数字电路 - 21ic中国电子网

当前位置：首页 > 数字电路

硬件工程师一些常见的面试题，你敢来试试吗？？？

来源：网络免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2021-03-15 关键词：面试题硬件工程师数字电路
为什么我那么努力，模电还是学不会？

小编结合自己的感受用一句话形容一下：天书般难懂。模电=魔电本科模电就够痛苦了，研究生的高阶模电简直是欲仙欲死。二极管、三极管、MOS带入门；运放、震荡电路、斩波电路显神通。课堂上老师讲的都会了课后又都不会了。模电学起来不算难，应付考试也简单，刚开始用起来觉得有点难，用的时间长了，感觉越来越难。 …… 模电本身是一个非常复杂的学科，模拟电路（Analog Circuit）的含义是处理模拟信号的电子电路。自然界中绝大多数信号都是模拟信号，它们有连续的幅度值，比如说话时的声音信号。模拟电路可以对这样的信号直接处理（当然需要先转换成电信号），比如功放能放大声音信号，广播电台能将模拟的声音信号、图像信号进行发送。甚至可以认为，所有电路的基础都是模拟电路（即使是数字电路，其底层原理也是基于模拟电路的）。其重要性不言而喻。大家普遍会感觉模拟电子技术不是太好学，不如数字电子技术容易理解。为什么好多人会有这种感觉呢？对抽象能力要求高比如分析三极管放大电路中常用到的直流等效电路和交流等效电路，分析运放电路中用到的虚短和虚断的概念等等，都需要有比较强的抽象思维能力才能理解。缺乏工程思想比如要用12伏的稳压二极管对输出12伏的直流电压进行稳压，输入电压是15，18或24伏都可以，但哪个更合理呢？由于半导体器件参数的分散，存在大的偏差，并且诸如电阻器和电容器的部件通常具有大于±5％的误差，并且一些甚至更大。因此，盲目追求严谨的计算意义不大。因此，应特别注意近似计算的训练和处理工程问题的方法。要理论联系实际，加强电子技术实践能力和实验研究能力并培养工程思想。现在大家通过网络获取信息非常方便，网络上关于模拟电子技术的知识也很多，但是好多内容都是抄来抄去的，对于新人真正要问的一些问题却避而不谈，导致一些不易理解的内容讲解的却很少，甚至根本没有讲解。其次，许多问题没有深入思考，有些问题估计有些工作多年的工程师都没细想过，只是大家都这么用，就照着做罢了，而其实对这些基本问题的深入理解恰恰能反映出一名电子设计工程师的水平，当自己对一个知识点的掌握透彻时，自然对这门学科的理解也提高到一个新的层次。知识系统庞大 3、运放运放所传递和处理的信号，包括直流信号、交流信号，以及交、直流叠加在一起的合成信号。而且该信号是按“比例(有符号+或-，如：同相比例或反相比例)”进行的。不一定全是“放大”，某些场合也可能是衰减(如：比例系数或传递函数 K=Vo/Vi=-1/10)。运放直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)、输入偏置电流、输入失调电流、输入失调电流温漂、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰-峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率SR、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。模电难，但是非常实用啊！可以这么说，除了硬件工程师外，不管你身处电子行业的什么岗位，学懂模电极可能成为你的核心竞争力，并为你的职业发展创造更多可能性。而现在觉得难只是没有掌握好的学习方法，其实自己脚踏实地的去学，一个一个知识点一个知识点去攻克，会发现这门课程也并没有那么难，下面给大家几个建议。一、克服心理因素心理上取得成功是第一步，如果不能克服心理因素，在学习的道路上你会很难坚持下去，遇到困难就容易退缩，这种问题不是我能解决的，还是放弃吧，但是如果你认为模电其实并没有那么难，毕竟身边工程师都能学会，那我觉得我也可以做到，这样在学习的过程中会更加行云流水，从心理学角度分析，其实就是首因效应的影响。所以要相信自己一定可以学懂，就像卡耐基所说：只要下定决心克服恐惧，便几乎能克服任何恐惧。因为，请记住，除了在脑海中，恐惧无处藏。二、保持钻研精神如果对模电知识确实看上去就是天书，那么可以重复学习，不懂多请教身边的朋友，老师。比如第一遍是看着教科书学，学的是最基础的知识，主要目的是掌握一些分析问题的方法以及几个重要的结论，知道是怎么得出来的，还有就是学会掌握几种经典的电路图。第二遍学就是从实践中学习，这才算真正学习模电。通过实践，就会发现原来书本上的电路图纯粹是为了理论分析的，而实际要实现他，还必须其他的电路辅助，由此才会学习到退偶，隔离，布线，信号走向等等一系列只可意会不可言传的知识。这是个漫长的过程，可能几年，甚至十几年，这就是为什么我老师常说的：模电就像中医，数电就像西医。三、学会利用身边各种资源。在实际操作中，会遇到这样那样的问题，当遇到问题时候，首先要试图自己去解决，当自己的确经过思考之后还是不能解决的，就要利用身边资源去解决问题，老师，同学，论坛，这些都是要善于利用的资源。现在的各种制造商的网站都会提供样片和评估板，还有学习视频和应用手册，这些都要充分利用。特别是应用手册，是避免同学们少走弯路的神器！四、先对一个领域入手，慢慢深入久而久之就会发现有很多东西是相似的，可以触类旁通，这样再学另一个领域时就不会有种重头来过的感觉，会让同学感到轻松许多，以上都是我自己总结自身得到的一些感想，希望大家取其精华去其糟粕，一起开心学模电，成功做设计！最后，模拟电路是一门非常复杂的学科，涉及的知识远不止上面所提的那些。通过课本的学习还远远不够，因为书上都是按照工作原理大致介绍，简化了很多难以理解但实际中必须考虑的问题，因此实际电路和书上的差距非常之大。比如模电书中用运放搭建的三角波发生器，用于实际电路十有八九不能工作。不过实际电路的主要原理和书中描述是一致的。因此设计模拟电路往往需要大量的经验，有很多东西甚至难以解释无法计算得出。只有学习好理论基础的前提下，多动手实践，培养自己的工程思维才能把模电攻克。

时间：2021-03-09 关键词：模拟电路模电数字电路
工程师为你讲解，如何看懂时序图！

出品 21ic论坛 gaoyang9992006 网站：bbs.21ic.com 有很多传感器手册给了我们时序图，我们只要按照时序图操作就行了，还有一些是标准接口，例如SPI，IIC，UART，这些可以利用硬件提供的收发器通信，还有一些我们没有足够的接口，或者没有对应的接口与之通信，我们可以按照手册提供的时序图，利用IO来完成读写操作。完成的思路是模块化编程思想，将问题逐个分解。由大化小，实现小的功能。比如常用的单线协议的温湿度传感器DHT21。可以看到一共40BIT，并注意到是以8BIT为单位的，因此我们可以先规划成每次读取8BIT，读取5次，完成读取。开始读取时候，假设传感器是空闲的，那么这个时候传感器就是在高电平，主控想要发起读取，要给传感器一个读取的信号，这个信号就是先拉低至少500us,然后拉高20到40us。因此这个时候，主控的IO要处于输出状态，我们可以输出1，也可以输出0，先输出1，然后输出0，将0持续的事件大于500us,然后输出1保持20us到40us。为了靠谱，我这里拉低持续2ms,拉高持续30us，先设置IO的模式为输出模式。 Write_AM2301_PIN_Init(); 拉低这个端口，即输出0 RESET_AM2301_PIN(); 保持2ms，这样就满足最少500us了。 HAL_Delay(2); 然后拉高它，输出1 SET_AM2301_PIN(); 保持30us rt_hw_us_delay(30); 接下来传感器就该响应这个请求了，这个时候就要让主控读取信号的模式了读取相应，因为接下来器件会主动拉低总线80us,然后再拉高80us.我们先切换主控的这个IO到输入模式，进行读取。然后判断器件准备好的这个拉低拉高信号。第一步，切断刀输入模式，准备读取IO信号 Read_AM2301_PIN_Init(); Sensor_AnswerFlag=0; 判断是否传感器拉低了总线，拉低表示传感器要发送准备好信号了 if(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET) { Sensor_AnswerFlag=1; Sys_CNT=0; 等待准备好的拉低段80us结束，并计数，看看是否超时。 while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_RESET) { if(++Sys_CNT>3000) { Sensor_ErrorFlag=1; return 0; } } Sys_CNT=0; 如果准备拉低状态顺利结束，再看看准备信号的拉高状态是否OK while(Read_AM2301_PIN()==GPIO_PIN_SET) { if(++Sys_CNT>3000) { Sensor_ErrorFlag=1; return 0; } } 一切OK的话，就该读取实际的传感器输出值了。这个时候要写入到存储传感器40BIT数值的变量里了每次读取8BIT，一共5此，所以用个循环。方到准备好的变量数组里 for(i=0;i=3000) break; }//低电平结束后，进入高电平，开始计时30us rt_hw_us_delay(30); tmp=0;//如果此时还是高电平，那么肯定是大于28us,确定是1来了，赋值1 if(Read_AM2301_PIN()) tmp=1; cnt=0;//等待高电平结束，号进入下一位的读取 while(Read_AM2301_PIN()) { if(++cnt>=2000) break; }//移位写入刚刚得到的1个BIT buffer=2000) break; } buffer3000) { Sensor_ErrorFlag=1; return 0; } } for(i=0;i

时间：2021-01-20 关键词：时序图数字电路
怎么看懂芯片的时序图？怎么根据时序图编程？

在数字电路里，只有“0”和“1”的范畴，再复杂的逻辑都是通过0和1的不同组合来实现的。可编程器件的程序编写很复杂，比如路由器、网关等与协议转换相关的产品，其程序动辄十几万行，甚至上百万行。那这么多程序是怎么编出来的？有什么依据？依据当然是有的，任何一个协议都是有协议范本的，协议范本里边都是通过时序图来阐明数据变化的，程序都是根据时序图来编写的。时序图纵使再复杂，万变不离其宗，讲到底还是0和1的不同组合。通过一副图简单看一下时序。上图中阐述了，高电平、低电平、电平变化、有效数据等定义。下面通过IIC几个简单的时序来认识一下。 IIC在发送数据时，要先发送起始信号，起始信号如何表示呢？因为IIC是有上拉电阻的，所以没有数据变化时，都默认高电平。通过时序图可以看出SCL在高电平期间，SDA出现下降沿即可模拟起始信号。程序如下： void IIC_Start(void) { SDA = 1; delay_us(); SCL = 1 delay_us(); SDA = 0; delay_us(); } 如果要模拟停止信号，根据时序图只需要在SCL高电平期间，让SDA出现上升沿即可，程序如下： void IIC_Stop(void) { SDA = 0; delay_us(); SCL = 1 delay_us(); SDA = 1; delay_us(); } 下面这篇文章分析74HC595的时序图，请点击标题查看。 74HC595驱动数码管(点击跳转) 关注微信公众号『玩转嵌入式』，后台回复“128”获取干货资料汇总，回复“256”加入技术交流群。免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-11-09 关键词：时序图数字电路
如何使单片机复位可靠？单片机复位方式介绍

1、上电复位上电复位就是直接给产品上电，上电复位与低压 LVR操作有联系，电源上电的过程是逐渐上升的曲线过程，这个过程不是瞬间的完成的，一上电时候系统进行初始化，此时振荡器开始工作并提供系统时钟，系统正常工作。 3、LVR低压复位每个CPU都有一个复位电压，这个电压很低，有1.8V、2.5V等，当系统由于受到外界的影响导致输入电压过低，当低至复位电压时候系统自动复位，当然，前提是系统要打开LVR功能，有时候也叫掉电复位。diangon.com如图，当LVR＜工作电压＜VDD时候，比如在V1时候工作是正常的，当VSS＜工作电压＜LVR时候，系统有可能出错，比如在V2时候，也就是我们常说的死区，这个状态不确定。关注精彩技术文章推荐 01 ｜RS485方向切换如何设计电路？介绍5种方案及优劣势分析 02 ｜C语言常用标准库 03 ｜单片机工程师是高薪岗位，按照这个步骤学习才能快速入门获得高薪 04 ｜单片机编程时如何分析芯片的时序图？免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-11-09 关键词：单片机数字电路
如何避免最糟糕的情况发生？当然是尽快改善动态环路响应啦~

DC-DC转换器通过反馈控制系统，将不断变化的输入电压转换为（通常）固定的输出电压。反馈控制系统应尽量保持稳定，以避免出现振荡，或者发生最糟糕的情况：输出未经调节的输出电压。控制系统的速度应尽可能快，以响应动态变化，例如快速输入电压变化或输出端的负载瞬态，并最大程度地减少调节后的输出电压偏差。为了表示控制环路的行为，可以使用典型的Bode图来显示环路的相移和增益随频率的变化。此控制环路可以通过模拟或数字技术实现。有些数字电源提供控制环路优化，可以极快地对动态影响做出响应。图1为 ADP1055 控制器IC的电路示例，该电路具有数字控制环路优化功能。数字控制器为设计人员提供诸多控制功能，有些甚至在运行期间也可以进行动态控制。图2展示了可通过ADP1055评估软件控制的各种ADP1055功能。图1. ADP1055数字开关稳压器的全桥应用。图2. 数字电源使得设计人员能够通过图形用户界面，轻松管理电源参数。非线性增益/响应函数提供了一项与控制环路相关的极为有趣的设置选项，该设置通过滤波器按钮访问。非线性增益/响应支持对控制环路实现动态，例如，在负载瞬变之后立即进行动态调整。电源在经历很大的负载瞬变之后，其输出电压通常在理想的整流电压值上下浮动。在仅采用模拟器件的控制环路中，选择控制环路和电源功率级器件，可以最大程度降低电压在大部分可预期情况下的浮动。数字可调控制环路（例如ADP1055中的一个特征）的优势在于：可以即使调整环路的响应，以在差异甚大的各种情形下实现补偿。图3显示了控制此功能的界面。图中用蓝色曲线表示输出电压在经历由高至低的负载瞬变后的典型行为。可以看出，稳压器输出端的电压响应通常会出现过冲。当输出电压超过某些阈值时，可以通过简单增加控制环路增益来最大程度减小过冲。图3. 根据输出电压状态设置控制环路增益。在图3的示例中，设置的标称输出电压为12 V。可调控制环路增益可以设置为多个值，具体由输出电压决定。例如，如果因为误差放大器的增益增加，使得电压升高至12.12 V以上，则可以在对应的下拉菜单中设置控制环路。还有三个其他的电压阈值高于12.12 V，可以使用独立的增益设置。注意，这些增益设置与在设计稳压环路时设置的极点和零点完全无关。通过可调、基于电压的增益设置可以查找更快响应电压过冲的控制环路设置，由此优化输出电压反馈控制的质量。注意，正常工作时，经优化的控制环路特性不会受到影响。可以使用数字控制器（例如ADP1055）在特定条件下（例如在经历负载瞬变之后）动态调节控制环路，但采用传统的模拟控制环路时则很难实现。 ADP1055 工作温度范围为−40 °C至+125 °C，125 °C时的EEPROM数据保持期限为15年兼容PMBus修订版1.2 带命令屏蔽的32位密码保护 64个地址选择（16个基址，可扩展至64个） 6个PWM控制信号，625 ps分辨率占空比双倍更新速率数字控制环路（PID + 额外极点或零点可配置能力）可编程环路滤波器（CCM、DCM、低温/正常温度）频率同步软启动和软停止功能平均和峰值恒流模式外部PN结温检测 4个GPIO（2个GPIO可配置为有源箝位PWM）快速线路电压前馈用于优化效率的自适应停滞时间补偿扩展黑盒数据录制能力以记录故障原文转自亚德诺半导体关于世健亚太区领先的元器件授权代理商世健(Excelpoint)是完整解决方案的供应商，为亚洲电子厂商包括原设备生产商(OEM)、原设计生产商(ODM)和电子制造服务提供商(EMS)提供优质的元器件、工程设计及供应链管理服务。世健是新加坡主板上市公司，拥有超过30年历史。世健中国区总部设于香港，目前在中国拥有十多家分公司和办事处，遍及中国主要大中型城市。凭借专业的研发团队、顶尖的现场应用支持以及丰富的市场经验，世健在中国业内享有领先地位。点击“阅读原文”，联系我们 ↓↓↓ 免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-11-03 关键词：模拟技术数字电路
数字电路要运行稳定可靠，你知道有哪些要点吗？

你知道数字电路要运行稳定可靠，通常电源滤波电路上的那些电容应该如何确定呢?我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，100uF，10uF，100nF，10nF不同的容值，那么这些参数是如何确定的? 数字电路要运行稳定可靠，电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在你需要电流的时候我又能及时的补充能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗，对，在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。先来看看电容，电容的作用简单的说就是存储电荷。我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等，怎么我看到要些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗。要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性。理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单，分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除。那这两个东西对电路有什么影响。ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL，( ω=2πf)，实际电容的复阻抗为 Z=ESR+jωL-1/jωC= ESR+j2πf L-1/j2πf C。可见当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了。电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了。实际电容的滤波曲线如下图所示。参见上图，我们想要的最好的滤波效果是在“谷”底，就是曲线凹进去的尖尖，在这个尖尖的时候，滤波效果做好，当我们的芯片IC内部的逻辑门在10-50Mhz范围内执行的时候，芯片内部产生的干扰也在10-50Mhz，(比如51单片机)，仔细看上图的曲线，0.1uF电容 (有两种，一种是插件，一种是贴片)的谷底刚好落在了这个范围内，所以能够滤除这个频段的干扰，但是，看清楚，是但是，当频率很高的时候(50-100Mhz)，就不是那么回事了，这个时候0.1uF电容个滤波效果就没有0.01uF好了，以此类推，频率再高，选用的滤波电容的量级还要变小。上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的，实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH，封装越小ESL就越小。从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的，它像一个’V’，也就是说有选频特性，在时候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波)，而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素Q， Q=1/ωCESR，ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦，反之ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。说了那么多，那到底我们在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF，下面列出来给大家参考。频率范围(HZ) 电容取值 DC-100K 10uF以上的钽电容或铝电解 100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容 10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容》100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容和PCB的地平面与电源平面的电容所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。以上就是电源滤波电路上的那些电容的参数确定方法，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-28 关键词： esr 电源滤波数字电路
数字电路学不好？是因为你不懂时序，重点已划

概述学习数字逻辑这门课程的目的有两个，第一是为了后续的电路设计，是硬件工程师的入门课程；第二则是为了更好地理解计算机的工作原理，为后续嵌入式开发、软件开发等打下坚实的基础。绝大部分人应该属于后者，毕竟纯粹的硬件开发工程师职位不多。时序电路是数字逻辑这门课的关键，因为引入了时间这一维度，理解掌握其功能特性的难度比组合逻辑要高，因此，很多童鞋可能学到这有点晕，这是正常现象。应对办法也很简单：熟记典型的几个触发器功能特征，多做几个习题，对付考试和后续课程的理解绰绰有余。时序电路这门课程的要求是最终能够进行简单的电路设计（包括组合逻辑和时序逻辑），完成特定的功能。学会跑之前，要先学会走，也就是先看看别人的电路是怎么设计的，分析其规律，然后再尝试设计简单的电路。分析原理要对时序电路进行分析，需要先理解其结构特征，时序电路的基本结构如下图所示：图1:时序电路结构特征由图1知，时序电路由组合变换电路、存储电路和对外输出组合电路三部分组成。一般情况下，称存储电路中保存的数据为时序电路的状态；外部输出Z有两种形式，一种是Z只与电路的现态相关，称为Moore型电路，一种是与电路的状态和外部输入相关，称为Mealy型电路。要分析时序电路，很多教材上要写第一步做什么、第二步做什么之类的，这种方法很容易让童鞋们死记硬背，误入歧途，较为合理的方法应该是抓住时序电路的本质，即是什么导致电路状态发生改变？电路的状态如何改变？电路的对外输出是什么规律？这三个问题搞清楚了，画出电路的状态迁移图，根据状态迁移图对其功能进行说明，简单的分析就算完成了。什么导致电路状态发生改变？答：激励方程，即存储电路的输入（激励就是输入，在本课程中特指触发器的输入）电路状态如何改变？答：次态方程，比如J-K触发器和D触发器等，这就需要大家熟记几种典型的触发器的功能特性。当然，后面还会提到一些典型的时序电路逻辑器件如计数器、移位器等，这也需要大家灵活理解并熟记。电路对外的输出是什么规律？答：输出方程，就是一个组合电路，比较简单。综上，只要抓住这三个方程，电路分析不是什么难事，大家只要掌握这个规律，没有分析不了的电路。举例说明根据上面的原理，下面由简单到难，分别举两个例子进行分析。例1：试分析下图所示时序电路，画出X=101101的时序图。图2:例1电路图显然，这时一个同步的Mealy型电路（Z与输入和X和D触发器的状态相关），分别写出输出方程、激励方程和次态方程：图3: 例1的三个方程由此，可以写出电路的次态（状态转移）和输出：图4: 例1的次态和输出表根据输出表，画出电路的状态转移图和波形图，分别入图5和图6所示：图5：例1的状态转移图图6：例1的波形图注：在画波形图时，一定要搞清楚哪是现态，哪是次态，输出是和输入和现态同步变化的（这里指的是理想情况），因此这里的D触发器是上升沿时引起状态变化，所以，要以CP从0跳变到1为界区分现态和次态根据状态转移图，很容易看出，例1中的功能为：当输入为1时，电路状态变化，且当处于0状态时，输入1，输出为1，当处于1状态时，输入1，输出为0；其它输入（即0），电路状态保持不变，且输出为1. 例2: 分析下图的逻辑功能其中的D0的输入为D00*D01 图7: 例2的电路图这个电路的特点是：只有一个CP输入，没有其它输入，也没有输出，只有电路状态的转移。（另外，这四个D触发器的状态组成了电路的状态）因此，这里只需要分析其激励方程和状态转移方程（D触发器的状态转移这里不再赘述）这个电路中每个触发器的激励方程为：图8: 例2的激励方程对于这样的电路，可以口述，假设Q3Q2Q1Q0初态为0000，当一个时钟脉冲来临时，Q3Q2Q1Q0转换为：0001；再来一个时钟脉冲则为：0011，类似进行分析，可以得到其转换状态为：图9: 例2的状态转移表类似这样的电路在后续学习中非常常见，请大家熟悉，并且最好能直接口述或绘制其状态转移图小结对于时序电路分析，抓住核心的三个方程（根据情况），很容易绘制状态转移图和波形图。如有错，请各位批评指正！文／CodingTech著作权归作者所有，转载请联系作者获得授权免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-10-26 关键词：时序数字电路
关于射频电路的那些疑难杂症，你知道如何解决吗？

什么是射频电路板?你知道如何设计吗?射频电路板设计由于在理论上还有很多不确定因素，因此统称为“疑难杂症”。对于初入茅庐的工程师而言，缺乏实战经验，自己独立应变能力较差，本文更适合给刚刚踏入电源行业的工程师，希望有助于工程师们遇到那些“疑难杂症”时，可以从容应对。不过，在实际设计时，真正实用的技巧是当这些准则和法则因各种设计约束而无法准确地实施时如何对它们进行折衷处理。当然，有许多重要的RF设计课题值得讨论，包括阻抗和阻抗匹配、绝缘层材料和层叠板以及波长和驻波等，在全面掌握各类设计原则前提下的仔细规划是一次性成功设计的保证。 RF电路设计的常见问题 1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰如果模拟电路(射频)和数字电路单独工作，可能各自工作良好。但是，一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源(》3 V)之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。由于较大的振幅和较短的切换时间。使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV。因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。显然.如果不能使数字信号与射频信号很好地分离。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。 2、供电电源的噪声干扰射频电路对于电源噪声相当敏感，尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流，这是由于现代微控制器都采用 CMOS工艺制造。因此。假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。如果不采取合适的电源去耦.必将引起电源线上的电压毛刺。如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚，严重时可能导致工作失效。 3、不合理的地线如果RF电路的地线处理不当，可能产生一些奇怪的现象。对于数字电路设计，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，即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。粗略地计算，每毫米长度的电感量约为l nH，433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。 4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰在 PCB电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。例如，许多电路上都有模，数转换(ADC)或数/模转换器(DAC)。射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟淙攵恕R蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。如果ADC输入端的处理不合理，RF信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激。从而引起ADC偏差。一、射频电路布局原则在设计RF布局时，必须优先满足以下几个总原则： (1)尽可能地把高功率RF放大器(HPA)和低噪音放大器(LNA)隔离开来，简单地说，就是让高功率RF发射电路远离低功率RF接收电路; (2)确保PCB板上高功率区至少有一整块地，最好上面没有过孔，当然，铜箔面积越大越好; (3)电路和电源去耦同样也极为重要; (4)RF输出通常需要远离RF输入; (5)敏感的模拟信号应该尽可能远离高速数字信号和RF信; 二、物理分区、电气分区设计分区可以分解为物理分区和电气分区。物理分区主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等问题;电气分区可以继续分解为电源分配、RF走线、敏感电路和信号以及接地等的分区。 1、我们讨论物理分区问题元器件布局是实现一个优秀RF设计的关键，最有效的技术是首先固定位于RF路径上的元器件，并调整其朝向以将RF路径的长度减到最小，使输入远离输出，并尽可能远地分离高功率电路和低功率电路。最有效的电路板堆叠方法是将主接地面(主地)安排在表层下的第二层，并尽可能将RF线走在表层上。将RF路径上的过孔尺寸减到最小不仅可以减少路径电感，而且还可以减少主地上的虚焊点，并可减少RF能量泄漏到层叠板内其他区域的机会。在物理空间上，像多级放大器这样的线性电路通常足以将多个RF区之间相互隔离开来，但是双工器、混频器和中频放大器/混频器总是有多个RF/IF信号相互干扰，因此必须小心地将这一影响减到最小。 2、RF与IF走线应尽可能走十字交叉，并尽可能在它们之间隔一块地正确的RF路径对整块PCB板的性能而言非常重要，这也就是为什么元器件布局通常在手机PCB板设计中占大部分时间的原因。在手机PCB板设计上，通常可以将低噪音放大器电路放在PCB板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最终通过双工器把它们在同一面上连接到RF端和基带处理器端的天线上。需要一些技巧来确保直通过孔不会把RF能量从板的一面传递到另一面，常用的技术是在两面都使用盲孔。可以通过将直通过孔安排在PCB板两面都不受RF干扰的区域来将直通过孔的不利影响减到最小。有时不太可能在多个电路块之间保证足够的隔离，在这种情况下就必须考虑采用金属屏蔽罩将射频能量屏蔽在RF区域内，金属屏蔽罩必须焊在地上，必须与元器件保持一个适当距离，因此需要占用宝贵的PCB板空间。尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要，进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层，而且最好走线层的下面一层PCB是地层。RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去，不过缺口处周围要尽可能地多布一些地，不同层上的地可通过多个过孔连在一起。 3、恰当和有效的芯片电源去耦也非常重要许多集成了线性线路的RF芯片对电源的噪音非常敏感，通常每个芯片都需要采用高达四个电容和一个隔离电感来确保滤除所有的电源噪音。一块集成电路或放大器常常带有一个开漏极输出，因此需要一个上拉电感来提供一个高阻抗RF负载和一个低阻抗直流电源，同样的原则也适用于对这一电感端的电源进行去耦。有些芯片需要多个电源才能工作，因此你可能需要两到三套电容和电感来分别对它们进行去耦处理，电感极少并行靠在一起，因为这将形成一个空芯变压器并相互感应产生干扰信号，因此它们之间的距离至少要相当于其中一个器件的高度，或者成直角排列以将其互感减到最小。 4、电气分区原则大体上与物理分区相同，但还包含一些其它因素手机的某些部分采用不同工作电压，并借助软件对其进行控制，以延长电池工作寿命。这意味着手机需要运行多种电源，而这给隔离带来了更多的问题。电源通常从连接器引入，并立即进行去耦处理以滤除任何来自线路板外部的噪声，然后再经过一组开关或稳压器之后对其进行分配。手机PCB板上大多数电路的直流电流都相当小，因此走线宽度通常不是问题，不过，必须为高功率放大器的电源单独走一条尽可能宽的大电流线，以将传输压降减到最低。为了避免太多电流损耗，需要采用多个过孔来将电流从某一层传递到另一层。此外，如果不能在高功率放大器的电源引脚端对它进行充分的去耦，那么高功率噪声将会辐射到整块板上，并带来各种各样的问题。高功率放大器的接地相当关键，并经常需要为其设计一个金属屏蔽罩。在大多数情况下，同样关键的是确保RF输出远离RF输入。这也适用于放大器、缓冲器和滤波器。在最坏情况下，如果放大器和缓冲器的输出以适当的相位和振幅反馈到它们的输入端，那么它们就有可能产生自激振荡。在最好情况下，它们将能在任何温度和电压条件下稳定地工作。实际上，它们可能会变得不稳定，并将噪音和互调信号添加到RF信号上。如果射频信号线不得不从滤波器的输入端绕回输出端，这可能会严重损害滤波器的带通特性。为了使输入和输出得到良好的隔离，首先必须在滤波器周围布一圈地，其次滤波器下层区域也要布一块地，并与围绕滤波器的主地连接起来。把需要穿过滤波器的信号线尽可能远离滤波器引脚也是个好方法。此外，整块板上各个地方的接地都要十分小心，否则会在引入一条耦合通道。有时可以选择走单端或平衡RF信号线，有关交叉干扰和EMC/EMI的原则在这里同样适用。平衡RF信号线如果走线正确的话，可以减少噪声和交叉干扰，但是它们的阻抗通常比较高，而且要保持一个合理的线宽以得到一个匹配信号源、走线和负载的阻抗，实际布线可能会有一些困难。缓冲器可以用来提高隔离效果，因为它可把同一个信号分为两个部分，并用于驱动不同的电路，特别是本振可能需要缓冲器来驱动多个混频器。当混频器在RF频率处到达共模隔离状态时，它将无法正常工作。缓冲器可以很好地隔离不同频率处的阻抗变化，从而电路之间不会相互干扰。缓冲器对设计的帮助很大，它们可以紧跟在需要被驱动电路的后面，从而使高功率输出走线非常短，由于缓冲器的输入信号电平比较低，因此它们不易对板上的其它电路造成干扰。压控振荡器(VCO)可将变化的电压转换为变化的频率，这一特性被用于高速频道切换，但它们同样也将控制电压上的微量噪声转换为微小的频率变化，而这就给RF信号增加了噪声。 5、要保证不增加噪声必须从以下几个方面考虑首先，控制线的期望频宽范围可能从DC直到2MHz，而通过滤波来去掉这么宽频带的噪声几乎是不可能的;其次，VCO控制线通常是一个控制频率的反馈回路的一部分，它在很多地方都有可能引入噪声，因此必须非常小心处理VCO控制线。要确保RF走线下层的地是实心的，而且所有的元器件都牢固地连到主地上，并与其它可能带来噪声的走线隔离开来。此外，要确保VCO的电源已得到充分去耦，由于VCO的RF输出往往是一个相对较高的电平，VCO输出信号很容易干扰其它电路，因此必须对VCO加以特别注意。事实上，VCO往往布放在RF区域的末端，有时它还需要一个金属屏蔽罩。谐振电路(一个用于发射机，另一个用于接收机)与VCO有关，但也有它自己的特点。简单地讲，谐振电路是一个带有容性二极管的并行谐振电路，它有助于设置VCO工作频率和将语音或数据调制到RF信号上。所有VCO的设计原则同样适用于谐振电路。由于谐振电路含有数量相当多的元器件、板上分布区域较宽以及通常运行在一个很高的RF频率下，因此谐振电路通常对噪声非常敏感。信号通常排列在芯片的相邻脚上，但这些信号引脚又需要与相对较大的电感和电容配合才能工作，这反过来要求这些电感和电容的位置必须靠得很近，并连回到一个对噪声很敏感的控制环路上。要做到这点是不容易的。自动增益控制(AGC)放大器同样是一个容易出问题的地方，不管是发射还是接收电路都会有AGC放大器。AGC放大器通常能有效地滤掉噪声，不过由于手机具备处理发射和接收信号强度快速变化的能力，因此要求AGC电路有一个相当宽的带宽，而这使某些关键电路上的AGC放大器很容易引入噪声。设计AGC线路必须遵守良好的模拟电路设计技术，而这跟很短的运放输入引脚和很短的反馈路径有关，这两处都必须远离RF、IF或高速数字信号走线。同样，良好的接地也必不可少，而且芯片的电源必须得到良好的去耦。如果必须要在输入或输出端走一根长线，那么最好是在输出端，通常输出端的阻抗要低得多，而且也不容易感应噪声。通常信号电平越高，就越容易把噪声引入到其它电路。在所有PCB设计中，尽可能将数字电路远离模拟电路是一条总的原则，它同样也适用于RF PCB设计。公共模拟地和用于屏蔽和隔开信号线的地通常是同等重要的，因此在设计早期阶段，仔细的计划、考虑周全的元器件布局和彻底的布局*估都非常重要，同样应使RF线路远离模拟线路和一些很关键的数字信号，所有的RF走线、焊盘和元件周围应尽可能多填接地铜皮，并尽可能与主地相连。如果RF走线必须穿过信号线，那么尽量在它们之间沿着RF走线布一层与主地相连的地。如果不可能的话，一定要保证它们是十字交叉的，这可将容性耦合减到最小，同时尽可能在每根RF走线周围多布一些地，并把它们连到主地。此外，将并行RF走线之间的距离减到最小可以将感性耦合减到最小。一个实心的整块接地面直接放在表层下第一层时，隔离效果最好，尽管小心一点设计时其它的做法也管用。在PCB板的每一层，应布上尽可能多的地，并把它们连到主地面。尽可能把走线靠在一起以增加内部信号层和电源分配层的地块数量，并适当调整走线以便你能将地连接过孔布置到表层上的隔离地块。应当避免在 PCB各层上生成游离地，因为它们会像一个小天线那样拾取或注入噪音。在大多数情况下，如果你不能把它们连到主地，那么你最好把它们去掉。三、PCB板设计时应注意几个方面 1、电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、地线的布线要认真对待，把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述： (1)、众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 (2)、尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm，最经细宽度可达 0.05～0.07mm，电源线为1.2～2.5 mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) (3)、用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 2、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路)，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题，特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整人PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。 3、信号线布在电(地)层上在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。 4、大面积导体中连接腿的处理在大面积的接地(电)中，常用元器件的腿与其连接，对连接腿的处理需要进行综合的考虑，就电气性能而言，元件腿的焊盘与铜面满接为好，但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如：①焊接需要大功率加热器。②容易造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要，做成十字花焊盘，称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal)，这样，可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。 5、布线中网络系统的作用在许多CAD系统中，布线是依据网络系统决定的。网格过密，通路虽然有所增加，但步进太小，图场的数据量过大，这必然对设备的存贮空间有更高的要求，同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无效的，如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏，通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密合理的网格系统来支持布线的进行。标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm)，所以网格系统的基础一般就定为 0.1英寸(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数，如：0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。四、高频PCB设计技巧和方法 1、传输线拐角要采用45°角，以降低回损 2、要采用绝缘常数值按层次严格受控的高性能绝缘电路板。这种方法有利于对绝缘材料与邻近布线之间的电磁场进行有效管理。 3、要完善有关高精度蚀刻的PCB设计规范。要考虑规定线宽总误差为+/-0.0007英寸、对布线形状的下切(undercut)和横断面进行管理并指定布线侧壁电镀条件。对布线(导线)几何形状和涂层表面进行总体管理，对解决与微波频率相关的趋肤效应问题及实现这些规范相当重要。 4、突出引线存在抽头电感，要避免使用有引线的组件。高频环境下，最好使用表面安装组件。 5、对信号过孔而言，要避免在敏感板上使用过孔加工(pth)工艺，因为该工艺会导致过孔处产生引线电感。 6、要提供丰富的接地层。要采用模压孔将这些接地层连接起来防止3维电磁场对电路板的影响。 7、要选择非电解镀镍或浸镀金工艺，不要采用HASL法进行电镀。 8、阻焊层可防止焊锡膏的流动。但是，由于厚度不确定性和绝缘性能的未知性，整个板表面都覆盖阻焊材料将会导致微带设计中的电磁能量的较大变化。一般采用焊坝(solder dam)来作阻焊层的电磁场。这种情况下，我们管理着微带到同轴电缆之间的转换。在同轴电缆中，地线层是环形交织的，并且间隔均匀。在微带中，接地层在有源线之下。这就引入了某些边缘效应，需在设计时了解、预测并加以考虑。当然，这种不匹配也会导致回损，必须最大程度减小这种不匹配以避免产生噪音和信号干扰。五、电磁兼容性设计电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的是使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干扰。 1、选择合理的导线宽度由于瞬变电流在印制线条上所产生的冲击干扰主要是由印制导线的电感成分造成的，因此应尽量减小印制导线的电感量。印制导线的电感量与其长度成正比，与其宽度成反比，因而短而精的导线对抑制干扰是有利的。时钟引线、行驱动器或总线驱动器的信号线常常载有大的瞬变电流，印制导线要尽可能地短。对于分立元件电路，印制导线宽度在1.5mm左右时，即可完全满足要求;对于集成电路，印制导线宽度可在0.2～1.0mm之间选择。 2、采用正确的布线策略采用平等走线可以减少导线电感，但导线之间的互感和分布电容增加，如果布局允许，最好采用井字形网状布线结构，具体做法是印制板的一面横向布线，另一面纵向布线，然后在交叉孔处用金属化孔相连。 3、有效地抑制串扰为了抑制印制板导线之间的串扰，在设计布线时应尽量避免长距离的平等走线，尽可能拉开线与线之间的距离，信号线与地线及电源线尽可能不交叉。在一些对干扰十分敏感的信号线之间设置一根接地的印制线，可以有效地抑制串扰。 4、为了避免高频信号通过印制导线时产生的电磁辐射，在印制电路板布线时，还应注意以下几点： (1)尽量减少印制导线的不连续性，例如导线宽度不要突变，导线的拐角应大于90度禁止环状走线等。 (2)时钟信号引线最容易产生电磁辐射干扰，走线时应与地线回路相靠近，驱动器应紧挨着连接器。 (3)总线驱动器应紧挨其欲驱动的总线。对于那些离开印制电路板的引线，驱动器应紧紧挨着连接器。 (4)数据总线的布线应每两根信号线之间夹一根信号地线。最好是紧紧挨着最不重要的地址引线放置地回路，因为后者常载有高频电流。 (5)在印制板布置高速、中速和低速逻辑电路时，应按照图1的方式排列器件。 5、抑制反射干扰为了抑制出现在印制线条终端的反射干扰，除了特殊需要之外，应尽可能缩短印制线的长度和采用慢速电路。必要时可加终端匹配，即在传输线的末端对地和电源端各加接一个相同阻值的匹配电阻。根据经验，对一般速度较快的TTL电路，其印制线条长于10cm以上时就应采用终端匹配措施。匹配电阻的阻值应根据集成电路的输出驱动电流及吸收电流的最大值来决定。 6、电路板设计过程中采用差分信号线布线策略布线非常靠近的差分信号对相互之间也会互相紧密耦合，这种互相之间的耦合会减小EMI发射，通常(当然也有一些例外)差分信号也是高速信号，所以高速设计规则通常也都适用于差分信号的布线，特别是设计传输线的信号线时更是如此。这就意味着我们必须非常谨慎地设计信号线的布线，以确保信号线的特征阻抗沿信号线各处连续并且保持一个常数。在差分线对的布局布线过程中，我们希望差分线对中的两个PCB线完全一致。这就意味着，在实际应用中应该尽最大的努力来确保差分线对中的PCB线具有完全一样的阻抗并且布线的长度也完全一致。差分PCB线通常总是成对布线，而且它们之间的距离沿线对的方向在任意位置都保持为一个常数不变。通常情况下，差分线对的布局布线总是尽可能地靠近。以上就是射频电路板解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-21 关键词：模拟电路疑难杂症数字电路
你会布线吗？你知道怎样突破布线水平的瓶颈吗？

你知道怎样突破布线水平的瓶颈吗?对于PCB工程师而言，布线不仅仅耗时还耗力的重要环节，同时也是考验PCB工程师的真实技术水平的环节。想做出一款不错PCB板，布线工作是不容忽视的基础环节，那么，如何突破布线水平瓶颈，还能让PCB布线更完美呢? 1、遵循PCB布线规则这是对PCB设计者最基本的要求，也是基础。PCB布线一般应遵循如下规则： a)印制导线布线层数根据需要确定。布线占用通道比一般应在50%以上; b)根据工艺条件和布线密度，合理选用导线宽度和导线间距，力求层内布线均匀，各层布线密度相近，必要时缺线区应加辅助非功能连接盘或印制导线; c)相邻两层导线应布成相互垂直斜交或弯曲走线，以减小寄生电容; d)印制导线布线应尽可能短，特别是高频信号和高敏感信号线;对时钟等重要信号线，必要时还应考虑等延时布线; e)同层上布设多种电源(层)或地(层)时，分隔间距应不小于1mm; f)对大于5×5mm2的大面积导电图形，应局部开窗口; g)电源层、地层大面积图形与其连接盘之间应进行热隔离设计，如图10所示，以免影响焊接质量; h)其它电路的特殊要求应符合相关规定。 2、电源、地线的处理既使在整个PCB板中的布线完成得都很好，但由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电源、地线的布线要认真对待，把电源、地线所产生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因，现只对降低式抑制噪音作以表述：众所周知的是在电源、地线之间加上去藕电容。尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线>电源线>信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm，最精细宽度可达0.05～0.07mm，电源线为1.2～2.5mm。对数字电路的PCB可用宽的地导线组成一个回路，即构成一个地网来使用，模拟电路的地不能这样使用，用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。 3、数字电路与模拟电路的共地处理现在有许多PCB不再是单一功能电路，而是由数字电路和模拟电路混合构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰的问题，特别是地线上的噪音干扰。数字电路的频率高，模拟电路的敏感度强，对信号线来说，高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件，对地线来说，整个PCB对外界只有一个结点，所以必须在PCB内部进行处理数、模共地的问题，而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连，只是在PCB与外界连接的接口处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接，请注意，只有一个连接点。也有在PCB上不共地的，这由系统设计来决定。 4、信号线布在电源层或地层上在多层印制板布线时，由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多，再多加层数就会造成浪费也会给生产增加一定的工作量，成本也相应增加了，为解决这个矛盾，可以考虑在电源层或地层上进行布线。首先应考虑用电源层，其次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。 5、设计规则检查(DRC) 布线设计完成后，需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则，同时也需确认所制定的规则是否符合印制板生产工艺的需求，一般检查有如下几个方面： a)线与线，线与元件焊盘，线与贯通孔，元件焊盘与贯通孔，贯通孔与贯通孔之间的距离是否合理，是否满足生产要求。 b)电源线和地线的宽度是否合适。电源与地线之间是否紧耦合。在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。 c)对于关键的信号线是否采取了最佳措施，如长度最短，加保护线，输入线及输出线被明显地分开。 d)模拟电路和数字电路部分，是否有各自独立的地线。后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短路。 e)对一些不理想的线形进行修改。 f)在PCB上是否加有工艺线。阻焊是否符合生产工艺的要求，阻焊尺寸是否合适，字符标志是否压在器件焊盘上，以免影响电装质量。 g)多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小，如电源地层的铜箔露出板外，则容易造成短路。以上就是突破布线水平的瓶颈的方法解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-21 关键词：布线模拟电路数字电路
关于共模干扰需要明白这5条定律，你知道吗？

什么是共模干扰?它有什么作用?其实，对于共模干扰的困扰都是来自于实际操作中。而共模干扰往往对系统损伤最大，打比方如大功率电机、断路器或开关，短路，雷击感应等，这些类型大都是外来的共模信号，其脉宽在数百us到s之间，周期最长也是数秒，这样的脉冲持续引起对地的高电压波动，从而损伤系统。但是对于高频共模干扰，从干扰源开始，大部分能量是以辐射的方式作为能量传输途径的，而且这样的共模干扰多产生于系统本身。 1、对接地产品而言，当然希望线缆上传导过来的共模干扰，通过电容或瞬态抑制器件，导向大地或机壳，防止其干扰敏感电路(如CPU)。 2、但对于浮地产品而言，主要通过串联磁环(或增大共模阻抗)，防止共模电压转化为差模电压，干扰敏感电路;其次，要注意PCB的布线，不仅使PCB板的各个电路对其参考地(数字地GND，而非接地产品的机壳地PG)保持零电位，而且在I/O、RST、CS(片选)等关键信号的滤波电路放置。这样，再恶劣的共模干扰也不会对数字电路产生干扰了。 3、第一种方法是泄(但要求有良好的接地或金属机壳)，第二种方法是堵(避免共模骚扰转化为差模干扰，影响电路)。前一种方法，主要用于接地良好的地面设备(如通信基站)，第二种方法，主要用于车载、机载、舰载设备。 4、当然，大家会说第二种方法(浮地)，由于PCB板与大地也存在寄生电容，对高频干扰可能失效。但是对于铁路、电力、工业控制现场来说，主要干扰是变频器、大功率电机、断路器或开关，其产生的干扰主要集中在10MHZ以上。此外，地线干扰(强电短路、雷击反击、谐波、漏电流)，也是极为严重与不稳定的(平时可能高达0.8V)，对于部分关键CPU的工作电压1.2V而言，简直是魔鬼! 5、高频的共模电磁干扰，能量一般不会很大。譬如手机、大功率射频识别(俺见识的最大功率才3W)，由于是高频，铁氧体磁环或磁珠可以吸收，金属机箱(或塑料机箱内的喷涂导电层)，可以完全将其反射或吸收。——现在铁路要求做800~1000M、1.4G~2.1G的辐射抗扰测试(强度高达20V/M)，以及2.1G~2.5G的辐射抗扰测试(强度高达5V/M)，设备几乎不会出现问题。当然，设备要通过CS、ESD、EFT等测试。以上就是共模干扰解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-20 关键词：断路器寄生电容数字电路
如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰，你知道吗？

你知道如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰吗?我们常说的EMC问题，无非是解决电子设备对外辐射干扰，或者如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰的问题。其实学习任何知识都一样，要打好基本功，EMC理论课电磁波、电磁场等。下面整理了EMC工程师常见的兼容性问题、具体解决方法，以供大家做学习笔记。 1、为什么数字电路的地线和电源线上经常会有很大的噪声电压?怎样减小这些噪声电压? 数字电路工作时会瞬间吸取很大的电流，这些瞬变电流流过电源线和地线时，由于电源线和地线电感的存在，会产生较大的反冲电压，这就是观察到的噪声电压。减小这些噪声电压的方法一是减小电源线和地线的电感，如使用网格地、地线面、电源线面等，另一个方法是在电源线上使用适当的解耦电容(储能电容)。 2、在实践中，常见到将多股导线绞起来作为高频导体，据说这样可以减小导线的射频阻抗，这是为什么? 这样增加了导线的表面积，从而减小了高频电阻。 3、电路或线路板电磁兼容性设计时要特别注意关键信号的处理，这里的关键信号指那些信号? 从电磁发射的角度考虑，关键信号线指周期性信号，如本振信号、时钟信号、地址低位信号等;从敏感度的角度考虑，关键信号指对外界电磁干扰很敏感的信号，如低电平模拟信号。 4、怎样防止搭接点出现电化学腐蚀现象? 选择电化学电位接近的金属，或对接触的局部进行环境密封，隔绝电解液。 5、什么是搭接，举出几种搭接的方法。金属构件之间的低阻抗(射频)连接称为搭接，搭接的方式有焊接、铆接、螺钉连接、电磁密封衬垫连接等。 6、请尽可能多的列出降低地线射频阻抗的方法。尽量使用表面积大的导体，以减小高频电流的电阻;尽量使导体短些，以减小电阻和电感;在导体表面镀银，减小表面电阻;多根导体并联，减小电感。 7、为什么在有些进口样机中看到有些地线通过电容或电感接地? 为了使地线系统对于不同频率的信号呈现不同的地线结构。 8、导致地线干扰问题的根本原因是什么? 地线的阻抗是导致地线问题的根本原因，由于地线阻抗的存在，当地线上流过电流时，就会产生电压，形成电位差，而我们在设计电路时，是假设地线上各点电位是相同的，地线电位是整个系统工作的参考电位，实际地线电位与假设条件的不同导致了各种各样的地线问题。 9、在进行电磁干扰问题分析时，往往用什么定义来描述地线? 将地线定义为信号的回流线。 10、当穿过面板的导线很多时，往往使用滤波连接器或滤波阵列板，在安装滤波连接器或滤波阵列板时要注意什么问题? 要在滤波连接器或滤波阵列板与机箱面板之间安装电磁密封衬垫或用导电胶带将缝隙粘起来，防止缝隙处的电磁泄漏。以上就是如何防止设备、电子元件被外界电磁波干扰解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-20 关键词：射频电化学数字电路
关于MOSFET的这些关键指标，你知道吗？

什么是MOSFET?它有什么作用?MOSFET是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。同时也是工程师们利用率最频率最高的器件之一，那么了解MOSFET的关键指标是非常有必要的。各位工程师们你们已经了解全了吗? 本文概括了一些MOSFET的关键指标，这些指标在数据表上是如何表述的，以及你理解这些指标所要用到的清晰图片。像大多数电子器件一样，MOSFET也受到工作温度的影响。所以很重要的一点是了解测试条件，所提到的指标是在这些条件下应用的。还有很关键的一点是弄明白你在“产品简介”里看到的这些指标是“最大”或是“典型”值，因为有些数据表并没有说清楚。电压等级确定MOSFET的首要特性是其漏源电压VDS，或“漏源击穿电压”，这是在栅极短路到源极，漏极电流在250μA情况下，MOSFET所能承受的保证不损坏的最高电压。VDS也被称为“25℃下的绝对最高电压”，但是一定要记住，这个绝对电压与温度有关，而且数据表里通常有一个“VDS温度系数”。你还要明白，最高VDS是直流电压加上可能在电路里存在的任何电压尖峰和纹波。例如，如果你在电压30V并带有100mV、5ns尖峰的电源里使用30V器件，电压就会超过器件的绝对最高限值，器件可能会进入雪崩模式。在这种情况下，MOSFET的可靠性没法得到保证。在高温下，温度系数会显著改变击穿电压。例如，一些600V电压等级的N沟道MOSFET的温度系数是正的，在接近最高结温时，温度系数会让这些MOSFET变得象650V MOSFET。很多MOSFET用户的设计规则要求10%～20%的降额因子。在一些设计里，考虑到实际的击穿电压比25℃下的额定数值要高5%~10%，会在实际设计中增加相应的有用设计裕量，对设计是很有利的。对正确选择MOSFET同样重要的是理解在导通过程中栅源电压VGS的作用。这个电压是在给定的最大RDS(on)条件下，能够确保MOSFET完全导通的电压。这就是为什么导通电阻总是与VGS水平关联在一起的原因，而且也是只有在这个电压下才能保证器件导通。一个重要的设计结果是，你不能用比用于达到RDS(on)额定值的最低VGS还要低的电压，来使MOSFET完全导通。例如，用3.3V微控制器驱动MOSFET完全导通，你需要用在VGS= 2.5V或更低条件下能够导通的MOSFET。导通电阻，栅极电荷，以及“优值系数” MOSFET的导通电阻总是在一个或多个栅源电压条件下确定的。最大RDS(on)限值可以比典型数值高20%～50%。 RDS(on)最大限值通常指的25℃结温下的数值，而在更高的温度下，RDS(on)可以增加30%～150%，如图1所示。由于RDS(on)随温度而变，而且不能保证最小的电阻值，根据RDS(on)来检测电流不是很准确的方法。导通电阻对N沟道和P沟道MOSFET都是十分重要的。在开关电源中，Qg是用在开关电源里的N沟道MOSFET的关键选择标准，因为Qg会影响开关损耗。这些损耗有两个方面影响：一个是影响MOSFET导通和关闭的转换时间;另一个是每次开关过程中对栅极电容充电所需的能量。要牢记的一点是，Qg取决于栅源电压，即使用更低的Vgs可以减少开关损耗。作为一种快速比较准备用在开关应用里MOSFET的方式，设计者经常使用一个单数公式，公式包括表示传导损耗RDS(on)及表示开关损耗的Qg：RDS(on) xQg。这个“优值系数”(FOM)总结了器件的性能，可以用典型值或最大值来比较MOSFET。要保证在器件中进行准确的比较，你需要确定用于RDS(on) 和Qg的是相同的VGS，在公示里典型值和最大值没有碰巧混在一起。较低的FOM能让你在开关应用里获得更好的性能，但是不能保证这一点。只有在实际的电路里才能获得最好的比较结果，在某些情况下可能需要针对每个MOSFET对电路进行微调。额定电流和功率耗散基于不同的测试条件，大多数MOSFET在数据表里都有一个或多个的连续漏极电流。你要仔细看看数据表，搞清楚这个额定值是在指定的外壳温度下(比如TC = 25℃)，或是环境温度(比如TA = 25℃)。这些数值当中哪些是最相关将取决于器件的特性和应用(见图2)。对于用在手持设备里的小型表面贴装器件，关联度最高的电流等级可能是在70℃环境温度下的电流，对于有散热片和强制风冷的大型设备，在TA = 25℃下的电流等级可能更接近实际情况。对于某些器件来说，管芯在其最高结温下能够处理的电流要高于封装所限定的电流水平，在一些数据表，这种“管芯限定”的电流等级是对“封装限定”电流等级的额外补充信息，可以让你了解管芯的鲁棒性。对于连续的功率耗散也要考虑类似的情况，功耗耗散不仅取决于温度，而且取决于导通时间。设想一个器件在TA= 70℃情况下，以PD=4W连续工作10秒钟。构成“连续”时间周期的因素会根据MOSFET封装而变化，所以你要使用数据表里的标准化热瞬态阻抗图，看经过10秒、100秒或10分钟后的功率耗散是什么样的。如图3所示，这个专用器件经过10秒脉冲后的热阻系数大约是0.33，这意味着经过大约10分钟后，一旦封装达到热饱和，器件的散热能力只有1.33W而不是4W，尽管在良好冷却的情况下器件的散热能力可以达到2W左右。实际上，我们可以把MOSFET选型分成四个步骤。第一步：选用N沟道还是P沟道为设计选择正确器件的第一步是决定采用N沟道还是P沟道MOSFET。在典型的功率应用中，当一个MOSFET接地，而负载连接到干线电压上时，该MOSFET就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET，这也是出于对电压驱动的考虑。要选择适合应用的器件，必须确定驱动器件所需的电压，以及在设计中最简易执行的方法。下一步是确定所需的额定电压，或者器件所能承受的最大电压。额定电压越大，器件的成本就越高。根据实践经验，额定电压应当大于干线电压或总线电压。这样才能提供足够的保护，使MOSFET不会失效。就选择MOSFET而言，必须确定漏极至源极间可能承受的最大电压，即最大VDS。知道MOSFET能承受的最大电压会随温度而变化这点十分重要。设计人员必须在整个工作温度范围内测试电压的变化范围。额定电压必须有足够的余量覆盖这个变化范围，确保电路不会失效。设计工程师需要考虑的其他安全因素包括由开关电子设备(如电机或变压器)诱发的电压瞬变。不同应用的额定电压也有所不同;通常，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。第二步：确定额定电流第二步是选择MOSFET的额定电流。视电路结构而定，该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似，设计人员必须确保所选的MOSFET能承受这个额定电流，即使在系统产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下，MOSFET处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定这些条件下的最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。选好额定电流后，还必须计算导通损耗。在实际情况下，MOSFET并不是理想的器件，因为在导电过程中会有电能损耗，这称之为导通损耗。MOSFET在“导通”时就像一个可变电阻，由器件的RDS(ON)所确定，并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算，由于导通电阻随温度变化，因此功率耗损也会随之按比例变化。对MOSFET施加的电压VGS越高，RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说，这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。对便携式设计来说，采用较低的电压比较容易(较为普遍)，而对于工业设计，可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。技术对器件的特性有着重大影响，因为有些技术在提高最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。对于这样的技术，如果打算降低VDS和RDS(ON)，那么就得增加晶片尺寸，从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术，其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。在沟道技术中，晶片中嵌入了一个深沟，通常是为低电压预留的，用于降低导通电阻RDS(ON)。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响，开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。例如，飞兆半导体开发了称为SuperFET的技术，针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤。这种对RDS(ON)的关注十分重要，因为当标准MOSFET的击穿电压升高时，RDS(ON)会随之呈指数级增加，并且导致晶片尺寸增大。SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。这样，SuperFET器件便可在小晶片尺寸，甚至在击穿电压达到600V的情况下，实现理想的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%。而对于最终用户来说，这意味着封装尺寸的大幅减小。第三步：确定热要求选择MOSFET的下一步是计算系统的散热要求。设计人员必须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余量，能确保系统不会失效。在MOSFET的资料表上还有一些需要注意的测量数据;比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大的结温。器件的结温等于最大环境温度加上热阻与功率耗散的乘积(结温=最大环境温度+[热阻×功率耗散])。根据这个方程可解出系统的最大功率耗散，即按定义相等于I2×RDS(ON)。由于设计人员已确定将要通过器件的最大电流，因此可以计算出不同温度下的RDS(ON)。值得注意的是，在处理简单热模型时，设计人员还必须考虑半导体结/器件外壳及外壳/环境的热容量;即要求印刷电路板和封装不会立即升温。雪崩击穿是指半导体器件上的反向电压超过最大值，并形成强电场使器件内电流增加。该电流将耗散功率，使器件的温度升高，而且有可能损坏器件。半导体公司都会对器件进行雪崩测试，计算其雪崩电压，或对器件的稳健性进行测试。计算额定雪崩电压有两种方法;一是统计法，另一是热计算。而热计算因为较为实用而得到广泛采用。不少公司都有提供其器件测试的详情，如飞兆半导体提供了“Power MOSFET Avalanche Guidelines”( Power MOSFET Avalanche Guidelines--可以到Fairchild网站去下载)。除计算外，技术对雪崩效应也有很大影响。例如，晶片尺寸的增加会提高抗雪崩能力，最终提高器件的稳健性。对最终用户而言，这意味着要在系统中采用更大的封装件。第四步：决定开关性能选择MOSFET的最后一步是决定MOSFET的开关性能。影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/ 源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗，因为在每次开关时都要对它们充电。MOSFET的开关速度因此被降低，器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗，设计人员必须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(Eoff)。MOSFET开关的总功率可用如下方程表达：Psw=(Eon+Eoff)×开关频率。而栅极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。基于开关性能的重要性，新的技术正在不断开发以解决这个开关问题。芯片尺寸的增加会加大栅极电荷;而这会使器件尺寸增大。为了减少开关损耗，新的技术如沟道厚底氧化已经应运而生，旨在减少栅极电荷。以上就是MOSFET解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-19 关键词：击穿电压栅极短路数字电路
关于数字电路上升沿和下降沿，你了解多少？

什么是数字电路上升沿和下降沿?你知道吗?数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示。逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。在 TTL 门电路中，把大于 3.5 伏的电压规定为逻辑高电平，用数字 1 表示;把电压小于 0.3 伏的电压规定为逻辑低电平，用数字 0 表示。数字电平从 0 变为 1 的那一瞬间叫作上升沿，从 1 到 0 的那一瞬间叫作下降沿。上升沿就是指某个点的电位由低电位变成高电位的瞬间，采集的一个点动动作。例如你有一个带自锁的 DC36V 的接触器，当接触器启动时，电压一下子从 0V 变为 36V，并且一直处于 36V 接通状态。但上升沿只是在接触器接通的瞬间(一个扫描周期)，接通一下，然后就断开了，差不多相当于接通瞬间的点动按钮。比如矩形波，从 0->1 时，为上升沿;1->0 时，为下降沿。上升沿示意图在你需要某个信号为 ON，而又不希望该信号的常 ON(或 OFF)状态影响你使用时，可用上升沿和下降沿指令。如图 1 所示，上升沿就是从 0 变成 1 中间的过程，下降沿就是从 1 变成 0 中间的过程。图 1 图 2 所示，A 为上升沿，B 为下降沿，这是电子里的普通方波。图 2 上升沿就是在这个逻辑信号从 0 变为 1 的第一个周期时，是接通的，以后的扫面周期就断开了。直到这个逻辑从 1 变成 0 (其实就是下降沿了)，再次从 0 变成 1 时又接通一个扫描周期。上升沿和下降沿的作用上升下降沿就是使用开关从 0 到 1 闭合时，或从 1 到 0 开关断开时，发出一个动作一个扫描周期的脉冲信号，应用范围比较广泛。但是上升下降沿在西门子 300 等 plc 编程时，不能使用临时变量，这个一定要注意。西门子 200 的 P 指令就相对于三菱的 PLS 上升微分指令，N 指令就相对于 PLF 下降沿微分指令。使用道理是一样的。用途：如果设备运行的状态为开关量输入，上升沿则表示设备开始启动，下降沿则表示设备停机。按钮为开关量输入，按下为上升沿，释放为下降沿。结论：上升沿，常开到闭合触发的瞬间执行;下降沿，常闭到断开的瞬间执行。上升沿就像点动启动按钮，下降沿就像点动停止按钮。 Q&A (1)三菱 plc，使用上升沿脉冲启动，跟使用下降沿脉冲启动有何区别? 是有区别的，上升沿是指按键一按下的那一瞬间就控制输出(不管松不松开);而下降沿是指按键松开的那一瞬间才控制输出，如果按下按键一直不松开那就一没有动作。 (2)PLC 程序为什么上升沿和下降沿同时得电? 上升沿是信号接通的瞬间，下降沿是信号断开的瞬间。如果你的信号是点动信号接通停留的时间很短，所以上升沿和下降沿接近同时接通。 (3)plc 上升和下降沿指令是什么时候产生的? 当你的开关按下(也就是电路闭合)的一瞬间产生的脉冲就是上升沿脉冲，而当你的开关弹起(也就是电路断开)的一瞬间产生的脉冲就是下降沿脉冲。以上就是数字电路上升沿和下降沿解析，希望能给大家帮助。

时间：2020-10-17 关键词：上升沿下降沿数字电路
你用啥不好，非要用0.1uF电容？

滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上，可以看到各种各样不同容值的电容，比如：100uF、10uF、100nF、10nF等，那么这些参数是如何确定的? 在50Hz工频电路中，使用的是普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标。衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段，用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子，提高了电容器承受大电流的能力。数字电路要运行稳定可靠，电源一定要”干净“，并且能量补充一定要及时，也就是滤波去耦一定要好。什么是滤波去耦，简单的说就是在芯片不需要电流的时候存储能量，在你需要电流的时候我又能及时的补充能量。不要跟我说这个职责不是DCDC、LDO的吗？对，在低频的时候它们可以搞定，但高速的数字系统就不一样了。先来看看电容，电容的作用简单的说就是存储电荷，我们都知道在电源中要加电容滤波，在每个芯片的电源脚放置一个0.1uF的电容去耦。等等，怎么我看到有些板子芯片的电源脚旁边的电容是0.1uF的或者0.01uF的，有什么讲究吗？要搞懂这个道道就要了解电容的实际特性，理想的电容它只是一个电荷的存储器，即C。而实际制造出来的电容却不是那么简单的，分析电源完整性的时候我们常用的电容模型如下图所示。图中ESR是电容的串联等效电阻，ESL是电容的串联等效电感，C才是真正的理想电容。 ESR和ESL是由电容的制造工艺和材料决定的，没法消除，那这两个东西对电路有什么影响。 ESR影响电源的纹波，ESL影响电容的滤波频率特性。我们知道电容的容抗Zc=1/ωC，电感的感抗Zl=ωL,(ω=2πf)，实际电容的复阻抗为Z=ESR+jωL-1/jωC=ESR+j2πfL-1/j2πfC。可见当频率很低的时候是电容起作用，而频率高到一定的时候电感的作用就不可忽视了，再高的时候电感就起主导作用了，电容就失去滤波的作用了。所以记住，高频的时候电容就不是单纯的电容了，实际电容的滤波曲线如下图所示：上面说了电容的等效串联电感是电容的制造工艺和材料决定的，实际的贴片陶瓷电容的ESL从零点几nH到几个nH，封装越小ESL就越小。从上面电容的滤波曲线上我们还看出并不是平坦的，它像一个’V’，也就是说有选频特性，在时候我们希望它是越平越好(前级的板级滤波)，而有时候希望它越越尖越好(滤波或陷波)。影响这个特性的是电容的品质因素Q，Q=1/ωCESR，ESR越大，Q就越小，曲线就越平坦，反之ESR越小，Q就越大，曲线就越尖。通常钽电容和铝电解有比较小的ESL，而ESR大，所以钽电容和铝电解具有很宽的有效频率范围，非常适合前级的板级滤波。也就是在DCDC或者LDO的输入级常常用较大容量的钽电容来滤波。而在靠近芯片的地方放一些10uF和0.1uF的电容来去耦，陶瓷电容有很低的ESR。说了那么多，那到底我们在靠近芯片的管脚处放置0.1uF还是0.01uF，下面列出来给大家参考：频率范围hz 电容取值 DC-100K 10uF以上的钽电容或铝电解 100K-10M 100nF(0.1uF)陶瓷电容 10M-100M 10nF(0.01uF)陶瓷电容 >100M 1nF(0.001uF)陶瓷电容所以，以后不要见到什么都放0.1uF的电容，有些高速系统中这些0.1uF的电容根本就起不了作用。 -END- 来源 | 巧学数模电单片机 | 整理文章为传播相关技术，版权归原作者所有 | | 如有侵权，请联系删除 | 【1】还不懂PWM和PFM？轻松搞定这两个电源设计概念！【2】必看！什么是PCB回流？又该如何解决？【3】成功设计符合EMC/EMI 要求的十个技巧【4】电路保护的意义是什么？常用的器件有哪些？【5】PCB与FPC之间有什么区别？你都知道吗？免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-09-29 关键词：滤波数字电路
必看！什么是PCB回流？又该如何解决？

一、回流的基本概念数字电路的原理图中，数字信号的传播是从一个逻辑门向另一个逻辑门，信号通过导线从输出端送到接收端，看起来似乎是单向流动的，许多数字工程师因此认为回路通路是不相关的，毕竟，驱动器和接收器都指定为电压模式器件，为什么还要考虑电流呢? 实际上，基本电路理论告诉我们，信号是由电流传播的，明确的说，是电子的运动，电子流的特性之一就是电子从不在任何地方停留，无论电流流到哪里，必然要回来，因此电流总是在环路中流动，电路中任意的信号都以一个闭合回路的形式存在。对于高频信号传输，实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。二、回流的影响数字电路通常借助于地和电源平面来完成回流。高频信号和低频信号的回流通路是不相同的，低频信号回流选择阻抗路径，高频信号回流选择感抗的路径。当电流从信号的驱动器出发，流经信号线，注入信号的接收端，总有一个与之方向相反的返回电流：从负载的地引脚出发，经过敷铜平面，流向信号源，与流经信号线上的电流构成闭合回路。这种流经敷铜平面的电流所引起的噪声频率与信号频率相当，信号频率越高，噪声频率越高。逻辑门不是对的输入信号响应，而是对输入信号和参考引脚间的差异进行响应。单点终结的电路对引入信号和其逻辑地参考平面的差异做出反应，因此地参考平面上的扰动和信号路径上的干扰是同样重要的。逻辑门对输入引脚和指定的参考引脚进行响应，我们也不清楚到底哪个是所指定的参考引脚(对于TTL，通常是负电源，对于ECL通常是正电源，但是并不是全都如此)，就这个性质而言，差分信号的抗干扰能力就能对地弹噪声和电源平面滑动具有良好的效果。当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU的数据总线、地址总线等)，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线，由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声(SSN)，在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。而当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大，因此，我们对数字芯片的切换状态进行分析，采取措施控制回流方式，达到减小环绕区域，辐射程度的目的。实例解释： IC1为信号输出端，IC2为信号输入端(为简化PCB模型，假定接收端内含下接电阻)，第三层为地层。IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。 TOP层右上角为一块电源平面，接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容。图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。在低频时，如果S1端输出高电平，整个电流回路是电源经导线接到VCC电源平面，然后经橙色路径进入IC1，然后从S1端出来，经第二层的导线经R1端进入IC2，然后进入GND层，经红色路径回到电源负极。在高频时，PCB所呈现的分布特性会对信号产生很大影响。我们常说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题。当S1到R1的信号线中有增大的电流时，外部的磁场变化很快，会使附近的导体感应出一个反向的电流，如果第三层的地平面是完整的地平面的话，那么会在地平面上产生一个蓝色虚线标示的电流，如果TOP层有一个完整的电源平面的话，也会在TOP层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有的电流回路，向外辐射的能量，耦合外部信号的能力也。(高频时的趋肤效应也是向外辐射能量，原理是一样的。) 由于高频信号电平和电流变化都很快，但是变化周期短，需要的能量并不是很大，所以芯片是和离芯片近的退耦电容取电的。当C1足够大，而且反应又足够快(有很低的ESR值，通常用瓷片电容。瓷片电容的ESR远低于钽电容。)，位于顶层的橙色路径和位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流，但不是与图示信号对应的电流)。因此，按图中构造的环境，电流的整个通路是：由C1的正极→IC1的VCC→S1→L2信号线→R1→IC2的 GND→过孔→GND层的黄色路径→过孔→电容负极。可以看到，电流的垂直方向有一个棕色的等效电流，中间会感应出磁场，同时，这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信号为一条时钟信号，并行有一组8bit的数据线，由同一芯片的同一电源供电，电流回流途径是相同的。如果数据线电平同时同向翻转的话，会使时钟上感应一个很大的反向电流，如果时钟线没有良好的匹配的话，这个串扰足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰的强度不是和干扰源的高低电平的成正比，而是和干扰源的电流变化速率成正比，对于一个纯阻性的负载来说，串扰电流正比于： dI/dt=dV /(T?10%-90%*R) 式中的dI/dt (电流变化速率)、dV(干扰源的摆幅)和R(干扰源负载)都是指干扰源的参数(如果是容性负载的话，dI/dt是与T?10%-90%的平方成反比的)。从式中可以看出，低频的信号未必比高速信号的串扰小。也就是我们说的：1KHz的信号未必是低速信号，要综合考虑沿的情况。对于沿很陡的信号，是包含很多谐波成分的，在各倍频点都有很大的振幅。因此，在选器件的时候也要注意一下，不要一味选开关速度快的芯片，不仅成本高，还会增加串扰以及EMC问题。任何相邻的电源层或其它的平面，只要在信号两端有合适的电容提供一个到GND的低电抗通路，那么这个平面就可以作为这个信号的回流平面。在平常的应用中，收发对应的芯片IO电源往往是一致的，而且各自的电源与地之间一般都有0.01-0.1uF的退耦电容，而这些电容也恰恰在信号的两端，所以该电源平面的回流效果是仅次于地平面的。而借用其他的电源平面做回流的话，往往不会在信号两端有到地的低电抗通路。这样，在相邻平面感应出的电流就会寻找近的电容回到地。如果这个“近的电容”离始端或终端很远的话，这个回流也要经过“长途跋涉”才能形成一个完整的回流通路，而这个通路也是相邻信号的回流通路，这个相同的回流通路和共地干扰的效果是一样的，等效为信号之间的串扰。对于一些无法避免的跨电源分割的情况，可以在跨分割的地方跨接电容或RC串联构成的高通滤波器(如10欧电阻串680p电容，具体的值要依自己的信号类型而定，即要提供高频回流通路，又要隔离相互平面间的低频串扰)。这样可能会涉及到在电源平面之间加电容的问题，似乎有点滑稽，但肯定是有效的。如果一些规范上不允许的话，可以在分割处两平面分别引电容到地。对于借用其它平面做回流的情况，能在信号两端适当增加几个小电容到地，提供一个回流通路。但这种做法往往难以实现。因为终端附近的表层空间大多都给匹配电阻和芯片的退耦电容占据了。回流噪声是参考平面上的噪声主要的之一。因此有必要研究一下返回电流的路径和流经范围。三、回流路径理论知识下图中是印制板中的一条线路，在导线上有电流通过，通常，我们只看到了敷在表面的用于传输信号的导线，从驱动端到接收端，实际上，电流总是在环路上才能流动，传输线是我们可以看到的，而电流回流的途径通常是不可见的，他们通常借助于地平面和电源平面流回来，由于没有物理线路，回路途径变得难于估计，要对他们进行控制有一定的难度。如图3.1所示， PCB板上每条导线和其回路构成一个电流环路，根据电磁辐射原理，当突变的电流流过电路中的导线环路时，将在空间产生电磁场，并对其他导线造成影响，这就是我们通常所说的辐射，为了减少辐射的影响，首先应该了解辐射的基本原理和与辐射强度有关的参数。图3.1 印制板上的差模辐射这些环路相当于正在工作的小天线，向空间辐射磁场。我们用小环天线产生的辐射来模拟它，设电流为I,面积为S的小环，在自由空间为r的远场测得的电场强度为： E――电场 f――频率 S――面积 I――电流 r――距离式3.1适用于放置在自由空间且表面无反射的小环，实际上我们的产品是在地面进行而非自由空间，附近地面的反射会使测得的辐射增加6dB，考虑到这一点，式3.1必须乘2，如果对地面反射加以修正并假设为辐射方向，则式3.1为由式3.2知，辐射与环路电流和环面积成正比，与电流频率的平方成正比。印刷电路板中返回电流的路径是与电流的频率密切相关的。根据电路基本知识，直流或低频电流总是流向阻抗的方向;而高频的电流在电阻一定的情况下，总是流向感抗的方向。如果不考虑过孔在敷铜平面上形成的孔、沟的影响，阻抗的路径，也就是低频电流的路径，是由地敷铜平面上的弧形线组成，如图3.2。每根弧线上的电流的密度与此弧线上的电阻率有关。图3.2 PCB敷铜平面上高频电流路径对传输线来说，感抗的返回路径，也就是高频电流返回路径，就在信号布线的正下方的敷铜平面上，如图3.3。这样的返回路径使得整个回路包围的空间面积，也就使得此信号形成的环形天线向空间辐射的磁场强度(或接收空间辐射的能力)。对于比较长、直的布线，可以看作理想的传输线。在其上传播的信号返回电流流经范围是以信号布线为中心轴的带状区域，距离信号布线中心轴距离越远，电流密度越小，如图3.3。这一关系近似满足式3.3 [4]：式3.3 其中，为原始信号电流，单位为“A，安培”; 为信号布线与敷铜平面的距离，单位为“in.，英寸”; 为敷铜平面上的点到信号线的垂直距离，单位为“in.，英寸”; 是这一点上的电流密度，单位为“A/in.，安培每英寸”。2.1 器件选型图3.3 传输线返回电流密度分布图根据式3.3，表3.1列出了流经以传输线中心为中心，宽度为的带状区域内的返回电流占所有返回电流的百分比。假设英寸，则经过距离传输线0.035英寸以外的区域返回的电流只占所有返回电流的13%，具体分到传输线的一侧只有6.5%，而且密度很小。因此可以忽略不计。小结： 1、当信号布线下方具有连续、致密、完整的敷铜平面时，信号返回电流对敷铜平面的噪声干扰是局部的。因此，只要遵循布局、布线局部化的原则，即人为地拉开数字信号线、数字器件与模拟信号线、模拟器件之间的距离到一定程度，可以大幅度降低数字信号返回电流对模拟电路的干扰。 2、高频瞬态返回电流，经由与信号走线紧邻的平面(地平面或电源平面)回流到驱动端。驱动器信号走线的终端负载，跨接在信号走线和与信号走线紧邻的平面(地平面或电源平面)之间。 3、当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大。因此，我们通过控制回流路径，可以使得环绕区域，从而控制辐射程度。 4、回流问题的解决方法在PCB板上引起回流问题通常有三个方面：芯片互连，铜面切割，过孔跳跃。下面具体对这些因素进行分析。 4.1 芯片互连引起的回流问题当数字电路工作时，将发生高、低电压之间的转换，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线。对于数字器件而言，它引脚输入电阻可以认为无穷大，相当于开路(即下图中的i=0)，事实上，回路电流是通过芯片与电源和地平面产生的分布电容和分布电感来返回的。以下以集电极输出电路作为输出信号的内部电路为例进行分析。 4.1.1 驱动端从低电平变化到高电平。当输出信号由低电平跳变为高电平时，相当于输出引脚对传输线输出一个电流，由于输入电阻无穷大，我们认为对于芯片而言，没有电流从输入管腿上流入即，那么，这个电流必须返回到输出芯片的电源管腿上。 ① 信号走线与电源平面紧邻驱动端对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端; 高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到驱动器的输出端，返回电流直接通过电源平面，从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。 ② 信号走线与地平面紧邻驱动器对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端。高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到驱动器的输出端，返回电流必须借助在驱动器输出端的电源平面和地平面的耦合电容，从地平面跨越到电源平面，再从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。 4.1.2 驱动端从高电平变化到低电平，相当于输出引脚吸收传输线上的电流。 ① 信号走线与电源平面紧邻负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，并通过在驱动器地管脚附近的电源平面和地平面耦合电容，跨越到电源平面，返回负载端。高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到负载端，构成电流环路。 ② 信号走线与地平面紧邻负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，返回负载端;高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到负载端，构成电流环路。在驱动器的输出管脚、地管脚附近，应当布放电源平面和地平面的耦合电容，为返回电流提供返回通路，否则，返回电流将寻找近的电源平面和地平面的耦合途径进行回流(使得回流途径难以预知和控制，从而对其他走线造成串扰)。 4.2 覆铜切割造成的回流问题解决办法地平面和电源平面可以减少电阻引起的电压损失。如图所示，回路电流经过地流回，由于电阻R1的存在，势必在1和2点产生电压降，电阻越大，压降越大，引起对地电平的不一致，如果有地层，可视为线宽无限大，电阻很小的信号线。回路电流总是从靠近信号的地层上流过，当地层不止一层时，如果信号处于两层地平面之间而两者又完全相同时，回路电流将等分在两个平面上通过。 4.2.1 在布局、布线局部化的条件下：数字地平面与模拟地平面公用同一块敷铜平面，即对数字地与模拟地不加区分，数字电路本身的噪声并不会给模拟电路系统带来额外的噪声。 4.2.2 在数字、模拟混合电路系统中：数字地与模拟地的共地点选择在板外，即两敷铜平面完全独立，使得数字电路与模拟电路之间的信号线不具备传输线的特征，给系统带来严重的信号完整性问题。数字电路与模拟电路采用同一个电源系统，地平面不加分割，在数字、模拟混合电路系统的设计中，在布局模块化、布线局部化的基础上，数字电路模块和模拟电路模块公用一个完整的、不加分割的电压参考平面，不但不会增大数字电路对模拟电路的干扰，由于消除了信号线“跨沟”问题，能够大幅度降低信号间的串扰和系统的地弹噪声，提高了前端模拟电路的。 4.3 过孔造成的回流问题解决办法在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔. 过孔对回流的影响有两种：一是过孔形成沟槽阻断回流，二是过孔造成的回流跳层流动。 4.3.1 过孔形成的沟槽在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔，如果过孔在电源或地平面排列比较密集，有时候会出现许多过孔连成一片的情况，形成所谓的沟，如图所示。首先，我们应该对这种情况进行分析，看看是否回流需要经过沟槽，如果信号的回流无需经过沟槽，就不会对回流造成阻碍影响。如果回路电路要绕过这条沟返回，形成的天线效应将急剧增加，对周边信号产生干扰。通常我们可以在涂敷数据生成后，对过孔过密而形成沟槽的地方加以调整，使过孔之间留有一定的距离。 4.3.2 过孔形成的跳层现象下面我们以六层板为例进行分析。该六层板有两个涂敷层，第二层为地层，第五层为电源层. 因此表层和第三层的信号回流主要在地层;底层和第四层的回流主要在电源层，换层布线时有以下六种可能：表层第三层，表层第四层，表层底层，第三层第四层，第三层底层，第四层底层。这六种可能的情况根据其回路电流的情况可以分为两大类：回路电流在同一层上和在不同层上流动的情况，即是否有跳层现象。 A、回路电流在同一层上流动的情况包括表层第三层、第四层底层，如图所示。在这种情况下，回路电流都在同一层上流动，但是，由静电感应原理可知，处于电场中的完整的导体，其内部电场强度为零，所有的电流均在导体表面流动，地平面和电源平面实际上就是这样一个导体。我们使用的过孔均为通孔，这些过孔经过电源和地平面时留下的孔洞就给涂敷层上下表面的电流的流通通过了路径，因此，这些信号线的回流途径是很好的，无需采用措施来改善。 B、回路电流在不同层上流动的情况包括表层第四层、表层底层、第三层第四层、第三层底层。下面以表层底层和第三层第四层为例，分析其回流情况。具有跳层现象的信号，需要其在过孔密集区附近增加一些旁路电容，通常为0.1uf的磁片电容，用来提供一个回流通路的。 -END- | 整理文章为传播相关技术，版权归原作者所有 | | 如有侵权，请联系删除 | 【1】必备！最全电路基础知识讲解【2】51单片机时钟电路原理【3】天天在用的ADC，内部原理你了解吗？【4】一文看懂亚太四大半导体市场的崛起【5】讲解的真牛逼！视频告诉你开关电源原理免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-09-28 关键词： PCB 数字电路
关于PCB回流，看这一篇就够了！

一、回流的基本概念数字电路的原理图中，数字信号的传播是从一个逻辑门向另一个逻辑门，信号通过导线从输出端送到接收端，看起来似乎是单向流动的，许多数字工程师因此认为回路通路是不相关的，毕竟，驱动器和接收器都指定为电压模式器件，为什么还要考虑电流呢? 实际上，基本电路理论告诉我们，信号是由电流传播的，明确的说，是电子的运动，电子流的特性之一就是电子从不在任何地方停留，无论电流流到哪里，必然要回来，因此电流总是在环路中流动，电路中任意的信号都以一个闭合回路的形式存在。对于高频信号传输，实际上是对传输线与直流层之间包夹的介质电容充电的过程。二、回流的影响数字电路通常借助于地和电源平面来完成回流。高频信号和低频信号的回流通路是不相同的，低频信号回流选择阻抗路径，高频信号回流选择感抗的路径。当电流从信号的驱动器出发，流经信号线，注入信号的接收端，总有一个与之方向相反的返回电流：从负载的地引脚出发，经过敷铜平面，流向信号源，与流经信号线上的电流构成闭合回路。这种流经敷铜平面的电流所引起的噪声频率与信号频率相当，信号频率越高，噪声频率越高。逻辑门不是对的输入信号响应，而是对输入信号和参考引脚间的差异进行响应。单点终结的电路对引入信号和其逻辑地参考平面的差异做出反应，因此地参考平面上的扰动和信号路径上的干扰是同样重要的。逻辑门对输入引脚和指定的参考引脚进行响应，我们也不清楚到底哪个是所指定的参考引脚(对于TTL，通常是负电源，对于ECL通常是正电源，但是并不是全都如此)，就这个性质而言，差分信号的抗干扰能力就能对地弹噪声和电源平面滑动具有良好的效果。当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU的数据总线、地址总线等)，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线，由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声(SSN)，在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。而当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大，因此，我们对数字芯片的切换状态进行分析，采取措施控制回流方式，达到减小环绕区域，辐射程度的目的。实例解释： IC1为信号输出端，IC2为信号输入端(为简化PCB模型，假定接收端内含下接电阻)，第三层为地层。IC1和IC2的地均来自于第三层地层面。 TOP层右上角为一块电源平面，接到电源正极。C1和C2分别为IC1、IC2的退耦电容。图上所示的芯片的电源和地脚均为发、收信号端的供电电源和地。在低频时，如果S1端输出高电平，整个电流回路是电源经导线接到VCC电源平面，然后经橙色路径进入IC1，然后从S1端出来，经第二层的导线经R1端进入IC2，然后进入GND层，经红色路径回到电源负极。在高频时，PCB所呈现的分布特性会对信号产生很大影响。我们常说的地回流就是高频信号中经常要遇到的一个问题。当S1到R1的信号线中有增大的电流时，外部的磁场变化很快，会使附近的导体感应出一个反向的电流，如果第三层的地平面是完整的地平面的话，那么会在地平面上产生一个蓝色虚线标示的电流，如果TOP层有一个完整的电源平面的话，也会在TOP层有一个沿蓝色虚线的回流。此时信号回路有的电流回路，向外辐射的能量，耦合外部信号的能力也。(高频时的趋肤效应也是向外辐射能量，原理是一样的。) 由于高频信号电平和电流变化都很快，但是变化周期短，需要的能量并不是很大，所以芯片是和离芯片近的退耦电容取电的。当C1足够大，而且反应又足够快(有很低的ESR值，通常用瓷片电容。瓷片电容的ESR远低于钽电容。)，位于顶层的橙色路径和位于GND层的红色路径可以看成是不存在的(存在一个和整板供电对应的电流，但不是与图示信号对应的电流)。因此，按图中构造的环境，电流的整个通路是：由C1的正极→IC1的VCC→S1→L2信号线→R1→IC2的 GND→过孔→GND层的黄色路径→过孔→电容负极。可以看到，电流的垂直方向有一个棕色的等效电流，中间会感应出磁场，同时，这个环面也能很容易的耦合到外来的干扰。如果和图中信号为一条时钟信号，并行有一组8bit的数据线，由同一芯片的同一电源供电，电流回流途径是相同的。如果数据线电平同时同向翻转的话，会使时钟上感应一个很大的反向电流，如果时钟线没有良好的匹配的话，这个串扰足以对时钟信号产生致命影响。这种串扰的强度不是和干扰源的高低电平的成正比，而是和干扰源的电流变化速率成正比，对于一个纯阻性的负载来说，串扰电流正比于： dI/dt=dV /(T?10%-90%*R) 式中的dI/dt (电流变化速率)、dV(干扰源的摆幅)和R(干扰源负载)都是指干扰源的参数(如果是容性负载的话，dI/dt是与T?10%-90%的平方成反比的)。从式中可以看出，低频的信号未必比高速信号的串扰小。也就是我们说的：1KHz的信号未必是低速信号，要综合考虑沿的情况。对于沿很陡的信号，是包含很多谐波成分的，在各倍频点都有很大的振幅。因此，在选器件的时候也要注意一下，不要一味选开关速度快的芯片，不仅成本高，还会增加串扰以及EMC问题。任何相邻的电源层或其它的平面，只要在信号两端有合适的电容提供一个到GND的低电抗通路，那么这个平面就可以作为这个信号的回流平面。在平常的应用中，收发对应的芯片IO电源往往是一致的，而且各自的电源与地之间一般都有0.01-0.1uF的退耦电容，而这些电容也恰恰在信号的两端，所以该电源平面的回流效果是仅次于地平面的。而借用其他的电源平面做回流的话，往往不会在信号两端有到地的低电抗通路。这样，在相邻平面感应出的电流就会寻找近的电容回到地。如果这个“近的电容”离始端或终端很远的话，这个回流也要经过“长途跋涉”才能形成一个完整的回流通路，而这个通路也是相邻信号的回流通路，这个相同的回流通路和共地干扰的效果是一样的，等效为信号之间的串扰。对于一些无法避免的跨电源分割的情况，可以在跨分割的地方跨接电容或RC串联构成的高通滤波器(如10欧电阻串680p电容，具体的值要依自己的信号类型而定，即要提供高频回流通路，又要隔离相互平面间的低频串扰)。这样可能会涉及到在电源平面之间加电容的问题，似乎有点滑稽，但肯定是有效的。如果一些规范上不允许的话，可以在分割处两平面分别引电容到地。对于借用其它平面做回流的情况，能在信号两端适当增加几个小电容到地，提供一个回流通路。但这种做法往往难以实现。因为终端附近的表层空间大多都给匹配电阻和芯片的退耦电容占据了。回流噪声是参考平面上的噪声主要的之一。因此有必要研究一下返回电流的路径和流经范围。三、回流路径理论知识下图中是印制板中的一条线路，在导线上有电流通过，通常，我们只看到了敷在表面的用于传输信号的导线，从驱动端到接收端，实际上，电流总是在环路上才能流动，传输线是我们可以看到的，而电流回流的途径通常是不可见的，他们通常借助于地平面和电源平面流回来，由于没有物理线路，回路途径变得难于估计，要对他们进行控制有一定的难度。如图3.1所示， PCB板上每条导线和其回路构成一个电流环路，根据电磁辐射原理，当突变的电流流过电路中的导线环路时，将在空间产生电磁场，并对其他导线造成影响，这就是我们通常所说的辐射，为了减少辐射的影响，首先应该了解辐射的基本原理和与辐射强度有关的参数。图3.1 印制板上的差模辐射这些环路相当于正在工作的小天线，向空间辐射磁场。我们用小环天线产生的辐射来模拟它，设电流为I,面积为S的小环，在自由空间为r的远场测得的电场强度为： E――电场 f――频率 S――面积 I――电流 r――距离式3.1适用于放置在自由空间且表面无反射的小环，实际上我们的产品是在地面进行而非自由空间，附近地面的反射会使测得的辐射增加6dB，考虑到这一点，式3.1必须乘2，如果对地面反射加以修正并假设为辐射方向，则式3.1为由式3.2知，辐射与环路电流和环面积成正比，与电流频率的平方成正比。印刷电路板中返回电流的路径是与电流的频率密切相关的。根据电路基本知识，直流或低频电流总是流向阻抗的方向;而高频的电流在电阻一定的情况下，总是流向感抗的方向。如果不考虑过孔在敷铜平面上形成的孔、沟的影响，阻抗的路径，也就是低频电流的路径，是由地敷铜平面上的弧形线组成，如图3.2。每根弧线上的电流的密度与此弧线上的电阻率有关。图3.2 PCB敷铜平面上高频电流路径对传输线来说，感抗的返回路径，也就是高频电流返回路径，就在信号布线的正下方的敷铜平面上，如图3.3。这样的返回路径使得整个回路包围的空间面积，也就使得此信号形成的环形天线向空间辐射的磁场强度(或接收空间辐射的能力)。对于比较长、直的布线，可以看作理想的传输线。在其上传播的信号返回电流流经范围是以信号布线为中心轴的带状区域，距离信号布线中心轴距离越远，电流密度越小，如图3.3。这一关系近似满足式3.3 [4]：式3.3 其中，为原始信号电流，单位为“A，安培”; 为信号布线与敷铜平面的距离，单位为“in.，英寸”; 为敷铜平面上的点到信号线的垂直距离，单位为“in.，英寸”; 是这一点上的电流密度，单位为“A/in.，安培每英寸”。2.1 器件选型图3.3 传输线返回电流密度分布图根据式3.3，表3.1列出了流经以传输线中心为中心，宽度为的带状区域内的返回电流占所有返回电流的百分比。假设英寸，则经过距离传输线0.035英寸以外的区域返回的电流只占所有返回电流的13%，具体分到传输线的一侧只有6.5%，而且密度很小。因此可以忽略不计。小结： 1、当信号布线下方具有连续、致密、完整的敷铜平面时，信号返回电流对敷铜平面的噪声干扰是局部的。因此，只要遵循布局、布线局部化的原则，即人为地拉开数字信号线、数字器件与模拟信号线、模拟器件之间的距离到一定程度，可以大幅度降低数字信号返回电流对模拟电路的干扰。 2、高频瞬态返回电流，经由与信号走线紧邻的平面(地平面或电源平面)回流到驱动端。驱动器信号走线的终端负载，跨接在信号走线和与信号走线紧邻的平面(地平面或电源平面)之间。 3、当印制板上的电源线和接地线的环绕区域越大时，它们的辐射能量也就越大。因此，我们通过控制回流路径，可以使得环绕区域，从而控制辐射程度。 4、回流问题的解决方法在PCB板上引起回流问题通常有三个方面：芯片互连，铜面切割，过孔跳跃。下面具体对这些因素进行分析。 4.1 芯片互连引起的回流问题当数字电路工作时，将发生高、低电压之间的转换，这就引起瞬态负载电流从电源流入电路或由电路流入地线。对于数字器件而言，它引脚输入电阻可以认为无穷大，相当于开路(即下图中的i=0)，事实上，回路电流是通过芯片与电源和地平面产生的分布电容和分布电感来返回的。以下以集电极输出电路作为输出信号的内部电路为例进行分析。 4.1.1 驱动端从低电平变化到高电平。当输出信号由低电平跳变为高电平时，相当于输出引脚对传输线输出一个电流，由于输入电阻无穷大，我们认为对于芯片而言，没有电流从输入管腿上流入即，那么，这个电流必须返回到输出芯片的电源管腿上。 ① 信号走线与电源平面紧邻驱动端对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端; 高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到驱动器的输出端，返回电流直接通过电源平面，从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。 ② 信号走线与地平面紧邻驱动器对信号走线和电源平面及终端负载构成的传输线进行充电，电流从驱动器的电源管脚进入器件，并从驱动器输出端流向负载端。高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到驱动器的输出端，返回电流必须借助在驱动器输出端的电源平面和地平面的耦合电容，从地平面跨越到电源平面，再从驱动器的电源管脚进入驱动器，构成电流环路。 4.1.2 驱动端从高电平变化到低电平，相当于输出引脚吸收传输线上的电流。 ① 信号走线与电源平面紧邻负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，并通过在驱动器地管脚附近的电源平面和地平面耦合电容，跨越到电源平面，返回负载端。高频瞬态返回电流在信号走线下方的电源平面上回流到负载端，构成电流环路。 ② 信号走线与地平面紧邻负载对信号走线和电源平面及驱动器输出端构成的传输线进行放电，电流从驱动器的输出管脚进入器件，从驱动器的地管脚流出，进入地平面，返回负载端;高频瞬态返回电流在信号走线下方的地平面上回流到负载端，构成电流环路。在驱动器的输出管脚、地管脚附近，应当布放电源平面和地平面的耦合电容，为返回电流提供返回通路，否则，返回电流将寻找近的电源平面和地平面的耦合途径进行回流(使得回流途径难以预知和控制，从而对其他走线造成串扰)。 4.2 覆铜切割造成的回流问题解决办法地平面和电源平面可以减少电阻引起的电压损失。如图所示，回路电流经过地流回，由于电阻R1的存在，势必在1和2点产生电压降，电阻越大，压降越大，引起对地电平的不一致，如果有地层，可视为线宽无限大，电阻很小的信号线。回路电流总是从靠近信号的地层上流过，当地层不止一层时，如果信号处于两层地平面之间而两者又完全相同时，回路电流将等分在两个平面上通过。 4.2.1 在布局、布线局部化的条件下：数字地平面与模拟地平面公用同一块敷铜平面，即对数字地与模拟地不加区分，数字电路本身的噪声并不会给模拟电路系统带来额外的噪声。 4.2.2 在数字、模拟混合电路系统中：数字地与模拟地的共地点选择在板外，即两敷铜平面完全独立，使得数字电路与模拟电路之间的信号线不具备传输线的特征，给系统带来严重的信号完整性问题。数字电路与模拟电路采用同一个电源系统，地平面不加分割，在数字、模拟混合电路系统的设计中，在布局模块化、布线局部化的基础上，数字电路模块和模拟电路模块公用一个完整的、不加分割的电压参考平面，不但不会增大数字电路对模拟电路的干扰，由于消除了信号线“跨沟”问题，能够大幅度降低信号间的串扰和系统的地弹噪声，提高了前端模拟电路的。 4.3 过孔造成的回流问题解决办法在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔. 过孔对回流的影响有两种：一是过孔形成沟槽阻断回流，二是过孔造成的回流跳层流动。 4.3.1 过孔形成的沟槽在印制板信号布线时，如果是多层板，很多信号必须通过换层来完成连接任务，这时就要用到大量的过孔，如果过孔在电源或地平面排列比较密集，有时候会出现许多过孔连成一片的情况，形成所谓的沟，如图所示。首先，我们应该对这种情况进行分析，看看是否回流需要经过沟槽，如果信号的回流无需经过沟槽，就不会对回流造成阻碍影响。如果回路电路要绕过这条沟返回，形成的天线效应将急剧增加，对周边信号产生干扰。通常我们可以在涂敷数据生成后，对过孔过密而形成沟槽的地方加以调整，使过孔之间留有一定的距离。 4.3.2 过孔形成的跳层现象下面我们以六层板为例进行分析。该六层板有两个涂敷层，第二层为地层，第五层为电源层. 因此表层和第三层的信号回流主要在地层;底层和第四层的回流主要在电源层，换层布线时有以下六种可能：表层<----->第三层，表层<----->第四层，表层<----->底层，第三层<----->第四层，第三层<----->底层，第四层<----->底层。这六种可能的情况根据其回路电流的情况可以分为两大类：回路电流在同一层上和在不同层上流动的情况，即是否有跳层现象。 A、回路电流在同一层上流动的情况包括表层<----->第三层、第四层<----->底层，如图所示。在这种情况下，回路电流都在同一层上流动，但是，由静电感应原理可知，处于电场中的完整的导体，其内部电场强度为零，所有的电流均在导体表面流动，地平面和电源平面实际上就是这样一个导体。我们使用的过孔均为通孔，这些过孔经过电源和地平面时留下的孔洞就给涂敷层上下表面的电流的流通通过了路径，因此，这些信号线的回流途径是很好的，无需采用措施来改善。 B、回路电流在不同层上流动的情况包括表层<----->第四层、表层<----->底层、第三层<----->第四层、第三层<----->底层。下面以表层<----->底层和第三层<----->第四层为例，分析其回流情况。具有跳层现象的信号，需要其在过孔密集区附近增加一些旁路电容，通常为0.1uf的磁片电容，用来提供一个回流通路的。 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 推荐文章： CPU中的程序是怎么运行起来的 5G时代，产品里哪些材料得换？复数的物理意义是什么？中功率射频放大器设计经验分享海思做了多少芯片，一起来看看！本文系网络转载，版权归原作者所有。如有问题，请联系我们，谢谢！免责声明：本文内容由21ic获得授权后发布，版权归原作者所有，本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点，不代表本平台立场，如有问题，请联系我们，谢谢！

时间：2020-09-28 关键词： PCB 数字电路
卡拉OK效果器模拟VS数字方案大比拼

　　近年来KTV娱乐模式发生了较大的变化，从而导致采用前置效果器搭配后级功放应用的模式呈流行趋势，引发了娱乐行业的“卡拉OK效果器热潮”。! 　　卡拉OK效果器主要有模拟和数字(DSP)二类，谁优谁劣?不同厂商从自身利益出发各持己见，终端用户毕竟“见少识寡”难免偏听偏信。笔者从事卡拉OK效果器的研发已有一段时间，做过不同的数字与模拟方案，在此仅以个人的体会谈谈看法，将自己的研发成果向大家汇报，不当之处请各位同仁斧正　　一数字效果器　　数字效果器的效果处理采用DSP芯片，功能可以做到很全，不但各种话筒信号的效果处理(如延时、回声次数、残响、预延时时间等)可以在一块芯片上完成，而且还可以进行均衡、移频、压幅、限幅、分频、变调等功能的开发利用。在一般人看来数字效果器是近乎完美的，厂家与商家有足够的“卖点”，用户眼花缭乱有太多可以信赖的理由，更有不少人将数字效果器繁杂的菜单与操作模式认定为“高科技”。　　数字效果器无可置疑是今后的发展方向，近年来也有长足的进步，但眼前的技术瓶颈还无法完全突破，主要制约有二点：　　1 目前高素质等级的芯片采购受限，技术开发平台不够，就信号保真而言仅仅是“数”、“模”转换这一关都很难过，难怪数字效果器出来的声音大都“干干的”、“死死的”。 ! 　　2 真正做数字效果器要从DSP芯片的“底层”开始开发，“算法”如何十分关键，这一点对软件工程师要求苛刻。如果从事效果器软件开发的工程师对音乐没有足够的修养，对模拟电路没有十足的研究，最终只能“瞎子摸象”，可以做出象的尾巴，但整体出来是象、是牛、是马就不得而知了。目前国内有能力将技术与艺术相结合的人才极其匮乏，绝大多数厂家是共用为数不多的几块DSP效果模块做二次开发，结果千人一面，近亲繁殖。　　二模拟效果器　　最早的国产模拟效果器出现于90年代初，当时也就是将合并机的前级部分移出，叫“卡拉OK前级”。　　G模拟效果器可以选择的效果芯片较多，常用的有： 2399、65831、56031、50195等等，但素质差别很大，应用难度与最终的效果表现也不同。模拟效果芯片功能很少，可以调整话筒信号的参数不多，仅有延时时间、重复次数、混响深度(效果声音量)三种。　　模拟效果器造价低廉，使用简单，声音素质就低要求的卡拉OK而言基本可行，在今后一段时间还有一定的市场;但其固有的先天不足是显而易见的。　　1 传统的模拟效果器功能过于简单，用家觉得没有“新意”认为档次太低;厂家与商家拿不出“卖点”缺乏利润空间，一句话：人老珠黄。　　2 模拟效果器的话筒效果处理受制于芯片，研发工程师没有多少可以发挥的空间，大家都认为现时的产品似乎技术成熟已经到了顶点，一些没有攻克的缺陷阻碍了模拟效果器的进步。65831是模拟效果器选用得最多的芯片，应用十分简单，只要照搬供应商推荐的外围电路就不会出错，声音柔和温暖;但声音的保真度差，通透性不好，高频段还有脑人的“沙沙声”。56031实际上就是“台湾版的65 831”，除了价格便宜之外其他方面不及65831。50195外围电路复杂，设计上稍有不慎就远不如65831，有应用上的难度，故大多数厂家不愿选用;50195芯片的保真度与清晰度是目前模拟效果芯片之中最好的，但声音的丰满度不够，高频段还容易发破，而且配套使用的存储器4164很容易损坏，导致机器的故障率很高。总的来说模拟效果器响应速度慢，主要优点是话筒效果柔和轻松，但有保真度、清晰度、通透性不够的明显缺点，只适合小空间的场合使用。现在KTV的房间越来越大，装修材料普遍偏硬，又大都选配专业音箱，此时模拟效果器当然成事不足败事有余。

时间：2020-09-08 关键词：模拟电路卡拉ok 数字电路
音频专家潘昶：如何进行数码播放器的开发和评估？

　　CD格式由于历史原因，制定标准偏低，因此，CD和“母带”（所谓母带就是录音时候的原始文件，一般是24bit/96KHz以上的文件）对比，听感差别相对比较大。因此近几年，市场上不断涌现出来各种“母带”播放器，牌子琳琅满目，技术八仙过海，宣传天马行空，让人眼花缭乱；因为还没有业界标准，孰好熟坏，相信大部分“发烧友”较难分辨。　　在此，音频专家潘昶针对工程师开发播放器的过程，公开宝贵经验，希望对大家选择产品有所帮助。　　设计所需要的基本技能　　要做好一个产品，首先要了解这个产品，相信这个是最基本的一个条件。设计完产品，如何才能知道其是否达到设计要求？举个简单的例子，如果一个指挥家，站在指挥席上，对比自己听到的现场实况和通过喇叭回放的录音，这个评估就相对比较中肯，因为音响系统永远都是一个“模拟现场”的系统，而需要和真实的现场对比，才知道其还原程度能达到多少。一般普通的烧友没有这个音乐修养也很难有这个条件，因此评估的标准相对较低，容易受到客观因素影响。当然，也不一定必须自己当指挥，但是如果可以经常去音乐厅欣赏音乐，那么也可以弥补这个不足，不过提醒一下，音乐厅的座位对听感影响很大。这可以简单的归类为：懂音乐，或者团队有懂音乐的行家。　　　　数码播放器的大体系统架构　　大部分电子产品，都分为软件/硬件，至少数码播放器是这样。而数码播放器包含的领域相对比较广，从硬件到软件，从数字到模拟，跨越多个领域，而且这些领域都是不容易结合的，要做好一个这样的产品，需要的时间是要以年计算，不是简单投入多少工作量就可以完成的。说到这里，可能很多做手机的工程师就不屑一顾，说手机不是比一个简单的播放器要复杂多了吗？的确，手机的软硬件系统复杂多了，但是要求和播放器确差很多，手机里面任何一个部分都不会要求到120dB的动态范围，更不会要求-110dB的THD+N，以笔者设计的经验以及各厂家的参数，手机的最高的要求也不过-96dB的THD+N，对比起来，和音响的要求差的可能达10倍之多，这些参数，都是一点点通过各种方式测试改进出来的，并非有什么公式可以计算或者有参考模型。　　要一个系统要达到完美，软硬件结合的深度就要求很高，所以需要规划好，必须精通软硬件，缺一不可，我们朋友开发USB解码器就发现，不同的驱动对声音的影响很大，不同的电路设计，对声音影响也很大，甚至有很多至今尚无理论模型支持的现象。因此，必须对整个产品设计非常精通，否则无法达到所要求的参数。　　为啥进口的音响产品这么贵，也有不少客户呢？为啥国内的牌子要走出国门这么难呢？设计好一个产品，技术是一个方面，但是音响产品，更多的需要时间，需要经验，比如这么多种型号的运算放大器，怎么搭配才好？为什么？单是运算放大器这个组合就可以有好几千种，而且并非性能好的器件一定出好声音。所以这就是音响产品比较难以开发的一个主要原因。最好就是作为业余爱好进行开发。同时，好的音响堪比奢侈品，一对喇叭轻松上6位数的，没有这个消费能力的设计者，往往难以设计出针对这个消费人群的产品，因此必须了解这正产品的真正市场和价值。所以设计这类产品的，最好是有钱也有闲，否则难以做好。　　发展中国家，暂时还在“温饱”中求生，发达国家，基本丰衣足食，同时注重版权等精神文明的价值。无论是哪种产品，在发达国家进行研究大部分都追求精益求精，而在中国的土地上目前暂时还是以“山寨”居多。“能响”和“声音好”不是一个概念，需要的是时间和足够的积累，因此一个年轻的公司基本很难达到“声音好”的要求，因为我们也是这样走过来的，下面会有详细的论述。　　到底人耳有多灵敏　　台湾大学物理实验室的实验结果表明，验证了大部分人耳朵接受的频率是20Hz-20000Hz，还有在那个实验结果表明，人耳的灵敏度很高，人耳最强能接受的声响和最弱的声响之比达到惊人的1012（这个数据个人有所保留，记得以前看到过是118dB），这个数据如果转换成比特率，是240（按照记忆中的数据118dB，就是220）。这意味着16bit远远不能满足人耳的要求，人耳对此有更高的要求。　　这里转一个实际的例子，一个母亲和一个初生婴儿分开睡在闹市路边一个开窗的房间里，车水马龙的吵杂并不会把母亲惊醒，而比窗外噪音小得多的婴儿的哼声却能把母亲唤醒。这个例子说明了人体的复杂程度不是简单的几个参数能够描述出来。而提出这个例子的教授指出，因为大脑对信息有很强的过滤功能，因此造成了这点，同时大脑会对接收到信息进行“调整”，放大需要的，过滤掉不需要的，所以才能实现在复杂环境中提取微弱信息这个功能。所以训练有素的录音室能够轻而易举指出问题所在，达到仪器不能达到的高度。　　另外，人耳的听力记忆到底有多少时间？科学统计表明，6秒。这个参数在下面的如何评估那里会有引用。

时间：2020-09-04 关键词：音频音响数码播放器数字电路
不可缺少的晶振，晶振概述

晶振是数字电路的心脏，缺少晶振，数字电路将无法提供优质服务。对于有源晶振、无源晶振，小编在往期文章中均有所介绍。为增进大家对晶振的认识，本文将对晶振予以概述。如果你对本文内容具有兴趣，不妨继续往下阅读。之所以说晶振是数字电路的心脏，就是因为所有的数字电路都需要一个稳定的工作时钟信号，最常见的就是用晶振来解决，可以说只要有数字电路的地方就可以见到晶振。我们常说的晶振，实际上是通过切割设备将人工培养的水晶进行薄片切割而得到的，水晶的人工培养主要跟生长环境有关系，目前市面上品质较好的是俄罗斯生长的水晶。之所以说晶振是数字电路的心脏，就是因为所有的数字电路都需要一个稳定的工作时钟信号，最常见的就是用晶振来解决，可以说只要有数字电路的地方就可以见到晶振。我们常说的晶振，包含两种，一种需要加驱动电路才能产生频率信号，这类晶振叫晶振谐振器，比如常见的49S封装、两脚封装的SMD3225 5032、少量四脚SMD封装。一种不用加驱动电路，只需要加上电压信号，就能够产生频率信号，这种叫做晶振振荡器，基本上都是4脚封装，含有电源引脚、地引脚、频率输出引脚等。晶振的主要参数选择这里我们主要针对晶振谐振器。一般晶振的主要参数有，核心频率、工作温度、精度值、等效串联阻抗、匹配电容、封装形式等等。晶振的核心频率，一般核心频率的选择取决于频率需求元件的要求，比如时钟芯片就需要32.768KHz的晶振，MCU一般是一个范围，基本上从4M到几十M都有。晶振的工作温度，之所以把工作温度单独拿出来，主要是由于晶振是个物理的器件，工作温度与价格是成正比，工作温度要求越高，价格越高，所以选择晶振时也需要重点考虑工作温度。晶振的精度值，精度一般常见的有0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。其中0，5ppm国内的目前只有通过数字补偿的才能做到，国外的有在3225甚至2016上实现高精度。精度的选择一般要参考频率需求器件对精度的要求。比如高精度的时钟芯片一般在±5ppm以内，普通的应用都选择在±20ppm左右。晶振的等效串联阻抗，这个参数主要是与驱动能力有关系，也就是说跟驱动电流有关系。等效电阻小则需要的驱动电流就小。对外部驱动电路的适应能力就越高。晶振的匹配电容，通过改变匹配电容的参数值，可以改变晶振的核心频率，也就是说可以通过调整晶振的匹配电容来对精度做微调。这也是目前国内做高精度温补晶振的主要办法。晶振的封装形式，目前晶振的封装形式是多样的，用户需要根据自己的实际情况来进行选择，主要是根据板子的空间，加工方式，成本等等方面来考虑。晶振的常见注意事项一般来说，晶振是一个系统的核心器件。晶振的好坏直接关系整个系统的稳定性。需要注意的主要有以下几点。与加工工艺有关系的有以下两个方面，一个是过高温的回流焊，由于晶振是个物理器件，在过回流焊的时候高温可能会对晶振的频率造成一定的影响，偏离核心频率，这个在使用K级别晶振的时候需要特别注意。一个是清洗流程中的超声波清洗，这个主要是超声波频率如果落在晶振的工作频率上就可能引起晶振的共振，导致晶振内部的晶片碎掉，出现不良。通常应用上需要注意的是让晶振工作在稳定状态，很多出现晶振失效的情况都是晶振长期工作在过驱动或者是欠驱动状态，这个可以通过查看晶振的输出引脚波形可以分析。过驱动可能导致晶振达不到正常的使用寿命，欠驱动可能导致晶振的抗干扰能力减弱，系统常常无故丢时钟。晶振的抗干扰设计，由于晶振是个小信号器件，很容易受到外部的干扰，从而导致系统时钟出现问题。这块主要从两个方面处理，一个是layout上注意晶振时钟信号的处理，常用的是包地处理。一个是对板上其他频率器件的处理，这个就需要做好不同频率间的隔离处理。以上便是此次小编带来的“晶振”相关内容，通过本文，希望大家对晶振的一些知识具备一定的了解。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：2020-08-13 关键词：晶振指数数字电路