽管在 PCB 软件上运行 DRC 功能只需花费很短时间,但在更复杂的设计环境中,只要你在设计过程中始终执行检查便可节省大量时间,这是一个值得保持的好习惯。每个布线决定都很关键,通过执行 DRC 可随时提示你那些最重要的布线。 法则八:灵活使用丝网印刷。丝网印刷可用于标注各种有用信息,以便电路板制造者、服务或测试工程师、安装人员或设备调试人员将来使用。不仅标示清晰的功能和测试点标签,还要尽可能标示元件和连接器的方向,即使是将这些注释印刷在电路板使用的元件下表面(在电路板组装后)。在电路板上下表面充分应用丝网印刷技术能够减少重复工作并精简生产过程。 法则九:必选去耦电容。不要试图通过避免解耦电源线并依据元件数据表中的极限值优化你的设计。电容器价格低廉且坚固耐用,你可以尽可能多地花时间将电容器装配好,同时遵循法则六,使用标准值范围以保持库存整齐。 法则十:生成 PCB 制造参数并在报送生产之前核实。虽然大多数电路板制造商很乐意直接下载并帮你核实,但你自己最好还是先输出 Gerber 文件,并用免费阅览器检查是否和预想的一样,以避免造成误解。通过亲自核实,你甚至还会发现一些疏忽大意的错误,并因此避免按照错误的参数完成生产造成损失。以上就是PCB设计黄金法则,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-06 关键词: 半导体 电路设计 电容器

  • 你知道PCB电路设计的电磁兼容性吗?

    你知道PCB电路设计的电磁兼容性吗?

    什么是电磁兼容?他要是什么作用?考虑电磁兼容的根本原因在于电磁干扰的存在。电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI)是破坏性电磁能从一个电子设备通过辐射或传导传到另一个电子设备的过程。一般来说,EMI特指射频信号(RF),但电磁干扰可以在所有的频率范围内发生。 电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)是指电气和电子系统、设备和装置在设定的电磁环境中,在规定的安全界限内以设计的等级或性能运行,而不会由于电磁干扰引起损坏或不可接受到性能恶化的能力。这里所说的电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。这表明电磁兼容性一方面指电子产品应具有抑制外部电磁干扰的能力;另一方面,该电子产品所产生的电磁干扰应低于限度,不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作。 现今的电子产品已经由模拟设计转为数字设计。随着数字逻辑设备的发展,与EMI和EMC相关的问题开始成为产品的焦点,并得到设计者和使用者很大的关注。美国通信委员会(FCC)在20世纪70年代中后期公布了个人电脑和类似设备的辐射标准,欧共体在其89/336/EEC电磁兼容指导性文件中提出辐射和抗干扰的强制性要求。我国也陆续制定了有关电磁兼容的国家标准和国家军用标准,例如“电磁兼容术语”(GB/T4365-1995),“电磁干扰和电磁兼容性术语”(GJB72-85),“无线电干扰和抗扰度测量设备规范”(GB/T6113-1995),“电动工具、家用电器和类似器具无线电干扰特性的测量方法和允许值”(GB4343-84)。这些电磁兼容性规范大大推动了电子设计技术并提高了电子产品的可靠性和适用性。 2.EMC在PCB设计中的重要性 随着电子设备的灵敏度越来越高,并且接受微弱信号的能力越来越强,电子产品频带也越来越宽,尺寸越来越小,并且要求电子设备抗干扰能力越来越强。一些电器、电子设备工作时所产生的电磁波,容易对周围的其他电气、电子设备形成电磁干扰,引发故障或者影响信号的传输。另外,过度的电磁干扰会形成电磁污染,危害人们的身体健康,破坏生态环境。 如果在一个系统中各种用电设备能够正常工作而不致相互发生电磁干扰造成性能改变和设备的损坏,人们就称这个系统中的用电设备是相互兼容的。但是随着设备功能的多样化、结构的复杂化、功率的加大和频率的提高,同时它们的灵敏度也越来越高,这种相互兼容的状态越来越难获得。为了使系统达到电磁兼容,必须以系统的电磁环境为依据,要求每个用电设备不产生超过一定限度的电磁发射,同时又要求它本身要具备一定的抗干扰能力。只有对每一个设备都作出这两个方面的约束和改进,才能保证系统达到完全兼容。 通常认为电磁干扰的传输有两种方式:一种是传导方式;另一种是辐射方式。在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉,共同产生干扰,才使得电磁干扰变得难以控制。 常见的电磁干扰主要有以下几种: (1)射频干扰。由于现有的无线电发射机的激增,射频干扰给电子系统造成了很大的威胁。蜂窝电话、手持无线电、无线电遥控单元、寻呼机和其他类似设备现在非常普遍。造成有害的干扰并不需要很大的发生功率。典型的故障出现在射频场强为1~10V/m的范围内。在欧洲、北美和很多亚洲国家,避免射频干扰损坏其他设备已经成为对所有产品在法律上的强制性规定。 (2)静电放电(ESD)。现代芯片工艺已经有了很大的进步,在很小的几何尺寸(0.18um)上元件已经变得非常密集。这些高速的、数以百万计的晶体管微处理器的灵敏性很高,很容易受到外界静电放电影响而损坏。放电可以是直接或辐射的方式引起。直接接触放电一般引起设备永久性的损坏。辐射引起的静电放电可能引起设备紊乱,工作不正常。 (3)电力干扰。随着越来越多的电子设备接入电力主干网,系统会出现一些潜在地干扰。这些干扰包括电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压变化、闪电瞬变和电力线谐波等。对于高频开关电源来说,这些干扰变得很显著。 (4)自兼容性。一个系统的数字部分或电路可能干扰模拟设备,在导线之间产生串绕(Crosstalk),或者一个电机可以引起数字电路的紊乱。 另外,一个在低频可以正常工作的电子产品,当频率升高时会遇到一些低频所没有的问题。比如反射、串绕、地弹、高频噪声等。 一个不符合EMC规范的电子产品不是合格的电子设计。设计产品除了满足市场功能性要求外,还必须采用适当的设计技术来预防或解除EMI的影响。 3.PCB设计的EMC考虑 对于高速PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)设计中EMI问题,通常有两种方法解决:一种是抑制EMI的影响,另一种是屏蔽EMI的影响。这两种方式有很多不同的表现形式,特别是屏蔽系统使得EMI影响电子产品的可能性降到了最低。 射频(RF)能量是由印制电路板(PCB)内的开关电流产生的,这些电流是数字元件产生的副产品。在一个电源分配系统中每一个逻辑状态的改变都会产生一个瞬间的电涌,大多数情况下,这些逻辑状态的改变不会产生足够的接地噪声电压造成任何功能性的影响,但当一个元件的边沿速率(上升时间和下降时间)变得相当快的时候便会产生足够的射频能量影响其他的电子元件的正常工作。 3.1 PCB上电磁干扰产生的原因 不适当的做法通常会在PCB上引起超出规范的EMI。结合高频信号的特性,与PCB级的EMI相关的主要包括以下几个方面: (1)封装措施使用不适当。如应该用金属封装的器件却用塑料封装。 (2)PCB设计不佳,完成质量不高,电缆与接头的接地不良。 (3)不适当甚至错误的PCB布局。 包括时钟和周期信号走线设定不当;PCB的分层排列及信号布线层设置不当;对于带有高频RF能量分布成分的选择不当;共模与差模滤波考虑不足;接地环路引起RF和地弹;旁路和去耦不足等等。 要实现系统级的EMI抑制,通常需要一些适当的方法:这主要包括屏蔽、衬垫、接地、滤波、去耦、适当布线、电路阻抗控制等。 3.2 电磁兼容的屏蔽设计 现今的电子产业界已愈来愈注意到SE/EMC(Shielding Effectiveness,SE,隔离室屏蔽效益)的需求,而随着更多电子组件的使用,电磁兼容性亦更受到关切。电磁屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰由一个区域向另一个区域感应和辐射传播电方法。通常包括两种:一种是静电屏蔽,主要用于防止静电场和恒定磁场的影响;另一种是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、交变磁场以及交变电磁场的影响。 EMI屏蔽可使产品简单且有效的符合EMC的规范,当频率在10MHz以下时电磁波大多为传导的形式,而较高频率的电磁波则多为辐射的形式。设计时可以采用单层实心屏蔽材料、多层实心屏蔽材料、双重屏蔽或者双重以上屏蔽等新型材料进行EMI屏蔽。对于低频的电磁干扰需要用厚的屏蔽层,最合适的是使用磁导率高的材料或磁性材料,如镍铜合金等,以获得最大的电磁吸收损耗,而对于高频电磁波可使用金属屏蔽材料。 在实际的EMI屏蔽中,电磁屏蔽效能很大程度上取决于机箱的物理结构,即导电的连续性。机箱上的接缝以及开口都是电磁波的泄漏源。而且,穿过机箱的电缆也是造成屏蔽效能下降到主要原因。机箱上开口的电磁泄漏与开口的形状、辐射源的特性和辐射源到开口处的距离相关。通过适当地设计开口尺寸和辐射源到开口的距离能够改善屏蔽效能。通常解决机箱缝隙电磁泄漏的方式是在缝隙处用电磁密封衬垫。电磁密封衬垫是一种导电的弹性材料,它能够保持缝隙处的导电连续性。 常见的电磁密封衬垫有:导电橡胶(在橡胶中掺入导电颗粒,使这种复合材料既具有橡胶的弹性,又具有金属的导电性。)、双重导电橡胶(它不是在橡胶所有部分掺入导电颗粒,这样获得的好处是既最大限度地保持了橡胶的弹性,又保证了导电性)、金属编织网套(以橡胶为芯的金属编织网套)、螺旋管衬垫(用不锈钢、铍铜或镀锡铍铜卷成的螺旋管)等。另外,当对通风量要求比较高时,必须使用截至波导通风板,这种板相当于一个高通滤波器,对高于某一频率的电磁波不衰减通过,但对于低于这一频率的电磁波则进行很大的衰减,合理应用截至波导的这种特性可以很好的屏蔽EMI的干扰。 3.3 电磁兼容的合理PCB设计 随着系统设计复杂性和集成度的大规模提高,电子系统设计师们正在从事100MHZ以上的电路设计,总线的工作频率也已经达到或者超过50MHZ,有的甚至超过100MHZ。当系统工作在50MHz时,将产生传输线效应和信号的完整性问题;而当系统时钟达到120MHz时,除非使用高速电路设计知识,否则基于传统方法设计的PCB将无法工作。因此,高速电路设计技术已经成为电子系统设计师必须采取的设计手段。只有通过使用高速电路设计师的设计技术,才能实现设计过程的可控性。 通常认为如果数字逻辑电路的频率达到或者超过45MHZ~50MHZ,而且工作在这个频率之上的电路已经占到了整个电子系统一定的份量(比如说1/3),就称为高速电路。实际上,信号边沿的谐波频率比信号本身的频率高,是信号快速变化的上升沿与下降沿(或称信号的跳变)引发了信号传输的非预期结果。要实现符合EMC标准的高频PCB设计,通常需要采用以下技术:包括旁路与去耦、接地控制、传输线控制、走线终端匹配等。 旁路与去耦 去耦是指去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量,而旁路则是从元件或电缆中转移不想要的共模RF能量。 所有的电容器都是由LCR电路组成,其中L是电感,它与导线长度有关,R是导线中的电阻,C是指电容。在某一频率上,该LC串联组合将产生谐振。在谐振状态下,LCR电路将有非常小的阻抗和有效的RF旁路。当频率高于电容的自谐振时,电容器渐变为感性阻抗,同时旁路或去藕效果下降。因此,电容器实现旁路与去耦的效果受引线长度,以及电容器与器件间的走线、介质填料等的影响。理想的去耦电容器还可以提供逻辑装置状态切换时所需的所有电流,实际上是电源和接地层间的阻抗决定电容器能够提供的电流的多少。 当选择旁路和去耦电容时,可通过逻辑系列和所使用的时钟速度来计算所需电容器的自谐振频率,根据频率以及电路中的容抗来选择电容值。在选择封装尺度是尽量选择更低引线电感的电容,这通常表现为SMT(Surface Mount Technology)电容器,而不选择通孔式电容器(如DIP封装的电容器)。 另外在产品设计中,也常常采用并联去耦电容来提供更大的工作频带,减少接地不平衡。在并联电容系统中,当高于自谐振频率时,大电容表现感性阻抗并随频率增大而增加;而小电容则表现为容性阻抗并随频率增加而减少,而且此时整个电容电路的阻抗比单独一个电容时的阻抗要小。以上就是电磁兼容解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-06 关键词: 电磁 电路设计 兼容性

  • 基于AFE4900的多功能护理监护仪电路设计

    基于AFE4900的多功能护理监护仪电路设计

    该参考设计是一种简单,可穿戴,多参数的患者监护仪,它使用单芯片生物传感前端AFE4900设备进行同步心电图(ECG)和光电容积描记(PPG)测量。使用CC2640R2F设备(支持BLE 4.2和5)将测量的数据传输到远程位置。该参考设计使用单个CR3032电池运行,并提供30天的电池寿命。原始数据可供用户计算心率,血液中的氧气浓度(SpO2),脉搏传播时间(PTT)和ECG。两个板载发光二极管(LED)为用户指示电池电量低检测和ECG引出检测。 特性 用于PPG和ECG的简单,可穿戴,多参数患者监护仪 提供原始数据以计算心率,SpO2和PTT 使用单芯片生物传感前端AFE4900设备进行ECG和PPG同步测量 PPG(光学心率监测和SpO2)支持四个LED和三个光电二极管(PD),并通过数字环境减法来改善信噪比(SNR) 心电图(LEAD I)信号 集成的Arm®Cortex®-M3和2.4GHz射频收发器(CC2640R2F)支持无线数据传输-BLE 4.2和5.0 由CR3032(3 V,500 mA纽扣电池)操作,使用高效的DC / DC转换器,电池寿命为30天 小尺寸有助于轻松适应可穿戴应用

    时间:2020-05-03 关键词: 电路设计 发光二极管 监护仪

  • 克服CAN设计挑战:应对CAN电压和功率挑战

    克服CAN设计挑战:应对CAN电压和功率挑战

    在“克服CAN设计挑战”的第一期中,我讨论了设计和终止控制器局域网(CAN)总线的复杂性和挑战。在第二部分中,我将重点介绍功耗和在CAN应用程序中使用多个电压轨进行设计。计算CAN收发器中的功耗并不像看起来那样简单,而在收发器周围添加多个电压轨只会增加这种复杂性。另外,使用所有不同类型的CAN收发器,您可能会发现自己选择了错误的收发器,或者在系统中添加了不必要的电压轨。 问题1:如何计算处于活动状态的CAN收发器的功耗? CAN收发器的功耗涉及多个方面。 图1以蓝色显示了设备处于隐性状态时为设备供电所需的静态电流部分,以红色显示了驱动CAN总线的主导电平所需的部分静态电流。 图1. CAN收发器的电流流,显示为设备供电所需的静态电流。 正确评估CAN收发器的功耗要求您知道/假设/测量收发器处于每种总线状态的时间以及以下参数: l  总线处于隐性状态时,收发器的电流消耗。 l  总线处于显性状态时,收发器的电流消耗。 l  公交车处于显性和隐性状态的总时间百分比。 l  优势状态下的差分输出电压。 l  VCC电源电压。 l  VIO电源电压(如果存在VIO引脚)。 l  输入/输出(I / O)电源电流(如果存在VIO引脚)。 在此计算中,收发器在两种状态下的电流消耗以及总线在两种状态下的时间量都是不言自明的。由于这两种状态下的电流消耗都大不相同,并且在通信过程中CAN总线状态一直在变化,因此总线处于隐性或显性状态的时间量将严重影响收发器的功耗。   在主导状态下的差分输出电压是必需的,因为从VCC电源消耗的某些功率将通过终端电阻。了解该电阻的压降将帮助您确定通过该电阻消耗了多少电流。   在总线处于隐性状态时,不需要差分输出电压,因为在总线处于隐性状态时,电阻两端不应有明显的压降(或根本没有压降)。 CANH和CANL如果彼此之间的精确电压不同,则应在数十毫伏的范围内。没有电流通过电阻,并且收发器没有向总线提供大量功率。   公式1表示所有这些变量后的功耗公式: P = [(1-D)*IREC*VCC] + [D*IDOM*(VCC-VOD)]  公式2表示具有VIO引脚的收发器的公式: P = [(1-D)*IREC*VCC] + [D*IDOM*(VCC-VOD)] + VIO*IIO 其中P是功率,D是总线处于主导状态的时间百分比,VCC是收发器的电源,IREC是处于隐性状态的VCC的电流消耗,IDOM是处于主导状态的VCC的电流消耗, VOD是处于主导状态的总线输出差分电压,VIO是设备的IO电压(如果有VIO引脚),而IIO是设备的I / O电流。   让我们以TCAN1042 CAN灵活数据速率(CAN-FD)收发器为例,并假设该设备50%的时间处于显性状态,而50%的时间处于隐性状态。 VCC = 5 V,IREC = 1.5 mA,IDOM = 40 mA,VOD = 2.25 V和D = 0.5,将这些值代入公式1可得出: P = [(1-0.5)*1.5*5] + [(0.5)*40*(5-2.25)] = 3.75 mW + 55 mW = 58.75 mW 如您所见,计算功率并不总是一个直观的过程,但是可以通过使用正确的参数来简化计算。 问题2:5V和3.3V CAN收发器可以一起在同一总线上运行吗? 简短的回答是,他们可以。 所有3.3V CAN收发器均设计为具有隐性电平以及显性和隐性阈值,以便它们可以正确地从5V或3.3V CAN收发器发送和接收消息。 在3.3V CAN收发器设备系列中,有两个隐性电平:1.85 V和2.3V。   像SN65HVD230这样的3.3V汽车CAN总线收发器具有2.3V隐性电平,旨在与5V CAN收发器一起最佳工作。 其他产品,例如带有CAN-FD的3.3V CAN收发器,例如TCAN330,也可以与5V CAN收发器一起很好地工作,但是它们的隐性电平为1.85V,以最大程度地减少单个设备的电磁干扰。 诸如楼宇和安全自动化以及气候控制系统之类的工业应用将使用3.3V收发器,因为它们相对于5V CAN可以节省功率,并且在这些类型的系统中仅提供3.3V电压轨。 问题3:如果您的MCU使用3.3V作为逻辑电源,您是否需要3.3V CAN收发器? 除非您使用3.3V CAN总线,否则不需要3.3V CAN收发器。 3.3V CAN收发器与能够接受3.3V逻辑电平的CAN收发器之间存在差异。 3.3V CAN收发器使用3.3V VCC电源电压,通常用于工业应用。 CAN总线的参考电压为3.3V,因此隐性和主导电压与更典型的5V CAN收发器相比有所不同。   微控制器仅连接到CAN收发器的逻辑引脚,例如TXD,RXD和STB。 它们不与实际的CAN总线接口。 因此,如果您的MCU使用3.3V逻辑电源,则可以使用将其逻辑引脚引用到3.3V电源的CAN收发器,同时仍在5V CAN总线上工作,例如TCAN1042V或TCAN1051V。 引脚5是VIO引脚,向这些收发器上的此引脚施加3.3V电压将使RXD,TXD和STB / S引脚使用3.3V逻辑电平。 图2显示了此配置。 图2.具有3.3V MCU和5V CAN收发器的CAN节点 结论 尽管在5V领域之外思考CAN似乎有些令人困惑,但是一旦您了解了不同收发器的功能,选择合适的收发器并计算由该收发器引起的功耗就会更加容易。    

    时间:2020-04-29 关键词: can 电路设计 功率

  • 电路设计中干扰问题的来龙去脉,你了解吗?

    电路设计中干扰问题的来龙去脉,你了解吗?

    你知道什么是电路设计中干扰问题?在设计电路的时候,我们通常会遇到这样的情况,一个电路其程序明明是完完整整的从书上抄下来,试验运行结果却不正确,这是为什么呢,其实就是干扰在作祟,所以我们在进行电子电路和程序设计的过程中一定要做好抗干扰措施。本篇文章针对干扰的形成与抑制进行深入讲解,大家一起来学习一下吧! 形成干扰的基本要素有三个: (1)干扰源,指产生干扰的元件、设备或信号,用数学语言描述如下:du/dt,di/dt大的地方就是干扰源。如:雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 (2)传播路径,指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。 (3)敏感器件,指容易被干扰的对象。如:A/D、D/A变换器,单片机,数字IC,弱信号等。 抗干扰设计的基本原则是:抑制干扰源,切断干扰传播路径,提高敏感器件的抗干扰性能。(类似于传染病的预防) 1、抑制干扰源 抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt,di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则,常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。 抑制干扰源的常用措施如下: (1)继电器线圈增加续流二极管,消除断开线圈时产生的干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后,增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 (2)在继电器接点两端并接火花抑制电路(一般是RC,电阻一般选几K到几十K,电容选0.01uF),减小电火花影响。 (3)给电机加滤波电路,注意电容、电感引线要尽量短。 (4)电路板上每个IC要并接一个0.01μF~0.1μF高频电容,以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线,连线应靠近电源端并尽量粗短,否则,等于增大了电容的等效串联电阻,会影响滤波效果。 (5)布线时避免90度折线,减少高频噪。 (6)可控硅两端并接RC抑制电路,减小可控硅产生的噪声(这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的)。 按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。 所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同,可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播,有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大,要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离,用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。 2、切断干扰传播路径的常用措施 (1)充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好,整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器,以减小电源噪声对单片机的干扰。比如,可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路,当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。 (2)如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件,在I/O口与噪声源之间应加隔离(增加π形滤波电路)。 (3)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。 (4)电路板合理分区,如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如电机,继电器)与敏感元件(如单片机)远离。 (5)用地线把数字区与模拟区隔离,与模拟地要分离,最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则,厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。 (6)单片机和大的地线要单独接地,以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 (7)在单片机I/O口,电源线,电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器,屏蔽罩,可显着提高电路的抗干扰性能。 3、提高敏感器件的抗干扰性能 提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取,以及从不正常状态尽快恢复的方法。 提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下: (1)布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。 (2)布线时,电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。 (3)对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。 (4)对单片机使用电源监控及看门狗电路,如:IMP809,IMP706,IMP813,X25043,X25045等,可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。 (5)在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。 (6)IC器件尽量直接焊在电路板上,少用IC座。 接下来再说说在这方面的经验。 软件方面 1、常将不用的代码空间全清成“0”,因为这等效于NOP,可在程序跑飞时归位; 2、在跳转指令前加几个NOP,目的同1; 3、在无硬件WatchDog时可采用软件模拟WatchDog,以监测程序的运行; 4、涉及处理外部器件参数调整或设置时,为防止外部器件因受干扰而出错可定时将参数重新发送一遍,这样可使外部器件尽快恢复正确; 5、通讯中的抗干扰,可加数据校验位,可采取3取2或5取3策略; 6、在有通讯线时,如I2C、三线制等,实际中我们发现将Data线、CLK线、INH线常态置为高,其抗干扰效果要好过置为低。 硬件方面 1、地线、电源线的布线肯定重要了! 2、线路的去偶; 3、数、模地的分开; 4、每个数字元件在地与电源之间都要104电容; 5、在有继电器的应用场合,尤其是大电流时,防继电器触点火花对电路的干扰,可在继电器线圈间并一104和二极管,在触点和常开端间接472电容,效果不错! 6、为防I/O口的串扰,可将I/O口隔离,方法有二极管隔离、门电路隔离、光偶隔离、电磁隔离等; 7、当然多层板的抗干扰肯定好过单层板,但成本却高了几倍。 8、选择一个抗干扰能力强的器件比其他任何方法都有效,这点应该最重要。以上就是电路设计中干扰问题的形成原因,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-28 关键词: 干扰 电磁 电路设计

  • 拟电路设计时的一些注意事项,你知道吗?

    拟电路设计时的一些注意事项,你知道吗?

    大家都知道模拟电路,那么有哪些注意事项呢?模拟电路好学吗——有人说:好学,但是模拟电路的设计是相当的难~有不少工程师都曾表示:模拟电路的设计是最头疼、也是最致命的设计部分!今天小编帮电子工程师们汇总了模拟电路设计中应该注意的12个问题,跟着小编一起来看一下吧! 1)为了获得具有良好稳定性的反馈电路,通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。 2)积分反馈电路通常需要一个小电阻(约560欧)与每个大于10pF的积分电容串联。 3)在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制EMC的RF带宽,而只能使用被动元件(最好为RC电路)。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下,积分反馈方法才有效。在更高的频率下,积分电路不能控制频率响应。 4)为了获得一个稳定的线性电路,所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法(如光电隔离)进行保护。 5)使用EMC滤波器,并且与IC相关的滤波器都应该和本地的0V参考平面连接。 6)在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器,任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波,因为存在天线效应。另外,在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。 7)在模拟IC的电源和地参考引脚需要高质量的RF去耦,这一点与数字IC一样。但是模拟IC通常需要低频的电源去耦,因为模拟元件的电源噪声抑制比(PSRR)在高于1KHz后增加很少。在每个运放、比较器和数据转换器的模拟电源走线上都应该使用RC或LC滤波。电源滤波器的拐角频率应该对器件的PSRR拐角频率和斜率进行补偿,从而在整个工作频率范围内获得所期望的PSRR 。 8)对于高速模拟信号,根据其连接长度和通信的最高频率,传输线技术是必需的。即使是低频信号,使用传输线技术也可以改善其抗干扰性,但是没有正确匹配的传输线将会产生天线效应。 9)避免使用高阻抗的输入或输出,它们对于电场是非常敏感的。 10)由于大部分的辐射是由共模电压和电流产生的,并且因为大部分环境的电磁干扰都是共模问题产生的,因此在模拟电路中使用平衡的发送和接收(差分模式)技术将具有很好的EMC效果,而且可以减少串扰。平衡电路(差分电路)驱动不会使用0V参考系统作为返回电流回路,因此可以避免大的电流环路,从而减少RF辐射。 11)比较器必须具有滞后(正反馈),以防止因为噪声和干扰而产生的错误的输出变换,也可以防止在断路点产生振荡。不要使用比需要速度更快的比较器(将dV/dt保持在满足要求的范围内,尽可能低)。 12)有些模拟IC本身对射频场特别敏感,因此常常需要使用一个安装在PCB上,并且与PCB的地平面相连接的小金属屏蔽盒,对这样的模拟元件进行屏蔽。注意,要保证其散热条。以上就是模拟电路设计的一些注意事项,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-27 关键词: 电路设计 屏蔽 emc滤波器

  • 电路设计中,电路保护的一些设计方法

    电路设计中,电路保护的一些设计方法

    电路设计中的一些问题1,你了解吗?在电路设计中,电路保护是很容易出现问题的部分,也是容易被忽略的问题。往往在通信、消费、军工、航空航天等领域,ESD往往是引起电路失效的罪魁祸首,而过流过压保护器件选择、传导辐射电磁干扰消除、EMC测试环境等问题成为工程师在设计时的难点,这些问题该怎么解决呢?跟着小编看看吧! 一、电路保护从元器件选型开始 电路保护元器件通常包括过压保护器件和过流保护器件两种,工程师需要针对各种元器件的特点和不同的应用类型进行选择。电子产品中,印制电路板的密度不断提高,半导体元件和集成电路的工作电压不断降低,生产商运用表面贴装技术、片式多层陶瓷技术、阵列技术等新技术开发小尺寸、满足小电压大电流电路保护需求的产品;可以预见,未来电子电力技术不断发展,国内外电路保护元器件生产商将继续大力研发新产品、新技术,为各个应用领域提供合适的、安全的电路保护元器件。 选择适当的电路保护器件是实现可靠电路保护设计的关键,涉及到电路保护器件的选型,我们必须要知道各电路保护器件的作用。在选择电路保护器件的时候我们要知道保护电路不应干扰受保护电路的正常行为,此外,还必须防止任何电压瞬态造成整个系统的重复性或非重复性的不稳定行为,进行多次模拟测试,从而实现电路防护方案的可靠性和实用性。 二、电路保护器件的选择技巧 面对ESD、过压、浪涌、过热等现象带来的巨大危害性,新的电路保护器件除了需要关注伏安特性、保护级别等因素之外,还要考虑其他很多问题。比如电子设备越来越轻薄,为了符合尺寸的限制并在更小的占位面积中提供电路保护,保护器件制造商需要开发出尺寸更小的元器件,这需要厂商不断提高元器件的能量密度,当电子设备接口速率不断提升,为保证信号完整性必须考虑保护器件电容的大小,保护方案必须紧随接口发展的趋势,确保接口的可靠性,同时还得保证保护元器件的耐冲击次数、抗震、防潮等因素。 三、过流、过压保护器件的特性 保护器件虽然种类繁多,从功能上讲可以分为过流保护和过压保护。其中重要的过流保护器件是熔断器,也叫保险丝。它一般串联在电路中,要求其电阻要小(功耗小),当电路正常工作时,它只相当于一根导线,能够长时间稳定的导通电路,由于电源或外部干扰而发生电流波动时,也应能承受一定范围的过载,只有当电路中出现较大的过载电流(故障或短路)时,熔断器才会动作,通过断开电流来保护电路的安全,以避免产品烧毁的危险。 在熔断器分断电路的过程中,由于电路电压的存在,在熔体断开的瞬间会发生电弧,高质量的熔断器应该尽量避免这种飞弧;在分断电路后,熔断器应能耐受加在两端的电路电压.熔断器受脉冲损伤会逐步降低承受脉冲的能力,选用时需要考虑必要的安全余量;这个安全余量是指熔断器的总熔断(动作)时间,它是预飞弧时间和飞弧时间之和。 所以在选择的时候需要留意它的熔断特性和额定电流这个基本条件;另外安装时要考虑熔断器周边的环境,熔断器只有达到本身的熔化热能值的时候才会熔断,如果是在环境较冷的状况下,它的熔断时间会变化,这是使用时必须留意的。 四、EMC测试要点 电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在电磁环境中性能不降级的状态。EMC,一方面要求系统内没有严重的干扰源即设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值,另一方面要求设备或系统自身有较好的抗电磁干扰性即器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。 EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份: 1、EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声。 2、EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。 五、如何消除电磁干扰? 电磁干扰,是指电子设备自身工作过程中,产生的电磁波,对外发射,从而对设备其它部分或外部其它设备造成干扰。系统要发生电磁兼容性问题即电磁干扰,必须具备三个因素:电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。所以,在解决电磁干扰问题时,要从这三个因素人手,对症下药,消除其中某一个因素,可以解决电磁兼容问题。常用的有效的方法有:接地技术、屏蔽技术、滤波技术。 1、接地技术:接地技术可以分为工作接地、防雷接地和保护接地。 工作接地是在低压交流电网中将三相电源中的中性点直接接地。 在通信局(站)中,通常有两种防雷接地:一种是为保护建筑物或天线不受雷击而专设的避雷针防雷接地装置,这是由建筑部门设计安装的,另一种是为了防止雷击过电压对通信设备或电源设备的破坏需安装避雷器而埋设的防雷接地装置。保护接地是将受电设备在正常情况下与带电部分绝缘的金属外壳部分与接地装置作良好的电气连接。 2、屏蔽技术:电路中的电磁屏蔽技术主要是在共同的电磁环境中进行生存,通过运用电磁干扰抑制技术防止在实际工作中收到其他因素的干扰,导致技术出现应用不合理现象。 屏蔽技术主要是运用完整的金属屏蔽体将带点导体包围起来,提高屏蔽体的感应能力,确保外侧能够出现与带电导体相同的电荷,如果外侧的电荷流入到大地,外侧也不会出现电漏,而金属屏蔽体导电性能越好,代表静电的屏蔽效果越好,屏蔽技术需要通过接地起到屏蔽作用。 3、滤波技术:滤波器是射频系统中必不可少的关键部件之一,主要是用来作频率选择,让需要的频率信号通过而反射不需要的干扰频率信号。 滤波技术主要分为信号滤波和EMI滤波:信号滤波是已知输入和输出阻抗时,在衰减带外干扰的同时,保证通带内具有极低的插入损耗。EMI滤波是在期望的工作频带宽的范围内,端接阻抗的变化范围会增大,其加载电流影响的插入损耗是由对外界干扰信号的抑制能力决定的。以上就是保护电路的一些方案,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-27 关键词: 电子元器件 电路设计 emc测试

  • 电路板的抗干扰设计,你知道几个?

    电路板的抗干扰设计,你知道几个?

    电路中的抗干扰设计很重要,你知道几种方法?抗干扰设计的基本任务是系统或装置既不因外界电磁干扰影响而误动作或丧失功能,也不向外界发送过大的噪声干扰,以免影响其他系统或装置正常工作。因此提高系统的抗干扰能力也是该系统设计的一个重要环节。 电路抗干扰设计原则汇总: 1、电源线的设计 (1) 选择合适的电源; (2) 尽量加宽电源线; (3) 保证电源线、底线走向和数据传输方向一致; (4) 使用抗干扰元器件; (5) 电源入口添加去耦电容(10~100uf)。 2、地线的设计 (1) 模拟地和数字地分开; (2) 尽量采用单点接地; (3) 尽量加宽地线; (4) 将敏感电路连接到稳定的接地参考源; (5) 对pcb板进行分区设计,把高带宽的噪声电路与低频电路分开; (6) 尽量减少接地环路(所有器件接地后回电源地形成的通路叫“地线环路”)的面积。 3、元器件的配置 (1) 不要有过长的平行信号线; (2) 保证pcb的时钟发生器、晶振和cpu的时钟输入端尽量靠近,同时远离其他低频器件; (3) 元器件应围绕核心器件进行配置,尽量减少引线长度; (4) 对pcb板进行分区布局; (5) 考虑pcb板在机箱中的位置和方向; (6) 缩短高频元器件之间的引线。 4、去耦电容的配置 (1) 每10个集成电路要增加一片充放电电容(10uf); (2) 引线式电容用于低频,贴片式电容用于高频; (3) 每个集成芯片要布置一个0.1uf的陶瓷电容; (4) 对抗噪声能力弱,关断时电源变化大的器件要加高频去耦电容; (5) 电容之间不要共用过孔; (6) 去耦电容引线不能太长。 5、降低噪声和电磁干扰原则 (1) 尽量采用45°折线而不是90°折线(尽量减少高频信号对外的发射与耦合); (2) 用串联电阻的方法来降低电路信号边沿的跳变速率; (3) 石英晶振外壳要接地; (4) 闲置不用的们电路不要悬空; (5) 时钟垂直于IO线时干扰小; (6) 尽量让时钟周围电动势趋于零; (7) IO驱动电路尽量靠近pcb的边缘; (8) 任何信号不要形成回路; (9) 对高频板,电容的分布电感不能忽略,电感的分布电容也不能忽略; (10) 通常功率线、交流线尽量在和信号线不同的板子上。 6、其他设计原则 (1)CMOS的未使用引脚要通过电阻接地或电源; (2)用RC电路来吸收继电器等原件的放电电流; (3)总线上加10k左右上拉电阻有助于抗干扰; (4)采用全译码有更好的抗干扰性; (5)元器件不用引脚通过10k电阻接电源; (6)总线尽量短,尽量保持一样长度; (7)两层之间的布线尽量垂直; (8)发热元器件避开敏感元件; (9)正面横向走线,反面纵向走线,只要空间允许,走线越粗越好(仅限地线和电源线); (10)要有良好的地层线,应当尽量从正面走线,反面用作地层线; (11)保持足够的距离,如滤波器的输入输出、光耦的输入输出、交流电源线和弱信号线等; (12)长线加低通滤波器。走线尽量短截,不得已走的长线应当在合理的位置插入C、RC、或LC低通滤波器; (13)除了地线,能用细线的不要用粗线。 7、布线宽度和电流 (1)一般宽度不宜小于0.2.mm(8mil); (2)在高密度高精度的pcb上,间距和线宽一般0.3mm(12mil); (3)当铜箔的厚度在50um左右时,导线宽度1~1.5mm(60mil) = 2A; (4)公共地一般80mil,对于有微处理器的应用更要注意。 8、电源线 电源线尽量短,走直线,最好走树形,不要走环形。 9、布局 首先,要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时,印制线条长,阻抗增加,抗噪声能力下降,成本也增加;过小,则散热不好,且邻近线条易受干扰。 在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。 在确定特殊元件的位置时要遵守以下原则: (1)尽可能缩短高频元器件之间的连线,设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近,输入和输出元件应尽量远离。 (2)某些元器件或导线之间可能有较高的电位差,应加大它们之间的距离,以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。 (3)重量超过15g的元器件、应当用支架加以固定,然后焊接。那些又大又重、发热量多的元器件,不宜装在印制板上,而应装在整机的机箱底板上,且应考虑散热问题。热敏元件应远离发热元件。 (4)对于电位器、可调电感线圈、可变电容器、微动开关等可调元件的布局应考虑整机的结构要求。若是机内调节,应放在印制板上方便于调节的地方;若是机外调节,其位置要与调节旋钮在机箱面板上的位置相适应。 (5)应留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。 根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局时,要符合以下原则: (1)按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置,使布局便于信号流通,并使信号尽可能保持一致的方向。 (2)以每个功能电路的核心元件为中心,围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。 (3)在高频下工作的电路,要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平行排列。这样,不但美观.而且装焊容易.易于批量生产。 (4)位于电路板边缘的元器件,离电路板边缘一般不小于2mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为3:2成4:3。电路板面尺寸大于200x150mm时.应考虑电路板所受的机械强度。 10、布线 布线的原则如下: (1)输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线,以免发生反馈藕合。 (2)印制摄导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为0.05mm、宽度为 1 ~ 15mm 时.通过 2A的电流,温度不会高于3℃,因此.导线宽度为1.5mm可满足要求。 对于集成电路,尤其是数字电路,通常选0.02~0.3mm导线宽度。当然,只要允许,还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路,尤其是数字电路,只要工艺允许,可使间距小至5~8mm。 (3)印制导线拐弯处一般取圆弧形,而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外,尽量避免使用大面积铜箔,否则.长时间受热时,易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时,最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。 11、焊盘 焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d+1.2)mm,其中d为引线孔径。对高密度的数字电路,焊盘最小直径可取(d+1.0)mm。 12、PCB及电路抗干扰措施 印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系,这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。 13、电源线设计 根据印制线路板电流的大小,尽量加租电源线宽度,减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致,这样有助于增强抗噪声能力。 14、地线设计 地线设计的原则是: (1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路,应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地,实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地,地线应短而租,高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。 (2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条,则接地电位随电流的变化而变化,使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗,使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能,接地线应在2~3mm以上。 (3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板,其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。 15、退藕电容配置 PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。 退藕电容的一般配置原则是: (1)电源输入端跨接10~100uf的电解电容器。如有可能,接100uF以上的更好。(2)原则上每个集成电路芯片都应布置一个0.01pF的瓷片电容,如遇印制板空隙不够,可每4~8个芯片布置一个1~10pF的但电容。 (3)对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件,如 RAM、ROM存储器件,应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。(4)电容引线不能太长,尤其是高频旁路电容不能有引线。以上就是电路板的抗干扰设计的一些方法,希望能给大家帮助。

    时间:2020-04-27 关键词: 电路板 电路设计 抗干扰设计

  • 在电路板上的零欧电阻

    在电路板上的零欧电阻

    相比有些听说过零欧姆电阻,那么它的作用是什么呢?在电子工程师的工作中。电路设计是接触较为常见的,在电路设计中电阻是最熟悉的元器件之一了,并在电路中起到分压限流的作用。那么小编提个问题,电子元器件之零欧电阻,这个器件你们知道在电路里面能有怎么样的作用吗?不知道的赶紧跟我一起学习下呗! 其实,零欧电阻和直接用导线连接还是有区别的,而且零欧电阻在电路设计中还有很多巧妙的用处。 1.调试与兼容 我们在设计PCB板时需要尽可能多的考虑到兼容性的问题,因为一块电路板做好后经过物理印刷覆铜处理后就是一个物理上固定的。如果在设计时没有充分考虑兼容性的问题,那么在电路板调试阶段会给工程师带来很多不便。 举个例子:芯片的某个引脚拥有两项功能,比如可以驱动蜂鸣器,也能够用于驱动LED灯。但是这两项功能不能同时工作,为了在同一块电路板上实现可以选择驱动哪个期间,此时可以在连接蜂鸣器和LED的线路上加上零欧电阻,通过焊接哪条通路上的零欧电路决定驱动蜂鸣器还是LED灯。 2.方便布线 在PCB布局布线阶段,有时候会碰到布线总是走不通的情况,尤其是在电路板面积小,连线多,层数少的时候。如果遇到某一根连线需要绕很大一圈才能连通,这时,可以考虑一下是否通过连接一个零欧电阻就可以轻松跳过面前的导线而非绕一大圈线路。 3.预留电阻位置 假如在电路设计阶段,某个位置不确定需要接上多大阻值的电阻,此时,可以在该位置上留出电阻的焊接位置,并焊上零欧电阻。在实际电路调试时可以方便的更改不同阻值的电阻,调试完确定阻值参数后再接上合适的电阻。 4.方便测试电流 设计完电路系统后,通常需要测试整个电路运行时的功耗是多少。常规的做法是通过测试电流然后利用电流计算功耗,而测试电流的方法通常是把电流表串进电路中测量。此时,如果在需要测量电流的地方放置一个零欧电阻,当需要测量时就把电阻去掉,把电流表接上。正常工作时,直接焊上零欧电阻即可。 5.噪声抑制 由于零欧电阻本身的特性,能够有效抑制环路电流,从而使噪声得到抑制。实际上零欧电阻不是真的是没有阻抗,只有超导体才能够真的做到零阻抗。所以,零欧电阻在所有频带上其实都起到衰减的作用。 6.安全保护 很多电路板上经常可以看到有很多插针,需要用跳线帽端接。或者利用拨码开关控制电路是否闭合。这两种方法虽然在调试阶段会比较方便,但是,在做成产品时最好尽量少用。由于在高频电路中,空置的插针相当于天线,很容易使信号受到干扰。另外,拨码开关很容被不知情的人拨乱,导致电路系统出错。所以,出于安全方面的考虑,最好使用零欧电阻代替插针和拨码开关。既可以避免误操作,又能够降低维护成本。 7.充当电容电感 在高频电路系统中,零欧电阻与外部电路特性匹配情况下可以充当一个小的电容或者电感,能够很好的解决EMC问题。比如地与地之间,或者电源和芯片引脚之间。 8.地线隔离 在芯片设计当中,模拟电路的地称为AVSS,数字电路的地称为VSS。AVSS和VSS在芯片内部通常是要分开的,由于分开底线可以避免模拟电路和数字电路在工作时电流信号相互干扰。但是,在板级上地线最后通常是连接在一起的。此时,让芯片AVSS和VSSPIN先经过零欧电阻再连接在一起可以起到一定的隔离作用。 以上就是本次介绍的零欧电阻的几大妙用,作为硬件电子工程师,多了解一些设计上的技巧有助于在工作中方便快捷的解决问题。除了本次介绍的零欧电阻用法之外,还有晶体管的用法、电容的妙用、电感的使用方法以及电路设计中用到的各种设计软件和仿真软件等都能提高工作效率。以上就是零欧姆电阻的作用,希望在打架看完会有所启发。

    时间:2020-03-31 关键词: 电子元器件 电路设计 零欧电阻

  • 电源设计经验总结

    电源设计经验总结

    科学技术的快速发展,需要工程师的能力也越来越高,对于一个电子工程师来说,电源部分的设计才是工作的核心,为此,我想通过本篇文章的几个问题和大家探讨一些自己关于电源设计的心得,让我们在电源设计方面能够都有所深入和长进。 Q1:如何来评估一个系统的电源需求 Answer:对于一个实际的电子系统,要认真的分析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压,输出电压和电流,还要仔细考虑总的功耗,电源实现的效率,电源部分对负载变化的瞬态响应能力,关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的允许的电源纹波,还有散热问题等等。功耗和效率是密切相关的,效率高了,在负载功耗相同的情况下总功耗就少,对于整个系统的功率预算就非常有利了,对比LDO和开关电源,开关电源的效率要高一些。同时,评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率,还要关注轻负载的时候效率水平。 至于负载瞬态响应能力,对于一些高性能的CPU应用就会有严格的要求,因为当CPU突然开始运行繁重的任务时,需要的启动电流是很大的,如果电源电路响应速度不够,造成瞬间电压下降过多过低,造成CPU运行出错。 一般来说,要求的电源实际值多为标称值的+-5%,所以可以据此计算出允许的电源纹波,当然要预留余量的。 散热问题对于那些大电流电源和LDO来说比较重要,通过计算也是可以评估是否合适的。 Q2:如何选择合适的电源实现电路 Answer:根据分析系统需求得出的具体技术指标,可以来选择合适的电源实现电路了。一般对于弱电部分,包括了LDO(线性电源转换器),开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下,LDO设计最易实现,输出纹波小,但缺点是效率有可能不高,发热量大,可提供的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵活,效率高,但纹波大,实现比较复杂,调试比较烦琐等等 Q3:如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数 Answer:很多的未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理,比如担心开关电源的干扰问题,PCB layout问题,元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了,使用一个开关电源设计还是非常方便的。 一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分,有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去,这样使用就更简单了,也简化了PCB设计,但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统,所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路,还有来控制反馈深度,因为如果反馈环响应过慢的话,对瞬态响应能力是会有很多影响的。 而输出部分设计包含了输出电容,输出电感以及MOSFET等等,这些的选择基本上就是要满足一个性能和成本的平衡,比如高的开关频率就可以使用小的电感值(意味着小的封装和便宜的成本),但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗,从而效率降低。使用低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的,小的ESR可以减小输出纹波,但是电容成本会增加,好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意,过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说,开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。 Q4:如何调试开关电源电路 Answer:有一些经验可以共享给大家 1: 电源电路的输出输出通过低阻值大功率电阻接到板内,这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试,避开后面电路的影响。 2: 一般来说开关控制器是闭环系统,如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围,开关电源就会工作不正常,所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容,会产生很多的电源纹波,这也会影响开关电源的工作的。 接地技术的讨论 Q1:为什么要接地? Answer:接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施,目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地,从而起到保护建筑物的作用。同时,接地也是保护人身安全的一种有效手段,当某种原因引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障电流就会流经PE线到大地,从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中,大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化,信号频率越来越高,因此,在接地设计中,信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近,高速信号的信号回流技术中也引入了 “地”的概念。 Q2:接地的定义 Answer:在现代接地概念中、对于线路工程师来说,该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’;对于系统设计师来说,它常常是机柜或机架;对电气工程师来说,它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。 Q3:常见的接地符号 Answer: PE,PGND,FG-保护地或机壳;BGND或DC-RETURN-直流-48V( 24V)电源(电池)回流;GND-工作地;DGND-数字地;AGND-模拟地;LGND-防雷保护地。 Q4:合适的接地方式 Answer:接地有多种方式,有单点接地,多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说,单点接地用于简单电路,不同功能模块之间接地区分,以及低频(f10MHz)电路时就要采用多点接地了或者多层板(完整的地平面层)。 Q5:信号回流和跨分割的介绍 Answer:对于一个电子信号来说,它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径,所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。 第一,根据公式可以知道,辐射强度是和回路面积成正比的,就是说回流需要走的路径越长,形成的环越大,它对外辐射的干扰也越大,所以,PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。 第二,对于一个高速信号来说,提供有好的信号回流可以保证它的信号质量,这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层(或电源层)为参考来计算的,如果高速线附近有连续的地平面,这样这条线的阻抗就能保持连续,如果有段线附近没有了地参考,这样阻抗就会发生变化,不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。所以,布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层,或者高速线旁边并行走一两条地线,起到屏蔽和就近提供回流的功能。 第三,为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割,这也是因为信号跨越了不同电源层后,它的回流途径就会很长了,容易受到干扰。当然,不是严格要求不能跨越电源分割,对于低速的信号是可以的,因为产生的干扰相比信号可以不予关心。对于高速信号就要认真检查,尽量不要跨越,可以通过调整电源部分的走线。(这是针对多层板多个电源供应情况说的) Answer:对于一般器件来说,就近接地是最好的,采用了拥有完整地平面的多层板设计后,对于一般信号的接地就非常容易了,基本原则是保证走线的连续性,减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面,等等。 Q6:为什么要将模拟地和数字地分开,如何分开? Answer:模拟信号和数字信号都要回流到地,因为数字信号变化速度快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起,噪声就会影响到模拟信号。 一般来说,模拟地和数字地要分开处理,然后通过细的走线连在一起,或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开,如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。 Q7:单板上的信号如何接地? Answer:对于一般器件来说,就近接地是最好的,采用了拥有完整地平面的多层板设计后,对于一般信号的接地就非常容易了,基本原则是保证走线的连续性,减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面,等等。 Q8:单板的接口器件如何接地? Answer:有些单板会有对外的输入输出接口,比如串口连接器,网口RJ45连接器等等,如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作,例如网口互连有误码,丢包等,并且会成为对外的电磁干扰源,把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地,与信号地的连接采用细的走线连接,可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的,对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。 Q9:带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地? Answer:屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上,这是因为信号地上有各种的噪声,如果屏蔽层接到了信号地上,噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰,所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净。以上就是整理的一些工程师的电源设计新的,对于初学者来说,有一定的帮助。

    时间:2020-03-26 关键词: 电路设计 开关电源 接地

  • 电路故障分析与定位技术

    电路故障分析与定位技术

    相信很多人都认识电路,那么电路有问题应该如何排查呢?本篇文章主要讨论一下电路故障分析与定位的常用方法。电子工程师都知道,电路的故障类型较多,产生故障的原因也各有不同,因此排除故障的方法也不一样。当电路发生故障时,根据故障现象,通过检查、测量,分析故障产生的原因并确定故障的部位,找到发生故障的元器件的过程。 一般比较简单的电路,其故障原因往往也比较简单,故障的分析与定位较容易;而较为复杂的电路,其故障往往也较为复杂,故障原因的分析与定位相对也就要困难一些。 一、直接观察法 所谓直接观察法是指不借助于任何的仪器设备,直接观察待查电路的表面来发现问题、寻找故障的方法,一般分为静态观察和通电检查两种,其中的静态观察包括如下几方面内容。 1)观察印制及元器件表面是否有烧焦的印迹,连线及元器件是否有脱落、断裂等现象发生。 2)观察仪器使用情况。仪器类型选择是否合适,功能、量程的选用有无差错,共地连接的处理是否妥善等。首选排除外部故障,再进行电路本身的观察。 3)观察电路供电情况。电源的电压值和极性是否符合要求,电源是否已确实接入了电路等。 4)观察元器件安装情况。电解电容的极性、二极管和三极管的引线端子、的引线端子有无接错、漏接、互碰等情况,安装位置是否合理,对于扰源有无屏蔽措施等。 5)观察布线情况。输入和输出线、强电和弱点线、交流和直流线等是否违反布线原则。 静态观察后可进行通电检查。接通电源后,观察元器件有无发烫、冒烟等情况,变压器有无焦味或发热及异常声响。 直接观察法适用于对故障进行初步检查,可以发现一些较明细的故障。 二、仪器测试法 1)断电测试法 是在电路断电条件下,利用万用表欧姆档测量电路或元器件电阻值,借以判断故障的方法。 如检查电路中连线、焊点及熔丝等是否断路,测量电阻值、电容器漏电、电感器的通断,检查半导体器件的好坏等。 测试时,为了避免相关支路的影响,被测元器件的一端一般应与电路断开,同时,为了保护元器件,不要使用高阻挡和低阻挡,以防止高电压或大电流损坏电路中半导体器件的PN结。 2)带电测试法 是一种在电路带电条件下,借助于仪器测量电路中各点静态电压值或电压波形等,并进行理论分析,寻找故障所在部位的方法。 如检查晶体管静态工作点是否正常,集成器件的静态参数是否符合要求,数字电路的逻辑关系是否正确等。 3)信号寻迹法 是根据需要在电路输入端加入符合要求的信号,按照信号的流程从前级到后级,用示波器或电压表等仪器逐级检查信号在电路内各部分黄子健传输的情况,分析ID安路的功能是否正常,从而判断故障所在部位。 通常应在电路静态工作点处于正常的条件下使用这种方法。 4)分割测试法 对于一些有反馈的环形电路,它们各级的工作情况互有牵连,这时可以采用分割环路的方法,将反馈环去掉,然后逐级检查,可以更快的查出故障部位。 对自激振荡现象也可以用这种方法检查。 5)对比法 怀疑某一电路存在问题时,可找一个相同的正常电路进行比对,将两者的状态、参数进行逐项对比,很快就可以找到电路中不正常的参数,进而分析出故障原因并查找到故障点。 6)替代法 有时故障比较隐蔽,不能很快找到,需要进一步检查,这时可用已调试好的单元电路或组件代替有疑问的单元电路,以此来判断是否出在此单元电路。 在确定了有问题的单元电路后,还可以在该单元电路中采用局部替代法,用确认良好的元器件将怀疑有问题的元器件替代下来,逐步缩小故障的怀疑范围,最终找到故障点。希望大家在阅读了本篇文章之后,对于电路出问题的时候,知道怎么下手去解决。

    时间:2020-03-26 关键词: 电路设计 开关电源 电路故障分析

  • 电路设计的一些知识总结

    电路设计的一些知识总结

    现在塞电子产品离不开各种电路的支撑,那么如何设计好的电路呢?有很多工程师都经常吐槽,在接触电路设计的时候,很多电路设计时太过复杂,关于硬件电路的经验、知识让人目不暇接。像信号完整性,EMI,PCB设计准会把你搞晕。别急,一切要慢慢来。 今天小编想讨论一些电路设计小技巧,献给那些刚开始或即将开始设计硬件电路的人,让大家在“硬件电路设计”这条路上少走“弯路”。 1)总体思路 设计硬件电路,大的框架和架构要搞清楚,但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好,自己只是把思路具体实现;但也有些要自己设计框架的,那就要搞清楚要实现什么功能,然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果,越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 2)理解电路 如果你找到了的参考设计,那么恭喜你,你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高我们的电路理解能力,而且能避免设计中的错误。 3)没有找到参考设计? 先确定大IC芯片,找datasheet,看其关键参数是否符合自己的要求,哪些才是自己需要的关键参数,以及能否看懂这些关键参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需要长期地慢慢地积累。这期间,要善于提问,因为自己不懂的东西,别人往往一句话就能点醒你,尤其是硬件设计。 4)硬件电路的三个主要设计部分 原理图、PCB、物料清单(BOM)表。 原理图设计就是将前面的思路转化为电路原理图。它很像我们教科书上的电路图。PCB涉及到实际的电路板,它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和PCB之间的桥梁),而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上,然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。完成了PCB布局布线后,要用到哪些元器件应该有所归纳,所以我们将用到BOM表。 5)用什么工具? Prote,也就是altimuml容易上手,在国内也比较流行,应付一般的工作已经足够,适合初入门的设计者使用。其实无论用简单的protel或者复杂的cadence工具,硬件设计大环节是一样的(protel上的操作类似windwos,是post- command型的;而cadence的产品concept & allegro是pre-command型的,用惯了protel,突然转向cadence的工具,会不习惯就是这个原因)。 设计大环节都要有: 1)原理图设计。 2)PCB设计。 3)制作BOM表。 下面简要谈一下设计流程(步骤) (1)原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上,我们必须得建立改元件的库。库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性,并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY),周围许多短线(代表IC管脚))。 protel创建库及其简单,而且因为用的人多,许多元件都能找到现成的库,这一点对使用者极为方便。应搞清楚icbody,icpins,inputpin,output pin, analog pin, digital pin, power pin等区别。 (2)有了充足的库之后,就可以在原理图上画图了,按datasheet和系统设计的要求,通过wire把相关元件连接起来。在相关的地方添加line和text注释。 wire和line的区别在于,前者有电气属性,后者没有。wire适用于连接相同网络,line适用于注释图形。这个时候,应搞清一些基本概念,如:wire,line,bus,part,footprint,等等。 (3)做完这一步,我们就可以生成netlist了,这个netlist是原理图与pcb之间的桥梁。原理图是我们能认知的形式,电脑要将其转化为pcb,就必须将原理图转化它认识的形式netlist,然后再处理、转化为pcb。 (4)得到netlist,马上画pcb?别急,先做ERC先。ERC是电气规则检查的缩写。它能对一些原理图基本的设计错误进行排查,如多个output 接在一起等问题。 (但是一定要仔细检查自己的原理图,不能过分依赖工具,毕竟工具并不能明白你的系统,它只是纯粹地根据一些基本规则排查。) (5)从netlist得到了pcb,一堆密密麻麻的元件,和数不清的飞线是不是让你吓了一跳?呵呵,别急还得慢慢来。 (6)确定板框大小。在keepout区(或mechanic区)画个板框,这将限制了你布线的区域。需要根据需求好考虑板长,板宽(有时,还得考虑板厚)。当然了,叠层也得考虑好。 (叠层的意思就是,板层有几层,怎么应用,比如板总共4层,顶层走信号,中间第一层铺电源,中间第二层铺地,底层走信号)。 先解释一下(2)中的术语。post-command,例如我们要拷贝一个object(元件),我们要先选中这个object,然后按ctrl+C,然后按ctrl+V(copy命令发生在选中object之后)。这种操作windows和protel都采用的这种方式。 但是concept就是另外一种方式,我们叫做pre-command。同样我们要拷贝一个东西,先按ctrl+C,然后再选中object,再在外面单击(copy命令发生在选中object之前)。 1)确定完板框之后,就该元件布局(摆放)了,布局这步极为关键。它往往决定了后期布线的难易。哪些元器件该摆正面,哪些元件该摆背面,都要有所考量。但是这些都是一个仁者见仁,智者见智的问题;从不同角度考虑摆放位置都可以不一样。其实自己画了原理图,明白所有元件功能,自然对元件摆放有清楚的认识(如果让一个不是画原理图的人来摆放元件,其结果往往会让你大吃一惊^_^)。 对于初入门的,注意模拟元件,数字元件的隔离,以及机械位置的摆放,同时注意电源的拓扑就可以了。 2)接下来就是布线。这与布局往往是互动的。有经验的人往往在开始就能看出哪些地方能布线成功。如果有些地方难以布线还需要改动布局。对于fpga设计来说往往还要改动原理图来使布线更加顺畅。布线和布局问题涉及的因素很多,对于高速数字部分,因为牵扯到信号完整性问题而变得复杂,但往往这些问题又是难以定量或即使定量也难以计算的。所以,在信号频率不是很高的情况下,应以布通为第一原则。 3)OK了?别急,用DRC检查检查先。这是一定要检查的。DRC对于布线完成覆盖率以及规则违反的地方都会有所标注,按照这个再一一的排查,修正。 4)有些PCB还要加上敷铜(可能会导致成本增加),将出线部分做成泪滴(工厂也许会帮你加)。最后的PCB文件转成gerber文件就可交付PCB生产了。(有些直接给PCB也成,工厂会帮你转gerber)。 5)要装配PCB,准备bom表吧,一般能直接从原理图中导出。但是需要注意的是,原理图中哪些部分元件该上,哪些部分元件不该上,要做到心理有数。 对于小批量或研究板而言,用excel自己管理倒也方便(大公司往往要专业软件来管理)。而对于新手而言,第一个版本,不建议直接交给装配工厂或焊接工厂将bom的料全部焊上,这样不便于排查问题。最好的方法就是,根据bom表自己准备好元件。等到板来了之后,一步步上元件、调试。以上就是电路设计中的一些知识点总结,希望在大家看完能有一定的收获。

    时间:2020-03-25 关键词: 电路设计 硬件电路 pcb布线

  • 设计电路的零欧姆电阻

    设计电路的零欧姆电阻

    现在的电路设计工程师都要精通各种电子元器件,在电子电路设计时经常用到的一种元件就是电阻,我们都知道电阻在电路中起到分压限流的作用。然而,实际使用时会用到一种特殊的电阻:零欧电阻,故名思议,零欧电阻的电阻值是零。对于初学者可能会有一个疑问:既然阻止是零,那么和一根导线有什么区别?为什么不直接连起来? 其实,零欧电阻和直接用导线连接还是有区别的,而且零欧电阻在电路设计中还有很多巧妙的用处。 1.调试与兼容 我们在设计PCB板时需要尽可能多的考虑到兼容性的问题,因为一块电路板做好后经过物理印刷覆铜处理后就是一个物理上固定的。如果在设计时没有充分考虑兼容性的问题,那么在电路板调试阶段会给工程师带来很多不便。 举个例子:芯片的某个引脚拥有两项功能,比如可以驱动蜂鸣器,也能够用于驱动LED灯。但是这两项功能不能同时工作,为了在同一块电路板上实现可以选择驱动哪个期间,此时可以在连接蜂鸣器和LED的线路上加上零欧电阻,通过焊接哪条通路上的零欧电路决定驱动蜂鸣器还是LED灯。 2.方便布线 在PCB布局布线阶段,有时候会碰到布线总是走不通的情况,尤其是在电路板面积小,连线多,层数少的时候。如果遇到某一根连线需要绕很大一圈才能连通,这时,可以考虑一下是否通过连接一个零欧电阻就可以轻松跳过面前的导线而非绕一大圈线路。 3.预留电阻位置 假如在电路设计阶段,某个位置不确定需要接上多大阻值的电阻,此时,可以在该位置上留出电阻的焊接位置,并焊上零欧电阻。在实际电路调试时可以方便的更改不同阻值的电阻,调试完确定阻值参数后再接上合适的电阻。 4.方便测试电流 设计完电路系统后,通常需要测试整个电路运行时的功耗是多少。常规的做法是通过测试电流然后利用电流计算功耗,而测试电流的方法通常是把电流表串进电路中测量。此时,如果在需要测量电流的地方放置一个零欧电阻,当需要测量时就把电阻去掉,把电流表接上。正常工作时,直接焊上零欧电阻即可。 5.噪声抑制 由于零欧电阻本身的特性,能够有效抑制环路电流,从而使噪声得到抑制。实际上零欧电阻不是真的是没有阻抗,只有超导体才能够真的做到零阻抗。所以,零欧电阻在所有频带上其实都起到衰减的作用。 6.安全保护 很多电路板上经常可以看到有很多插针,需要用跳线帽端接。或者利用拨码开关控制电路是否闭合。这两种方法虽然在调试阶段会比较方便,但是,在做成产品时最好尽量少用。由于在高频电路中,空置的插针相当于天线,很容易使信号受到干扰。另外,拨码开关很容被不知情的人拨乱,导致电路系统出错。所以,出于安全方面的考虑,最好使用零欧电阻代替插针和拨码开关。既可以避免误操作,又能够降低维护成本。 7.充当电容电感 在高频电路系统中,零欧电阻与外部电路特性匹配情况下可以充当一个小的电容或者电感,能够很好的解决EMC问题。比如地与地之间,或者电源和芯片引脚之间。 8.地线隔离 在芯片设计当中,模拟电路的地称为AVSS,数字电路的地称为VSS。AVSS和VSS在芯片内部通常是要分开的,由于分开底线可以避免模拟电路和数字电路在工作时电流信号相互干扰。但是,在板级上地线最后通常是连接在一起的。此时,让芯片AVSS和VSSPIN先经过零欧电阻再连接在一起可以起到一定的隔离作用。 总结 以上就是本次介绍的零欧电阻的八大妙用,作为硬件电子工程师,多了解一些设计上的技巧有助于在工作中方便快捷的解决问题。除了本次介绍的零欧电阻用法之外,还有晶体管的用法、电容的妙用、电感的使用方法以及电路设计中用到的各种设计软件和仿真软件等都能提高工作效率。 作为电子行业的工程师,学习是我们的本能,也是工程师长远发展的必备技能。只有在不断学习研究过程中,才能设计出高品质、低成本的电路设计,满足客户需求。以上就是零欧姆电阻的一些知识点,需要工程师在实践中不断积累经验。

    时间:2020-03-25 关键词: 电路设计 电阻 零欧姆

  • 运放的追随电压电路设计

    运放的追随电压电路设计

    设计人员大多都知道运放的追随电压电路设计,那么应该有哪些注意事项呢?对于运放的追随电压电路一直是难点,是初学者学习环节的瓶颈。理解好运放的电压追随电路,对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路,都有很大的帮助。本文带来运放的电压电路详细解析过程,我们可以慢慢的去深入理解,找到突破口掌握其中的重点内容! 运放的电压追随电路,如图1所示,利用虚短、虚断,一眼看上去简单明了,没有什么太多内容需要注意,那你可能就大错特错了。 电压追随电路分析 如果我们连接运放的输出到它的反相输入端,然后在同相输入端施加一个电压信号,我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V,然后当Vin从0V开始增加的时候,Vout也会增加,而且是往正电压的方向增加。这是因为假设Vin突然增大,Vout还没有响应依然是0V的时候,Ve=Vin-Vout是大于0的,所以乘上运放的开环增益,Vout=Ve*A,使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。 当随着Vout增加的时候,输出电压被反馈回到反相输入端,然后会减小运放两个输入端之间的压差,也就是Ve会减小,在同样的开环增益的情况下,Vout自然会降低。最终的结果就是,无论输入是多大的输入电压(当然是在运放的输入电压范围内),运放始终会输出一个十分接近Vin的电压,但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的,以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve,来维持运放的输出,也就是Vout=Ve*A。 运放电路中的负反馈 然后,这个电路很快就会达到一个稳定状态,输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差,这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来,这样的方式被称为负反馈,这是使系统达到自稳定的关键。这不仅仅适用于运放,同样适用于任何常见的动态系统。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力,而不是仅仅处于饱和的状态,全“开”或者全“关”,就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。 由于运放的增益很高,在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等。举例来说,一个运放的开环增益为200 000。如果Vin等于6V,这时输出电压会是5.999 970 000 149 999V。这在运放的输入端产生了足够的电压差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV,这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压,从而这个系统会稳定在这里。正如你所见,29.999 85uV是一个很小的电压,因此对于实际计算来说,我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差Ve=0V,整个过程如图2所示。这也就是我们熟悉的“虚短”,而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的,自然也就有了“虚断”。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益,输出电压会简单的追随输入电压。 使用负反馈的一个很大的优势是,我们不用去关心运放的实际电压增益,只要它足够大就可以。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000,这会使得运放的输出电压会更接近Vin一些,更小的输入端之间的电压差用来产生需要的输出电压。在图2示意的电路中,输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压。因此,对于电路设计工程师来说,为了实现放大电路的稳定的闭环增益,运放的开环增益没有必要是一个精确的值,负反馈会使得系统自我调整。 使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益的精度,但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题,那就是降低系统的稳定性,而对于单位增益的电压追随电路来说,这是一种最坏的情况,尤其是在驱动容性负载的情况下,感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料。关于运放电路,很多时候我们都被灌输反相端追随同相端,就像前面所说的那样,难道就不能同相端追随反相端吗? 对于今天讲的电压追随电路来说,只能是反相端追随同相端。这里因为如果在反相端施加一个正的输入电压,将输出连接到同相端,同样假设输出为0,那Ve会是一个负的电压,乘以运放的开环增益,那输出会是一个负的电压,返回到运放的同相输入端,会进一步得到一个绝对值更大的负电压差。很快运放的输出就会达到饱和,自然也就无法实现同相端追随反相端。 但对于运放来说,如果在反相端施加参考电压,配合其它电子元器件,如三极管、MOS等,使得运放的整体环路形成负反馈,同样也能使同相端追随反相端,而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律。运放的电压追随电路,”虚短”、“虚断”是表面,而负反馈才是根。基于这个根,可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路。以上就是关于运放的追随电压电路详细解析过程。

    时间:2020-03-24 关键词: 电路设计 运放 追随电压

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