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  • PCB技术

    RF电路设计一些心得体会

    做了多年的RF研发工作,对于RF电路的设计经验,在这里和大家一起分享一下,希望以下浅谈的内容对做RF设计工作的工程师会有一点帮助,我们闲话少说,直接进入正题。EVB板的参考设计让我们事半功倍当我们设计上接触一个全新的RF芯片,要求我们能够快速的了解这颗芯片RF部分电路的性能指标及对外围器件的要求,还要快速的做好这部分的电路设计工作时,我们最首要需做的就是仔细阅读并理解芯片规格书和参考板的设计及注意事项,这对于我们第一版设计的成败起到很关键的作用,特别是有些RF芯片和RF外围的某些特定的RF器件(如外加PA LNA BPF等)配合这一块尤为重要。走线及阻抗控制的好坏直接会影响到整个RF部分的后期调试指标的好坏,所以说电路设计初期对于RF芯片的EVB板的设计要求一定要参考,这样才能事半功倍。RF电路布局要做到心里有数在我们好多项目的设计过程中,设计成本会是我们电路设计过程中比较关注的一个重要部分,体现在我们RF电路部分的成本主要是在外围电路是用分离器件搭建还是用集成IC上,外围RF部分使用集成电路会比使用分离器件搭建成本上要高一些,所以在这里我们主要谈一下分离器件外围电路需要注意哪些事项。1. RF部分器件尽量要放在同一层,尽量避免RF走线打孔到另外一面, 这样布板主要是降低因PCB板打孔造成的RF指标问题的风险。2.考虑到RF走线铺地的完整性,如果大封装的器件无法保证,就尽量用小封装的器件,以便节约出来更多的空间做到铺地完整。3.设计的电路如果存在WLAN、BLE、Zigbee多个电路,多路信号的相互干扰及共存要求我们在设计初期就要考虑走线布局,尽量做好布板走线及器件摆位留有安全距离,减少我们对产品后期性能不可控的要求。控制好工艺让产品性能一步到位电路设计前期所有的努力为的就是做出来的产品是一个合格的产品,对于RF产品来说,工艺控制显得尤为重要,具体简单以下几点:1. PCB工艺, RF板对PCB板材及RF部分走线阻抗控制是有严格要求,RF走线阻抗50欧姆及差分阻抗100欧姆的要求需要和PCB板厂确认是否板厂能做到,尽量在有做过RF PCB板厂去打板。2. 前期调试对于使用物料的品牌是有要求,调试物料和批量生产的物料品牌要一致。3. 对于PCB供应厂家要求,前期研发打样及批量生产保证PCB厂家一致,如要导入多个PCB供应商,需要分别验证不同厂家提供PCB板的RF指标。RF电路设计工作,是需要研发工程师有一个长期工作积累,没有捷径可寻,一个优秀的RF工程师,必须有着丰富的RF产品研发及调试经验。好的产品出自于积累,好的电路设计也来源于积累,希望我们在工作上积累的点点滴滴,让工作更简单,让产品更经典!

    2020-07-08 22:08:08 445 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    硬件电路设计思路养成

    我们学到了一大堆有关电子元器件的专业知识但仍不可以比较随意的设计出让我们需用的电路,这也是影响了一大堆人的难题,追根究竟,让我们缺乏的并不是基础理论知识往往是电路设计的思路,还有电路设计实战经验。在设计1款硬件电路时,除去需用熟练掌握硬件设计基础知识、各类设计软件、工具操作能力等,更至关重要的是培养一个很好的硬件电路设计思路,这能协助你更快的、有针对性地的去完成它。要怎样培养硬件电路的设计思路,以下为大伙总结了电路设计的基本流程。电路设计思路1) 整体思路。电路设计硬件电路,大的框架和架构 要搞清,可是真正做到这一点还真不简单。有的大框架也许自己的老板、老师早就想好,自己仅仅是把思路具体构建;但也有的要自己设计框架的,那就要搞清要构建什么功能,然后找找有否能构建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,你可以节约一大堆时间了(包括前期电路设计和后期调试)。马上就copy?NO,还是先看懂理解了再说,一方面能提高让我们的电路理解能力,而且能避免出现设计中的错误。3) 找不到得到参考设计? 没有很大关系。先决定大IC芯片,找datasheet,看其主要参数可否满足自己的需求,有哪些算是自己需用的主要参数,还有能否看懂这些主要参数,都是硬件工程师的能力的体现,这也需用长期地慢慢地积累。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) 硬件电路设计主要是三个部分,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。它很像让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,要用到有哪些元器件应该有所归纳,所以让我们将用到BOM表。5) 装配pcb,准备bom表,一般能直接从原理图中导出。但是需用注意的是,原理图中有哪些部分元件该上,有哪些部分元件不该上,要真正做到心理有数。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,这样不便于排查难题。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。6) 电路调试的难题。当准备调试一块电路板的时候,一定要先认真的做好目视检查,检查在焊接的过程中可否有可见的短路和管脚搭锡等故障,检查可否有元器件型号放置错误,第一脚放置错误,漏装配等难题,然后用万用表测量各个电源到地的电阻,以检查可否有短路,这个好习惯可以避免出现贸然上电后损坏单板。调试的过程中要有平和的心态,遇见难题是非常正常的,要做的就是多做比较和分析,逐步的排除可能的原因,要坚信“凡事都是有办法解决的”和“难题出现一定有它的原因”,这样最后一定能调试成功。

    2020-07-08 23:08:54 1442 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    电路设计之过压保护电路

    电路设计常用直流电源在很多的电子产品设计中,电源部分是极为重要的,也是很容易损坏的。一方面是输入的电源极性错误,这个我们之前的文章,也介绍了一部分防止极性发生错误的电路。另外一方面是输入的电压过高。下面我们主要讨论如何简单、可靠的解决电路设计这个问题。比如在电子器件电源前端的电源不稳定,如汽车电瓶在汽车启动时,会产生很大的浪涌电压。对于此类过压电源的保护,一般采用TVS管去保护。一般应保证TVS管应工作在后端电源芯片器件的正常电压VCC以上,最大工作电压Vmax以下。TVS管应用电路工作原理:直流电压输入的时候,有时由于供电环境的变化会带来一些瞬时脉冲。而要消除瞬时脉冲对器件损害的最好办法,就是将瞬时电流从敏感器件引到地,一般具体做法是将TVS在线路板上与被保护线路并联。这样,当瞬时电压超过电路正常工作电压后,TVS将发生雪崩击穿,从而提供给瞬时电流一个超低阻抗的通路,其结果是瞬时电流通过TVS被短路到GND,从而避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。而当瞬时脉冲结束以后,TVS二极管再自动恢复至高阻状态,整个回路又回到正常电压状态。TVS管伏安特性曲线电路设计选择时,应注意VR>V0,且VC

    2020-07-09 03:19:57 1422 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    Altium Designer设置部分原理图导入PCB

    在AD的原理图绘制的时候我们想要只导入部分的原理图或者只导入单独一页的原理图如何进行操作。这里目前有两种方式,第一种方式是直接放置屏蔽编译框,第二种就是进行网络比对的导入,就是我们使用导入网表比对的方法进行屏蔽部分原理图文件或者某些原理图。假设 我们有三个原理图 ,我不想要导入其中一个或者其中一个图纸的一部分,或者不想导入其中两张原理图和两个原理图的一部分,那么我们可以使用屏蔽编译框的选项,将我们不需要的部分进行屏蔽掉,如图所示。这种方法如何是用一个原理图的是可以 ,但是需要屏蔽更多,我们就需要使用我们的网络比对来实现这个功能。选中我们的原理,然后右击选中比对功能。选中我们的advanced mode ,然后左边选择我们的原理图,右边选择我们PCB,这样就可以进行PCB导入点击这里,然后我们选择更新到我们的PCB随后我们的图标进行点亮,进行下一步。

    2020-07-08 22:34:35 952 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    CH340g电路设计注意事项

    在使用CH340芯片进行电路设计时,我们应该注意哪些细节与事项呢?接下来我们一起来看看。CH340芯片通过USB转换出来的TTL串口输出和输入电压是根据芯片供电电压是自适应的。也即,如果芯片是5V供电,那么串口输出和采样都是5V;如果是3.3V供电,那么标准就成了3.3V,因此在实际使用的时候,电路设计串口连接到的对端设备需要注意电压匹配的问题。其中在5V供电模式下,是可以与3.3V系统兼容的,反过来则不可以,如果CH340是3.3V供电,那么不可以接5V系统,会损坏芯片。另外如果对端是1.8V系统,那么是不能与CH340的3.3V模式兼容的,此时输出和采样会出错。最好加一些器件来升降压来进行电压匹配。因此设计时确认好对端串口电平范围,然后决定CH340工作在3.3V或者5V工作模式。在电路设计原理上,5V供电时芯片V3引脚需要接一个104电容到地,3.3V供电时直接将V3脚与3.3V电源引脚短接就可以了。在实际应用中,当CH340与其他IC譬如MCU等器件一同使用时,如果串口直连的双方器件有一方不需要供电工作时,要注意电流倒灌导致未供电的芯片继续工作的情况,或者是在串口下载场景中,当MCU需要复位以实现下载时,发现复位不成功,可能也是由于该原因造成的。因此,在电路设计中可以做如下改动来防止CH340与对端IC出现任何一方被倒灌电的情况。也就是在CH340芯片的发送引脚TXD上接一个反向二极管,然后再连接到对端IC。在接收引脚上加一个限流电阻来防止对端IC对CH340倒灌电。通过反向二极管的原理是:在CH340发送数据时,发送高电平时二极管截止,但是由于对端RXD默认上拉也是高电平不会有采样问题,而发送低电平时二极管导通,对端RXD接收到低电平,因此可以正常通讯。并防止了CH340的TXD发送引脚将电流倒灌到对端IC。通过限流电阻的原理是:倒灌电流导致芯片工作甚至闩锁效应,是由于引脚电流过大超过了芯片设计时容忍的上限导致芯片内部电路出现异常。因此加一个限流电阻就可以了,其他通讯场景也可以仿照此方法进行尝试。对于CH340系列需要外部晶振的芯片,在选用晶振时如果选择12MHz的石英晶体,那么电路设计旁路电容选择22pF的独石或高频瓷片电容。如果选用的低成本陶瓷晶体,那么旁路电路的容量必须用该晶体厂家的推荐值,一般情况下是47pF。对起振困难的晶体,建议电容数值减半。如果仍然无法起振,最好参考一下选用晶振的官方推荐电容值。V3的引脚除了在不同电压供电模式下接法不同,对于电容数值选用也是需要注意的。V3引脚的电容用于内部电源节点退耦,来改善USB传输过程中的EMI,通常容量在4700pF到0.1uF范围,建议容量为0.01uF,即103电容。因为USB信号属于模拟信号,所以在CH340等USB芯片内部包含数字电路和一些模拟电路,另外,USB芯片中还包含时钟震荡及PLL倍频电路,电路的公共地端在芯片内部已经连接在一起并连接到芯片的GND引脚。如果USB芯片有时工作不正常、或者USB数据传输随机性失败、或者抗干扰能力差,那么就应该考虑USB芯片是否稳定工作。影响USB芯片工作稳定性的几大因素有:时钟信号不稳定-这是主要原因,下面将详细分析。时钟信号受干扰-解决方法:PCB设计时尽量不再晶体及震荡电容附近走线,尤其是不要走继电器、电动机等带有瞬时冲击电流的电源线和强信号线;在晶体及震荡电容周边布置GND铺铜屏蔽干扰;将晶体外壳接地(任何需要晶体工作的电流都可以这样设计);或者使用有源晶振等。USB信号受干扰-解决办法:PCB设计时使USB信号线D+与D-平行布线,最好在两侧布置GND铺铜,减少干扰。使用符合USB规范的带屏蔽层的传输线,不能使用普通排线或者非USB线缆。时钟信号不稳定通常是PCB布线中GND走线不佳。设计电路及PCB时应该尽量避免这6个GND点之间存在电压差(主要是指数字电路中的高频毛刺电压,也就是数字噪声)。解决方法是:1.尽量缩短这6个点之间的距离;2.类似模拟电路设计中的单点接地;3.大面积GND铺铜及GND多点过孔VIA降低高频信号阻抗。可以用示波器探头接D点测量时钟输入端XI引脚的12MHz时钟波形是否有抖动。

    2020-07-09 04:41:00 528 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    电路设计之嵌入式硬件设计

    一、嵌入式硬件电路设计概述随着物联网、人工智能技术的发展,我们的生活越来越智能化,信息化。智能手机,智能手环,智能锁,智能冰箱,自动驾驶,机器人等智能产品层出不穷,人类即将进入智能时代。我们的产品,设备要实现智能化,其中用到的最核心技术及嵌入式技术。嵌入式技术是软件、硬件相结合一门学科,包括嵌入式软件和嵌入式硬件,嵌入式软件和硬件构成智能产品最核心的部分,嵌入式硬件相当于产品的躯壳,它依靠嵌入式软件而工作,在嵌入式软件的控制下完成产品相应的功能,是嵌入式软件的载体;嵌入式软件相当于产品的大脑,是产品的灵魂,没有了嵌入式软件,硬件就是一堆废铜烂铁,无法工作;同样,没有了嵌入式硬件,嵌入式软件将无所依附。所以说嵌入式硬件和软件同等重要,两者相辅相成,缺一不可。随着集成电路的发展,嵌入式硬件的功能设计相对来说比较简单,大多数情况下只需要根据芯片厂家提供的参考电路设计即可,嵌入式硬件设计的核心越来越偏向可靠性电路设计,电磁辐射,电磁兼容设计。接下来,我将以设计蓝牙模块开发板的电路图为例来讲解嵌入式硬件电路设计中的注意事项。二、蓝牙技术及蓝牙芯片CC2640“蓝牙”技术属于一种短距离、低成本、低功耗的无线连接技术,是一种能够实现语音和数据无线传输的开放性方案,采用2.4GHz的ISM (即工业、科学、医学)频段,其传输速率最高为每秒1Mb/s,以时分方式进行全双工通信,蓝牙收发器的一般有效通信范围为10米,配置功率放大器可以使通信距离达到100米左右。正如爱立信蓝牙组负责人所说,设计蓝牙的最初想法是“结束线缆噩梦”。CC2640 器件是一款无线微控制器 (MCU),主要适用于 Bluetooth?低功耗 应用。此器件属于 SimpleLink? CC26xx 系列中的经济高效型超低功耗 2.4GHz RF 器件。它具有极低的有源 RF 和 MCU 电流以及低功耗模式流耗,可确保卓越的电池使用寿命,适合小型纽扣电池供电以及在能源采集型应用中使用.CC2640 包含一个Cortex-M3内核,工作主频48MHZ,128K Flash,28K SRAM ,4个定时器,15个GPIO,串口,I2C,12位ADC等常用外设一应俱全,硬件资源非常丰富,完全满足日常无线应用。三、蓝牙芯片CC2640硬件电路设计注意事项设计以MCU为核心的嵌入式系统硬件电路需要根据需求分析进行综合考虑,需要考虑的问题较多,这里给出几个特别要注意的问题.1.  MCU选择选择 MCU 时要考虑 MCU 所能够完成的功能、MCU 的价格、功耗、供电电压、I/O 口电平、管脚数目以及 MCU 的封装等因素。MCU 的功耗可以从其电气性能参数中查到。供电电压有 5V、3.3V 以及 1.8V 超低电压供电模式。为了能合理分配 MCU 的I/O资源,在 MCU 选型时可绘制一张引脚分配表,供以后的设计使用。我们这里选择的使用CC2640 CPU的无线蓝牙模块。CC2640 蓝牙无线模块电路原理图如下:XDS110调试接口2. 电源电路设计(1)考虑系统对电源的需求,例如系统需要几种电源,如24V、12V、5V或者3.3V等,估计各需要多少功率或最大电流(mA)。在计算电源总功率时要考虑一定的余量,可按公式“电源总功率=2×器件总功率”来计算。(2)考虑芯片与器件对电源波动性的需求。一般允许电源波动幅度在 ±5% 以内。对于A/D转换芯片的参考电压一般要求 ±1% 以内。(3)考虑工作电源是使用电源模块还是使用外接电源。在这里我们使用低压差,低噪声,超快速线性稳压器RT9013给蓝牙无线模块供电.CC2640的发送工作电流为10 mA左右,RT9013输出电流可以达到 500mA, 完全满足CC2640对工作电源的要求。 3. 普通IO口电路设计(1)上拉、下拉电阻:考虑用内部或者外部上/下拉电阻,内部上/下拉阻值一般在 700ω 左右,低功耗模式不宜使用。外部上/下拉电阻根据需要可选 10Kω~1Mω 之间。(2)开关量输入:一定要保证高低电压分明。理想情况下高电平就是电源电压,低电平就是地的电平。如果外部电路无法正确区分高低电平,但高低仍有较大压差,可考虑用 A/D 采集的方式设计处理。对分压方式中的采样点,要考虑分压电阻的选择,使该点通过采样端口的电流不小于采样最小输入电流,否则无法进行采样。(3)开关量输出:基本原则是保证输出高电平接近电源电压,低电平接近地电平。I/O 口的吸纳电流一般大于放出电流。对小功率元器件控制最好是采用低电平控制的方式。一般情况下,若负载要求小于10mA,则可用芯片引脚直接控制;电流在 10~100mA 时可用三极管控制,在 100mA~1A 时用 IC 控制;更大的电流则适合用继电器控制,同时建议使用光电隔离芯片。这里我们将开发板的的I/O口全部引出来,方便用户进行二次开发和测试验证。如下图所示:4. A/D电路与D/A电路(1)A/D电路:要清楚前端采样基本原理,对电阻型、电流型和电压型传感器采用不同的采集电路。如果采集的信号微弱,还要考虑如何进行信号放大。(2)D/A电路:考虑 MCU 的引脚通过何种输出电路控制实际对象。5.控制电路对外控制电路要注意设计的冗余与反测,要有合适的信号隔离措施等。在评估设计的布板时,一定要在构件的输入输出端引出检测孔,以方便排查错误时测量。6.考虑低功耗低功耗设计并不仅仅是为了省电,更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成本。由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低,器件寿命则相应延长,要做到低功耗一般需要注意以下几点:(1)并不是所有的总线信号都要上拉。上下拉电阻也有功耗问题需要考虑。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号,电流也就几十微安以下。但拉一个被驱动了的信号,其电流将达毫安级。所以需要考虑上下拉电阻对系统总功耗的影响。(2)不用的I/O口不要悬空,如果悬空的话,受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号,而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。(3)对一些外围小芯片的功耗也需要考虑。对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的,它主要由引脚上的电流确定。例如有的芯片引脚在没有负载时,耗电大概不到1毫安,但负载增大以后,可能功耗很大。7.考虑低成本(1)正确选择电阻值与电容值。比如一个上拉电阻,可以使用4.5K-5.3K的电阻,你觉得就选个整数5K,事实上市场上不存在5K的阻值,最接近的是4.99K(精度1%),其次是5.1K(精度5%),其成本分别比精度为20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的电阻阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8几个类别(含10的整数倍);类似地,20%精度的电容也只有以上几种值,如果选了其它的值就必须使用更高的精度,成本就翻了几倍,却不能带来任何好处。(2)不要什么都选最好的。在一个高速系统中并不是每一部分都工作在高速状态,而器件速度每提高一个等级,价格差不多要翻倍,另外还给信号完整性问题带来极大的负面影响.作为嵌入式工程师,既要懂的嵌入式软件设计,也要懂的硬件设计,至少能看懂硬件原理图,能够理解硬件的工作原理,这样我们才能更好的编写高效的嵌入式软件,再调试产品,解决设备故障时,就能够从软,硬件的角度来分析问题和解决问题。 以上就是我这次要和大家分享的关于嵌入式硬件设计的注意事项,希望对同学们有所帮助。

    2020-07-08 13:57:43 538 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    凡亿教育联合中南大学FTY战队社团公开课圆满结束

    11月17日下午2时,湖南凡亿智邦电子科技有限公司和中南大学FYT战队社团联合举办的《你真的了解PCB吗——详解/解密PCB》讲座在中南大学新校区B座118教室正式开始。此次讲座特邀讲师:凡亿教育资深PCB技术讲师王武金老师、凡亿教育PCB技术总监郑振宇老师。参与此次讲座的有:中南大学FYT战队社团全体人员、中南大学电子硬件爱好者。(王武金老师授课中,同学们认真听讲做笔记)本次讲座采取互动与授课相互穿插的新模式,旨在于调动同学们的积极性并及时解答同学提出的技术疑问。讲座共分为PCB生产工艺流程、Altium 实战演练、课堂互动、各模块讲解和处理方式、课堂互动和制造文件输出共六个流程,详细讲解了PCB入门的必备基础知识和全流程操作过程。(收到凡亿精美礼品的同学脸上浮现出喜悦的笑容)在互动环节中,同学们学习热情高涨,踊跃提出疑问。与此同时,凡亿还准备了书以及鼠标垫、钥匙扣等趣味小礼品,赠送给认真听讲的同学们。(郑振宇老师为本次讲座做最后总结)最后,郑振宇老师为此次讲座做了以下总结,并向同学们建议:第一,建议同学们理论知识与实践操作并重,才能得到快速的提升;第二,建议同学们对此次讲座进行总结,并且根据自身的学习情况进行查缺补漏,就存在的知识盲区制定详细完备的学习计划,根据学习任务确立可行的学习目标。第三,建议同学们继续保持对PCB设计的热情,在大学期间扎实专业技能,为我国硬件电子行业贡献一份力量。在轻松愉悦的学习氛围中,此次讲座落下了帷幕。讲座结束后,同学们纷纷表示收获颇丰、受益匪浅。通过此次讲座,凡亿教育树立了硬件工程师良好的行业形象,激发了在校大学生对电子硬件行业的兴趣。在今后,凡亿教育将携手各大高校继续为企业输送技术过硬,专业素质水平高的硬件工程师。

    2020-07-07 14:57:18 405 发布人:凡亿教育
  • PCB技术

    电路设计防静电原理解析

    一、静电放电波形和能量频谱静电放电(ESD)理论研究的已经相当成熟,为了模拟分析静电事件,前辈电路设计了很多静电放电模型。常见的静电模型有:人体模型(HBM),带电器件模型,场感应模型,场增强模型,机器模型和电容耦合模型等。芯片级一般用HBM做测试,而电子产品则用IEC 6 1000-4-2的放电模型做测试。为对 ESD 的测试进行统一规范,在工业标准方面,欧共体的 IEC 61000-4-2 已建立起严格的瞬变冲击抑制标准;电子产品必须符合这一标准之后方能销往欧共体的各个成员国。因此,大多数生产厂家都把 IEC 61000-4-2看作是 ESD 测试的事实标准。我国的国家标准(GB/T 17626.2-1998)等同于I EC 61000-4-2。大多是实验室用的静电发生器就是按 IEC 6 1000-4-2的标准,分为接触放电和空气放电。静电发生器的模型。 放电头按接触放电和空气放电分尖头和圆头两种。IEC 61000-4-2的静电放电的波形如,可以看到静电放电主要电流是一个上升沿在1nS左右的一个上升沿,要消除这个上升沿要求ESD保护器件响应时间要小于这个时间。静电放电的能量主要集中在几十MHz到500MHz,很多时候我们能从频谱上考虑,如滤波器滤除相应频带的能量来实现静电防护。其放电频谱如下,这个图是我自己画的,只能定性的看,不能定量。IEC 61000-4-2规定了几个试验等级,目前手机CTA测试执行得是3级,即接触放电6KV,空气放电8KV。很多手机厂家内部执行更高的静电防护等级。当集成电路( IC )经受静电放电( ESD)时,放电回路的电阻通常都很小,无法限制放电电流。例如将带静电的电缆插到电路接口上时,放电回路的电阻几乎为零,造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流,流入相应的 IC 管脚。瞬间大电流会严重损伤 IC ,局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。 ESD 对 IC的损伤还包括内部金属连接被烧断,钝化层受到破坏,晶体管单元被烧坏。ESD 还会引起 IC 的死锁( LATCHUP)。这种效应和 CMOS 器件内部的类似可控硅的结构单元被激活有关。高电压可激活这些结构,形成大电流信道,一般是从 VCC 到地。串行接口器件的死锁电流可高达 1A 。死锁电流会一直保持,直到器件被断电。不过到那时, IC 通常早已因过热而烧毁了电路级ESD防护方法1、并联放电器件。常用的放电器件有TVS,齐纳二极管,压敏电阻,气体放电管等。1.1、齐纳二极管( Zener Diodes ,也称稳压二极管 ) 。 利用齐纳二极管的反向击穿特性可以保护 ESD敏感器件。但是齐纳二极管通常有几十 pF 的电容,这对于高速信号电路设计(例如 500MHz)而言,会引起信号畸变。齐纳二极管对电源上的浪涌也有很好的吸收作用。1.2、瞬变电压消除器 TVS(Transient Voltage Suppressor) 。 TVS 是一种固态二极管,专门用于防止 ESD 瞬态电压破坏敏感的半导体器件。与传统的齐纳二极管相比, TVS 二极管 P/N 结面积更大,这一结构上的改进使 TVS 具有更强的高压承受能力,同时也降低了电压截止率,因而对于保护手持设备低工作电压回路的安全具有更好效果。TVS二极管的瞬态功率和瞬态电流性能与结的面积成正比。该二极管的结具有较大的截面积,可以处理闪电和 ESD所引起的高瞬态电流。TVS也会有结电容,通常0.3个pF到几十个pF。TVS有单极性的和双极性的,使用时要注意。手机上用的TVS大约0.01$,低容值的约2-3分$。1.3、多层金属氧化物结构器件 (MLV),大陆一般称为压敏电阻。 MLV也可以进行有效的瞬时高压冲击抑制,此类器件具有非线性电压 - 电流 ( 阻抗表现 ) 关系,截止电压可达最初中止电压的 2 ~ 3倍。这种特性适合用于对电压不太敏感的线路和器件的静电或浪涌保护,如电源回路,按键输入端等。手机用压敏电阻约0.0015$,大约是TVS价格的1/6,但是防护效果没有TVS好,且压敏电阻有寿命老化。2、串联阻抗一般可以通过串联电阻或者磁珠来限制ESD放电电流,达到防静电的目的。如手机的高输入阻抗的端口可以串1K欧电阻来防护,如ADC,输入的GPIO,按键等。不要担心0402的电阻会被打坏,实践证明是打不坏的。这里不详细分析。用电阻做ESD防护几乎不增加成本。如果用磁珠,磁珠的价格大 约0.002$,和压敏电阻差不多.3、增加滤波网络前面提到了静电的能量频谱,如果用滤波器滤掉主要的能量也能达到静电防护的目的。对于低频信号,如GPIO输入,ADC,音频输入可以用1k+1000PF的电容来做静电防护,成本可以忽略,性能不比压敏电阻差,如果用1K+50PF的压敏电阻(下面讲的复合防护措施),效果更好,经验证明这样防护效果有时超过TVS。对于射频天线的微波信号,如果用TVS管,压敏等容性器件来做静电防护,射频信号会被衰减,因此要求TVS的电容很低,这样增加ESD措施的成本。对于微波信号可以对地并联一个几十nH的电感来为静电提供一个放电通道,对微波信号几乎没有影响,对于900MHZ和1800MHz的手机经常用22nH的电感。这样能把静电主要能量频谱上的能量吸收掉很多。4、复合防护有一种器件叫EMI filter,他有很好的ESD防护效果,EMI filter也有基于TVS管的和基于压敏电阻的,前者效果好,但很贵,后者廉价,一般4路基于压敏电阻的EMI价格在0.02$.实际应用中可以用下面的一个电阻+一个压敏电阻的方式。他既有低通滤波器的功能,又有压敏电阻的功能,还有电阻串联限流的功能。是性价比最好的防护方式,对于高阻信号可以采用1K电阻+50PF压敏;对于耳机等音频输出信号可以采用100欧电阻+压敏电阻;对于TP信号串联电阻不能太大否则影响TP的线性,可以采用10欧电阻。虽然电阻小了,低通滤波器效果已经没有了,但限流作用还是很重要的。5、增加吸收回路可以在敏感信号附件增加地的漏铜,来吸收静电。道理和避雷针原理一样。在信号线上放置尖端放电点(火花隙)在山寨手机设计中也经常应用。翻盖机受话器上TVS管或压敏电阻应该放在哪?很多人理解静电防护器件在layout时要靠近端口摆放,翻盖机或者滑盖机受话器(receiver,rec)上的TVS或压敏电阻要放在上板靠近rec的地方。其实不然,请看下面分析。这是一个翻盖机或者滑盖机,的等效电路,TVS在上板,主IC在主板,中间用比较长的FPC连接。rec是个线圈,不怕静电,怕静电的是IC。中间的电感分别是FPC上地网络和信号线的等效电感。当静电打在rec上时,由于TVS的钳位作用和等效电容存在,静电放电瞬时REC信号线上的电压Ub和小板的电压Ug可以看成相等的,静电荷要从FPC的地网络转移一部分到主板的地上,这时会在主板的地和小板的地之间产生一个压差Ug-0=Ug。对于信号线如果是高祖状态,即使FPC存在更大的等效电感,但是因为高阻抗不会产生电流,Ua和Ub可以看成是一致的,这样Ua=Ub=Ug,也就是芯片端和地之间会产生一个电压差,这个压差几乎等于放电瞬间小板地合主板地的电压差,这个电压差如果很大会使IC损坏。电压差大小取决于ESD放电的等级和FPC地上的等效阻抗和电感。如果是非高祖信号会有一点电流,电流大了芯片也就坏了。这样也可以近似看成Ua=Ub=Ug。因此TVS或压敏电阻放在上板如果静电达到rec上会有问题。假如静电打在小板的地上,由于TVS或压敏的钳位和等效电容,同样Ub=Ug。由于FPC的地上等效电感存在,Ug和主板地会存在压差。信号线上没有电流Ua=Ub=Ug。Ua加在芯片端口上会打坏芯片。假如静电打在主板地上,主板地上电荷部分会往小板地转移,产生电流,电流在FPC地等效电感上产生电压,同样会在主板地和小板地之间的电压会直接加在芯片两端烧坏芯片。如果TVS或压敏电阻加在主板上,由于TVS或压敏的钳位作用,Ua和地之间电压不会太高起到保护芯片的作用。静电放在rec上,电流传导到主板上被TVS吸收掉,电荷打在小板地和主板地上都和信号线没有关系。静电防户器件应该放在哪?rec情况如此,其他信号线电源也如此。上面分析的是用FPC连接两个板的情况,其实即使一块板子地上也会有阻抗的存在,这么看静电防护器件靠近芯片越近越好,即保护谁就靠近谁。特别是没有完整地层的板子。但有个问题如果靠近芯片在端口到TVS这段走线会存在大的放电电流和电压,这样会干扰到与其相邻的为保护的信号线。鉴于手机主板有完整地层,地上等效阻抗比较小,建议把静电防护器件放在主板的接口处,但不能放在小板,按键板等上面。

    2020-07-08 11:08:45 1928 发布人:凡亿教育
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    了解两点解决电路设计开关电源受限

    开关电源因体积小、功率因数较大等优点,在通信、控制、计算机等领域应用广泛。但由于会产生电磁干扰,其进一步的应用受到一定程度上的限制。本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理,并在其基础之上,提出开关电源的电磁兼容电路设计方法。首先将工频交流整流为直流,再逆变为高频,最后再经整流滤波电路输出,得到稳定的直流电压。电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。同时,变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰,也是潜在的强干扰源。1 内部干扰源● 开关电路开关电路主要由开关管和高频变压器组成。开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。当原来导通的开关管关断时,高频变压器的漏感产生了反电势E=-Ldi/dt,其值与集电极的电流变化率成正比,与漏感成正比,迭加在关断电压上,形成关断电压尖峰,从而形成传导干扰。  ● 整流电路的整流二极管输出整流二极管截止时有一个反向电流,其恢复到零点的时间与结电容等因素有关。它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变化di/dt,产生较强的高频干扰,频率可达几十兆赫兹。● 杂散参数由于工作在较高频率,开关电源中的低频元器件特性会发生变化,由此产生噪声。在高频时,杂散参数对耦合通道的特性影响很大,而分布电容成为电磁干扰的通道。2 外部干扰源外部干扰源可以分为电源干扰和雷电干扰,而电源干扰以“共模”和“差模”方式存在。同时,由于交流电网直接连到整流桥和滤波电路上,在半个周期内,只有输入电压的峰值时间才有输入电流,导致电源的输入功率因数很低(大约为0.6)。而且,该电流含有大量电流谐波分量,会对电网产生谐波“污染”。电路设计开关电源的EMC设计产生电磁干扰有3个必要条件:干扰源、传输介质、敏感设备,EMC设计的目的就是破坏这3个条件中的一个。针对于此,主要采取的方法有:电路措施、EMI滤波、屏蔽、印制电路板抗干扰电路设计等。1 降低开关损耗和开关噪声的软开关技术软开关是在硬开关基础上发展起来的一种基于谐振技术或利用控制技术实现的在零电压/电流状态下的先进开关技术。软开关的实现方法是:在原电路中增加小电感、电容等谐振元件,在开关过程前后引入谐振,消除电压、电流的重叠。2 减小干扰源干扰能量的缓冲电路在开关控制电源的输入部分加入缓冲电路,其由线性阻抗稳定网络组成,用于消除电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压高低变化和电力线谐波等潜在的干扰。缓冲电路器件参数为R1=500Ω,C=6nF,L=36mH,R=150Ω。3 切断干扰噪声传播路径的EMI滤波在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器,是抑制传导发射的一个很有效方法。其参数主要有:放电电阻、插入损耗、Cx电容、Cy电容和电感值。其中,插入损耗是滤波器性能的一个关键参数。在考虑机械性能、环境、成本等前提下,应该尽量使插入损耗大一些。用共模、差模干扰的测量结果与标准限值,加上适当的裕量可得到滤波器的插入损耗IL。ILCM(dB)=Vcm(dB)-Vlimt(dB)-3(dB)+M(dB)  (1)ILDM(dB)=VDM(dB)-Vlimt(dB)-3(dB)+M(dB) (2)式中,3dB表示在分离共模、差模传导干扰的测试过程中测试结果比实际值大3dB;M(dB)表示设计裕量,一般取6dB;Vlimit(dB)为相关标准如CISPR,FCC等规定的传导干扰限值。图4是220V/50Hz交流输入的开关电源交流侧EMI滤波器的电路。Cy=3300pF,L1、L2=0.7mH,它们构成共模滤波电路,抑制0.5~30MHz的共模干扰信号。Cx=0.1μF,L3、L4=200~500μH,采用金属粉压磁芯,与L1/L2、Cx构成L-N端口间低通滤波器,用于抑制电源线上存在的0.15~ 0.5MHz差模干扰信号。R用于消除可能在滤波器中出现的静电积累。     图4  开关电源交流侧EMI滤波器电路图5是开关电源的直流输出侧滤波电路,它由共模扼流圈L1、L2,扼流圈L3和电容C1、C2组成。为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱和而使扼流圈失去作用,磁芯必须采用高频特性好且饱和磁场强度大的恒μ磁芯。图5  支流侧滤波电路4 用屏蔽来抑制辐射及感应干扰开关电源干扰频谱集中在30MHz以下的频段,直径r<λ/2π,主要是近场性质的电磁场,且属低阻抗场。可用导电良好的材料对电场屏蔽,而用导磁率高的材料对磁场屏蔽。此外,还要对变压器、电感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形,在满足通风的条件下,孔的数量可以多,每个孔的尺寸要尽可能小。接缝处要焊接,以保证电磁的连续性。屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施。对于电场屏蔽,屏蔽外壳一定要接地。对于磁场屏蔽,屏蔽外壳不需接地。5 合理的PCB布局及布线敏感线路主要是指控制电路和直接与干扰测量设备相连的线路。要降低干扰水平,最简单的方法就是增大干扰源与敏感线路的间距。但由于受电源尺寸的限制,单纯的增大间距并非解决问题的最佳途径,更为合理的方法是根据干扰电场的分布情况将敏感线路放在干扰较弱的地方。PCB抗干扰布局设计流程如图6所示。

    2020-07-07 14:54:12 672 发布人:凡亿教育
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    电路设计与电路板设计的本质

    从今天开始来介绍一下电路设计入门。目的是为了让大家多少可以自行设计一些简单的电路板。同时可以检阅自己在设计中所存在的知识的遗漏。至于专家级别的,可以跳过鄙人的文章。因为每天的时间有限,望大家见谅。那么闲话少说,开正题。话说,咱是咋进入这个行业的。(跑题了吧?)是因为学校的知识没学好,没有分清啥子是电路设计,啥子是电路板设计。正是因为如此,一下子跑偏了自己的命运。老板说,来我公司做电路板设计吧。好滴好滴地回答了,满脑子里以为是电路设计。那么电路设计与电路板设计的区别是什么呢?电路设计:电气电路和电子电路设计。电路主要分为数字电路和模拟电路。数字电路那可以说是无处不在了,最常见的是生活中所用的电脑,手机还有家电类。模拟电路则多见于电源,驱动及工业模拟控制等。本文只谈及电子电路设计。简单粗暴的解释就是,学校里学习的电阻,电容等电子元件符号用线连起来,就是电路设计。电路板设计:则是依据电路设计完成的电路图纸(概念),完成电路板实物的平面设计。设计好的数据传给电路板生产商,就可以生产出电路板来了(说的容易...)。话说到这里,只是对电路设计感兴趣的朋友们请绕行,以免耽误宝贵的时间。那么首先说一说啥子是电路板吧,无论是电路设计还是电路板设计都是为了制造出电路板服务的。

    2020-07-09 01:08:20 361 发布人:凡亿教育
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