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原创 第十期概念组

浅析硬件电路设计基础与元器件选型

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yzpc05d_x04
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  • 2018-11-14 10:45:38
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PS:本帖来源与我给公司员工的培训,也不知道他们当时听得感受,【其中内容有很多是来自21世纪电源论坛的学习】【但愿没有误人】。。。,欢迎大家多提宝贵意见。

前篇
在我参加工作之初,师傅让设计一款开关电源,类似于下图(来源网络):
1.png
开关电源原理基本基础,可是该怎么设计???

大家都玩过积木没有?
x.png y.png
说明:
        使用基础,大小,颜色合适的形状拼出了不同物体的形状;
Tips:
        Building different shapes of differentthings by using base shape of building blocks, like cylinder, cube.

那么对于电路设计我们该怎么做?
Whatto do, what can we do?
成为一位研发工程师的重要因数:兴趣+基础+创新;
Themost important factors to be a design engineer are hobbies and interests,basis, innovations;
这节主要讲的是基础;
Whatwe talking about during this lesson is basis;
什么是基础(what’sthe basis
1)需求(Demands);
2)使用环境(Environment);
3)使用场合(Applications);
4)输入参数、输出参数(InputOutput);
5)负载(Load);
6低“成本”(Low costs);示例:宽范围电池反接保护电路
1)需求(Demands):
        前电动汽车的电池包系统多为200VDC~800VDC之间;若电池反接充电会引起电池发热,着火,甚至爆炸电气安全事故;这是不被允许的。
        当电池准备充电时,先检查电池是否反接,若反接必须给出反接警告,并且停止充电;检测电路需要通用,适用任何一个电压等级的电池包系统。
        The battery pack voltage in the electriccars are between 200VDC to 800VDC, if the battery pack is charged in a oppositedirection, the battery may inflame or ignition, the worst things is the batterywill blast like a bomb, it’s safety misadventure and its forbidden.
        Before charging, we should check outwhether the battery is connected in a opposite direction, if do, then, givingan warning single and cut off the charging circuit. Also, the checking circuitcould be used to different battery packs with different voltage.
2)环境(Environment):温度、湿度、气压;Temperature, humidity, atmosphericpressure.
Ø温度环境(Temperature:
        工作环境范围-20℃~50℃,即功能电路或电子元器件可靠工作温度范围;半导体每升高10℃,寿命折半。The working range is between -20℃ to 50℃,eachcircuit and component should works verywell. Semiconductor’s life will have 50% off,while its working temperature rise every10 ℃.
Ø湿度环境(Humidity:
      工作环境湿度5%~95%,即说明成品的绝缘防护等级要求;Working humidityis between 5% to 95% which means insulation,and what can designer do for products
insulation.
Ø气压环境(Atmospheric pressure):
       暂不考虑(For now, don’t care about it);
Ø其他( Others
3)使用场合(Applications
民用,工业用,汽车用,军用,民航用,军用航天;Civil,industrial, automotive, military,civilaviation, military space;
主要考虑的电子元器件的 质量即失效率Thequality and failure rate of each electronic components;
目前使用我司使用的是工业级,汽车级元器件;For now, the electric components used inproducts should under the quality of industrial and automotive.
本电路设计中使用工业级;Industrial electric components willbe fine in this circuit design;
4)输入参数,输出参数(InputOutput) :
Ø输入(Input
        电压、电流、频率/占空比等;Voltage,current, frequency, duty cycle, etc.;
        电压(Voltage):200VDC~800VDC;
        电流(Current):限制在1毫安以内;Limitless than 1mA;
        频率(frequency ):50Hz~200kHz;
Ø输出(Output
         数字信号0,1用于单片机识别,其物理模拟量等级为0~0.4VDC,2.7VDC~3.6VDC;Thedigital single 0 and 1 which ARM can be recognized, for digital 0 the voltageis between 0 to 0.4VDC, for 1 the voltage is between 2.7VDC to 3.6VDC;
5)负载(Load) :
  赞略;Leaveout for now;
6)低“成本”(Lowcosts):
Ø低功耗;Lowpower consumption;
Ø硬件成本元器件数量及单价;Hardwarecosts, the quantity and the price of each electric component;
Ø人工成本:包括采购,PCB绘制工时;Laborcosts, it contains purchase, and layout PCB etc.;
Ø生产成本:加工工序是否复杂;Productioncosts;

开始设计(Let’s do it
1、电池充电回路正确连接时,保护电路不工作;
      The protection circuit works during battery charging loop connected in opposite direction, otherwise  it doesn’t work.
      想想什么元器件具有单向导电作用;Thinking, which component do have one-wayconduction;
      二极管,电压等级1000V,因为最高电池包电压为800VDC;
      Diode,rated voltage is 1000VDC,becausethe max voltage of batterypackis 800VDC;
      一个二极管就够了吗? 不是,因为其漏电流,需要两个二极管;
     One diodeis enough? No it needs two, because diode do have leakage current.
2、检测电路需要低功耗,确保检测电路长时间工作电子元件不发热,设计回路最大电流为1mA;
         When the circuit is working for a longtime, the temperature of each component should not rise. So the max workingcurrent inthis circuit should less than 1mA;
重要:
       安规设计以700VDC为界限,所以电路需要考虑800VDC情况下的安规绝缘问题,尤其需要注意元器件选型,以及PCB布板时的排布,以及走线位置等;
Attention:
        According to safety criterion, whencircuit working under 800VDC, the isolation situation is totallydifferent from 700VDC, so we must pay more attention to select component, andlayout PCB.
3、符合功能,宽范围电压检测;Widerange voltage check;
        设回路在800VDC时反接,检测回路电流为1mA,根据欧姆定律在200VDC时,检测回路电流为0.25mA;但是0.25mA太小不足以驱动电平转换器件;
        The current is 1mA when the voltage is800VDC, due to the Ohm’s law, the current is 0.25mA when the voltage is 200VDC,but, 0.25mA is too small to driver level conversion component.
        想想,什么元器件具有放大电流的作用;Thinking, whatkind of component do have current amplification.
    三极管;Transistor;

4、输出信号ARM芯片可识别;ARMcan recognize the output single;
      对于模数信号转换,我们通常使用光耦;Optocoupleris typically used to convert analog and digital signals;
5、成品电路,成本约为¥3元;Finishedcircuit, and the hardware cost is ¥3。PCB板直接贴片好即可,无需调整。
11.png
6、实验数据;Experimentaldata;
22.png
数据结果满足单片机,数字芯片对信号0的识别。故而设计有效。


yzpc05d_x04
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  • 2018-11-14 11:01:56
 
Is That Easy?
Yes, that’s easy.
Are you sure about this?
I’m sorry, I lied.
We need to do more!!!
FTA, FMEA, CAD, Etc..

2、硬件电路设计需要关注的关键参数;
       Key electrical characteristics of design hardware circuit;
1)额定电压;Rated Voltage;
  所选器件必须能够承受该电压;
2)额定电流;Rated Current;
  所选器件电路最大工作电流;
3)寄生电容;Capacitor Parasitic;
  高频电路中半导体的寄生电容易引起EMI问题;
4)寄生电感;Inductance Parasitic;
  对于开关电源变压器原边回路中的寄生电感会导致功率半导体器件的误导通并且增加额外损耗;对于软开关,寄生电感是一个较好的参数;
5)寄生电阻/等效阻抗;Resistor Parasitic / On Resistance;
  对于电芯而言,寄生电容容易自发热;
6)输入阻抗;Input Resistance;
  确定输入信号的衰减程度;
7)输出阻抗;Output Resistance;
  确定输出的带载能力;
8)漂移;Input Offset Voltage Temperature Average Drift;
  运放等精密调整电路中,若电路设计不良,漂移参数会导致采样输出参数的漂移;
9)功耗;Device Dissipation
  需要给器件或电路提供多少能量,牵涉到供电电源设计以及散热设计;
10)等等;Etc.
3常见元器件的参数说明;
        Electrical characteristics of common component;

1)电阻Resistor
2)电容Capacitor
3)电感Inductance
4)运放Operational Amplifier
5)比较器Comparator
6)单片机MCU;
7ADC
8)等等;

电阻Resistor
Ø1线绕电阻器通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。
Ø2、薄膜电阻器:碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。
Ø3、实心电阻器:无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器。
Ø4、敏感电阻器:压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器

电阻的主要参数:
1、标称阻值允许误差额定功率
2额定电压最高工作电压温度系数老化系数
TipsResistor
1、常用电阻特性:
33.png
2、阻抗,必然符合欧姆定律;
3、根据功率匹配电阻阻值与电流,改变电阻还是改变电流;
4、贴片电阻耐压值;
5、电阻的特殊应用,假负载/改变纹波;
44.png
之前做过一个30V20A的脉冲电源,电源脉冲上升沿与下降沿均非常好,但是脉冲寄生着均匀的脉冲波形,之后在输出端直接并联了一个2W电阻的金属膜电阻即解决了问题。

5、0R电阻使用
ü1,在电路中没有任何功能,只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。
ü2,可以做跳线用,如果某段线路不用,直接不贴该电阻即可(不影响外观)
ü3,在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替。
ü4,想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0ohm电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。
ü5,在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻
ü6,在高频信号下,充当电感或电容。(与外部电路特性有关)电感用,主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间
ü7,单点接地(指保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,各自成为独立系统。)
ü8,熔丝作用。由于PCB上走线的熔断电流较大,如果发生短路过流等故障时,很难熔断,可能会带来更大的事故。
ü9,由于0欧电阻电流承受能力比较弱(其实0欧电阻也是有一定的电阻的,只是很小而已),过流时就先将0欧电阻熔断了,从而将电路断开


二极管:
种类有:普通整流二极管IN4007,快恢复二极管,超快恢复二极管,肖特基二极管,TVS(设计时需要注意两个击穿拐点电压值,比如SMCJ15A,Vr=15V,Vbr=16.7V,此时需要对保护的电压点进行很好的评估),齐纳二极管【稳压时控制,流过的电流<1mA,这个是我设计的经验,否则稳压值不是所期望的】等。
对于二极管应用,除了额定电压,额定电流,耗散功率,峰值电压电流等参数外,还需重点考虑下漏电流,寄生电容【肖特基整流时功耗大】参数。
其中,某次面试的时候,有面试官曾经问过这个问题:二极管导通后的压降是多少?
这个问题是个坑,一般回答是分为硅管【0.7V】或者锗管【0.2V~0.4V】。
但是,这不是重点,重点是,导通管压降是随着温度与流过的电流的大小而改变的,实际应用中是个动态的值。
yzpc05d_x04
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  • 2018-11-14 11:09:47
 
电容Capacitor:
Ø电容分类:无极性,有极性;
       电容种类代表:铝质电解电容、薄膜电容;
Ø电容的应用:泛应用于隔直,耦合,旁路,滤波,调谐回路,能量转换,控制电路等方面。
Ø电容器的主要参数:标称电容量和允许偏差、额定电压、绝缘电阻、损耗、频率特性(频率高电容容量下降),漏电流等;

部分常见的应用:
Ø高频旁路:陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。
Ø低频旁路:纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。
Ø滤波:铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。
Ø高频耦合:陶瓷电容器、云母电容器、聚苯乙烯电容器。
Tips:Capacitor
1、单片陶瓷电容器(通称贴片电容)。
2、铝电解电容器:普通的不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率低频旁路、信号耦合、电源滤波。电容量:0.47-10000uF;额定电压:6.3-450VDC;体积小,容量大,损耗大,漏电大;电源滤波,低频耦合,去耦,旁路等。
3、钽电解电容器:损耗、漏电小于铝电解电容;在要求高的电路中代替铝电解电容。电容量:0.1-1000uF;额定电压:6.3-125V;
4、陶瓷电容器:低频瓷介电容器限于在工作频率较低的回路中作旁路或隔直流用,或对稳定性和损耗要求不高的场合;高频瓷介电容器适用于高频电路。
电容对于交流信号视为通路,直流信号短路。
常见的用法有,电解电容上再并联一个或多个瓷片或薄膜电容以旁路高频纹波,也有的去耦电路是一个10uF电容在加上一个100nF电容。

电感Inductance
Ø按 电感形式 分类:固定电感、可变电感。
Ø按导磁体性质分类:空芯线圈、铁氧体线圈、铁芯线圈、铜芯线圈。
Ø按 工作性质 分类:天线线圈、振荡线圈、扼流线圈、陷波线圈、偏转线圈。
Ø按 绕线结构 分类:单层线圈、多层线圈、蜂房式线圈。
电感参数:
Ø感抗 XL
电感线圈对交流电流阻碍作用的大小称感抗XL,单位是欧姆。它与电感量L 和交流电频率f 的关系为XL=2*π*f*L;
Ø分布电容
线圈的匝与匝间、线圈与屏蔽罩间、线圈与底版间存在的电容被称为分布电容。分布电容的存在使线圈的 Q 值减小,稳定性变差,因而线圈的分布电容越小越好。

电感的特性为扼制电流突变【产生对应的感应电动势】,因此电感负载大多数情况下需要接续流二极管管,最典型的的应用是Buck电路。
还有一种应用是电感用在高压输出末端,用作短路保护。

Tips: Inductance
磁珠的应用:
•电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路,侧重于抑止传导性干扰(传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰);磁珠多用于信号回路,主要用于EMI(电磁干扰)方面。磁珠用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR,SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种储能元件,用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHz。磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。
•作为电源滤波,可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了.
磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(电路)中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分,直流成分是需要的有用信号,而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量,使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器),该器件允许直流信号通过,而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上,然而,低频信号也会受到片式磁珠的影响。
片式磁珠由软磁铁氧体材料组成,构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。使用片式磁珠的好处: 小型化和轻量化 在射频噪声频率范围内具有高阻抗,消除传输线中的电磁干扰。 闭合磁路结构,更好地消除信号的串绕。 极好的磁屏蔽结构。 降低直流电阻,以免对有用信号产生过大的衰减。显著的高频特性和阻抗特性(更好的消除RF能量)。 在高频放大电路中消除寄生振荡。 有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。
•要正确的选择磁珠,必须注意以下几点:
1、不需要的信号的频率范围为多少;
2、噪声源是谁;
3、需要多大的噪声衰减;
4、环境条件是什么(温度,直流电压,结构强度);
5、电路和负载阻抗是多少;
6、是否有空间在PCB板上放置磁珠;
铁氧体磁珠与普通的电感相比具有更好的高频滤波特性。铁氧体在高频时呈现电阻性,相当于品质因数很低的电感器,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高高频滤波效能。在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感,这种电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小。但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
比如LM2904,在5V供电时,25℃时0~VCC-1.5V,25℃时当输入信号是4V时是不允许的。这里衍生的问题是,运放是否适用于轨对轨的场合了。
运放Operational Amplifier  
运放的主要参数:
1.输入失调电压VIO(input offset voltage) :输入电压为零时,将输出电压除以电压增益,再加上负号,即为折算到输入端的失调电压。亦即使输出电压为零时在输入端所加的补偿电压。VIO是表征运放内部电路对称性或者反映了输入级差分对管的失配程度,一般Vos约为(1~10)mV,高质量运放Vos在1mV以下。增益放大,精密电路需要调零电路。
2.输入失调电压温漂  :在规定工作温度范围内,输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。 该参数是指Vos在规定工作范围内的温度系数,是衡量运放温度影响的重要指标。一般情况下约为(10~30)uV/ ℃ ,高质量的可做<0.5uV/ ℃ 。温度变化对输出电压的影响。
3.输入失调电流IIO(input offset current):在零输入时,差分输入级的差分对管基极电流之差,II0=|IB1-IB2|。用于表征差分级输入电流不对称的程度。通常,Ios为(0.5~5)nA,高质量的可低于1nA。在大电阻应用电路中,失调电流的影响比失调电压还要重要,因此运算放大电路中不建议使用超过100k的电阻。
4.输入失调电流温漂  :在规定工作温度范围内,输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。 它是指II0在规定工作范围内的温度系数,也是衡量运放受温度影响的重要指标,通常约为(1~50)nA/℃,高质量的约为几个pA/ ℃ 。
对于宽温度范围应用的场合,且对信号精度有要求的场合,需要考虑温漂对输出信号的影响。
5.输入偏置电流IB(input bias current):运放两个输入端偏置电流的平均值,确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。注意输入电阻匹配,避免产生额外的失调电压。
6.最大差模输入电压  (maximum differential mode input voltage):运放两输入端能承受的最大差模输入电压,超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。平面工艺制成的NPN管,其值在5V左右,横向PNP管的Vidmax可达+——30V以上。输入差分信号最大值,一般略低于电源电压-2VDC。
7.最大共模输入电压  (maximum common mode input voltage):在保证运放正常工作条件下,共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时,输入差分对管出现饱和,放大器失去共模抑制能力。高级应用,电流采样运放,最高共模电压400~600VDC之间。

运算放大器的动态技术指标
1.开环差模电压放大倍数  (open loop voltage gain) :运放在无外加反馈条件下,输出电压与输入电压的变化量之比。
2.差模输入电阻  (input resistance) :输入差模信号时,运放的输入电阻。 为运放开环条件下,从两个差动输入端看进去的动态电阻。
3.共模抑制比  (common mode rejection ratio) :与差分放大电路中的定义相同,是差模电压增益  与共模电压增益  之比,常用分贝数来表示。
KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)
它是衡量输入级差放对称程度及表征集成运放抑制共模干扰信号能力的参数。其值越大越好。通常KCMR约为(70~100)dB,高质量的可达160dB。一般在80dB。
4.-3dB带宽  (—3dB band width) :运算放大器的差模电压放大倍数  下降3dB所定义的带宽。 其值愈大愈好,辅助确定最大工作点。
5.单位增益带宽  (BW)(unit gain band width):  下降到1时所对应的频率,定义为单位增益带宽 。与晶体管的特征频率相类似。反映运放对信号频率的响应能力,需要配合滤波电路。
6.共模输入电阻 Ric (common modeinput resistence):它定义为运放两个输入端并联时对地的电阻。对于晶体管作输入级的集成运放来说,Ric通常比Rid高两个数量级左右。采用场效应管,输入级运算放大器Ric和Rid数值相当。
7.转换速率  (压摆率)(slew rate):又称为上升速率,反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。SR越大,表示运放对高速变化的输入信号的响应能力越好。信号幅值愈大,频率愈高,要求集成运放的SR愈大,需考虑若速度过快,会带来额外的EMI问题。
当需要放大具有一定频率的信号时,需要重点考虑运放的增益带宽积以及转换速率【防止波形失真】。
除此之外还需要留意下运放的自身发热情况。
对于多运放中无用运放的处理办法:
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  • 2018-11-14 11:27:04
 
Tips:Operational Amplifier
0202.png
运放不推荐使用增益<0的电路(运放增益为0乃电压跟随器),若有需求,需先进行降压,再使用电压跟随器跟随一下;
某些电路中必须使用电位器进行调整,然,电位器会随着运输途中的振动导致参数偏移,解决办法精确估算区间范围,并联一电阻以确保在可变范围内参数依旧准确;推荐邦士电位器
运放存在输入失调电流,故而电路中最好不要使用大于100k的电阻;
对于弱信号电压跟随器电路需要注意输入电容与输出电容的匹配问题,若匹配不当,易造成电路震荡或不线性的现象。下图为错误示例;
0303.png
此处解决问题的办法是去除C22,C23,其中R11对地加电容;此类问题在运放跟随器中遇到过一回,当时的表现为跟随器在输入电压低端的时候,输出出现抖动。后来“很牛的”技术部长帮我调零调了一周,效果有些许好转,但是还是不达标。后来加班在网络中找答案,大概是晚上9点半的时候在一个博客里找到一个网友分享的Japan的经验,按照这种做法即消除了跟随器低端抖动的问题。

比较器Comparator
Ø 在某些情况下,将运放用作比较器的用法能够侥幸成功。例如当使用LM324作为比较器时,运放的输出会达到电源轨并停留在那里,并没有什么坏现象发生。然而如果使用其他型号的运放,情况可能完全不同。
Ø 对于希望比较器具有快速响应特性的设计师来说,运放的输出级设计是件坏事。运放输出级中使用的晶体管并非开关品体管。这些晶体管设计在线性区域工作,用于输出精确的模拟波形。在处于饱和状态时,它们不仅可能消耗比预期更多的功率,还有可能锁定,并且恢复时间也难以预测。一批器件的恢复时间可能只有几个微秒,而另一批可能长达数十毫秒。运放的恢复时间无法测试,因此无法在数据手册中规定。有些器件甚至不会从锁定状态中恢复!对于某些轨到轨运放,输出饱和可能会导致输出管热失控从而损坏。即使是最好的设计师也可能在无意中设计出饱和甚至开环的运放电路。
Ø 比较器无需接反馈电阻,部分电路为求电路稳定还是要接的,但这会带来“回差”现象;
应用提示:
Ø 除非想用锁存器,否则就把比较器设计成带有磁滞回差的形式。因为如果比较器出现问题,那很有可能会在电路中会引起不可恢复的故障。

MCU选择步骤:
1、正常每个部门/项目组内定;
2、根据性能和使用习惯选择单片机品牌;
3、功能选择,比如需求的通讯口串口数量,如UARTCAN等;
部分功能的中间实现方式,如外置FlashSPI,外置ADCI^2C等;
交互控制的I/O信号数量;
4、根据实际处理速度以及性能,选择51ARMDSP核;
5、初步估算需求FlashRomRAM存储空间,选定单片机;
ADC选择需要考虑的主要基本参数:
•     1)基本电气参数,工作电压,参考基准等;
•     2)分辨率,10-bits,12bits,14-bits,16bits,24bits等;根据成本,使用环境,需求精度,程序算法综合考虑选择;
•     3)速率,积分型为低速ADC,逐次比较型为中速ADC,全并行/串行ADC可达纳秒级;
•     4)线性度,部分ADC不支持从0点检测;
•     5)误差;
•     6)有无其他特殊要求,例如隔离;

4、元器件选择案例;
         Examples electronic componentselection
输入电源防反接保护,目的当控制板电源接反不影响后级电路工作,电路简单,不额外增加成本;因整个PCB板功耗<5W,考虑到12VDC输入,考虑效率0.75(一般比这个值大)则输入电流为  (5/0.75)/12= 0.56A;
若使用整流功率二极管(硅管0.7~1.7VDC)则功耗为0.56 * 0.7 = 0.4W;
若使用肖特基二极管(锗管0.1~0.45VDC)则功耗为0.56 * 0.45 = 0.252W;肖特基二极管虽然电压做不高,但是耐压40VDC的肖特基二极管还是很多的。
对于100mV的信号处理,运放的选择;
如下是一些运放的偏置电压:
5566.png 6677.png
若对信号误差有要求,选哪个?答案是LM158A,3/100 =3%,即有3%的误差;

5、硬件电路设计中的“隐性”规约;
        Recessive rules of circuitdesign;  _来源于邵革良博士
z.png a.png b.png c.png d.png

  6PCB设计注意事项;
        Attentions of layout PCB;
•     1)PCB中各系统之间的排布与地简单示例;
e.png
•     2)大规模敷地产生的寄生电容;
f.png
•     电容为储能元件,储能即有压降。除了大规模敷地以外,地上需要均匀的打上过孔,以保证所敷地的每个点点位基本一致。
•     3)高损耗器件位置;
•       高损耗器件需排布靠近PCB四周边缘,或者在风道位置便于散热;
•     4)晶振/退耦电容位置;
•       晶振需要尽量靠近MCU晶振信号输入引脚,退耦电容需要靠近芯片VCC引脚;
•      
•     晶振周围需大面积敷地;
•     芯片电源需先经过退耦电容在到芯片VCC引脚,通常是10uF电容配10nF电容;
•      5)信号线与功率线排布;
       若PCB制图中信号线与功率线必须混合布线,则在排版的时候就需要留意,确保功率线与信号线走线为“井”排布;右手定则;信号线长不宜超过25cm。
•      6)环流,模拟信号走线方式;
       各种信号线的走线不要形成环路(回路),若是不可避免要形成环路,应设法将环路面积减至最少,以降低感应噪声。走线拓扑中的菊花状走线能有效避免布线时形成环路,电源线平行走线。
       每一路模拟信号线都配有信号正信号负双线,即使多路信号都是共地的。
•      7)安规安全距离;
Ø  交流电源进线,保险丝之前两线最小安全距离不小于6mm,两线与机壳或机内接地最小安全距离不小于8mm。
Ø  高压区与低压区的最小爬电距离不小于8mm,不足8mm或等于8mm 的。须开2mm的安全槽。
Ø  高压区须有高压示警标识的丝印,即有感叹号在内的三角形符号;高压区须用丝印框住,框条丝印须不小于3mm 宽。

说明:硬件与软件关系
     男人征服世界,女人通过征服男人来征服世界;
g.png
•   硬件叱咤江湖,软件通过控制硬件来统治江湖。
如果软件与硬件皆精通,且能灵活应用于实际工做,就必须。。。。
h.png

O(∩_∩)O哈哈~,这里开个玩笑,当然也想说明一些事实。
我们想变的优秀与专业,“笑傲江湖”。必须跟一些与提升专业技能不相干的爱好说再见,比如网游,追剧等【还好我从不玩网游,但是好看的剧一定是要看完的】;这个过程很痛苦,并不比岳不群当时的痛来的轻。


XIE52062
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高级工程师
  • 2018-11-14 15:39:07
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学习了,大神的表达方式特殊,值得推荐,值得学习,通俗易懂
yzpc05d_x04
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  • 2018-11-14 19:18:51
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大侠还是多提宝贵意见,有份总结的热设计的资料,不知是否需要?
mao001
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  • 2018-11-15 08:30:54
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支持DD的经验之谈
XIE52062
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期待大神的散热设计大作
yzpc05d_x04
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  • 2018-11-19 11:31:05
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散热设计的MathCAD文件丢失,不过都是从这几份文档里进行总结的。各位可以先行收下,而后有需要可以自行编辑MathCAD工程应用文件。
QJ 1474-1988 电子设备热设计规范.zip (754.23 KB, 下载次数: 15)
XIE52062
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  • 2018-11-20 10:23:58
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谢谢大神的分享
liaozhaocheng
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  • 2018-11-21 18:58:04
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比较喜欢这个软硬件的比喻
转身单打
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  • 2018-11-22 22:24:23
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学习了
fnual
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  • 2018-11-21 16:36:10
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前来学习!!!
yzpc05d_x04
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  • 2018-11-28 11:19:20
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补充负载篇:
1、阻性负载;
对于阻性负载,不做过过多的评论。新设计的电源不管最终带什么负载,最好带采用阻性负载以确保电源输出控制基本参数稳定。
2、容性负载;
对于容性需要重点注意,电容电荷为空时,等效为电源输出短路。这类电源主要用来进行铝电解电容的工厂老化。此时电源需要设计为恒流充电模式,即电容短路时的充电电流【此电流需低于电容的最大允许充电电流,以保证电容不至于发热】需按照恒流设定基准进行输出。
3、感性负载;
常见于带电机,启动瞬间电流为额定电流的2-7倍。
现有我所掌握的办法是,将输入与输出放出一定裕量进行设计【需要匹配半导体的最大额定参数,与脉冲冲击参数,再加上感性负载的启动时间】,除了放出一定裕量外,还需匹配一定容量的电容以应对电机启动时的大电流需求。另需在输出端并联反向二极管,二极管可根据需要串联电阻已消耗感性负载的反向电能。
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