韶光飛逝，離我開(kāi)端畫(huà)榜首塊電路已有3年。剛剛開(kāi)端觸摸線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源電路板的時(shí)分，與你一樣，我充滿(mǎn)了疑惑一同又帶著(zhù)些興奮。在網(wǎng)上許多關(guān)于線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源硬件電路的經(jīng)歷、常識讓人眼花繚亂。像信號完整性，EMI，PS規劃準會(huì )把你搞暈。別急，一切要慢慢來(lái)。一個(gè)硬件工程師終究需求做什么，讀完這篇文章，相信你就懂了。
1）整體思路。規劃硬件電路，大的結構和架構要搞清楚，但要做到這一點(diǎn)還真不簡(jiǎn)略。有些大結構或許自己的老板、教師現已想好，自己僅僅把思路詳細完結;但也有些要自己規劃結構的，那就要搞清楚要完結什么功用，然后找找有否能完結相同或相似功用的參閱電路板（要懂得盡量運用他人的效果，越是有經(jīng)歷的工程師越會(huì )懂得學(xué)習他人的效果）。
2）了解線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源電路。如果你找到了的參閱規劃，那么祝賀你，你能夠節省許多時(shí)刻了（包含前期規劃和后期調試）。立刻就copy？NO，仍是先看懂了解了再說(shuō)，一方面能進(jìn)步我們的線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源電路了解才能，并且能防止規劃中的過(guò)錯。
3）沒(méi)有找到參閱規劃？ 沒(méi)關(guān)系。先斷定大IC芯片，找datasheet，看其要害參數是否符合自己的要求，哪些才是自己需求的要害參數，以及能否看懂這些要害參數，都是硬件工程師的才能的表現，這也需求長(cháng)時(shí)刻地慢慢地積累。這期間，要善于發(fā)問(wèn)，由于自己不懂的東西，他人往往一句話(huà)就能點(diǎn)醒你，尤其是硬件規劃。
4）線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源硬件電路規劃首要是三個(gè)部分，原理圖，pcb ，物料清單（BOM）表。原理圖規劃就是將前面的思路轉化為電路原理圖。它很像我們教科書(shū)上的電路圖。pcb觸及到實(shí)際的電路板，它依據原理圖轉化而來(lái)的網(wǎng)表（網(wǎng)表是交流原理圖和pcb之間的橋梁），而將詳細的元器件的封裝放置（布局）在電路板上，然后依據飛線(xiàn)（也叫預拉線(xiàn)）銜接其電信號（布線(xiàn)）。完結了pcb布局布線(xiàn)后，要用到哪些元器件應該有所概括，所以我們將用到BOM表。
5）用什么東西？Protel，也就是altium簡(jiǎn)略上手，在國內也比較盛行，敷衍一般的作業(yè)現已滿(mǎn)意，適宜初入門(mén)的規劃者運用。
其實(shí)不管用簡(jiǎn)略的protel或許雜亂的cadence東西，硬件規劃大環(huán)節是一樣的（protel上的操作相似windwos，是post-command型的;而cadence的產(chǎn)品concept & allegro 是pre-command型的，用慣了protel，突然轉向cadence的東西，會(huì )不習慣就是這個(gè)原因）。規劃大環(huán)節都要有：1）原理圖規劃。2）pcb規劃。3）制造BOM表?，F在扼要談一下規劃流程（過(guò)程）：
1）原理圖庫樹(shù)立。要將一個(gè)新元件擺放在原理圖上，我們必須得樹(shù)立改元件的庫。庫中首要界說(shuō)了該新元件的管腳界說(shuō)及其特點(diǎn)，并且以詳細的圖形辦法來(lái)代表（我們常?？吹降氖且粋€(gè)矩形（代表其IC BODY），周?chē)S多短線(xiàn)（代表IC管腳））。protel創(chuàng )立庫及其簡(jiǎn)略，并且由于用的人多，許多元件都能找到現成的庫，這一點(diǎn)對運用者極為便利。應搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等差異。
2）有了足夠的庫之后，就能夠在原理圖上畫(huà)圖了，依照datasheet和體系規劃的要求，通過(guò)wire把相關(guān)元件銜接起來(lái)。在相關(guān)的當地添加line和text注釋。wire和line的差異在于，前者有電氣特點(diǎn)，后者沒(méi)有。wire適用于銜接相同網(wǎng)絡(luò )，line適用于注釋圖形。這個(gè)時(shí)分，應搞清一些根本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。
3）做完這一步，我們就能夠生成netlist了，這個(gè)netlist是原理圖與pcb之間的橋梁。原理圖是我們能認知的辦法，電腦要將其轉化為pcb，就必須將原理圖轉化它知道的辦法netlist，然后再處理、轉化為pcb。
4）得到netlist，立刻畫(huà)pcb？別急，先做ERC先。ERC是電氣規矩查看的縮寫(xiě)。它能對一些原理圖根本的規劃過(guò)錯進(jìn)行排查，如多個(gè)output接在一同等問(wèn)題。（可是必定要細心查看自己的原理圖，不能過(guò)火依靠東西，終究東西并不能理解你的體系，它僅僅樸實(shí)地依據一些根本規矩排查。）
5）從netlist得到了pcb，一堆鱗次櫛比的元件，和數不清的飛線(xiàn)是不是讓你嚇了一跳？呵呵，別急還得慢慢來(lái)。
6）斷定板框大小。在keepout區（或mechanic區）畫(huà)個(gè)板框，這將約束了你布線(xiàn)的區域。需求依據需求好考慮板長(cháng)，板寬（有時(shí)，還得考慮板厚）。當然了，疊層也得考慮好。（疊層的意思就是，板層有幾層，怎樣應用，比如板一共4層，頂層走信號，中心榜首層鋪電源，中心第二層鋪地，底層走信號）。
先解釋一下（2）中的術(shù)語(yǔ)。post-command，例如我們要復制一個(gè)object（元件），我們要先選中這個(gè)object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V（copy指令發(fā)生在選中object之后）。這種操作windows和protel都選用的這種辦法?？墒莄oncept就是別的一種辦法，我們叫做pre-command。相同我們要復制一個(gè)東西，先按ctrl+C，然后再選中object，再在外面單擊（copy指令發(fā)生在選中object之前）。
1）斷定完板框之后，就該元件布局（擺放）了，布局這步極為要害。它往往決議了后期布線(xiàn)的難易。哪些元器件該擺正面，哪些元件該擺反面，都要有所考量?？墒沁@些都是一個(gè)仁者見(jiàn)仁，智者見(jiàn)智的問(wèn)題;從不同視點(diǎn)考慮擺放位置都能夠不一樣。其實(shí)自己畫(huà)了原理圖，理解一切元件功用，天然對元件擺放有清楚的知道（如果讓一個(gè)不是畫(huà)原理圖的人來(lái)擺放元件，其結果往往會(huì )讓你大吃一驚^_^）。關(guān)于初入門(mén)的，留意模仿元件，數字元件的隔離，以及機械位置的擺放，一同留意電源的拓撲就能夠了。
2）接下來(lái)就是布線(xiàn)。這與布局往往是互動(dòng)的。有經(jīng)歷的人往往在開(kāi)端就能看出哪些當地能布線(xiàn)成功。如果有些當地難以布線(xiàn)還需求改動(dòng)布局。關(guān)于fpga規劃來(lái)說(shuō)往往還要改動(dòng)原理圖來(lái)使布線(xiàn)更加順利。布線(xiàn)和布局問(wèn)題觸及的要素許多，關(guān)于高速數字部分，由于牽扯到信號完整性問(wèn)題而變得雜亂，但往往這些問(wèn)題又是難以定量或即便定量也難以核算的。所以，在信號頻率不是很高的狀況下，應以布通為榜首準則。
3）OK了？別急，用DRC查看查看先。這是必定要查看的。DRC關(guān)于布線(xiàn)完結覆蓋率以及規矩違背的當地都會(huì )有所標注，依照這個(gè)再逐個(gè)的排查，修正。
4）有些pcb還要加上敷銅（可能會(huì )導致本錢(qián)添加），將出線(xiàn)部分做成淚滴（工廠(chǎng)或許會(huì )幫你加）。最終的pcb文件轉成gerber文件就可交給pcb出產(chǎn)了。（有些直接給pcb也成，工廠(chǎng)會(huì )幫你轉gerber）。
5）要安裝pcb，準備bom表吧，一般能直接從原理圖中導出?？墒切枨罅粢獾氖?，原理圖中哪些部分元件該上，哪些部分元件不該上，要做到心理稀有。關(guān)于小批量或研討板而言，用excel自己辦理倒也便利（大公司往往要專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)辦理）。而關(guān)于新手而言，榜首個(gè)版別，不主張直接交給安裝工廠(chǎng)或焊接工廠(chǎng)將bom的料悉數焊上，這樣不便于排查問(wèn)題。最好的辦法就是，依據bom表自己準備好元件。比及板來(lái)了之后，一步步上元件、調試。。。
談?wù)劸€(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源調試
1）拿到板榜首步做什么，不要急急忙忙供電看功用，硬件調試不可能一步調試完結的。先拿萬(wàn)用表看看要害網(wǎng)絡(luò )是否有不正常，首要是看電源與地之間有否短路（雖然出產(chǎn)廠(chǎng)商現已幫你做過(guò)測驗，這一步仍是要自己親身看看，有時(shí)分看起來(lái)某些過(guò)程挺繁瑣，可是能夠節省你后邊不少時(shí)刻?。?，其實(shí)短路與否不光pcb有關(guān)，在出產(chǎn)制造的任何一個(gè)環(huán)節可能導致這個(gè)問(wèn)題，IO短路一般不會(huì )形成災難性的結果，可是電源短路就。。。。。。
2）線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源沒(méi)短路？那么好，那就看看電源輸出是否是自己抱負的值，關(guān)于初學(xué)者，調試的時(shí)分最好IC一件件芯片上，榜首個(gè)要上的就是電源芯片。
3）線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源短路了？這個(gè)比較費事，不過(guò)要細心看看自己原理圖是否有可能這樣的狀況，一同結合割線(xiàn)的辦法一步步排查倒底是什么當地短路了，是pcb的問(wèn)題（一般比較爛的pcb廠(chǎng)就可能呈現這種狀況），仍是安裝的問(wèn)題，仍是自己規劃的問(wèn)題。關(guān)于查看短路還有一些技巧，這在往后登出。。。。。。
3）線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源芯片沒(méi)有輸出？查看查看你的電源芯片輸入是否正常吧，還需求查看的當地有使能信號，分壓電阻，反應網(wǎng)絡(luò )。。。。。。
4） 線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源芯片輸出值不在意料規模？如果超越很離譜，比如到了10%，那么看看分壓電阻先，這兩個(gè)分壓電阻一般要用1%的精度，這個(gè)你做到了沒(méi)有，一同看看反應網(wǎng)絡(luò )吧，這也會(huì )影響你的輸出電源的規模。
5）線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源輸出正常了，別快樂(lè )，如果有條件的話(huà)，拿示波器看看吧，看看電源的輸出跳變是否正常。也就是抓取開(kāi)電的瞬間，看看電源從無(wú)到有的狀況（至于為什么要看著(zhù)個(gè)，嘿嘿。。。。。。專(zhuān)業(yè)人士仍是要看的～）
談?wù)劸€(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源
無(wú)疑線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源規劃是整個(gè)電路板最重要的一環(huán)。電源不安穩，其他啥都別談。我想不必balabala述說(shuō)它終究有多么重要了。
在電源規劃我們用得最多的場(chǎng)合是，從一個(gè)安穩的“高”電壓得到一個(gè)安穩的“低”電壓。這也就是常常說(shuō)的DC-DC（直流-直流），而直流-直流中用得最多的電源穩壓芯片有兩種，一種叫LDO（低壓差線(xiàn)性穩壓器，我們后邊說(shuō)的線(xiàn)性直流電源，也是指它），另一種叫PWM（脈寬調制開(kāi)關(guān)電源，我們在本文也稱(chēng)它直流開(kāi)關(guān)電源）。我們常常聽(tīng)到PWM的功率高，可是LDO的呼應快，這是為什么呢？別著(zhù)急，先讓我們看看它們的原理。
下面會(huì )觸及一些理論常識，可是仍然十分淺顯易懂，如果你不懂，嘿嘿，得查看一下自己的根底了。
一、線(xiàn)性直流電源的作業(yè)原理
如圖是線(xiàn)性直流電源內部結構的簡(jiǎn)略示意圖。我們的意圖是從高電壓Vs得到低電壓Vo。在圖中，Vo通過(guò)兩個(gè)分壓電阻分壓得到V+，V+被送入放大器（我們把這個(gè)放大器叫做差錯放大器）的正端，而放大器的負端Vref是電源內部的參閱電平（這個(gè)參閱電平是恒定的）。放大器的輸出Va銜接到MOSFET的柵極來(lái)操控MOSFET的阻抗。Va變大時(shí)，MOSFET的阻抗變大;Va變小時(shí)，MOSFET的阻抗變小。MOSFET上的壓降將是Vs-Vo。
現在我們來(lái)看Vo是怎樣安穩的，假定Vo變小，那么V+將變小，放大器的輸出Va也將變小，這將導致MOSFET的阻抗變小，這樣通過(guò)相同的電流，MOSFET的壓差將變小，所以將Vo上抬來(lái)按捺Vo的變小。同理，Vo變大，V+變大，Va變大，MOSFET的阻抗變大，通過(guò)相同的電流，MOSFET的壓差變大，所以按捺Vo變大。
二、直流開(kāi)關(guān)電源的作業(yè)原理
如上圖，為了從高電壓Vs得到Vo，直流開(kāi)關(guān)電源選用了用必定占空比的方波Vg1，Vg2推進(jìn)上下MOS管，Vg1和Vg2是反相的，Vg1為高，Vg2為低;上MOS管翻開(kāi)時(shí)，下MOS管封閉;下MOS管翻開(kāi)時(shí)，上MOS管封閉。由此在L左端形成了必定占空比的方波電壓，電感L和電容C我們能夠看作是低通濾波器，因而方波電壓通過(guò)濾波后就得到了濾波后的安穩電壓Vo。Vo通過(guò)R1、R2分壓后送入榜首個(gè)放大器（差錯放大器）的負端V+，差錯放大器的輸出Va做為第二個(gè)放大器（PWM放大器）的正端，PWM放大器的輸出Vpwm是一個(gè)有必定占空比的方波，通過(guò)門(mén)邏輯電路處理得到兩個(gè)反相的方波Vg1、Vg2來(lái)操控MOSFET的開(kāi)關(guān)。
三、線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源的比較
懂得了線(xiàn)性直流電源和直流開(kāi)關(guān)電源的作業(yè)原理之后，我們就能夠理解為什么線(xiàn)性直流電源有較小的噪聲，較快的瞬態(tài)呼應，可是功率差;而直流開(kāi)關(guān)電源噪聲較大，瞬態(tài)呼應較慢，但功率高了。
線(xiàn)性直流電源內部結構簡(jiǎn)略，反應環(huán)路短，因而噪聲小，并且瞬態(tài)呼應快（當輸出電壓變化時(shí)，補償快）?？墒怯捎谳斎牒洼敵龅膲翰钕德湓诹薓OSFET上，所以它的功率低。因而，線(xiàn)性穩壓一般用在小電流，對電壓精度要求高的應用上。
而直流開(kāi)關(guān)電源，內部結構雜亂，影響輸出電壓噪聲功能的因數許多，且其反應環(huán)路長(cháng)，因而其噪聲功能低于線(xiàn)性直流電源，且瞬態(tài)呼應慢?？墒且罁绷鏖_(kāi)關(guān)電源的結構，MOSFET處于徹底開(kāi)和徹底關(guān)兩種狀態(tài)，除了驅動(dòng)MOSFET，和MOSFET自己內阻耗費的能量之外，其他能量被悉數用在了輸出（理論上L、C是不耗能量的，雖然實(shí)際并非如此，但這些耗費的能量很?。?。
先寫(xiě)part 8，待到圖片能上傳再添補 part 6，7做為描繪直流開(kāi)關(guān)電源原理，以及LDO與直流開(kāi)關(guān)電源比較之用。
這一部分弄清高速信號知道的一些誤區。
一、高速看的是信號沿，不是時(shí)鐘頻率。
1） 一般而言，時(shí)鐘頻率高的，其信號上升沿快，因而一般我們把它們當成高速信號;但反過(guò)來(lái)不必定建立，時(shí)鐘頻率低的，如果信號上升沿仍然快的，一樣要把它當成高速信號來(lái)處理。依據信號理論，信號上升沿包含了高頻信息（用傅立葉改換，能夠找出定量表達式），因而，一旦信號上升沿很陡，我們應該按高速信號來(lái)處理，規劃欠好，很可能呈現上升沿過(guò)于緩慢，有過(guò)沖，下沖，振鈴的現象。比如，I2C信號，在超快速形式下，時(shí)鐘頻率為1MHz，可是其標準要求上升時(shí)刻或下降時(shí)刻不超越120ns！確實(shí)有許多板I2C就過(guò)不了關(guān)！
2）因而，我們更應該關(guān)注的是信號帶寬。依據經(jīng)歷公式，帶寬與上升時(shí)刻（10%~90%）的關(guān)系為 Fw * Tr = 3.5
二、示波器挑選
1） 許多人留意到了示波器的采樣率，沒(méi)有留意到示波器的帶寬。但往往示波器帶寬是一個(gè)更重要的參數。一些人認為只需示波器采樣率滿(mǎn)意超越信號時(shí)鐘頻率的兩倍就行了，這是大錯特錯。過(guò)錯的原因是過(guò)錯的了解了采樣定理。采樣定理1闡明了當采樣頻率大于信號最大帶寬的兩倍，就能完美地恢恢復信號?？墒?，采樣定理指的信號是帶限信號（帶寬是有限的），與現實(shí)中的信號嚴峻不符。我們一般的數字信號，除了時(shí)鐘之外，都不是周期的，從長(cháng)時(shí)刻來(lái)看，其頻譜是無(wú)限寬的;要能捕獲到高速信號，就不能對其高頻重量太多的失真。示波器帶寬指標與此息息相關(guān)。因而，真實(shí)要留意的仍然是用示波器捕獲的信號的上升沿失真在我們可接受的規模。
2） 那么選多高帶寬的示波器才適宜呢？理論上5倍于信號帶寬的示波器捕獲的信號比原信號丟失不到3%。如果要求丟失更寬松，那就能夠挑選更低端的示波器。用到3倍于信號帶寬的示波器應該能滿(mǎn)意大多數要求?？墒遣灰四闾筋^的帶寬！
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