电路设计

RF工程师在设计芯片和天线间的阻抗匹配时,根据数据手册的参数进行匹配设计,最后测试发现实际结果和手册的性能大相径庭,你是否考虑过为什么会出现这么大的差别?匹配调试过程中尝试不同的电容、电感,来回焊接元器件,这样的调试方法我们能改善吗?

1、理想的匹配

通信系统的射频前端一般都需要阻抗匹配来确保系统有效的接收和发射,在工业物联网的无线通信系统中,国家对发射功率的大小有严格要求,如不高于+20dBm;若不能做到良好的匹配,就会影响系统的通信距离。

射频前端最理想的情况就是源端、传输线和负载端都是50Ω,如图1。但是这样的情况一般不存在。即使电路在设计过程中仿真通过,板厂制作过程中,线宽、传输线与地平面间隙和板厚都会存在误差,一般会预留焊盘调试使用。

图1 理想的阻抗匹配

2、造成与芯片手册推荐电路偏差大的原因?

从事RF电路设计的工程师都有过这样的经验,做匹配电路时,根据数据手册给的S参数、电路拓扑结构、元器件的取值进行设计,最后得到的结果和手册上的差别很大。这是为什么呢?

其主要原因是对射频电路来说,“导线”不再是导线,而是具有特征阻抗。如图2所示,射频传输线看成由电阻、电容和电感构成的网络,此时需要用分布参数理论进行分析,参考资料[4][7]。

图2 传输线模型

特征阻抗与信号线的线宽(w)、线厚(t)、介质层厚度(h)和介质常数(ε)有关。其计算公式如下:


由公式可以知道,特征阻抗和介质层厚度成正比,可以理解为绝缘厚度越厚,信号穿过其和接地层形成回路所遇到的阻力越大,所以阻抗值越大;和介质常数、线宽和线厚成反比。

因为芯片的应用场景不同,虽然电路设计一样,但是设计的PCB受结构尺寸、器件种类、摆放位置等因素的影响,会导致板材、板厚、布线的不同,引起特征阻抗的变化。当我们还是沿用手册给的参数进行匹配时,并不能做到良好阻抗匹配,自然会出现实际测试的结果与手册给的结果偏差较大的情况。

虽然我们不能完全照搬芯片手册电路的所有参数,但可以参考其中的拓扑结构,如π型、T型或者L型等。那接下来我们应该如何调试那些参数呢?

3、常规的调试方法

完成PCB设计之后,进入调试过程,有的工程师对这个过程茫然失措,不知道该如何入手。有的工程师会回到数据手册,把手册提供的参数直接焊接到PCB上,通过频谱仪观察功率输出,若不符合期望值;则调整其中的电容和电感,改大或者调小,然后焊回到PCB上,不断的迭代,直到输出值符合期望。

这种方法由于无法得知PCB板上分布参数的阻抗,只能不停的焊接更换参数调试,导致效率很低,而且并不适合调试接收链路的阻抗匹配。

4、是否有更有效的调试方法?

如果我们能知道PCB板上分布参数的阻抗,就可以通过史密斯圆图进行有据可循的阻抗匹配,减少无谓的参数尝试。

分布参数的阻抗有两种方法可以获得:

  • 使用仿真软件建模仿真,但是建立模型需要知道材料、尺寸、结构等条件,其工作量不亚于直接调试;即使能建立模型,如何保证其准确性也值得考究;
  • 使用网络分析仪直接测量,该方法直观而且结果准确。

下面介绍如何通过网分直接得到特征阻抗。

下图3是调试与匹配电路参考图,由芯片模块、射频开关和天线组成。把射频开关输出端作为50Ω参考点,此处接入网络分析仪分别测量传输线到天线的阻抗和传输线到芯片端口的阻抗。通过匹配之后,希望从该点往天线方向看进去是50Ω和往芯片方向看进去也是50Ω。

选择这里作为50Ω参考点主要有两方面考虑:

  • 该处到天线端是接收和发射的共同链路,只需要匹配一次,同时把天线对阻抗的影响也考虑了;到芯片端分别是接收和发射链路,需要分开匹配;
  • 虽然匹配电路次数变多,但是每次匹配元器件数目少了,减少相互间影响,提高匹配效率。

图3 调试与匹配参考图

5、测量分布参数阻抗

测量之前,将网络分析仪进行校准。首先把PCB板上除匹配网络的器件都焊上,然后把阻抗网络的落地元件断路,串联元件用0Ω电阻短路,如图4所示。尽量不使用焊锡短路,因为对高频电路来说,焊锡容易产生寄生效应,影响测量结果。

图4 焊接调试器件

进行天线匹配调试期间,需要断开同芯片的连接。进行芯片匹配调试期间,需要断开同天线匹配组的连接,接收链路的匹配和发射链路的匹配通过开关切换分别进行调试。

需要特别注意的是测量发射链路的阻抗,一般来说我们只要得到静态或者小信号发射的阻抗就能帮助我们完成设计,因为芯片发射时处于线性放大区,得到阻抗后只要微调器件,就能达到最佳的输出功率。如果需要更准确工作状态时的输出阻抗呢?当然也是可以的,这就需要我们加入更多的器件,如图5。

图5 测量芯片发射时的S22

在图5中,被测放大器就是芯片的功率放大器,使其进入最大功率输出;而测试信号源则提供一个反向输入信号a2到放大器;放大器输出端所产生的反射信号b2 通过定向耦合器被接收机检测到;b2与a2之比即为放大器的大信号S22 参数。

需要注意两点:

  • 被测芯片和测试信号源之间需要加定向隔离器,防止大信号损坏信号源;
  • 芯片输出频率和信号测试频率要异频。

具体的调试步骤如下:

  • 校准网络分析仪,校准到连接到板上的射频线缆;
  • 通过网络分析仪测量阻抗;
  • 借助史密斯圆图进行阻抗匹配;
  • 选择合适的电容和电感焊接到PCB上;
  • 测量无线芯片的输出和输入是否满足要求。

在匹配过程中,选择元器件一般遵循以下几个原则:

  • 落地电容值不要过大,电容越大,容抗则越小,信号容易流入GND;
  • 电容、电感值不要过小,因为存在误差,容值、感值越小,误差影响越大,影响批次的稳定性;
  • 电容、电感选择常规值,方便替换和备料采购。

6、小结

阻抗匹配过程中,我们首先要理解数据手册的参数,找到指导电路设计的依据,如电路拓扑图、S参数等;在调试过程中,借助网络分析仪测量实际电路的阻抗,使用史密斯圆图辅助我们完成设计;最后对电容、电感的选择也给了参考建议。希望本文能给正在阻抗匹配中的你一些帮助。

来源: ZLG立功科技一致远电子

围观 11

电阻在电子产品中是最常用的器件之一,基本上只要是电子产品,内部就会存在电阻。电阻可以在电路中用作分压器、分流器和负载电阻;它与电容器—起可以组成滤波器及延时电路;在电源电路或控制电路中用作取样电阻;在半导体管电路中用作偏置电阻确定工作点;使用特殊性质的电阻如压敏电阻、热敏电阻实现防浪涌电压、抑制冲击电流,实现过温保护等等。电阻是最普通的器件,同时也是电路中不可或缺的器件,选好用好电阻对产品的稳定运行及使用可靠性是至关重要的。

引言

电阻的种类很多,普通常用的电阻有碳膜电阻、水泥电阻、金属膜电阻和线绕电阻等;特殊电阻有压敏电阻、热敏电阻、光敏电阻等。不同类型电阻其特性参数都有一定的差异,在电路使用时需要考虑的点也不一样。对于刚接触电路设计的工程师来说很可能会忽略电阻的某些特殊的参数,导致产品的稳定性和可靠性得不到保证。正确的理解电阻各个参数及选型的注意事项,且全面的理解电阻在电路中起到的真正作用,才能够从底层最基本的电路设计上保证产品的优质性。

电阻的基本参数

新接触硬件电路设计的工程师,可能对电阻的第一印象就是物理书上描述的导电体对电流的阻碍作用称为电阻,用符号R表示,单位为欧姆、千欧、兆 欧,分别用Ω、KΩ、MΩ表示。

主要关注的参数为:

1)标称阻值:电阻器上面所标示的阻值;

2)允许误差:标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差,它表示电阻器的精度。

而在电路的设计上,只关注这两个参数是不够的,还有两个重要的参数必须要在设计当中引起重视:额定功率和耐受电压值,这两个参数对整个系统的可靠性影响非常大。

如电路中流过电阻的电流为100mA,阻值为100Ω,那么在电阻上的功率消耗为1W,选择常用的贴片电阻,如封装为0805或1206等是不合适的,会因电阻额定功率小而出现问题。因此,选择电阻的额定功率要满足在1W以上(电路设计选择电阻的功率余量一般在2倍以上),否则电阻上消耗的功率会使电阻过热而失效。

同样,耐压值选择不合适的情况下,也会因为电阻被击穿而导致系统设计的失败。举个例子:AC-DC开关电源模块在设计的输入前端,根据安规 GB4943.1标准的要求,在保证插头或连接器断开后,在输入端L、N上的滞留电压在1S之内衰减到初始值的37%,因此,在设计时一般会采用并接一个 或两个MΩ级阻抗的电阻进行能量泄放,而输入端是高压,即电阻两端是要承受高压的,当电阻的耐压值低压输入端高压的情况下,就会产生失效。以下表一是常见SMT厚膜电阻的参数,最终选型时还要和选购器件的厂家核实。

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注:只做参考,以最终选择的厂家说明为准

电阻在电路中的作用

1、基本作用:

电子工程师都学习过电阻的基本作用,即在电路中用作分压器、分流器和负载电阻;它与电容器—起可以组成滤波器及延时电路、在电源电路或控制电路 中用作取样电阻;在半导体管电路中用作偏置电阻确定工作点等,对于这些作用,电路中应用是非常多的,也是非常重要,就不做过多的描述。下面主要给大家介绍0Ω电阻及特殊电阻在电子电路设计中的作用及使用注意事项。

2、0欧姆电阻在电路上的作用:

相信有很多新电工,在看一些前辈设计的电子产品时会经常看到电路上存在0Ω的电阻,为什么要设计这么一个电阻呢,直接画板连一块不就好了,还画蛇添足干嘛?通过对资料搜索和整理,要点如下:

a)模拟地和数字地单点接地

只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。如果不接在一起就是"浮地",存在压差,容易积累电荷,造成静电。地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰,不短接又不妥,有四种方法解决此问题:① 用磁珠连接;② 用电容连接;③ 用电感连接;④ 用0欧姆电阻连接。

磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显著抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合;电容隔直通交,造成浮地;电感体积大,杂散参数多,不稳定;0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。

b)跨接时用于电流回路

当分割电地平面后,造成信号最短回流路径断裂,此时,信号回路不得不绕道,形成很大的环路面积,电场和磁场的影响就变强了,容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧电阻,可以提供较短的回流路径,减小干扰。

c)配置电路

一般,产品上不要出现跳线和拨码开关。有时用户会乱动设置,易引起误会,为了减少维护费用,应用0欧电阻代替跳线等焊在板子上。空置跳线在高频时相当于天线,用贴片电阻效果好。

d)其他用途

布线时跨线调试/测试用:在开始设计时,要串一个电阻用来调试,但是还不能确定具体的值,加了这么一个器件后方便以后电路的调试,如果调试的结果不需要加电阻,就加一个0欧姆的电阻。临时取代其他贴片器件作为温度补偿器件,更多时候是出于EMC对策的需要。另外,0欧姆电阻比过孔的寄生电感小,而且过孔还会影响地平面(因为要挖孔)。

总结如下:

1)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。
2)可以做跳线用,如果某段线路不用,直接贴该电阻即可(不影响外观)。
3)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。
4)想测某部分电路的耗电流的时候,可以去掉0欧的电阻,接上电流表,这样方便测耗电流。
5)在布线时,如果实在布不过去了,也可以加一个0欧的电阻。
6)在高频信号下,充当电感或电容(与外部电路特性有关)用,主要是解决EMC问题。如地与地,电源和IC Pin间。
7)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)。

3、特殊电阻在电源模块外围防护电路的作用:

最常见的特殊电阻有压敏电阻和热敏电阻,这个在AC-DC开关电源设计和应用中起着关键的作用,了解下这两种电阻的特性和具体的作用。

压敏电阻MOV是在电路电磁兼容EMC中最常用的器件之一,广泛的被应用在电子线路中,来防护因为电力供应系统的瞬时电压突变所可能对电路的伤害。其特性通俗理解为前端电压高于压敏电阻的开启电压时,压敏电阻被击穿,压敏电阻的阻值降低而将电流予以分流,防止后级受到过大的瞬时电压破坏或干扰, 从而保护了敏感的电子组件。电路防护就是利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

不过,不要把压敏电阻的作用想的太大了,压敏电阻是不可以提供完整的电压保护的,压敏电阻所能承受的能量或功率是有限的,不能提供持续性的过电压保护。持续的过电压会破坏保护装置(压敏电阻),并对设备造成损害。压敏电阻不能提供保护的部分还有:开机时的冲击电流、短路时的过电流、电压突降等情况,这些情况需要其他方式的防护。

热敏电阻是一种跟温度相关的器件,一般分为两种,NTC为负温度系数热敏电阻,即温度越高,阻抗越小;PTC为正温度系数热敏电阻即温度越高,阻抗越大。利用阻抗对温度的敏感特性在电路设计中起到了重要的作用。

NTC在电路中主要为抑制电路启动过程中的启动电流,当系统启动过程中,由于系统内部存在功率电路、容性及感性负载,因此在启动瞬间会出现非常大的冲击电流。如果电路器件选型过程中没有考虑器件瞬时的抗电流能力,那么系统在多次启动的操作过程中,就很容易导致器件被击穿损坏,而在电路中加入NTC,等于在输入回路启动时提高输入阻抗减少冲击电流,而系统处于稳定状态时,由于NTC发热,根据其负温度特性,阻抗降低,从而在NTC上的损耗也降低,减少了系统的整体损耗。

PTC在电路中可以起到保险丝的作用,所以其还有另一个名字为自恢复保险丝。在系统运行过程中,电路出现异常,导致出现大电流时,如果该部分电 路中串有一个PTC,那么也就等于在PTC中存在有大电流流过,PTC发热,根据其正温度特性,其阻抗将变得很大,使整个回路的阻抗变大,从而使回路的电 流变小,起到了保险丝的作用。根据其正温度的特性,PTC的另一个作用是在电路中实现过温保护。

结语

电阻的知识涵盖非常多,不仅仅是知道欧姆定律后就能应用好,其中还包括了材质及其特殊性能,如电阻元件的电阻值大小一般与温度,材料,长度,还有横截面积有关,衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数,其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数;电阻的主要物理特征是变电能为热能,也可说它是一个耗能元件,电流经过它就产生损耗,以热能的形式表现;电阻在电路中通常起分压、分流的作用;对信号来说,交流与直流信号都可以通过电阻等。作为硬件工程师,想要把元器件用的得心应手,就需要通过对其材质,电气特性和其特殊性做深入的了解。

来源:电源网订阅号

围观 42

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC,代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是:代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同,还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的,安装集成PCB电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ICLA4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后缀与后缀为“R”,的IC等,例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部PCB电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ICLA1363和LA1365,后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也少数特例,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,HA1364是伴音IC,而uPC1364是色解码IC;数字是4558的,8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字PCB电路;故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片,然后加工成按本厂命名的产品,还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,AN380与uPC1380可以直接代换,AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的IC的方法。

代换原则:代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近;代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,AFTPCB电路CA3064和CA3064E,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同,引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成PCB电路的右边,相当于AN5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分,重新组合成一块完整的IC,用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

(1)集成PCB电路引脚的编号顺序,切勿接错;

(2)为适应代换后的IC的特点,与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变;

(3)电源电压要与代换后的工C相符,如果原PCB电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换IC能否工作;

(4)代换以后要测量IC的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明PCB电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值;

(5)代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配;检查其驱动能力;

(6)在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止PCB电路自激,特别是防止高频自激;

(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。同时还应考虑:

(1)信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端:

(2)经外围PCB电路处理后的信号,能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放IC损坏,从典型应用PCB电路和内部PCB电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用信号输入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

来源:网络、电子产品世界

围观 61

嵌入式开发项目中,首先需要做需求分析,然后根据需求分析进行综合考虑,这里给出几个嵌入式硬件设计时特别要注意的问题。

1、MCU的选择

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。

2、电源

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。

3、普通I/O口

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。

4、A/D电路与D/A电路

①A/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。

②D/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指示灯的选择。面板上的指示灯选什么颜色呢?有些人按颜色选,比如自己喜欢蓝色就选蓝色。但是其它红绿黄橙等颜色的不管大小(5mm以下)封装如何,都已成熟了几十年,价格一般都在5毛钱以下,而蓝色却是近三四年才发明的,技术成熟度和供货稳定度都较差,价格却要贵四五倍。(注: 这一已经是几年前的看法了)

③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。

来源:网络

围观 82

单片机是嵌入式系统的核心元件,使用单片机的电路要复杂得多,但在更改和添加新功能时,带有单片机的电路更加容易实现,这也正是电器设备使用单片机的原因。那么在单片机电路的设计中需要注意的难点有哪些?你都解决了吗?下面分享10个单片机电路设计中的难点,一起来学习吧~

一、单片机上拉电阻的选择

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平 ,而当R1=50时RST为低电平,很明显R1=10k时是错误的,单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管,即便在截止状态时也会有少量截止电流,当R取的非常大时,微弱的截止电流通过就产生了高电平。

二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED:电压1.6V-2.4V,电流2-20mA,在2-5mA亮度有所变化,5mA以上亮度基本无变化。

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

三、端口出现不够用的情况

这时可以借助扩展芯片来实现,比如三八译码器74HC138来拓展。

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

四、滤波电容

滤波电容分为高频滤波电容和低频滤波电容。

1、高频滤波电容一般用104容(0.1uF),目的是短路高频分量,保护器件免受高频干扰。普通的IC(集成)器件的电源与地之间都要加,去除高频干扰(空气静电)。

2、低频滤波电容一般用电解电容(100uF),目的是去除低频纹波,存储一部分能量,稳定电源。大多接在电源接口处,大功率元器件旁边,如:USB借口,步进电机、1602背光显示。耐压值至少高于系统最高电压的2倍。

五、三极管的作用

1、开关作用:

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

LEDS6为高电平时截止,为低电平时导通。
限流电阻的计算:集电极电流为I,则基极电流为I/100(这里涉及到放大作用,集电极电流是基极的100倍),PN结电压0.7V,R=(5-0.7)/(I/100)

2、放大作用:集电极电流是基极电流的100倍

3、电平转换:

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

当基极为高电平时,三极管导通,右侧的导线接地为低电平,当基极为低电平时,三极管截止,输出高电平。

六、数码管的相关问题

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

数码管点亮形成的数字由a,b,c,d,e,f,e,dp(小数点)构成,字模及真值表如上图。

七、电流电压驱动问题

由于单片机输出有限,当负载很多的时候需要另外加驱动芯片 ,比如74HC245。

八、上拉电阻

上拉电阻选取原则

1、从节约功耗及芯片灌电流能力考虑应当足够大;电阻大,电流小。
2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小,电流大。
3、对于高速电路,过大的上拉电阻可能会导致边沿变平缓。
综合考虑:上拉电阻常用值在1K到10K之间选取,下拉同理。

上下拉电阻,上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平,下拉同理。
1、电平转换,提高输出电平参数值。
2、OC门必须加上拉电阻才能使用。
3、加大普通IO引脚驱动能力。
4、悬空引脚上下拉抗干扰。

九、晶振和复位电路

晶振电路

1、晶振选择:
根据实际系统需求选择,6M,12M,11.0592M,20M等待。
2、负载电容:
对地接2个10到30pF的电容即可,常用20pF。
3、万用表测晶振:
直接用红表笔对晶振引脚,黑表笔接GND,测量电压即可。

复位电路

把单片机内部电路设置成为一个确定的状态,所有的寄存器初始化。
51单片机的复位时间大约在2个机械周期左右,具体需要看芯片数据手册。
一般通过复位芯片或者复位电路,具体的阻容参数的计算,通过google查找。

十、按键抖动及消除

按键也是机械装置,在按下或放开的一瞬间会产生抖动,如下图:

10 个单片机电路设计中的难点,你都解决了吗?

消除方法有两种:软件除抖和硬件除抖,其中硬件除抖是应用了电容对高频信号短路的原理。

软件除抖是检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms~10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。

来源:电源网订阅号

围观 85

一个单片机硬件系统的硬件电路设计包含两部分内容:
一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。
二是系统的配置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。

系统的扩展和配置应遵循以下原则:

1、尽可能选择典型电路,并符合单片机硬件系统常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。

2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。

3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑的原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实现,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。

4、单片机硬件系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。 如选用CMOS芯片单片机硬件系统构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。

5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。

6、单片机硬件系统外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。

7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统SoC已经可以实现,如ST公司推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。

本文转自:电子发烧友 - 电子说,转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

围观 53

一、浪涌电压来源

1、雷击引起的浪涌,当发生雷击时,通讯电路会产生感应,形成浪涌电压或电流;
2、系统应用中负载的切换及短路故障也会引起浪涌;
3、其他设备频繁开关机引起的高频浪涌电压。

据某些权威机构报道,一年之中发生的浪涌电压超过应用电压一倍以上的次数就高达800余次,电压超1000V以上的就有300余次,这是一个相当大的数据,平均每天就有两次,所以浪涌防护电路是必不可少的。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图1

二、电源为何需要浪涌防护电路

电源模块是系统与外部接触、接口的,外部传来的浪涌都经过电源模块,所以需要浪涌防护电路。

由于电源模块体积小,集成度高,内部的控制芯片和晶体管等器件最大耐压和最大电流都比较极限,一个浪涌电压过来可能就使模块损坏失效,导致整个系统的瘫痪,即使没有立马损坏,器件受到应力冲击,也会影响寿命和可靠性,所以为了保证电源模块持续可靠的应用,一般都需要加上浪涌防护电路。电源模块受限于体积小,很多模块内部不能加上防浪涌电路,所以需要在模块的外部加上防浪涌电路。

三、浪涌测试标准

电源模块的浪涌测试标准是参照IEC61000-4-5。该标准适用于电气和电子设备在规定的工作状态下工作时,对由开关或雷电作用所产生的有一定危害电平的浪涌电压的反应。该标准不对绝缘物耐高压的能力进行试验,也不考虑直击雷。

该标准的试验等级分类如下:

表1 试验等级

电源模块浪涌防护电路该如何设计?

四、浪涌防护电路

由于电源模块体积小,在EMC要求比较高的场合,需要增加额外的浪涌防护电路,以提升系统EMC性能,提高产品的可靠性。如图2所示,为提高输入级的浪涌防护能力,在外围增加了压敏电阻和TVS管。但图中的电路(a)、(b)原目的是想实现两级防护,但可能适得其反。如果(a)中MOV2的压敏电压和通流能力比MOV1低,在强干扰场合,MOV2可能无法承受浪涌冲击而提前损坏,导致整个系统瘫痪。同样的,电路(b),由于TVS响应速度比MOV快,往往是MOV未起作用,而TVS过早损坏。所以正确的接法一般是如图(c)、(d)所示,在两个MOV或是MOV和TVS之间接一个电感。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图2 两级浪涌防护

如图3所示,可以在MOV和TVS之间加一个电阻,可以防止TVS先导通到损坏,而MOV还没来得及动作;在选取R的时候要考虑R的功耗,以免R先损坏;同时可以并联电容,吸收能量,提高抗浪涌能力;MOV和TVS的选型很关键,选择适当的最大允许电压和最大通流量很重要,这个就要参照电源模块的输入电压以及浪涌试验等级,如果电压选择小了后端供电不正常,选择大了起不到保护作用,通流量选小了器件容易损坏。

电源模块浪涌防护电路该如何设计?
图3 浪涌防护

转自:ZLG致远电子

围观 21

与分立器件相比,现代集成运算放大器(op amp)和仪表放大器(in-amp)为设计工程师带来了许多好处。虽然提供了许多巧妙、有用并且吸引人的电路。往往都是这样,由于仓促地组装电路而会忽视了一些非常基本的问题,从而导致电路不能实现预期功能——或者可能根本不工作。

本文将讨论一些最常见的应用问题,并给出实用的解决方案。

AC耦合时缺少DC偏置电流回路

最常遇到的一个应用问题是在交流(AC)耦合运算放大器或仪表放大器电路中没有提供偏置电流的直流(DC)回路。在图1中,一只电容器与运算放大器的同相输入端串联以实现AC耦合,这是一种隔离输入电压(VIN)的DC分量的简单方法。这在高增益应用中尤其有用,在那些应用中哪怕运算放大器输入端很小的直流电压都会限制动态范围,甚至导致输出饱和。然而,在高阻抗输入端加电容耦合,而不为同相输入端的电流提供DC通路,会出现问题。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图1. 错误的运算放大器AC耦合输入

实际上,输入偏置电流会流入耦合的电容器,并为它充电,直到超过放大器输入电路的共模电压的额定值或使输出达到极限。根据输入偏置电流的极性,电容器会充电到电源的正电压或负电压。放大器的闭环DC增益放大偏置电压。

这个过程可能会需要很长时间。例如,一只场效应管(FET)输入放大器,当1 pA的偏置电流与一个0.1 μF电容器耦合时,其充电速率I/C为10-12/10-7=10 μV/s,或每分钟600 μV。如果增益为100,那么输出漂移 为每分钟0.06 V。因此,一般实验室测试(使用AC耦合示波器)无法检测到这个问题,而电路在数小时之后才会出现问题。显然,完全避免这个问题非常重要。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图2. 正确的双电源供电运算放大器AC耦合输入方法

图2示出了对这常见问题的一种简单的解决方案。这里,在运算放大器输入端和地之间接一只电阻器,为输入偏置电流提供一个对地回路。为了使输入偏置电流造成的失调电压最小,当使用双极性运算放大器时,应该使其两个输入端的偏置电流相等,所以通常应将R1的电阻值设置成等于R2和R3的并联阻值。

然而,应该注意的是,该电阻器R1总会在电路中引入一些噪声,因此要在电路输入阻抗、输入耦合电容器的尺寸和电阻器引起的Johnson噪声之间进行折衷。典型的电阻器阻值一般在100,000Ω ~1 MΩ之间。

类似的问题也会出现在仪表放大器电路中。图3示出了使用两只电容器进行AC耦合的仪表放大器电路,没有提供输入偏置电流的返回路径。这个问题在使用双电源(图3a)和单电源(图3b)供电的仪表放大器电路中很常见。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图3. 不工作的AC耦合仪表放大器实例

这类问题也会出现在变压器耦合放大器电路中,如图4所示,如果变压器次级电路中没有提供DC对地回路,该问题就会出现。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图4. 不工作的变压器耦合仪表放大器电路

图5和图6示出了这些电路的简单解决方案。这里,在每一个输入端和地之间都接一个高阻值的电阻器(RA,RB)。这是一种适合双电源仪表放大器电路的简单而实用的解决方案。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图5. 每个输入端与地之间都接一个高阻值的电阻器以提供必需的偏置电流回路。a. 双电源, b. 单电源

这两只电阻器为输入偏置电流提供了一个放电回路。在图5所示的双电源例子中,两个输入端的参考端都接地。在图5b所示的单电源例子中,两个输入端的参考端或者接地(VCM接地)或者接一个偏置电压,通常为最大输入电压的一半。

同样的原则也可以应用到变压器耦合输入电路(见图6),除非变压器的次级有中间抽头,它可以接地或接VCM

在该电路中,由于两只输入电阻器之间的失配和(或)两端输入偏置电流的失配会产生一个小的失调电压误差。为了使失调误差最小,在仪表放大器的两个输入端之间可以再接一只电阻器(即桥接在两只电阻器之间),其阻值大约为前两只电阻器的1/10th(但与差分源阻抗相比仍然很大)。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图6. 正确的仪表放大器变压器输入耦合方法

为仪表放大器、运算放大器和ADC提供参考电压

图7示出一个仪表放大器驱动一个单端输入的模数转换器(ADC)的单电源电路。该放大器的参考电压提供一个对应零差分输入时的偏置电压,而ADC的参考电压则提供比例因子。在仪表放大器的输出端和ADC的输入端之间通常接一个简单的RC低通抗混叠滤波器以减少带外噪声。设计工程师通常总想采用简单的方法,例如电阻分压器,为仪表放大器和ADC提供参考电压。因此在使用某些仪表放大器时,会产生误差。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图7. 仪表放大器驱动ADC的典型单电源电路

正确地提供仪表放大器的参考电压

一般假设仪表放大器的参考输入端为高阻抗,因为它是一个输入端。所以使设计工程师一般总想在仪表放大器的参考端引脚接入一个高阻抗源,例如一只电阻分压器。这在某些类型仪表放大器的使用中会产生严重误差(见图8)。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图8. 错误地使用一个简单的电阻分压器直接驱动3运放仪表放大器的参考电压引脚

例如,流行的仪表放大器设计配置使用上图所示的三运放结构。其信号总增益为

放大器电路设计中的常见问题的解决办法

参考电压输入端的增益为1(如果从低阻抗电压源输入)。但是,在上图所示的电路中,仪表放大器的参考输入端引脚直接与一个简单的分压器相连。这会改变减法器电路的对称性和分压器的分压比。这还会降低仪表放大器的共模抑制比及其增益精度。然而,如果接入R4, 那么该电阻的等效电阻会变小,减小的电阻值等于从分压器的两个并联支路看过去的阻值(50 kΩ),该电路表现为一个大小为电源电压一半的低阻抗电压源被加在原值R4上,减法器电路的精度保持不变。

如果仪表放大器采用封闭的单封装形式(一个IC),则不能使用这种方法。此外,还要考虑分压电阻器的温度系数应该与R4和减法器中的电阻器保持一致。最终,参考电压将不可调。另一方面,如果尝试减小分压电阻器的阻值使增加的电阻大小可忽略,这样会增大电源电流的消耗和电路的功耗。在任何情况下,这种笨拙的方法都不是好的设计方案。

图9示出了一个更好的解决方案,在分压器和仪表放大器参考电压输入端之间加一个低功耗运算放大器缓冲器。这会消除阻抗匹配和温度系数匹配的问题,而且很容易对参考电压进行调节。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图9. 利用低输出阻抗运算放大器驱动仪表放大器的参考电压输入端

当从电源电压利用分压器为放大器提供参考电压时应保证PSR性能

一个经常忽视的问题是电源电压VS的任何噪声、瞬变或漂移都会通过参考输入按照分压比经过衰减后直接加在输出端。实际的解决方案包括旁路滤波以及甚至使用精密参考电压IC产生的参考电压,例如ADR121,代替VS分压。

当设计带有仪表放大器和运算放大器的电路时,这方面的考虑很重要。电源电压抑制技术用来隔离放大器免受其电源电压中的交流声、噪声和任何瞬态电压变化的影响。这是非常重要的,因为许多实际电路都包含、连接着或存在于只能提供非理想的电源电压的环境之中。另外电力线中的交流信号会反馈到电路中被放大,而且在适当的条件下会引起寄生振荡。

现代的运算放大器和仪表放大器都提供频率相当低的电源电压抑制(PSR)能力作为其设计的一部分。这在大多数工程师看来是理所当然的。许多现代的运算放大器和仪表放大器的PSR指标在80~100dB以上,可以将电源电压的变化影响衰减到1/10,000~1/100,000。甚至最适度的40 dB PSR的放大器隔离对电源也可以起到1/100的抑制作用。不过,总是需要高频旁路电容(正如图1~7所示)并且经常起到重要作用。

此外,当设计工程师采用简单的电源电压电阻分压器并且用一只运算放大器缓冲器为仪表放大器提供参考电压时,电源电压中的任何变化都会通过该电路不经衰减直接进入仪表放大器的输出级。因此,除非提供低通滤波器,否则IC通常优良的PSR性能会丢失。

在图10中,在分压器的输出端增加一个大电容器以滤除电源电压的变化并且保证PSR性能。滤波器的-3 dB极点由电阻器 R1/R2并联和电容器C1决定。-3 dB极点应当设置在最低有用频率的1/10处。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图10. 保证PSR性能的参考端退耦电路

上面示出的CF试用值能够提供大约0.03 Hz的-3 dB极点频率。接在R3两端的小电容器(0.01 μF)可使电阻器噪声最小。

该滤波器充电需要时间。按照试用值,参考输入的上升时间应是时间常数的几倍(这里T = R3Cf= 5 s),或10~15s。

图11中的电路做了进一步改进。这里,运算放大器缓冲器起到一个有源滤波器的作用,它允许使用电容值小很多的电容器对同样大的电源退耦。此外,有源滤波器可以用来提高Q值从而加快导通时间。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图11. 将运算放大器缓冲器接成有源滤波器驱动仪表放大器的参考输入引脚

测试结果:利用上图所示的元件值,施加12 V电源电压,对仪表放大器的6 V参考电压提供滤波。将仪表放大器的增益设置为1,采用频率变化的1 VP-P正弦信号调制12 V电源。在这样的条件下,随着频率的减小,一直减到大约8 Hz时,我们在示波器上看不到AC信号。当对仪表放大器施加低幅度输入信号时,该电路的测试电源电压范围是4 V到25 V以上。电路的导通时间大约为2s。

单电源运算放大器电路的退耦

最后,单电源运算放大器电路需要偏置共模输入电压幅度以控制AC信号的正向摆幅和负向摆幅。当从电源电压利用分压器提供偏置电压时,为了保证PSR的性能就需要合适的退耦。

一种常用但不正确的方法是利用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器(加0.1μF旁路电容)提供VS/2给运算放大器的同相输入端。使用这样小的电容值对电源退耦通常是不够的,因为极点仅为32 Hz。电路出现不稳定(“低频振荡”),特别是在驱动感性负载时。

图12(反相输入)和图13(同相输入)示出了达到最佳退耦结果的VS/2偏置电路。在两种情况中,偏置电压加在同相输入端,反馈到反向输入端以保证相同的偏置电压,并且单位DC增益也要偏置相同的输出电压。耦合电容器C1使低频增益从BW3降到单位增益。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图12. 单电源同相输入放大器电路正确的电源退耦方案。中频增益=1+R2/R1

如上图所示,当采用100 kΩ/100 kΩ电阻分压器时一个好的经验是,为获得0.3 Hz的 - 3 dB截止频率,应当选用的C2最小为10 μF。而100 μF(0.03 Hz)实际上对所有电路都足够了。

放大器电路设计中的常见问题的解决办法
图13. 单电源反相输入放大器正确的退耦电路。中频增益= - R2/R1

来源:EDN电子技术设计 微信号:edn-china

围观 24

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候,下面就来分享一下在代换IC时的技巧,帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC,代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是:代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同,还应注意逻辑极性相同,即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数(或主要特性曲线)、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的,安装集成PCB电路时,要注意方向不要搞错,否则,通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC,虽型号、功能、特性相同,但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如,双声道功放ICLA4507,引脚有“正”、“反”之分,其起始脚标注(色点或凹坑)方向不同:没有后缀与后缀为“R”,的IC等,例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同,其内部PCB电路和电参数稍有差异,也可相互直接代换。如:伴音中放ICLA1363和LA1365,后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管,其它完全一样。

一般情况下,前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别,前缀字母后面的数字相同,大多数可以直接代换。但也少数特例,虽数字相同,但功能却完全不同。例如,HA1364是伴音IC,而uPC1364是色解码IC;数字是4558的,8脚的是运算放大器NJM4558,14脚的是CD4558数字PCB电路;故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片,然后加工成按本厂命名的产品,还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如,AN380与uPC1380可以直接代换,AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路,改变原引脚的排列或增减个别元件等,使之成为可代换的IC的方法。

代换原则:代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同,但功能要相同,特性要相近;代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片,但封装外形不同,代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如,AFTPCB电路CA3064和CA3064E,前者为圆形封装,辐射状引脚:后者为双列直插塑料封装,两者内部特性完全一样,按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同,引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装,9、10脚位于集成PCB电路的右边,相当于AN5620的散热片,二者其它脚排列一样,将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别,只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列,因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明,遇到空的引出脚时,不应擅自接地,这些引出脚为更替或备用脚,有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分,重新组合成一块完整的IC,用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

(1)集成PCB电路引脚的编号顺序,切勿接错;

(2)为适应代换后的IC的特点,与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变;

(3)电源电压要与代换后的工C相符,如果原PCB电路中电源电压高,应设法降压;电压低,要看代换IC能否工作;

(4)代换以后要测量IC的静态工作电流,如电流远大于正常值,则说明PCB电路可能产生自激,这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别,可调整反馈电阻阻值;

(5)代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配;检查其驱动能力;

(6)在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线,外接引线要求整齐,避免前后交叉,以便检查和防止PCB电路自激,特别是防止高频自激;

(7)在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表,降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分,使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。

同时还应考虑:

(1)信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端:

(2)经外围PCB电路处理后的信号,能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理(连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能)。如中放IC损坏,从典型应用PCB电路和内部PCB电路看,由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成,可用信号输入法找出损坏部分,若是音频放大部分损坏,则可用分立元件代替。

来源:电子工程世界

围观 56

1、如何降低功耗?

(1) 优化方向:

组合逻辑+时序逻辑+存储

(2) 组合逻辑:

  (a)通过算法优化的方式减少门电路
  (b)模块复用、资源共享

(3) 时序逻辑:

  (a)尽量减少无用的register:算法优化、模块复用
  (b)非功能性的register不使用带复位reg:数据打拍

(4) 存储:RAM

 (a)拆分RAM---------降低功耗
 (b)加大位宽降低访问频率-----------选用低主频高密度RAM---节约面积
 (c)多端口RAM替换为单端口RAM------------降低面积和功耗
 (d)采用共享RAM------------降低面积和功耗

2、如何降低面积?

(1) 优化方向:

组合逻辑+时序逻辑+存储

(2) 组合逻辑:

 (a)通过算法优化的方式减少门电路
 (b)模块复用、资源共享

(3) 时序逻辑:

 (a)尽量减少无用的register
 (b)非功能性的register不使用复位

(4) 存储结构:

 (a)合理选择reg和RAM优化面积
 (b)共享RAM
 (c)合理选择不同规格的RAM---减少面积

3. 存储结构RAM和register如何选择?

存储模块实现选择:

1) 规模小的存储结构采用寄存器实现:规模小于8x32的FIFO

2) 规模较大的存储模块采用RAM实现:如大于8x32的FIFO

原因:

1)同等容量的register功耗比较大,大容量存储采用register功耗过大
2)小规模存储采用register面积开销比较少,并且相对于RAM功耗增加不明显
3)虽然Register的布线、DFT等额外开销比较大,最终面积不见得比SRAM小

4. 不同规格的RAM如何选择?

双端口RAM(1R1W):读功耗小,面积较大 读activity较高时,能够有效降低功耗
单端口RAM(1rw):写功耗小,面积较小 写activity较高时,能够有效降低功耗

RAM

1)拆分RAM、---------降低功耗
2)加大位宽降低访问频率-----------选用低主频高密度RAM---节约面积
3)将多端口RAM替换为单端口RAM------------降低面积和功耗
4)采用共享RAM------------降低面积和功耗

5. 如何优化电路时序?

1)通过算法优化--降低关键路径的组合逻辑层数
2)逻辑复制 ---------->改善扇出、优化路径延时
3)流水线设计------组合逻辑间插入寄存器--减少延时
4)优化关键信号------适用于少量关键信号

a. 香农扩展 ----------->将关键路径信号转换为选择器的控制信号,从而将关键路径信号调整到离输出很近的位置

b. 晚到达信号的优化
   数据信号为慢信号 ------->优化if else 嵌套
   控制信号为慢信号 -------->优化if else 嵌套

6. 资源优化方案

资源由std_cell和RAM组成,弄清楚已有Gares数量和RAM容量

std_cell

1)合并寄存器和逻辑,优化电路结构

2)模块间的数据传递 尽量 先汇聚复用数据通路再传递,后级模块接受数据后可以展开再使用,避免多路传递。

RAM

1)拆分RAM、---------降低功耗
2)加大位宽降低访问频率-----------选用低主频高密度RAM---节约面积
3)将多端口RAM替换为单端口RAM------------降低面积和功耗
4)采用共享RAM------------降低面积和功耗

7. 组合逻辑的优化技巧

1)流水线设计------组合逻辑间插入寄存器--减少延时
2)模块复用、资源共享 ------->降低面积和功耗
3)逻辑复制 ---------->改善扇出、优化路径延时
4)香农扩展 ----------->将关键路径信号转换为选择器的控制信号,从而将关键路径信号调整到离输出很近的位置

来源:IC小鸽的博客

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