电路设计

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。

来源:网络整理

围观 5

在看这篇文章之前,先提出几点说明:

(1)最近在看拉扎维的书,写下来这些东西,这也只是我个人在学习过程中的一点总结,有什么观点大家可以相互交流;

(2)不断的思考,不断的理解,不断的总结!希望大家坚持下去!

1、CS单管放大电路

共源级单管放大电路主要用于实现输入小信号的线性放大,即获得较高的电压增益。在直流分析时,根据输入的直流栅电压即可提供电路的静态工作点;而根据 MOSFET的I-V特性曲线可知,MOSFET的静态工作点具有较宽的动态范围,主要表现为MOS管在饱和区的VDS具有较宽的取值范围,小信号放大时,输入的最小电压为VIN-VTH,最大值约为VDD,假设其在饱和区可以完全表现线性特性,并且实现信号的最大限度放大【理想条件下】,则确定的静态工作点约为VDS=(VIN-VTH VDD)/2。

但是,CS电路的实际特性及MOS管所表现出的非线性关系,则限制了小信号的理想放大。这主要表现在以下几个方面:

【1】电路在饱和区所能够确定的增益比较高,但仍然是有限的,也就是说,在对输入信号的可取范围内,确定了电路的增益。电路的非线性以及MOS管的跨导的可变性决定了CS电路对于输入小信号的放大是有限的,主要表现在输入信号的幅度必须很小,这样才能保证放大电路中晶体管的跨导近似看作常数,电路的增益近似确定;

【2】CS电路也反映了模拟CMOS电路放大两个普遍的特点,一是电路的静态工作点将直接影响小信号的放大特性,也就是说CMOS模拟放大电路的直流特性和其交流特性之间有一定的相互影响。

从输入-输出特性所表现的特性曲线可以看出,MOSFET在饱和区的不同点所对应的电路增益不同,这取决于器件的非线性特性,但在足够小的范围内可以将非线性近似线性化,这就表现为在曲线的不同分段近似线性化的过程中电路的增益与电路的静态工作点有直接关系。可以看出,静态工作点的不同将决定了电路的本征增益。

这一点表现在计算中,CS电路的跨导取决于不同的栅压下所产生的静态电流。因此,电路的增益是可选择的,但其增益的可选择性将间接限制了输出电压的摆幅。这些都反映了放大电路增益的选择和电流、功耗、速度等其他因素之间的矛盾。

【3】二是电路的静态工作点将直接影响前一级和后一级的直流特性,因为CS电路实现的放大是针对小信号的放大。但电路的放大特性是基于静态工作点的确定。换句话说,在电路中的中间级CS电路即需要根据前一级的静态输出来确定本级的工作点,这也就导致了前一级对后一级的影响,增加了电路设计的复杂性。

但是,电路设计中的CD电路可以实现直流电平移位特性,交流信号的跟随特性,这也就解决了静态级间的影响,总体来讲,这样简化了设计,但增加了电路的面积。

【4】分析方法:CMOS模拟电路的复杂特性也决定了电路的小信号分析的特殊方法,区别于BJT,第一种方法即直接从大信号的分析入手,MOS管在模拟IC中主要工作在线性区和饱和区,结合MOS管的栅压和漏源电压所确定的不同区域的电流电压关系进而确定电路的大信号工作特性。

而大信号的特性曲线,一方面可以确定电路的静态工作点;另一方面也间接反映了电路的交流特性。因为从大信号到小信号的电路特性分析也就是实现电路的非线性到线性分析,交流特性或者小信号特性是一个微变化量的分析,而大信号特性是全摆幅的分析或者整体的分析。因此,小信号是大信号在工作点附近的一种近似,一种线性化。也就是说,实现大信号到小信号的分析在数学上表现为微分关系。

第二种方法则类似于BIT分析时的小信号等效模型分析,这样从器件级建立信号的等效模型表现在电路级只能提供一种简易的计算方法,不能实现对电路的直观理解。因此,在低频状态下表现为:CS电路能够实现对输入信号的电压放大,其电压增益较高,输入阻抗无穷大,输出阻抗较小。

【5】MOS管构成的二极管等效于一个低阻器件,作为共源级的负载,代替了电阻实现小信号的放大,但是,电路的增益受到了限制。总的来说,利用电阻或者MOS管构成的有源二极管作为负载无法实现高增益的放大特性。

【6】电流源负载的共源级放大电路实现了电压的高增益放大、电路的大输出摆幅,但也在一定程度上带来新的问题,可以看出,高增益源于等效的输出阻抗较大,大输出摆幅可以通过调节静态NMOS和PMOS的最低工作电压实现,但GD的电容效应和较高的输出阻抗导致电路的响应速度下降。在低频工作状态下电路能够实现较好的电压转换,但在高频工作区域,电路的速度受限。

另一方面,电路实现的高增益特性表现在输出端漏源电压的变化幅度较大,这就要求在静态时尽可能使漏端的输出电压保证NMOS和PMOS在临界饱和点处电压和的一半,这样保证其输出的摆幅对称,不会产生失真,这就要求电路在静态时输入的栅电压更稳定,即使得输出漏电压处于临界饱和点处电压和的一半。

【7】理解误区:静态时电路各点工作电压是确定的。例电流源负载的CS电路,放大管工作在饱和区条件下漏源电压具有很大的变化范围,但电路在工作时,其静态电流相等,漏端的电压相等,即可唯一确定漏端的静态输出电压,表现在特性曲线上可理解为放大管的NMOS和负载管的PMOS在输入唯一的情况下具有唯一确定的交点,反映了唯一的漏电压。这样类比的结果,在MOS管构成的复杂电路中是可以确定其各个MOS管在饱和状态下的漏电压的。

【8】CS电路源级负反馈。负反馈的引入使得电路结构发生了根本的变化,表现在无源器件所构成的反馈网络将联系着输入栅压和输出漏压。因此,随着反馈深度的增加,对于输入的信号变化量将主要反映在反馈的电阻上,也就是说输入小信号的变化量将主要体现在反馈的电阻上,这种反馈的作用使得IDS和VGS的非线性关系减弱,近似线性化。同时,电路的等效跨导也将随着反馈的引入有界化。负反馈一方面改变了电路的线性度;另一方面增加了增益的恒定性,但这些性能的改善以牺牲电压增益为前提。

2、CD/CG单管放大电路

源级跟随器在电路中主要用于实现电压的缓冲,电平的移位。主要表现在:电路的电压增益约等于1,这样实现输出近似跟随输入;饱和条件下输出与输入的变化为:输出电压等于输入电压-阈值电压;电路的输入阻抗趋于无穷大,输出阻抗很小,这样电路可以驱动更小的负载,以保持电路在结构上的匹配。

因此,CD电路在大信号中表现为直流电平的移位特性,在小信号中表现为交流信号的跟随特性。而CG电路相对较低的输入阻抗在电路中用于实现匹配特性。

3、Cascode电路

套筒式的共源共栅结构在一定程度上限制了输出的电压摆幅,也就是说电路的最小输出必须保证共源共栅结构的MOSFET工作在饱和条件,即输出的最小电平约为两个过驱动电压之和,但却极大的提高了电路的输出阻抗。共源共栅结构将输入的电压信号转换为电流,而电流又作为CS电路的输入。而折叠式的共源共栅结构在实现电路的放大时表现为较好的低压特性。

4、电路是计算出来的

【1】直流工作点的确定依据其输入的静态电压或静态电流确定,换句话说,电路中各点的静态电压和电流都是可以计算出来的,因为其静态电路各点的IV关系满足基本的电路定理,电路结构的不同所表现的电流、电压表达式是唯一确定的,即电路的静态参数是唯一确定的。

【2】在直流工作点的基础上进行的交流分析也就是对输入小信号的分析,所实现的放大是对叠加在工作点上的小信号进行放大。或者说,直流电平提供了小信号工作的稳态条件,而交流特性则反映了信号的动态变换,即放大特性,这样在直流电平上叠加的交流小信号共同作为输入作用于电路实现信号的放大。

总的来说,电路的交流特性可以通过小信号分析得到,或者通过等效的电路模型简化分析,因此,电路的增益、输入阻抗、输出阻抗都是可以进行计算的。

5、MOSFET小信号模型直观理解

MOSFET在饱和条件下的工作状态可以通过小信号等效电路图进行分析,但小信号等效电路分析也只是提供了一种较为简化的计算方法。电路中的MOS管通过栅源电压的微变化转换为漏源电流的变化,在交流通路中流过相应的负载即可产生交流输出电压,而直流和交流的叠加产生最终的输出电压,产生这一现象的根源在于器件的非线性特性。因此,对于直流通路的分析根据其静态工作电压和电流关系即可得到,而对于交流通路仍然可以建立交流等效电路。

但对于有源器件来讲,其电流和电压的非线性导致器件自身的交直流阻抗分离,这就导致交流通路的某些参数发生变化,这样电路的交流分析应当注意器件阻抗的变化,这正是源于有源器件的非线性导致的交直流阻抗分离。

从MOSFET的小信号等效电路可以看出,栅源电压对于漏源电流的控制起主导作用,也就是说漏源电压和衬底效应对器件工作状态的影响可以忽略。因此可以看出,MOS管的漏源电流受三方面的影响,从栅端口看,栅压对电流的影响gm*vgs,漏源电压对电流的影响gd*vds,衬底的影响gmb*vbs。

那么,从电流的角度来讲,二级效应表现为gm*vgs、gd*vds和gd*vds电流的总和。一般条件下,在电路的初始分析过程中忽略沟道长度调制和体效应的影响,这样简化的MOS模型仅受栅压的影响,因此从源到栅的等效阻抗约为1/gm。简化的电路分析往往因为忽略的次级效应而产生误差,但对于电路的直观理解是很重要的。

6、SPICE模型

晶体管级的连接决定了电路的结构,但电路的性能却取决于具体的参数设置。SPICE模型提供了器件的具体参数化过程,即对电路的仿真分析需要进行参数的设置,即在工艺过程中的所约束的各种参数提供了一个较为完整的器件级的参数模型,例如沟道长度调制系数、寄生的电容、栅氧层的厚度等,这些都是为了将晶体管的参数进行量化,即在器件层次的某些参数也是可以计算出来的!

7、五管差分对【全对称结构】

输入信号是直流和交流的叠加,直流电平用于确定电路的静态工作点,根据IV特性曲线可知,基本差分结构在输入直流电平相等的条件下所表现的线性关系最好,并且其线性范围最大,这样增大了输入交流小信号的动态范围。

但是,直流工作点的选取依赖于基本的电路结构,也具有一定的范围:保证尾电流管处于饱和区,同时不能使得放大管进入线性区,这样就近似确定的输入共模电平的选择范围。静态下的五管差分对,其节点的电流电压是完全可以计算出来的。而电路的对称结构简化了其交流特性的分析,基本的五管差分对可以简化为CS单管放大电路。

全对称的五管差分对也再次体现了CMOS模拟电路的一特点,交直流之间的相互影响。或者说,基本的CS电路的直流电平确定了电路的静态工作点,但直流工作下最大的电平输出也限制了交流小信号的输出电压,即在电路输入确定的条件下限制了其增益,或者在增益确定的条件下限制了输入小信号的摆幅。总之,电路的交直流特性相互影响较大,这一点区别于BIT。

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围观 12

LED电源的工程师经常提及“恒流”驱动,其实,在很多电子设备中,有许多用电设备要求供给的电流(而不是电压)保持恒定。一般把这种能够向负载提供恒定电流的电源称为恒流源。所谓恒流,是一种习惯说法,并不是电流值绝对不变,只是这种变化相对的小而已,在一个规定的工作范围内保持足够的稳定性。

经常有人问起,看到LED驱动电源,不知道是恒压源还是恒流源类型的。讲正题之前,先在这里给大家讲一个很实用的区分小技巧:看到一个LED驱动电源,先看电源的名牌参数。看输出电压这个关键参数:若它的电压标称是一个恒定值,则是恒压源。如果是一个范围值,则是恒流源。比如:有一个电源它的输出电压是12V,就确定这个是恒压源,如果它标称的是30~70V呢,那就一个恒流源。

恒流源是LED电路中经常使用的,今天把比较常见的恒流源的基本结构和特点整理一下,奉献给eepw论坛的网友们分享。当然,真正的恒流源电源都用的是这些结构的拓展和变换类型,或者集成IC的形式。

基本的恒流源电路,这里依据主要组成器件的不同,可分为三类:晶体管恒流源、场效应管恒流源、集成运放恒流源等。

一、 晶体管恒流源

这类恒流源以晶体三极管为主要组成器件,利用晶体三极管集电极电压变化对电流影响小,并在电路中采用电流负反馈来提高输出电流之恒定性,通常,还采用一定的温度补偿和稳压措施。其基本型电路如图1的A,B两种类型。

图1 晶体管恒流源的两种基本类型

如图1中的A图, R1、R2分压稳定b点电位为Vb,Re形成电流负反馈 ,输出电流IO=(Vb-Vbe)/Re≈Vb / Re (Vb >>Vbe)。B图的计算参考A图。

提示1:

图1中的电路的不足就是晶体管的集射极间电阻一般为几十千欧以上,当只需几伏的工作电压,采用这种恒流源电路 ,其等效内阻是非常大,功耗大,且精度不高。

实际电路中,最常用的简易恒流源如图2所示,用两只同型三极管,利用三极管相对稳定的be电压作为基准,电流数值为:I=Vbe/R1。

图2 晶体管恒流源的改进型

提示2:

图2的这种恒流源优点是简单易行,而且电流的数值可以自由控制,也没有使用特殊的元件,有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子,其be 电压不是一个固定值,即使是相同型号,也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下,这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。

二、场效应管恒流源

由场效应晶体管作为主要组成器件的恒流电路如图3所示

图3 场效应管恒流源

图3A ,R1,R2分压稳定b点电位 , Vb =R2*VCC\(R1+R2),而 Vgs=Vb-Id*RS

Id=Idss( 1- Vgs*Vp)*2

式中Vp表示为夹断电压 ,Idss为饱和漏极电流。也可以去掉电源辅助回路 ,变成一纯两端网络 ,电路如图3 B所示 ,由图可得Vgs =- Id*RS

提示3:

这种恒流源电路的场效应管为JEFT,超低噪声,输出电流有JEFT决定,检测电压与JEFT有关。

三、集成运放恒流源

为了能够精确输出电流,通常使用一个运放作为反馈,同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图4所示,如果电流不需要特别精确,其中的场效应管也可以用三极管代替如图4B。

如图4B中,工作时,输入电压Vref与输出电流成比例的检测电压,Vs(Vs=Rs*Iout)相等,

Is=Ib+Iout=Iout(1+1/Hfe)其中1/Hfe为误差。

图4 集成运放恒流源

提示4:

这个电路可以认为是恒流源的标准电路,除了足够的精度和可调性之外,使用的元件也都是很普遍的,易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。

从以上两个电路可以看出,恒流源有个定式,就是利用一个电压基准,在电阻上形成固定电流。有了这个定式,恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个"电压基准"的器件上,最典型的就是利用TL431组成的恒流源电路。

TL431是另外一个常用的电压基准,利用TL431搭建的恒流源如图5所示,其中的三极管替换为场效应管可以得到更好的精度。

图5 利用TL431搭建的恒流源

电流计算公式为:Iout=Vref/Rs,检测电压根据Vref不同,即1.25V或者是2.5V不同而已。
  
提示5:

这种恒流源电路,使用并联稳压器TL431,简单实用且精度高。

有经验的模拟电路工程师经常会用三端稳压IC做恒流源,使用这些三端稳压电源IC,本身精度已经很高,需要的维持电流也很小。利用三端稳压构成恒流源,也有非常好的性价比,如图5所示的LM317的两种类型。

图6 LM317组成的恒流源电路

电流计算公式为:I=V/R1,其中V是三端稳压的稳压数值。
 
提示6:

这种结构的恒流源,不适合太小的电流,因为这个时候,三端稳压自身的维持电流会导致较大的误差。

总结:

恒流源的实质是利用器件对电流进行反馈,动态调节设备的供电状态,从而使得电流趋于恒定。只要能够得到电流,就可以有效形成反馈,从而建立恒流源。

能够进行电流反馈的器件,还有电流互感器,或者利用霍尔元件对电流回路上某些器件的磁场进行反馈,也可以利用回路上的发光器件(例如光电耦合器,发光 管等)进行反馈。这些方式都能够构成有效的恒流源,而且更适合大电流等特殊场合,不过因为这些实现形式的电路都比较复杂,这里就不一一介绍了。

转自:电子工程师笔记

围观 28

在学习电路设计的时候,不知道你是否有这样的困扰:明明自己学了很多硬件电路理论,也做过了一些基础操作实践,但还是无法设计出自己理想的电路。归根结底,我们缺少的是硬件电路设计的思路,以及项目实战经验。

设计一款硬件电路,要熟悉元器件的基础理论,比如元器件原理、选型及使用,学会绘制原理图,并通过软件完成PCB设计,熟练掌握工具的技巧使用,学会如何优化及调试电路等。要如何完整地设计一套硬件电路设计,下面为大家分享我的几点个人经验:

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)找到参考设计

在开始做硬件设计前,根据自己的项目需求,可以去找能够满足硬件功能设计的,有很多相关的参考设计。没有找到?也没关系,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)硬件电路设计的三个部分:原理图、PCB和物料清单(BOM)表

原理图设计,其实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)选择PCB设计工具

Protel,也就是Altium(现在入门的童鞋大多用AD)容易上手,网上的学习教程资料也很全面,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。

硬件电路设计的大环节必不可少,主要都要经过以下这几个流程:
1)原理图设计
2)PCB设计
3)制作BOM表

现在再谈一下具体的设计步骤

原理图建立+网表生成

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ic body,ic pins,input pin,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,按照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)。

PCB布局布线

先解释一下前面的术语。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。

电路板调试

1. 拿到板第一步做什么,不要急急忙忙供电看功能,硬件调试不可能一步调试完成的。先拿万用表看看关键网络是否有不正常,主要是看电源与地之间有否短路(尽管生产厂商已经帮你做过测试,这一步还是要自己亲自看看,有时候看起来某些步骤挺繁琐,但是可以节约你后面不少时间!),其实短路与否不光pcb有关,在生产制作的任何一个环节可能导致这个问题,IO短路一般不会造成灾难性的后果,但是电源短路就......

2. 电源网络没短路?那么好,那就看看电源输出是否是自己理想的值,对于初学者,调试的时候最好IC一件件芯片上,第一个要上的就是电源芯片。

3. 电源网络短路了?这个比较麻烦,不过要仔细看看自己原理图是否有可能这样的情况,同时结合割线的方法一步步排查倒底是什么地方短路了,是pcb的问题(一般比较烂的pcb厂就可能出现这种情况),还是装配的问题,还是自己设计的问题。关于检查短路还有一些技巧,这在今后登出......

4. 电源芯片没有输出?检查检查你的电源芯片输入是否正常吧,还需要检查的地方有使能信号,分压电阻,反馈网络......

5. 电源芯片输出值不在预料范围?如果超过很离谱,比如到了10%,那么看看分压电阻先,这两个分压电阻一般要用1%的精度,这个你做到了没有,同时看看反馈网络吧,这也会影响你的输出电源的范围。

6. 电源输出正常了,别高兴,如果有条件的话,拿示波器看看吧,看看电源的输出跳变是否正常。也就是抓取开电的瞬间,看看电源从无到有的情况(至于为什么要看着个,嘿嘿......专业人士还是要看的~)

电源设计

无疑电源设计是整个电路板最重要的一环。电源不稳定,其他啥都别谈。我想不用balabala述说它究竟有多么重要了。

在电源设计我们用得最多的场合是,从一个稳定的“高”电压得到一个稳定的“低”电压。这也就是经常说的DC/DC,其中用得最多的电源稳压芯片有两种,一种叫LDO(低压差线性稳压器,我们后面说的线性稳压电源,也是指它),另一种叫PWM(脉宽调制开关电源,我们在本文也称它开关电源)。我们常常听到PWM的效率高,但是LDO的响应快,这是为什么呢?别着急,先让我们看看它们的原理。

下面会涉及一些理论知识,但是依然非常浅显易懂,如果你不懂,嘿嘿,得检查一下自己的基础了。

一、线性稳压电源的工作原理

一套完整的硬件电路设计该怎么做?

如图是线性稳压电源内部结构的简单示意图。我们的目的是从高电压Vs得到低电压Vo。在图中,Vo经过两个分压电阻分压得到V+,V+被送入放大器(我们把这个放大器叫做误差放大器)的正端,而放大器的负端Vref是电源内部的参考电平(这个参考电平是恒定的)。放大器的输出Va连接到MOSFET的栅极来控制MOSFET的阻抗。Va变大时,MOSFET的阻抗变大;Va变小时,MOSFET的阻抗变小。MOSFET上的压降将是Vs-Vo。

现在我们来看Vo是怎么稳定的,假设Vo变小,那么V+将变小,放大器的输出Va也将变小,这将导致MOSFET的阻抗变小,这样经过同样的电流,MOSFET的压差将变小,于是将Vo上抬来抑制Vo的变小。同理,Vo变大,V+变大,Va变大,MOSFET的阻抗变大,经过同样的电流,MOSFET的压差变大,于是抑制Vo变大。

二、开关电源的工作原理

一套完整的硬件电路设计该怎么做?

如上图,为了从高电压Vs得到Vo,开关电源采用了用一定占空比的方波Vg1,Vg2推动上下MOS管,Vg1和Vg2是反相的,Vg1为高,Vg2为低;上MOS管打开时,下MOS管关闭;下MOS管打开时,上MOS管关闭。由此在L左端形成了一定占空比的方波电压,电感L和电容C我们可以看作是低通滤波器,因此方波电压经过滤波后就得到了滤波后的稳定电压Vo。Vo经过R1、R2分压后送入第一个放大器(误差放大器)的负端V+,误差放大器的输出Va做为第二个放大器(PWM放大器)的正端,PWM放大器的输出Vpwm是一个有一定占空比的方波,经过门逻辑电路处理得到两个反相的方波Vg1、Vg2来控制MOSFET的开关。

误差放大器的正端Vref是一恒定的电压,而PWM放大器的负端Vt是一个三角波信号,一旦Va比三角波大时,Vpwm为高;Va比三角波小时,Vpwm为低,因此Va与三角波的关系,决定了方波信号Vpwm的占空比;Va高,占空比就低,Va低,占空比就高。经过处理,Vg1与Vpwm同相,Vg2与Vpwm反相;最终L左端的方波电压Vp与Vg1相同。如下图

一套完整的硬件电路设计该怎么做?

当Vo上升时,V+将上升,Va下降,Vpwm占空比下降,经过们逻辑之后,Vg1的占空比下降,Vg2的占空比上升,Vp占空比下降,这又导致Vo降低,于是Vo的上升将被抑制。反之亦然。

三、线性稳压电源和开关电源的比较

懂得了线性稳压电源和开关电源的工作原理之后,我们就可以明白为什么线性稳压电源有较小的噪声,较快的瞬态响应,但是效率差;而开关电源噪声较大,瞬态响应较慢,但效率高了。

线性稳压电源内部结构简单,反馈环路短,因此噪声小,而且瞬态响应快(当输出电压变化时,补偿快)。但是因为输入和输出的压差全部落在了MOSFET上,所以它的效率低。因此,线性稳压一般用在小电流,对电压精度要求高的应用上。

而开关电源,内部结构复杂,影响输出电压噪声性能的因数很多,且其反馈环路长,因此其噪声性能低于线性稳压电源,且瞬态响应慢。但是根据开关电源的结构,MOSFET处于完全开和完全关两种状态,除了驱动MOSFET,和MOSFET自己内阻消耗的能量之外,其他能量被全部用在了输出(理论上L、C是不耗能量的,尽管实际并非如此,但这些消耗的能量很小)。

总而言之,要学好硬件电路设计,首先要弄清楚项目需求,根据功能设计硬件框架,结合参考设计,多借鉴别人的设计成果,复用到自己的硬件项目上面来。

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EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统,是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的 最新成果,进行电子产品的自动设计。利用EDA工具,可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程在计算机上自动处理完成。

EDA常用软件

EDA工具层出不穷,目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有:protel、MentorPADS、OrCAD、Mentor WG、Mentor EN、allegro、EWB、PSPICE、 Synopsys等等。按主要功能或主要应用场合,大致可分为电路设 计与仿真工具、PCB设计软件、IC设计软件、PLD设计工具及其它EDA软件。

电子电路设计与仿真工具

电子电路设计与仿真工具包括:

SPICE/PSPICE、EWB、Matlab、SystemView、Multisim、MMICAD等。下面简单介绍前三个软件。

1)SPICE:由美国加州大学推出的电路分析仿真软件,现在用得较多的是PSPICE6.2,在同类产品中是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真 EDA软件,它可以进行各种各样的电路仿真、激励建立、温度与噪声分析、模拟控制、波形输出、数据输出、并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果。无 论对哪种器件哪些电路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库。

2)EWB软件:20世纪90年代初推出 的电路仿真软件。相对于其它EDA软件,它是较小巧的软件(只有16M)。但它对模数电路的混合仿真功能却十分强大,几乎100%地仿真出真实电路的结 果,并且它在桌面上提供了万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器和电压表、电流表等仪器仪表。它的界面直观,易学 易用。它的很多功能模仿了SPICE的设计,但分析功能比PSPICE稍少一些。

3)MATLAB:它的一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块,包含了完整的函数集用来对图像信号处理、控制系统设计、神经网络等特殊应用进行分析和设计。它具有数据采集、报告生成和MATLAB语言编程产生独立C/C++代码等功能。

PCB设计软件

PCB设计软件种类很多,如Protel/AD、OrCAD、Viewlogic、Cadence PSD、Mentor公司的Mentor EN、Mentor WG以及Mentor PADS等系列。常用的PCB设计软件还有Zuken CadStart、Winboard/Windraft/Ivex-SPICE、PCB Studio、TANGO等等。

先来说说Mentor旗下几个常用系列工具!

Mentor公司有三个系列的PCB设计工具,分别是:

Mentor EN系列,即Mentor Board Station.
Mentor WG系列,即Mentor Expedition.
还有PADS系列,即PowerPCB.

上面讲到的Mentor PADS,也就是以前的PowerPCB/PowerLogic系列,是低端的PCB软件中最优秀的一款,其界面友好、容易上手、功能强大而深受中小企业的青睐,在中小企业用户占有很大的市场份额。

其他两个系列Mentor EN系列和Mentor WG系列与Cadence Allegro一样,都是目前最高端的PCB软件,像中兴、华为这类大型公司都会使用这些高端的设计软件。

其中,Mentor Expedition(WG系列)是拉线最顺畅的软件,被誉为拉线之王,它的自动布线功能非常强大,布线规则设计非常专业。

Mentor EN系列是从早期UNIX系统移植到Windows系统,也是最专业的PCB工具软件,但其学习难度较大,自学的话会比较吃力。

PADS系列则相对来说比较简单易用且上手快,设计灵活,用户的自由度也非常高,很适合初学者及热衷于自学的群体。

再来说说Altium公司的Protel和AD

Protel/AD也有不少高校用户,它拥有完整的全方位电位设计系统,包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印刷电路板设计(包含印刷电 路板自动布局布线),可编程逻辑器件设计、图表生成、电路表格生成、支持宏操作等功能,并具有Client/Server(客户/服务器体系结构,同时还 兼容一些其它设计软件的文件格式,如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。

最后来谈谈Cadence Allegro.

Cadence公司拥有Orcad/SPB/PSD等多个系列,三者都是Cadence公司基于capture和allegro的PCB设计套件,区别仅在于软件配置。

Orcad的配置是低端产品,存在价格低的优点,但是在Orcad中Allegro 的功能比较弱,只有各项基本功能而没有constrain manager,如果需要SI或者constrain manager呢,就需要另外的增加配置了。

PSD和SPB其实是同一个东西,PSD是Allegro系统互连设计平台的早期版本,后来新出的版本叫做 SPB,因为改进了设计理念,所以修改了套件包的名称。

由此大家应该明白了,SPB是Allegro最全功能的版本。

衡量一个软件的优劣,其中一个很现实的标准就是看它的市场占有率,也就是它的普及和流行程度.Cadence Allegro现在几乎成为高速板设计中实际上的工业标准,被很多大型电子通信类公司采用,因此掌握Cadence Allegro对求职有实质的帮助;另外其学习资源也比较丰富,比较适合自学。

现在Cadence公司的系列产品有:Cadence SPB16.2, Cadence SPB16.0, Cadence SPB 15.7, Cadence SPB15.5, Cadence SPB15.2等。板级电路设计系统。

Cadence Allegro现在几乎成为高速板设计中实际上的工业标准,其学习资源也比较丰富,比较适合自学。

曾经有人这么评价Cadence:

“Cadence是高速板设计中实际上的工业标准。无论哪一方面都超牛。Cadence PCB Layout工具绝对一流,稍微熟悉一点后就不再想用其他工具了,布线超爽。仿真方面也是非常的牛,有自己的仿真工具,信号完整性仿真,电源完整性仿真都能做。在做pcb高速板方面牢牢占据着霸主地位。要知道这个世界上60%的电脑主板40%的手机主板可都是拿Allegro画的。”

IC设计软件

IC设计工具很多,其中按市场所占份额排行为Cadence、Mentor Graphics和Synopsys。

1)设计输入工具:像Cadence的composer,viewlogic的viewdraw,硬件描述语言VHDL、Verilog HDL是主要设计语言,许多设计输入工具都支持HDL。另外像Active—HDL和其它的设计输入方法,包括原理和状态机输入方法,设计 FPGA/CPLD的工具大都可作为IC设计的输入手段,如Xilinx、Altera等公司提供的开发工具,Modelsim FPGA等。

2)设计仿真工作:EDA工具的一个最大好处是可以验证设计是否正确,几乎每个公司的EDA 产品都有仿真工具。

Verilog—XL、NC—verilog用于Verilog仿真,Leapfrog 用于VHDL仿真,Analog Artist用于模拟电路仿真。Viewlogic的仿真器有:viewsim门级电路仿真器,speedwaveVHDL仿真器,VCS— verilog仿真器。Mentor Graphics有其子公司Model Tech 出品的VHDL和Verilog双仿真器:Model Sim。Cadence、Synopsys用的是VSS(VHDL仿真器)。现在的趋势是各大EDA公司都逐渐用HDL仿真器作为电路验证的工具。

3)综合工具:综合工具可以把HDL变成门级网表。这方面Synopsys工具占有较大的优势,它的Design Compile是综合的工业标准,它还有另外一个产品叫Behavior Compiler,可以提供更高级的综合。此外,美国还出了一家软件叫Ambit,比Synopsys的软件更有效,可以综合50万门的电路,速度 更快。不过Ambit已被Cadence公司收购,为此Cadence放弃了它原来的综合软件Synergy。

随着FPGA设计的规模越来越大,各EDA 公司又陆续开发了用于FPGA设计的综合软件,比较有名的有:Synopsys的FPGA Express,Cadence的Synplity,Mentor的Leonardo,这三家的FPGA综合软件占了市场的绝大部分。

4)布局和布线:在 IC设计的布局布线工具中,Cadence软件是比较强的,它有很多产品,用于标准单元、门阵列已可实现交互布线。最有名的是Cadence spectra,它原来是用于PCB布线的,后来Cadence把它用来作IC的布线。

其主要工具有:Cell3,Silicon Ensemble—标准单元布线器;Gate Ensemble—门阵列布线器;Design Planner—布局工具。其它各EDA软件开发公司也提供各自的布局布线工具。

5)物理验证工具:物理验证工具包括版图设计工具、版图验证工具、版图提取工具等等。这方面Cadence也是很强的,其Dracula、Virtuso、Vampire等物理工具有很多的使用者。

6)模拟电路仿真器:前面讲的仿真器主要是针对数字电路的,对于模拟电路的仿真工具,普遍使用SPICE,这是唯一的选择。只不过是选择不同公司的 SPICE,像MiceoSim的PSPICE、Meta Soft的HSPICE等等。HSPICE现在被Avanti公司收购了。在众多的SPICE中,最好最准的当数HSPICE,作为IC设计,它的模型最 多,仿真的精度也最高。

PLD设计工具

PLD(Programmable Logic Device)是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型:CPLD(Complex PLD)和FPGA(Field Programmable Gate Array)。它们的基本设计方法是借助于EDA软件,用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法,生成相应的目标文件,最后用编程器或下载电 缆,由目标器件实现。生产PLD的厂家很多,但最有代表性的PLD厂家为ALTERA、Xilinx和Lattice公司。

PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供,但随着器件规模的不断增加,软件的复杂性也随之提高,目前由专门的软件公司与器件生产厂家合作,推出功能强大的设计软件。

PLD(可 编程逻辑器件)是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路,只要有数字电路基础,会使用计算机,就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件,使工程师可以在几天,甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作,并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。

PLD生产及开发工具:

1)ALTERA—20世纪90年代以后发展很快,后被英特尔收购。主要产品有:MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具—MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台,最新又推出了Quartus II开发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段,绑定第三方VHDL综合工具,如:综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum,仿真软件ModelSim。

2)XILINX—FPGA的发明者。产品种类较全,主要有:XC9500/4000、Coolrunner(XPLA3)、Spartan、Vertex等系列,其最大的 Vertex—II Pro器件已达到800万门。开发软件为Foundation和ISE。通常来说,在欧洲用Xilinx的人多,在亚太地区用ALTERA的人多,在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD 技术的发展方向。

3)Lattice—Vantis Lattice是ISP(In—System Programmability)技术的发明者,ISP技术极大地促进了PLD产品的发展,与ALTERA和XILINX相比,其开发工具比Altera 和Xilinx略逊一筹。中小规模PLD比较有特色,大规模PLD的竞争力还不够强(Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA),1999年推出可编程模拟器件,1999年收购Vantis(原AMD子公司),成为第三大可编程逻辑器件供应商。2001年12月收购Agere公司(原 Lucent微电子部)的FPGA部门。主要产品有ispLSI2000/5000/8000,MACH4/5。

4)ACTEL—反熔丝(一次性烧写)PLD的领导者,由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快,所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。

5)Quicklogic—专业PLD/FPGA公司,以一次性反熔丝工艺为主,在中国地区销售量不大。

6)Lucent—主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核,但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务,在中国地区使用的人很少。

7)ATMEL—已被Microchip收购,中小规模PLD做得不错。ATMEL早年也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子,但在品质上与原厂家还是有一些差距,在高可靠性产品中使用较少,多用在低端产品上。

8)Clear Logic—生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片,这种芯片可将用户的设计一次性固化,不可编程,批量生产时的成本较低。

9)WSI—生产PSD(单片机可编程外围芯片)产品。这是一种特殊的PLD,如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash,并支持ISP(在线编程),集成度高,主要用于配合单片机工作。

其它EDA软件

1)VHDL语言超高速集成电路硬件描述语言(VHSIC Hardware DeseriptionLanguagt,简称VHDL),是IEEE的一项标准设计语言。它源于美国国防部提出的超高速集成电路(Very High Speed Integrated Circuit,简称VHSIC)计划,是ASIC设计和PLD设计的一种主要输入工具

2)Veriolg HDL 是Verilog公司推出的硬件描述语言,在ASIC设计方面与VHDL语言平分秋色。

3)其它EDA软件如专门用于微波电路设计和电力载波工具、PCB制作和工艺流程控制等领域的工具,在此就不作介绍了。

在文章结束即将结束前,再介绍一下Saber软件!

Saber 是混合信号、混合技术设计与验证工具,在电力电子、数模混合仿真、汽车电子及机电一体化领域得到广泛应用。Saber软件在技术、理论及新产品开发方面保 持明显优势,其大量的器件模型、先进的仿真技术和精确的建模工具为客户提供了全面的系统解决方案,在并在技术方面不断地完善创新。

Saber 的建模工具运用广泛,有可用于电源、机电、磁、热、负载等各种建模工具。Saber也有独特的设计与验证方法:“自顶向下”(Top- Down Design)设计与“自下而上”(Bottom-Up)仿真验证方法。在作了建模方法演示、混合技术设计方法演示、线缆设计(从电气设计到线缆生产)流 程演示后,Johnson演示了单故障模式仿真调试;关键参数与非关键参数的多故障模式仿真调试,显示了Saber仿真器Testify的强大功能。

Saber的典型案例是航空器领域的系统设计,其整个设计过程包含了机械技术、电子技术、液压技术、燃油系统、娱乐系统、雷达无线技术等复杂的混合技术设计与仿真。从航空器、轮船、汽车到消费电子、电源设计都可以通过Saber来完成。

在开关电源设计中,如果有变压器,saber仿真是最好的,变压器模型比较全。saber仿真现在主要问题就是没有教材。不方便学习。

来源:嵌入式ARM

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我们在做电路设计时,三极管和MOS管做开关用时有什么区别?

工作性质:
1、三极管用电流控制,MOS管属于电压控制。
2、成本问题:三极管便宜,MOS管贵。
3、功耗问题:三极管损耗大。
4、驱动能力:MOS管常用于电源开关,以及大电流开关电路。

实际上就是三极管比较便宜,用起来方便,常用在数字电路开关控制。

MOS管用于高频高速电路,大电流场合,以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。

一般来说低成本场合,普通应用的先考虑用三极管,不行的话再考虑MOS管。

实际上说电流控制慢,电压控制快这种理解是不对的。要真正理解双极晶体管和MOS晶体管的工作方式才能明白。三极管是靠载流子的运动来工作的,以NPN管射极跟随器为例,当基极加不加电压时,基区和发射区组成的pn结为阻止多子(基区为空穴,发射区为电子)的扩散运动,在此pn结处会感应出由发射区指向基区的静电场(即内建电场),当基极外加正电压的指向为基区指向发射区,基极外加电压产生的电场大于内建电场时,基区的载流子(电子)才有可能从基区流向发射区,此电压的最小值即pn结的正向导通电压(工程上一般认为0.7v)。

但此时每个PN结的两侧都会有电荷存在,此时如果集电极-发射极加正电压,在电场作用下,发射区的电子往基区运动(实际上都是电子的反方向运动),由于基区宽度很小,电子很容易越过基区到达集电区,并与此处的PN的空穴复合(靠近集电极),为维持平衡,在正电场的作用下集电区的电子加速外集电极运动,而空穴则于PN结处运动,此过程类似一个雪崩过程。

集电极的电子通过电源回到发射极,这就是晶体管的工作原理。三极管工作时,两个PN结都会感应出电荷,当做开关管处于导通状态时,三极管处于饱和状态,如果这时三极管截止,PN结感应的电荷要恢复到平衡状态,这个过程需要时间。而MOS三极管工作方式不同,没有这个恢复时间,因此可以用作高速开关管。

(1)场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。

(2)场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是既有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称为双极型器件。

(3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。

(4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

(5)场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管作整个电子设备的输入级,可以获得一般晶体管很难达到的性能。

(6)场效应管分成结型和绝缘栅型两大类,其控制原理都是一样的。

本文转载自:百度文库(版主:糖悦之果飞)

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现在网络上广为流传的电路设计能力判断方法,可大致分为两类:一类偏向于“玄学”,比如--电路设计的九个层次一文,内容是玄之又玄,能达到其最高九段标准的,地球上可能找不几个人。按此标准修炼,非走火入魔不可。另一类判断标准相比较而言,比较科学些,客观些,也更常见,比如模电设计100条经验一文。这个标准注重于所积累的知识点的多寡,或者说它侧重于数量,而忽视了质量,比如说李敖可以背诵3万多首唐诗,可他写不出“窗前明月光”,这一神来之精笔。受此方法影响,锅内很多研究生为了追求知识点的数量,整天沉迷于看paper,经常听网友说:我一天一篇paper。

相比较而言,下面的设计能力判断标准可能更科学有效,更具有实际意义,有一定的学习方向指导性。

第一级,无法判断阶段。

例如,找到下图所示的电路,元件参数什么都标好了,直接画PCB,焊接,通电若功能正常就结束了。因为这个过程中,没有任何设计动作,所以无从判断。

第二级,设计入门阶段。

这个阶段是根据给定的电路结构,以及相关的参数约束或条件,来设计满足性能指标要求的电路。

比如下图中,电路已确定是同相放大器,给定Av,根据公式确定Rf和Rg两电阻即可。

第三级,具备初级设计能力阶段。

这个阶段是指给定电路结构,根据最终设计指标要求,自己推导参数约束条件和及取舍原则。

比如上图中,要求是用同相放大器设计Av=10的电路。两个电阻如何取比较合适。

第四级,中级电路设计能力阶段。

能够合理的选择所需的电路结构,或能根据指标,合理的修改电路结构,给出满足要求的设计方案。
比如说,只知道所要设计的放大器的gain、PSRR、CMRR等,选择或修改电路结构,使其能完成所有的指标。

第五级,高级电路设计能力阶段。

这个阶段的设计者快成精了,具体表现是能够非常灵活的改进应用、创新发展,顺手拈来的解决问题能力,不拘一格的最大能效的安排能力,电路中每个元件的取值都恰到好处,不愠不火。最终把电路的潜在能力发挥到极致。

(貌似英特儿完全满足这些要求,欧州的很多公司还做不到这一点,所以其电路表现是规规矩矩、普普通通的,而英特尔的很诡异)

附注:不同的行业,可能会有不同的要求,于是表现也不尽相同,所以不可生搬硬套。但是总的看来,不同行业的模拟电路设计总可归结为:电路/系统/工艺/CAD这四大块,只是偏重点不同而已,比如搞分立件设计,工艺要求会弱点。

看完后你现在属于哪个阶段呢?

本文来源于电子发烧友

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大多数时候,出现在教科书中的电路图和设计与我们每天工作中完成的真实电路大相径庭。电路设计并非易事,因为它需要对构成电路部分的每个元件都有充分了解,且实现“完美”设计需要大量实践。但是,当你在电路设计中牢记并应用以下技巧时,它们将有助于使你的电路看起来更专业、能以最佳效率工作、并提高你的专业素养。

1.使用框图

本技巧似乎显而易见,但往往被过分自信的人忽视,他们认为自己已经把要做的活都弄明白了。完全按照你的需要表述电路的方框图对电路的成功设计至关重要。在你开始工作之前,方框图为你提供了一个大纲,它还为将要查看和检查你电路的任何人提供了极好的参考资料。

图1:单张大幅原理图

2.各个击破

在很多情况下,在设计电路时你可能不会单打独斗,所以花时间将设计划分为各功能块,每个块都有定义的接口,就可以实现各个击破的策略;参与电路设计的设计师可以专注于各个块。这些块可以独立地用于你目前正着手的项目,也可以在将来重复用于不同的电路设计。通过这种方法,你可以在事情不顺利的时候轻松排除故障,因为你将能够识别你遇到的麻烦是哪个块引起的。

图2:清晰标记的框图

3.为电路网络命名

的确,对这一步可能会有疑惑,但确保对PCB上的每个网络进行命名并标注每个网络的用途,可在紧要关头,为你提供诸多帮助。当你必须调试或运行模拟时,它也很有用。网络命名可让你在出问题时,知道该在哪下手。请记住:使命名易于识别;使命名对其要传载的意义一目了然。3.为电路网络命名

4.记笔记

谈到电子设计,你的笔记就是你的灵丹妙药。重要的是记录研发过程的每一步,你遇到的每个坑、找到的每个解决方案、以及与你的设计相关的任何其它内容。请务必记下为什么为你的设计选用某些组件、逻辑表的式样、以及设计电路时的任何特殊注意事项。你的笔记有多种用途:

• 通过清楚地记录每一步,你可以“回放”并查看哪里可能出问题、或你可在哪里进行修改以得到更高效的设计。

• 可以使用和交叉引用以前项目的注释,以便更好地理解、实现更好的方案以及激发出与当前工作相关的更多灵感。

• 你可以帮助其他人解决其设计问题,并在以后需要时阅读他们的笔记。

5.文本放置保持一致

如果你指定某些名称或在图表上进行注释,你会发现,再次查看时很难弄清这些文字到底是什么意思。在原理图上放置符号和名称时,请确保与命名过程保持一致。写注释时,不要在电路的一部分横着写,而在所有其它部分竖着写。尽量确保名称之间有一些空白,这样包括你在内的读者就不会感到困惑。注释间不要害怕有空白。实际上,空白有助于减少将图示与书写混在一起引发的混乱。这同样适用于速记命名。如果你要以缩写表述任何内容,请尝试在下面添加解释的“段子”,或确保它们易于识别。

6.流程化

不要削足适履试图将你的示意图(plan)和注释压缩进特定数量的页面。占页多少并不重要;不要苟且你原理图的质量。确保电路设计始终如一。这有助于提高可读性和更好的应用。在电子电路设计方面没有捷径;这完全取决于付出的努力和努力的结果。

图3:“流程化”

7.保留标题

为原理图的每页制作标题、进而提供了每页的更多信息,这会使你受益。除可读性更高外,这样做还可以更轻松地为你的原理图页编制索引。这在调试时会带来益处:当你需要引用电路的某个部分、但又太忙无暇翻遍每一页、只得救助大脑记忆试图找出所需图表的位置时——页索引会帮大忙。

8.使连接器可见

你需要能立即区分所有连接器。最好的选择是在原理图中使用引脚表述连接器。通过简单的连接器识别,你将能够正确地追溯电路,且不会迷失在连接中。选用引脚之所以方便,是因为它将“坚守”其位置。与贴纸(sticker)或颜色不同,引脚能更突出引人注目,而不会在图表和笔记中占用太多空间。

结论

上面提到的技巧肯定会帮助你更好地设计电路;它们将有助于调试、模拟、注释参考等等。如果你记住这些技巧并在设计的所有阶段应用它们,那么你会发现自己在眨眼之间成为电子电路设计的专业人士。

来源:网络,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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降压,一定要用变压器吗?其实不是这样的,除了变压器,电容也是可以降压,今天就带领大家了解一下电容降压!

电容降压的工作原理

利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。

例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。

敲黑板,下面先说一下什么是无功功率

无功功率是什么?

无功功率是指在具有电抗的交流电路中,电场或磁场在一周期的一部分时间内从电源吸收能量,另一部分时间则释放能量,在整个周期内平均功率是零,但能量在电源和电抗元件(电容、电感)之间不停地交换。交换率的最大值即为“无功功率”。单相交流电路中,其值等于电压有效值、电流有效值和电压与电流间相位角的正弦三者之积。单位为Var、KVar

注:记得顺便了解一下:有功功率、视在功率

根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,在接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。

同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

下图为阻容降压的典型应用,C1为降压电容,R1为断开电源时C1的泄放电阻(注意为了安全,这个电阻必须有,安全永远排第一位),D1为半波整流二极管,D2在市电的负半周为C1提供放电回路,否则电容C1充满电就不工作了,Z1为稳压二极管,C2为滤波电容。输出为稳压二极管Z1的稳定电压值。


在实际应用中,可以用下图代替上图,这里用了Z1正向特性和反向特性,其反向特性(也就是其稳压特性)来稳定电压,其正向特性用来在市电负半周给C1提供放电回路。


在较大电流的应用中,可以用全波整流。如下图:


在小电压全波整流输出时,最大输出电流即为:

容抗:Xc=1/(2πfC)

电流:Ic = U/Xc=2πfCU

采用电容降压时应注意以下几点:

根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。

限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。

电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。

电容降压不适合动态负载条件。

同样,电容降压不适合容性和感性负载。

当需要直流工作时,尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。

来源:捷多邦PCB

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