电路设计

电路设计是创建电子电路的过程,旨在实现特定的功能或任务。电路可以是数字电路、模拟电路、混合信号电路或射频电路,根据应用的不同。

许多系统必须能够自动断开正在运行的电路的电源,此类系统包括雷达及X射线系统的高压电源的热关断,关断控制能够限制上电及热插拔期间的浪涌电流,确保板卡在上电之前处于就绪状态。总之,发生任何系统故障时电源都应保持关闭。

图1提供了一个灵活的应用电路,该电路可以限制电流或断开电源以响应用户命令或其它故障指示信号,具有手动复位(MR)、热保护及互锁开关输入等功能。

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图1. 该电路提供通用的过流和热保护

例如,U1为断路开关IC,设计用于在热插拔中提供保护;它既可以放置在背板侧/主板侧,也可以在插卡侧/背板连接器的远端,在主电源保持供电的情况下,如果板卡插入机架或主机能够避免上电故障。

可能出现的故障主要有两种,卡或远端设备提供了一个对地的低阻通路,从而拉低主机电源;或者是板卡只有部分连接到连接器,从而产生大量的错误数据。U1通过在可编程启动周期内调节浪涌电流可以阻止第一种故障的发生,保证系统安全稳定。正常工作时,两个内部比较器提供短路和过流保护(双速/双电平处理)。第二种故障可以通过检测U1的输出电流(ON)流过卡的外沿的两个引脚进行处理(图2)。

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图2. IC (MAX4370)通过检测卡的外沿引脚的流通电流确保PC板卡连接到背板(a)或主机(b)

内部电荷泵产生外部n沟道MOSFET电源开关(Q1)栅极驱动器所需的电源。发生故障时,U1锁存Q1的关断状态,直到外部复位信号清除。可以在U1的漏极开路输出引脚(STAT)连接一个LED (或其它故障指示器,如音频报警器),用于指示故障状况。检测到故障后,可以将ON引脚至少拉低20µs,以复位U1。

开关去抖器(U2)的输入具有±15kV ESD保护和±25V电路故障保护,其输入(如图中的常闭按扭开关所示)可以清除U1的闭锁状态或提供手动复位,内部上拉到VCC省去了外部上拉电阻。可以利用内部互锁或SPST开关取代按钮,提供一个断电信号,可以在板卡插拔时关闭部分电路。由于U2采用推挽式输出,不能直接与连接到U1 ON引脚的其它信号采用“逻辑或”连接,因此增加了Q2,以实现“逻辑或”连接。

温度开关(U3)增添了热保护功能,其漏极开路输出可以直接与连接到U1 ON引脚的其它信号“线或”连接,也可以分别控制微处理器。利用其TO220封装,U3可以安装到散热片上,也可以选择表面贴封装(SOT23),靠近已知热源(如:R1、Q1或主负载)安装。本电路中,发生温度报警时,U3产生断电信号,从而保护电路。低功耗线性稳压器(U4)为低压器件U2和U3提供5V电源,但U4并非为负载供电的系统电源。

来源:亚德诺半导体

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围观 17

随着微电子技术和计算机技术的发展,原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合,具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。在很多场合,已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。属于存储程序控制的单片机,其控制功能通过软件指令来实现,其硬件配置也可变、易变。因此,一旦生产过程有所变动,就不必重新设计线路连线安装,有利于产品的更新换代和订单式生产。

传统电气设备采用的各种控制信号,必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号,如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等,通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信号转换、放大到现场需要的强输出信号,以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件,能方便实际控制系统使用。针对电气控制产品的特点,本文讨论了几种单片机I/O的常用驱动和隔离电路的设计方法,对合理地设计电气控制系统,提高电路的接口能力,增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。

1、输入电路设计

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图1 开关信号输入

一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中,以工程经验来看,开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多,如图1如示。当按下开关S1时,发出的指令信号为低电平,而平时不按下开关S1时,输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声能力。

若考虑到由于TTL电平电压较低,在长线传输中容易受到外界干扰,可以将输入信号提高到+24 V,在单片机入口处将高电压信号转换成TTL信号。这种高电压传送方式不仅提高了耐噪声能力,而且使开关的触点接触良好,运行可靠,如图2所示。其中,D1为保护二极管,反向电压≥50 V。

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图2 提高输入信号电平

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图3 输入端保护电路

为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚,可以在输入端增加防脉冲的二极管,形成电阻双向保护电路,如图3所示。二极管D1、D2、D3的正向导通压降UF≈0.7 V,反向击穿电压UBR≈30 V,无论输入端出现何种极性的破坏电压,保护电路都能把该电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即:VI~VCC出现正脉冲时,D1正向导通;VI~VCC出现负脉冲时,D2反向击穿;VI与地之间出现正脉冲时,D3反向击穿;VI与地之间出现负脉冲时,D3正向导通,二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5~2.5 kΩ,与输入电容C构成积分电路,对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于τ,则输入端承受的有效电压将远低于其幅度;若时间较长,则D1导通,电流在RS上形成一定的压降,从而减小输入电压值。

 此外,一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。如图4所示,R为输入限流电阻,使光耦中的发光二极管电流限制在10~20 mA。输入端靠光信号耦合,在电气上做到了完全隔离。同时,发光二极管的正向阻抗值较低,而外界干扰源的内阻一般较高,根据分压原理,干扰源能馈送到输入端的干扰噪声很小,不会产生地线干扰或其他串扰,增强了电路的抗干扰能力。

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图4 输入端光耦隔离

在满足功能的前提下,提高单片机输入端可靠性最简单的方案是:在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲,或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。

2、输出电路设计

单片机输出端口受驱动能力的限制,一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别,但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。

2.1 直接耦合

在采用直接耦合的输出电路中,要避免出现图5所示的电路。

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图5 错误的输出电路

T1截止、T2导通期间,为了对T2提供足够的基极电流,R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作,因此为了减少T2损耗,必须将集射间电压降控制在较小范围内。这样集基间电压也很小,电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大,会大幅度增加T2压降,引起T2发热严重。而在T2截止期间,T1必须导通,高压+15 V全部降在电阻R2上,产生很大的电流,显然是不合理的。另外,T1的导通将使单片机高电平输出被拉低至接近地电位,引起输出端不稳定。T2基极被T1拉到地电位,若其后接的是感性负载,由于绕组反电势的作用,T2的发射极可能存在高电平,容易引起T2管基射结反向击穿。

图6为一直接耦合输出电路,由T1和T2组成耦合电路来推动T3。T1导通时,在R3、R4的串联电路中产生电流,在R3上的分压大于T2晶体管的基射结压降,促使T2导通,T2提供了功率管T3的基极电流,使T3变为导通状态。当T1输入为低电平时,T1截止,R3上压降为零,T2截止,最终T3截止。R5的作用在于:一方面作为T2集电极的一个负载,另一方面T2截止时,T3基极所储存的电荷可以通过电阻R3迅速释放,加快T3的截止速度,有利于减小损耗。

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图6 直接耦合输出电路

2.2 TTL或CMOS器件耦合

若单片机通过TTL或CMOS芯片输出,一般均采用集电极开路的器件,如图7(a)所示。集电极开路器件通过集电极负载电阻R1接至+15 V电源,提升了驱动电压。但要注意的是,这种电路的开关速度低,若用其直接驱动功率管,则当后续电路具有电感性负载时,由于功率管的相位关系,会影响波形上升时间,造成功率管动态损耗增大。

为了改善开关速度,可采用2种改进形式输出电路,如图7(b)和图7(c)所示。图7(b)是能快速开通的改进电路,当TTL输出高电平时,输出点通过晶体管T1获得电压和电流,充电能力提高,从而加快开通速度,同时也降低了集电极开路TTL器件上的功耗。图7(c)为推挽式的改进电路,采用这种电路不但可提高开通时的速度,而且也可提高关断时的速度。输出晶体管T1是作为射极跟随器工作的,不会出现饱和,因而不影响输出开关频率。

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图7 TTL或CMOS器件输出电路

2.3 脉冲变压器耦合

脉冲变压器是典型的电磁隔离元件,单片机输出的开关信号转换成一种频率很高的载波信号,经脉冲变压器耦合到输出级。由于脉冲变压器原、副边线圈间没有电路连接,所以输出是电平浮动的信号,可以直接与功率管等强电元件耦合,如图8所示。

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图8 脉冲变压器输出电路

这种电路必须有一个脉冲源,脉冲源的频率是载波频率,应至少比单片机输出频率高10倍以上。脉冲源的输出脉冲送入控制门G,单片机输出信号由另一端输入G门。当单片机输出高电平时,G门打开,输出脉冲进入变压器,变压器的副线圈输出与原边相同频率的脉冲,通过二极管D1、D2检波后经滤波还原成开关信号,送入功率管。当单片机输出低电平时,G门关闭,脉冲源不能通过G门进入变压器,变压器无输出。

这里,变压器既传递信号,又传送能量,提高了脉冲源的频率,有利于减轻变压器的体重。由于变压器可通过调整电感量、原副边匝数等来适应不同推动功率的要求,所以应用起来比较灵活。更重要的是,变压器原副边线圈之间没有电的联系,副线圈输出信号可以跟随功率元件的电压而浮动,不受其电源大小的影响。

当单片机输出较高频率的脉冲信号时,可以不采用脉冲源和G门,对变压器原副边电路作适当调整即可。

2.4 光电耦合

光电耦合可以传输线性信号,也可以传输开关信号,在输出级应用时主要用来传递开关信号。如图9所示,单片机输出控制信号经缓冲器7407放大后送入光耦。R2为光耦输出晶体管的负载电阻,它的选取应保证:在光耦导通时,其输出晶体管可靠饱和;而在光耦截止时,T1可靠饱和。但由于光耦响应速度慢使开关延迟时间加长,限制了其使用频率。

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图9 光耦输出电路

3 结语

单片机接口技术在很多文献中均有详细的介绍,但在对大量电气控制产品的改造和设计中,经常会碰到用接口芯片所无法解决的问题(如驱动电流大、开关速度慢、抗干扰差等),因此必须寻求另一种电路解决方案。上述几种输入/输出电路通过广泛的应用表明,其对合理、可靠地实现单片机电气控制系统具有较高的工程实用价值。

来源:STM32嵌入式开发

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围观 141

接口电路的设计在电单片机应用场合中还是很重要的,因为如果接口电路没有设计好,严重就会烧芯片,或者烧芯片IO口,轻者就会导致工作紊乱,工作不正常。

有时候这种问题自己在设计调试的时候根本发现不了,在批量生产或者用户在使用的时候才出现芯片被烧掉,或者IO口被烧掉。如果我们在设计的时候能考虑到接口的一些问题就可以减少,提高产品的可靠性。

下面我们就从电流倒灌问题和电平匹配问题进行叙述。

电流倒灌

1、概念

倒灌就是电流流进IC内部,电流总是流入电势低的地方。比如说电压源,一般都是输出电流,但是如果有另一个电源同时存在,并且电势高于这个电源,电流就会流入这个电源,称为倒灌。

2、危害

1)电流太大会将使IO口上的钳位二极管迅速过载并使其损坏。

2)会使单片机复位不成功。

3)会使可编程器件程序紊乱。

4)会出现闩锁效应。

3、原因

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如上图,STM32的IO口框图。

当两个单片机进行串口通信,如果其中一个单片机断电,另一个单片机继续供电,正常运行。那么没有断电的单片机的IO口给断电的单片机的IO口供电,并同通过上拉保护二极管向断电的单片机进行供电。或者说两个单片机供电电压不一样,电流就会从供电高的一方流向供电低的一方。

4、解决办法

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如上图,加一个小电阻,可以防止过流损坏二极管D1。还可以进行阻抗匹配,因为信号源的阻抗很低,跟信号线之间阻抗不匹配,串上一个电阻后,可改善匹配情况,以减少反射,避免振荡等。也可以减少信号边沿的陡峭程度,从而减少高频噪声以及过冲等。但不能解决灌流在Vcc上建立电压。一般情况下就会选择串电阻,取值范围是几欧到1K欧,根据实际情况而定,小编我喜欢取330欧。
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如上图,在信号线上加二极管D3及上拉电阻R1,D3用于阻断灌流通路,R1解决前级输出高电平时使G1的输入保持高电平。

此方法既可解决灌流损坏二极管D1的问题,又可解决灌流在Vcc上建立电压。缺点只适用于速率不快的电路上。如果单片机IO口比较脆弱,或者两边电压不也一样需要低成本进行电平转换,且是但一方向,速率比较低(比如串口)的时候就可以选择该方案。二极管要选择肖特基二极管才比较好。

电平转换

在电路设计过程中,会碰到处理器MCU的I/O电平与模块的I/O电平不相同的问题,为了保证两者的正常通信,需要进行电平转换。如果两边的电平不一样就直接连接进行通信,像TTL电平就会出现上一节将的那样电流倒灌现象。

设计电平转换电路需要几个问题:

(1)VOH>VIH;VOL<vil

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各种电平的电压范围,如上图。

(2)对于多电源系统,某些器件不允许输入电平超过电源电压,针对有类似要求的器件,电路上应适当做些保护。

(3)电平转换电路会影响通信速度,所以使用时应当注意通信速率上的要求。

1、NPN三极管电平转换

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这个电平转换就是两级三极管电路组成。三极管只能单向进行转换,而且元器件比较多。

2、NMOS电平转换

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该电路可实现双向传输,使用条件是VCC2>VCC1+0.7V,这个电路也是小编我常用的电路。

其工作过程是:

Port1向Port2传输:

(1)Port1高电平时,NMOS的Ugs=0V截止,Port2端的电压为VCC2高电平。

(2)Port1低电平时,NMOS的Ugs=3.3V导通,Port2端的电压为Port1端的电压低电平。

Port2向Port1传输:

(1)Port2高电平时,NMOS的Ugs=0V截止,Port1端的电压为VCC1--高电平。

(2)Port2低电平时,NMOS的体二极管导通,使得Vs的电压为0.7V左右,那么Ugs=VCC1-0.7V,只要选择的开启电压小于Ugs电压就可以让MOS管导通,Port1端的电压为Port2端的电压--低电平。

3、使用专用电平芯片转换电平

使用专用的电平转换芯片,分别给输入和输出信号提供不同的电压,转换由芯片内部完成,例如PCA9306DCTR等电平转换芯片。专用芯片是最可靠的电平转换方案。

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优势:

1) 驱动能力强:专用芯片的输出一般都使用了CMOS工艺,输出驱动10mA不在话下。

2) 漏电流几乎为0:内部是一些列的放大、比较器,输入阻抗非常高,一般都达到数百K。漏电流基本都是nA级别的。

3) 路数较多:专用芯片针对不同的应用,从2路到数十路都有,十分适合对面积要求高的场合。

4) 速率高:专用芯片由于集成度较高,工艺较高,,速率从数百K到数百M的频率都可以做。

劣势:

1) 成本:专用芯片集众多优势于一身,就是成本是最大的劣势,一个普通的数百K速率的4通道电平转换芯片,价格至少要1元人民币以上,如果使用三极管做,成本2毛钱都不到。

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4、使用电阻分压转换电平
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优势:

1) 便宜:便宜是最大的优点,2个电阻一分钱不到;

2) 容易实现:电阻采购容易,占用面积小。

劣势:

1) 速度:分压法为了降低功耗,使用K级别以上的电阻,加上电路和器件的分布和寄生电容,速率很难上去,一般只能应用于100K以内的频率。

2) 驱动能力:由于使用了大阻值的电阻,驱动能力被严格控制,并不适合需要高驱动能力的场合,例如LED灯等

3) 漏电:漏电是该方案最大的缺点,由于通过电阻直连,左右两端的电压会流动,从而互相影响。例如,RS232接口采用该方案,上电瞬间外设就给主芯片提供2.8V的电平,轻则影响时序导致主芯片无法启动,重则导致主芯片闩锁效应,烧毁芯片。

5、使用电阻限流转换电平

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优势:

1) 便宜:便宜是最大的优点,只需要一个电阻就解决。

2) 容易实现。

劣势:

1) 电阻选值不是很容易选择,需要对芯片内部很熟悉。

6、使用二极管转换电平

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优势:

1) 漏电流小:由于二极管的漏电流非常小(uA级),可以单向防止电源倒灌,防止电流倒灌。

2) 容易实现。

劣势:

1) 电平误差大:主要是二极管的正向压降较大,容易超出芯片的工作电压范围。

2) 单向防倒灌:只能单向防止倒灌,不能双向防止倒灌。

3) 速度和驱动能力不理想:由于电阻限流,驱动速度和能力均不理想,只能应用在100K以内的频率。

来源:STM32嵌入式开发

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围观 538

意法半导体的 L4985A/BL4986A/B功率因数校正(PFC) 升压转换器集成 800V 启动电路,以及意法半导体专有的实用的辅助功能,有助于简化应用设计,提高设计灵活性。

“意法半导体高集成度PFC升压转换器,解决启动电路设计挑战"

芯片内置的高压启动功能可以节省辅助电路,支持“无辅助电路”设计,降低物料清单成本,并确保启动可靠性。在附加的辅助电路中,内部逻辑电路可在交流线路断开时对输入滤波器X电容器执行安全放电操作,解决传统放电电阻的功率损耗问题,并简化IEC 61010-1或IEC 62368-1 等安全法规的合规设计。

这两款转换器可用作PFC预调节器,帮助各种应用符合谐波失真要求,例如,IEC 61000-3-2 和等效标准。目标应用包括台式电脑、服务器、游戏机、电视等产品设备的电源;工业和医疗设备的开关式电源(SMPS);电动滑板车充电器。转换器还集成专有的乘法仿真器以及专用电路,能够在所有工况下最大限度地减少总谐波失真 (THD),确保LED 灯具电源具有稳定的功率质量。

新转换器受益于意法半导体专有的关断时间调制器,确保转换器在满负载条件下保持准固定频率运行,在轻负载和零负载时进入突发模式,从而进一步简化设计。L4985A和L4986A的开关频率为 65kHz,而 L4985B 和 L4986B 为 130kHz。L4986A/B产品增加了电源正常输入输出引脚,在 PFC 输出达到用户预设阈值时,可以生成一个逻辑信号,辅助系统管理。

为了实现节能设计,根据欧洲最新的生态设计指令,所有产品都有一个外部待机引脚,以启动低功耗空闲模式。

新产品还内置了全面的保护和监控功能,包括过压保护、反馈回路失效保护、设置错误保护和升压电感饱和保护。软启动电路可以限制涌流,并有助于维持输出电压稳定,而brown-out/brown-in欠压检测可确保转换器在所有交流线路条件下都能可靠启动,并防止 RMS 电流过大。brownout保护功能让医疗设备能够满足 IEC 60601-1-2 的要求。在电网线路电压下降500ms以内时,IEC 60601-1-2标准要求电源必须保持输出电压稳定。

工程师可以用 EVL400W-80PL评估板加快项目设计周期,这是一个获得CLEAResult® 80PLUS Platinum Level 认证的AC/DC电源整体解决方案。EVL400W-80PL板集成L4985 PFC 控制器与意法半导体的 L6699D 谐振控制器和 SRK2001同步整流控制器,满载能效90.2%,在 50%负载时达到 92.49%。

L4985 和 L4986全系产品现已投入量产。L4985A/B采用SO-8封装;L4986A/B增加了电源正常引脚,采用SSOP-10封装。

产品详情访问:www.st.com/pfc.

围观 14

随着微电子技术和计算机技术的发展,原来以强电和电器为主、功能简单的电气设备发展成为强、弱电结合,具有数字化特点、功能完善的新型微电子设备。

在很多场合,已经出现了越来越多的单片机产品代替传统的电气控制产品。单片机其控制功能通过软件指令来实现,其硬件配置也可变、易变。因此,一旦生产过程有所变动,就不必重新设计线路连线安装,有利于产品的更新换代和订单式生产。

传统电气设备采用的各种控制信号,必须转换到与单片机输入/输出口相匹配的数字信号。用户设备须输入到单片机的各种控制信号,如限位开关、 操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器输出的开关量等,通过输入电路转换成单片机能够接收和处理的信号。输出电路则应将单片机送出的弱电控制信 号转换、放大到现场需要的强输出信号,以驱动功率管、电磁阀和继电器、接触器、电动机等被控制设备的执行元件,能方便实际控制系统使用。

针对电气控制产品的特点,本文讨论了几种单片机I/O的常用驱动和隔离电路的设计方法,对合理地设计电气控制系统,提高电路的接口能力,增强系统稳定性和抗干扰能力有实际指导意义。

输入电路设计

一般输入信号最终会以开关形式输入到单片机中,以工程经验来看,开关输入的控制指令有效状态采用低电平比采用高电平效果要好得多,如图1所示。当按下开关S1时,发出的指令信号为低电平,而平时不按下开关S1时,输出到单片机上的电平则为高电平。该方式具有较强的耐噪声能力。

“图1
图1 开关信号输入

若考虑到由于TTL电平电压较低,在长线传输中容易受到外界干扰,可以将输入信号提高到+24 V,在单片机入口处将高电压信号转换成TTL信号。这种高电压传送方式不仅提高了耐噪声能力,而且使开关的触点接触良好,运行可靠,如图2所示。其 中,D1为保护二极管,反向电压≥50 V。

“图2
图2 提高输入信号电平

“图3
图3 输入端保护电路

为了防止外界尖峰干扰和静电影响损坏输入引脚,可以在输入端增加防脉冲的二极管,形成电阻双向保护电路,如图3所示。二极管D1、D2、 D3的正向导通压降UF≈0.7 V,反向击穿电压UBR≈30 V,无论输入端出现何种极性的破坏电压,保护电路都能把该电压的幅度限制在输入端所能承受的范围之内。即:VI~VCC出现正脉冲时,D1正向导 通;VI~VCC出现负脉冲时,D2反向击穿;VI与地之间出现正脉冲时,D3反向击穿;VI与地之间出现负脉冲时,D3正向导通,二极管起钳位保护作用。缓冲电阻RS约为1.5~2.5 kΩ,与输入电容C构成积分电路,对外界感应电压延迟一段时间。若干扰电压的存在时间小于τ,则输入端承受的有效电压将远低于其幅度;若时间较长,则D1 导通,电流在RS上形成一定的压降,从而减小输入电压值。

此外,一种常用的输入方式是采用光耦隔离电路。如图4所示,R为输入限流电阻,使光耦中的发光二极管电流限制在10~20 mA。输入端靠光信号耦合,在电气上做到了完全隔离。

同时,发光二极管的正向阻抗值较低,而外界干扰源的内阻一般较高,根据分压原理,干扰源能馈送到输入 端的干扰噪声很小,不会产生地线干扰或其他串扰,增强了电路的抗干扰能力。

“图4
图4 输入端光耦隔离

在满足功能的前提下,提高单片机输入端可靠性最简单的方案是:在输入端与地之间并联一只电容来吸收干扰脉冲,或串联一只金属薄膜电阻来限制流入端口的峰值电流。

输出电路设计

单片机输出端口受驱动能力的限制,一般情况下均需专用的接口芯片。其输出虽因控制对象的不同而千差万别,但一般情况下均满足对输出电压、电流、开关频率、波形上升下降速率和隔离抗干扰的要求。在此讨论几种典型的单片机输出端到功率端的电路实现方法。

1、直接耦合

在采用直接耦合的输出电路中,要避免出现图5所示的电路。

“图5
图5 错误的输出电路

T1截止、T2导通期间,为了对T2提供足够的基极电流,R2的阻值必须很小。因为T2处于射极跟随器方式工作,因此为了减少T2损耗,必须将集射间电压降控制在较小范围内。

这样集基间电压也很小,电阻R2阻值很小才能提供足够的基极电流。R2阻值过大,会大幅度增加T2压降,引起T2发热严重。而在T2截止期间,T1必须导通,高压+15 V全部降在电阻R2上,产生很大的电流,显然是不合理的。

另外,T1的导通将使单片机高电平输出被拉低至接近地电位,引起输出端不稳定。T2基极被T1拉 到地电位,若其后接的是感性负载,由于绕组反电势的作用,T2的发射极可能存在高电平,容易引起T2管基射结反向击穿。

图6为一直接耦合输出电路,由T1和T2组成耦合电路来推动T3。T1导通时,在R3、R4的串联电路中产生电流,在R3上的分压大于T2 晶体管的基射结压降,促使T2导通,T2提供了功率管T3的基极电流,使T3变为导通状态。当T1输入为低电平时,T1截止,R3上压降为零,T2截止, 最终T3截止。R5的作用在于:一方面作为T2集电极的一个负载,另一方面T2截止时,T3基极所储存的电荷可以通过电阻R3迅速释放,加快T3的截止速度,有利于减小损耗。

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图6 直接耦合输出电路

2.TTL或CMOS器件耦合

若单片机通过TTL或CMOS芯片输出,一般均采用集电极开路的器件,如图7(a)所示。集电极开路器件通过集电极负载电阻R1接至+15 V电源,提升了驱动电压。但要注意的是,这种电路的开关速度低,若用其直接驱动功率管,则当后续电路具有电感性负载时,由于功率管的相位关系,会影响波形 上升时间,造成功率管动态损耗增大。

为了改善开关速度,可采用2种改进形式输出电路,如图7(b)和图7(c)所示。图7(b)是能快速开通的改进电路,当TTL输出高电平 时,输出点通过晶体管T1获得电压和电流,充电能力提高,从而加快开通速度,同时也降低了集电极开路TTL器件上的功耗。图7(c)为推挽式的改进电路, 采用这种电路不但可提高开通时的速度,而且也可提高关断时的速度。输出晶体管T1是作为射极跟随器工作的,不会出现饱和,因而不影响输出开关频率。

“图7
图7 TTL或CMOS器件输出电路

3、脉冲变压器耦合

脉冲变压器是典型的电磁隔离元件,单片机输出的开关信号转换成一种频率很高的载波信号,经脉冲变压器耦合到输出级。由于脉冲变压器原、副边线圈间没有电路连接,所以输出是电平浮动的信号,可以直接与功率管等强电元件耦合,如图8所示。

“图8
图8 脉冲变压器输出电路

这种电路必须有一个脉冲源,脉冲源的频率是载波频率,应至少比单片机输出频率高10倍以上。脉冲源的输出脉冲送入控制门G,单片机输出信号 由另一端输入G门。当单片机输出高电平时,G门打开,输出脉冲进入变压器,变压器的副线圈输出与原边相同频率的脉冲,通过二极管D1、D2检波后经滤波还 原成开关信号,送入功率管。当单片机输出低电平时,G门关闭,脉冲源不能通过G门进入变压器,变压器无输出。

这里,变压器既传递信号,又传送能量,提高了脉冲源的频率,有利于减轻变压器的体重。由于变压器可通过调整电感量、原副边匝数等来适应不同 推动功率的要求,所以应用起来比较灵活。更重要的是,变压器原副边线圈之间没有电的联系,副线圈输出信号可以跟随功率元件的电压而浮动,不受其电源大小的 影响。

当单片机输出较高频率的脉冲信号时,可以不采用脉冲源和G门,对变压器原副边电路作适当调整即可。

4、光电耦合

光电耦合可以传输线性信号,也可以传输开关信号,在输出级应用时主要用来传递开关信号。

如图9所示,单片机输出控制信号经缓冲器7407放大后送入光耦。R2为光耦输出晶体管的负载电阻,它的选取应保证:在光耦导通时,其输出晶体管可靠饱和;而在光耦截止时,T1可靠饱和。但由于光耦响应速度慢使开关延迟时间加长,限制了其使用频率。

“图9
图9 光耦输出电路

结语

单片机接口技术在很多资料中均有详细的介绍,但在对大量电气控制产品的改造和设计中,经常会碰到用接口芯片所无法解决的问题(如驱动电流大、开关速度慢、抗干扰差等),因此必须寻求另一种电路解决方案。

上述几种输入/输出电路通过广泛的应用表明,其对合理、可靠地实现单片机电气控制系统具有较高的工程实用价值。

来源:网络
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围观 123

一、名词解析

(1)VCC:C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压

(2)VDD:D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压

(3)VSS:S=series 表示公共连接的意思,通常指电路公共接地端电压

(4)VEE:负电压供电;场效应管的源极(S)

(5)VBAT:当使用电池或其他电源连接到VBAT脚上时,当VDD 断电时,可以保存备份寄存器的内容和维持RTC的功能。如果应用中没有使用外部电池,VBAT引脚应接到VDD引脚上。

(6)VPP:编程/擦除电压。

(7)GND:在电路里常被定为电压参考基点。

(8)V与VA的区别是:数字与模拟的区别

- 数字电路供电VCC
- 模拟电路供电VCCA
- VDD是指数字工作电压,就是供电进芯片的
- VDDA是模拟电压或者叫模拟正电源,是从芯片向外供电的

(9)CC与DD的区别是:供电电压与工作电压的区别(通常VCC>VDD)

二、应用讲解

1、对于数字电路来说,VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压(通常Vcc>Vdd),VSS是接地点。例如,对于ARM单片机来说,其供电电压VCC一般为5V,一般经过稳压模块将其转换为单片机工作电压VDD = 3.3V。

2、有些IC既带VDD引脚又有VCC引脚,说明这种器件自身带有电压转换功能。

3、在场效应管(或COMS器件)中,VDD为漏极,VSS为源极,VDD和VSS指的是元件引脚,而不表示供电电压。

4、一般来说VCC=模拟电源、VDD=数字电源、VSS=数字地、VEE=负电源。

5、从电气意义上说,GND分为电源地和信号地。PG是 Power Ground(电源地)的缩写。另一个是 Signal Ground(信号地)。实际上它们可能是连在一起的(不一定是混在一起哦!)。两个名称主要是便于对电路进行分析。

进一步说,还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”:数字地,模拟地。

数字地和模拟地都有信号地、电源地两种情况。数字地和模拟地之间,某些电路可以直接连接,有些电路要用电抗器连接,有些电路不可连接。

三、举例分析:为什么STM32vet6中要分出5对VDD VSS?它们分别负责哪些模块的供电?

1、这和芯片的设计有关系,一般VDD和VSS管脚均匀分布在芯片的四周的,是基于电源完整性的考虑,可以为芯片提供最好的电源质量,降低电源阻抗,保证高速数字电路可靠工作的手段。

2、DSP内部有很多功能单元,这些单元都需要供电,采用多引脚供电可以就近获取电源,无需在内部穿越。

3、不同单元之间,有时不希望电源互相影响,采用独立的电源引脚,可以避免这种影响。

4、实际使用时,每个引脚不但要连接电源,还应在电源引脚附近加上退藕电容。其目的是当器件工作时,电流的变化会引起电源的电压微小波动,加上退藕电容后,这种波动就不容易传递到另外的电源引脚。

来源:网络
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围观 195

USB是一种快速、双向、同步传输、价格便宜、方便使用的可热拔插的串行接口。

由于数据传输快,接口方便,支持热插拔等优点使USB设备得到广泛应用。目前,市场上以USB2.0为接口的产品居多,但很多硬件新手在USB应用中遇到很多困扰,往往PCB装配完之后USB接口出现各种问题。

USB 接口电路设计常见问题

比如通讯不稳定或是无法通讯,检查原理图和焊接都无问题,或许这个时候就需怀疑PCB设计不合理。绘制满足USB2.0数据传输要求的PCB对产品的性能及可靠性有着极为重要的作用。

USB协议定义由两根差分信号线(D+、D-)传输数字信号,若要USB设备工作稳定差分信号线就必须严格按照差分信号的规则来布局布线。根据笔者多年USB相关产品设计与调试经验,总结以下注意要点:

1. 在元件布局时,尽量使差分线路最短,以缩短差分线走线距离(√为合理的方式,×为不合理方式);

USB 接口电路设计常见问题

2. 优先绘制差分线,一对差分线上尽量不要超过两对过孔(过孔会增加线路的寄生电感,从而影响线路的信号完整性),且需对称放置(√为合理的方式,×为不合理方式);

USB 接口电路设计常见问题

3.对称平行走线,这样能保证两根线紧耦合,避免90°走线,弧形或45°均是较好的走线方式(√为合理的方式,×为不合理方式);

USB 接口电路设计常见问题

4. 差分串接阻容,测试点,上下拉电阻的摆放(√为合理的方式,×为不合理方式);

USB 接口电路设计常见问题

5. 由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配,而线长一旦不匹配,时序会发生偏移,还会引入共模干扰,降低信号质量。所以,相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿,使其线长匹配,长度差通常控制在5mil以内,补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里;

USB 接口电路设计常见问题

6.为了减少串扰,在空间允许的情况下,其他信号网络及地离差分线的间距至少20mil(20mil是经验值),覆地与差分线的距离过近将对差分线的阻抗产生影响;

USB 接口电路设计常见问题

7.USB的输出电流是500mA,需注意VBUS及GND的线宽,若采用的1Oz的铜箔,线宽大于20mil即可满足载流要求,当然线宽越宽电源的完整性越好。

USB 接口电路设计常见问题

普通USB设备差分线信号线宽及线间距与整板信号线宽及线间距一致即可。然而当USB设备工作速度是480 Mbits/s,只做到以上几点是不够的,我们还需对差分信号进行阻抗控制,控制差分信号线的阻抗对高速数字信号的完整性是非常重要的。

因为差分阻抗影响差分信号的眼图、信号带宽、信号抖动和信号线上的干扰电压。差分线阻抗一般控制在90(±10%)欧姆(具体值参照芯片手册指导),差分线阻抗与线宽W1、W2、T1成反比,与介电常数Er1成反比,与线间距S1成正比,与参考层的距离H1正比,如下图是差分线的截面图。

下图为四层板的参考叠层,其中中间两层为参考层,参考层通常为GND或Power,并且差分线所对应的参考层必须完整,不能被分割,否则会导致差分线阻抗不连续。若是以图 2叠层设计四层板,通常设计时差分线采用4.5mil的线宽及5.5mil的线间距既可以满足差分阻抗90Ω。

然而4.5mil线宽及5.5mil线间距只是我们理论设计值,最终电路板厂依据要求的阻抗值并结合生产的实际情况和板材会对线宽线间距及到参考层的距离做适当的调整。

USB 接口电路设计常见问题

以上所描述的布线规则是基于USB2.0设备,在USB布线过程中把握差分线路最短、紧耦合、等长、阻抗一致且注意好USB电源线的载流能力,掌握好以上原则USB设备运行基本没问题。

来源:百度文库、硬件笔记本
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围观 113

1、信号完整性(Signal Integrity):就是指电路系统中信号的质量,如果在要求的时间内,信号能不失真地从源端传送到接收端,我们就称该信号是完整的。

2、传输线(Transmission Line):由两个具有一定长度的导体组成回路的连接线,我们称之为传输线,有时也被称为延迟线。

3、集总电路(Lumped circuit):在一般的电路分析中,电路的所有参数,如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上,各个组件上,各点之间的信号是瞬间传递的,这种理想化的电路模型称为集总电路。

4、分布式系统(Distributed System):实际的电路情况是各种参数分布于电路所在空间的各处,当这种分散性造成的信号延迟时间与信号本身的变化时间相比已不能忽略的时侯,整个信号通道是带有电阻、电容、电感的复杂网络,这就是一个典型的分布参数系统。

5、上升/下降时间(Rise/Fall Time):信号从低电平跳变为高电平所需要的时间,通常是量度上升/下降沿在10%-90%电压幅值之间的持续时间,记为Tr。

6、截止频率(Knee Frequency):这是表征数字电路中集中了大部分能量的频率范围(0.5/Tr),记为Fknee,一般认为超过这个频率的能量对数字信号的传输没有任何影响。

7、特征阻抗(Characteristic Impedance):交流信号在传输线上传播中的每一步遇到不变的瞬间阻抗就被称为特征阻抗,也称为浪涌阻抗,记为Z0。可以通过传输线上输入电压对输入电流的比率值(V/I)来表示。

8、传输延迟(Propagation delay):指信号在传输线上的传播延时,与线长和信号传播速度有关,记为tPD。

9、微带线(Micro-Strip):指只有一边存在参考平面的传输线。

10、带状线(Strip-Line):指两边都有参考平面的传输线。

11、趋肤效应(Skin effect):指当信号频率提高时,流动电荷会渐渐向传输线的边缘靠近,甚至中间将没有电流通过。与此类似的还有集束效应,现象是电流密集区域集中在导体的内侧。

12、反射(Reflection):指由于阻抗不匹配而造成的信号能量的不完全吸收,发射的程度可以有反射系数ρ表示。

13、过冲/下冲(Over shoot/under shoot):过冲就是指接收信号的第一个峰值或谷值超过设定电压——对于上升沿是指第一个峰值超过最高电压;对于下降沿是指第一个谷值超过最低电压,而下冲就是指第二个谷值或峰值。

14、振荡:在一个时钟周期中,反复的出现过冲和下冲,我们就称之为振荡。振荡根据表现形式可分为振铃(Ringing)和环绕振荡,振铃为欠阻尼振荡,而环绕振荡为过阻尼振荡。

15、匹配(Termination):指为了消除反射而通过添加电阻或电容器件来达到阻抗一致的效果。因为通常采用在源端或终端,所以也称为端接。

16、振铃:

1)振铃效应(Ringingeffect)就是影响复原图像质量的众多因素之一,其典型表现是在图像灰度剧烈变化的临域出现类吉布斯(Gibbs)分布的震荡。

2)振铃现象,来源于变压器漏感和寄生电容引起的阻尼振荡。由于变压器的初级有漏感,当电源开关管由饱和导通到截止关断时会产生反电动势,反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电,从而产生阻尼振荡,即产生振铃。变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高,其能量也很大,如不采取保护措施,反电动势一般都会把电源开关管击穿,同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射,不但对机器本身造成严重干扰,对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

17、串扰:串扰是指当信号在传输线上传播时,因电磁耦合对相邻的传输线产生的不期望的电压噪声干扰,这种干扰是由于传输线之间的互感和互容引起的。

18、信号回流(Return current):指伴随信号传播的返回电流。

19、自屏蔽(Self shielding):信号在传输线上传播时,靠大电容耦合抑制电场,靠小电感耦合抑制磁场来维持低电抗的方法称为自屏蔽。

20、前向串扰(Forward Crosstalk):指干扰源对牺牲源的接收端产生的第一次干扰,也称为远端干扰(Far-end crosstalk)。

21、后向串扰(Forward Crosstalk):指干扰源对牺牲源的发送端产生的第一次干扰,也称为近端干扰(Near-end crosstalk)。

22、屏蔽效率(SE):是对屏蔽的适用性进行评估的一个参数,单位为分贝。吸收损耗:吸收损耗是指电磁波穿过屏蔽罩的时候能量损耗的数量。

23、反射损耗:反射损耗是指由于屏蔽的内部反射导致的能量损耗的数量,他随着波阻和屏蔽阻抗的比率而变化。

24、校正因子:表示屏蔽效率下降的情况的参数,由于屏蔽物吸收效率不高,其内部的再反射会使穿过屏蔽层另一面的能量增加,所以校正因子是个负数,而且只使用于薄屏蔽罩中存在多个反射的情况分析。

25、差模EMI:传输线上电流从驱动端流到接收端的时候和它回流之间耦合产生的EMI,就叫做差模EMI。

26、共模EMI:当两条或者多条传输线以相同的相位和方向从驱动端输出到接收端的时候,就会产生共模辐射,既共模EMI。

27、发射带宽:即最高频率发射带宽,当数字集成电路从逻辑高低之间转换的时候,输出端产生的方波信号频率并不是导致EMI的唯一成分。该方波中包含频率范围更宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量是工程师所关心的EMI频率成分,而最高的EMI频率也称为EMI的发射带宽。

28、电磁环境:存在于给定场所的所有电磁现象的总和。

29、电磁骚扰:任何能引起装置、设备或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。

30、电磁干扰:电磁骚扰引起设备、传输信道和系统性能的下降。

31、电磁兼容性:设备或者系统在电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

32、系统内干扰:系统中出现由本系统内部电磁骚扰引起的电磁干扰。

33、系统间干扰:有其他系统产生的电磁干扰对一个系统造成的电磁干扰。

34、静电放电:具有不同静电电位的物体相互接近或者接触时候而引起的电荷转移。

35、建立时间(Setup Time):建立时间就是接收器件需要数据提前于时钟沿稳定存在于输入端的时间。

34、保持时间(Hold Time):为了成功的锁存一个信号到接收端,器件必须要求数据信号在被时钟沿触发后继续保持一段时间,以确保数据被正确的操作。这个最小的时间就是我们说的保持时间。

36、飞行时间(Flight Time):指信号从驱动端传输到接收端,并达到一定的电平之间的延时,和传输延迟和上升时间有关。

37、Tco:是指器件的输入时钟边缘触发有效到输出信号有效的时间差,这是信号在器件内部的所有延迟总和,一般包括逻辑延迟和缓冲延迟。缓冲延迟(buffer delay):指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。

38、抖动(Jitter):信号的某特定时刻从其理想时间位置上的短期偏离为抖动。

39、时钟抖动(Clock Jitter):时钟抖动是指时钟触发沿的随机误差,通常可以用两个或多个时钟周期之间的差值来量度,这个误差是由时钟发生器内部产生的,和后期布线没有关系。

40、时钟偏移(Skew):是指由同样的时钟产生的多个子时钟信号之间的延时差异。

假时钟: 假时钟是指时钟越过阈值(threshold)无意识地改变了状态(有时在VIL 或VIH之间)。通常由于过分的下冲(undershoot)或串扰(crosstalk)引起。

41、电源完整性(Power Integrity):指电路系统中的电源和地的质量。

42、同步开关噪声(Simultaneous Switch Noise):指当器件处于开关状态,产生瞬间变化的电流(di/dt),在经过回流途径上存在的电感时,形成交流压降,从而引起噪声,简称SSN。也称为Δi噪声。

43、地弹(Ground Bounce):指由于封装电感而引起地平面的波动,造成芯片地和系统地不一致的现象。同样,如果是由于封装电感引起的芯片和系统电源差异,就称为电源反弹(Power Bounce)。

44、PLL, Phase Locked Loops,锁相环路,是一种反馈控制系统,也是死循环跟踪系统,其输出信号的频率跟踪输入信号的频率。当输出信号频率与输入信号频率相等时,输出电压与输入电压保持固定的相位差值。它由鉴相器(PD, Phase Detector)、环路滤波器(LP, Loops Filter)、和压控振荡器(VCO, Voltage Control Oscillator)三部分组成。

45、CRU(Clock Recovery Unit),时钟恢复单元, 当需要测试一个高速串行信号眼图时,需要一个时钟恢复单元,从被测信号中恢复出. 事实上,一个真实的高速器件内部就有一个时钟恢复单元

46、ISI: Inter-Symbol interference码间干扰,不同长度的连续“1”与“0”在带宽有限的系统中受到不同的衰减,导致长连续的“1”或“0”到达比短“1”与短“0”更高的电平,在接续这些长“1”或长“0”后的跳变,信号需要比短“1”与短“0”更多的时间才能到达门限电平,这些时间上的偏离就导致信号的抖动,不同长短“1”与“0”之间的干扰导致数据相关抖动即ISI。

47、DCD: Data dependant distortion数据信赖失真(占空比失真),因上升沿速率与下降沿速率的不对称性所造成的时钟周期上的偏离,即占空比失真。

48、眼图,是一些列数字信号在示波器上累积而显示的图形。它包含丰富的信息,体现了数字信号的整体特征,能够很好的评估数字信号的品质,因而眼图分析是高速互联系统信号完整性分析的核心。

来源:芯片电子之家
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围观 150

画电路板的小伙伴可能经常遇到各种标号,今天就来分享一下电源相关标号的内容。

解释

DCpower一般是指带实际电压的源,其他的都是标号(在有些仿真软件中默认的把标号和源相连的)。

VDD:电源电压(单极器件);电源电压(4000系列数字电路);漏极电压(场效应管)。

VCC:电源电压(双极器件);电源电压(74系列数字电路);声控载波(VoiceControlledCarrier)

VSS:地或电源负极。

VEE:负电压供电;场效应管的源极(S)。

VPP:编程/擦除电压。

VCC:C=circuit表示电路的意思,即接入电路的电压;

VDD:D=device表示器件的意思,即器件内部的工作电压;

VSS:S=series表示公共连接的意思,通常指电路公共接地端电压。

另一个种解释

Vcc和Vdd是器件的电源端。

Vcc是双极器件的正,Vdd多半是单级器件的正。下标可以理解为NPN晶体管的集电极C和PMOSorNMOS场效应管的漏极D。同样你可在电路图中看见Vee和Vss,含义一样。因为主流芯片结构是硅NPN所以Vcc通常是正。如果用PNP结构Vcc就为负了。建议选用芯片时一定要看清电气参数。

Vcc来源于集电极电源电压,CollectorVoltage,一般用于双极型晶体管,PNP管时为负电源电压,有时也标成-Vcc,NPN管时为正电压。

Vdd来源于漏极电源电压,DrainVoltage,用于MOS晶体管电路,一般指正电源。因为很少单独用PMOS晶体管,所以在CMOS电路中Vdd经常接在PMOS管的源极上。

Vss源极电源电压,在CMOS电路中指负电源,在单电源时指零伏或接地。

Vee发射极电源电压,EmitterVoltage,一般用于ECL电路的负电源电压。

Vbb基极电源电压,用于双极晶体管的共基电路。

说明

1、一般来说VCC=模拟电源,VDD=数字电源,VSS=数字地,VEE=负电源。

2、有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚,说明这种器件自身带有电压转换功能。

3、对于数字电路来说,VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压(通常Vcc>Vdd),VSS是接地点。

4、在场效应管(或COMS器件)中,VDD为漏极,VSS为源极,VDD和VSS指的是元件引脚,而不表示供电电压。

详解: 有些IC 同时有VCC和VDD, 这种器件带有电压转换功能。 在“场效应”即COMS元件中,VDD乃CMOS的漏极引脚,VSS乃CMOS的源极引脚,这是元件引脚符号,它没有“VCC”的名称,你的问题包含3个符号,VCC / VDD /VSS, 这显然是电路符号除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。

控制系统中,大致有以下几种地线:

(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。

(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。

(3)信号地:通常为传感器的地。

(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。

(5)直流地:直流供电电源的地。

(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。

下面就接地问题提出一些看法:

(1)控制系统宜采用一点接地。一般情况下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。

(2)交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。

(3)浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂。

(4)模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

(5)屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题,一般接大地;电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成,可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应,其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合,一般接大地为好。当信号电路是一点接地时,低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时,将产生噪声电流,形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时,输入端的屏蔽应接至放大器的公共端;相反,当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时,放大器的输入端也应接到信号源的公共端。对于电气系统的接地,要按接地的要求和目的分类,不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起,而是要分成若干独立的接地子系统,每个子系统都有其共同的接地点或接地干线,最后才连接在一起,实行总接地。

有人说:模拟地跟数字地,最终都要接到一块的,那干吗还要分模拟地和数字地呢? 这是因为虽然是相通的,但是距离长了,就不一样了。同一条导线,不同的点的电压可能是不一样的,特别是电流较大时。因为导线存在着电阻,电流流过时就会产生压降。另外,导线还有分布电感,在交流信号下,分布电感的影响就会表现出来。

所以我们要分成数字地和模拟地,因为数字信号的高频噪声很大,如果模拟地和数字地混合的话,就会把噪声传到模拟部分,造成干扰。如果分开接地的话,高频噪声可以在电源处通过滤波来隔离掉。但如果两个地混合,就不好滤波了。

我们经常在电路中见到0欧的电阻,对于新手来说,往往会很迷惑:既然是0欧的电阻,那就是导线,为何要装上它呢?还有这样的电阻市场上有卖吗? 其实0欧的电阻还是蛮有用的。

大概有以下几个功能:

① 做为跳线使用。这样既美观,安装也方便。

② 在数字和模拟等混合电路中,往往要求两个地分开,并且单点连接。我们可以用一个0欧的电阻来连接这两个地,而不是直接连在一起。这样做的好处就是,地线被分成了两个网络,在大面积铺铜等处理时,就会方便得多。附带提示一下,这样的场合,有时也会用电感或者磁珠等来连接。

③ 做保险丝用。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。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,防止了更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几或者几欧的小电阻来做保险丝。不过不太推荐这样来用,但有些厂商为了节约成本,就用此将就了。

④ 为调试预留的位置。可以根据需要,决定是否安装,或者其它的值。有时也会用*来标注,表示由调试时决定。

⑤ 作为配置电路使用。这个作用跟跳线或者拨码开关类似,但是通过焊接固定上去的,这样就避免了普通用户随意修改配置。通过安装不同位置的电阻,就可以更改电路的功能或者设置地址。0欧的电阻不但有卖,而且还有不同的规格呢,一般是按功率来分,如1/8瓦,1/4瓦等等。怎么选择呢?这个需要看产品的数据手册了。它有电阻值和功率值的。

无论是在模拟电路中还是在数字电路中都存在着各种各样的“地”,为便于大家了解和掌握,现将其总结出来,供大家参考。

1. 信号“地”:

信号“地”又称参考“地”,就是零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公共段,图形符号“⊥”。

1)直流地:直流电路“地”,零电位参考点。

2)交流地:交流电的零线。应与地线区别开。

3)功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。

4)模拟地:放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。

5)数字地:也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点。

6)“热地”:开关电源无需使用变压器,其开关电路的“地”和市电电网有关,既所谓的“热地”,它是带电的,图形符号为:“ ⊥ ”。

7)“冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路常用光电耦合、既能传送反馈信号又将双方的"地"隔离;所以输出端的地称之为“冷地”,它不带电。图形符号为“⊥”。

2. 保护“地”:

保护"地"是为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器,另一端与大地作可靠连接。

3. 音响中的“地”:

1)屏蔽线接地:音响系统为防止干扰,其金属机壳用导线与信号“地”相接,这叫屏蔽接地。

2)音频专用“地”:专业音响为了防止干扰,除了屏蔽“地”之外,还需与音频专用“地”相连。此接地装置应专门埋设,并且应与隔离变压器、屏蔽式稳压电源的相应接地端相连后作为音控室中的专用音频接地点。

4. 不同地线的处理方法:

1)数字地和模拟地应分开:在高要求电路中,数字地与模拟地必须分开。即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。

2)保护“地”:保护“地”是为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器,另一端与大地作可靠连接。

3)音响中的“地”:

a)屏蔽线接地:音响系统为防止干扰,其金属机壳用导线与信号“地”相接,这叫屏蔽接地。

b)音频专用“地”:专业音响为了防止干扰,除了屏蔽“地”之外,还需与音频专用 “地”相连。此接地装置应专门埋设,并且应与隔离变压器、屏蔽式稳压电源的相应接地端相连后作为音控室中的专用音频接地点。

4)浮地与接地:系统浮地,是将系统电路的各部分的地线浮置起来,不与大地相连。这种接法,有一定抗干扰能力。但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ,一旦绝缘性能下降,就会带来干扰。通常采用系统浮地,机壳接地,可使抗干扰能力增强,安全可靠。

5)一点接地:在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。

6)多点接地:在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,采用多点接地。

来源:网络
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