SI高速电路设计

SI高速电路设计
SI高速电路设计

SI高速电路设计:EMI抑制

4.3 EMI的控制我们知道,造成设备性能降低或失效的电磁干扰必须同时具备三个要素,首先是有一个电磁场所,其次是有干扰源和被干扰源,最后就是具备一条电磁干扰的耦合通路,以便把能量从干扰源传递到受干扰源。因此,为解决设备的电磁兼容性,必须围绕这三点来分析。一般情况下,对于EMI的控制,我们主要采用三种措施:屏蔽、滤波、接地。这三种方法虽然有着独立的作用,但是相互之间是有关联的,良好的接地可以降低设备对屏蔽和滤波的要求,而良好的屏蔽也可以使滤波器的要求低一些。下面,我们来分别介绍屏蔽、滤波和接地。屏蔽能够有效的抑制通过空间传播的电磁干扰。采用屏蔽的目的有两个,一个是限制内部的辐射电磁能量外泄出控制区域,另一个就是防止外来的辐射电磁能量入内部控制区。按照屏蔽的机理,我们可以将屏蔽分为电场屏蔽、磁场屏蔽、和电磁场屏蔽。4.3.1.1 电场屏蔽一般情况下,电场感应可以看成是分布电容间的耦合,图1-4-4是一个电场感应的示意图。图1-4-4 电场感应示意图其中A为干扰源,B为受感应设备,其中Ua和Ub之间的关系为Ub=C1*Ua/(C1+C2)C1为A、B之间的分布电容;C2为受感应设备的对地电容。根据示意图和等式,为了减弱B上面的地磁感应,使用的方法有

EMI 控制技术

现有的系统级 EMI控制技术包括:

1.将电路封闭在一个 FARADAY(法拉第)盒中(注意包含电路的机械封装应

该密封)来实现 EMI屏蔽;

2.在电路板或者系统的 I/O端口采取滤波和衰减技术来实现 EMI 控制;

3.实现电路的电场和磁场的严格屏蔽,或者在电路板上采取适当的设计技术

严格控制 PCB 走线和电路板层(自屏蔽)的电容和电感,从而改善 EMI

性能。

一般来说,越接近 EMI源,实现 EMI控制所需的成本就越小。PCB 的集成电路芯片是EMI 最主要的能量来源,因此如果能够深入了解集成电路芯片的内部特征,可以简化 PCB和系统级设计中的 EMI控制。

EMI 的来源

数字集成电路从逻辑高到逻辑低之间的转换或者从逻辑低到逻辑高之间的转换过程,输出端产生的方波信号频率并不是导致 EMI 的唯一频率成分。该方波中包含频率范围宽广的正弦谐波分量,这些正弦谐波分量构成工程师所关心的 EMI频率成分。最高的 EMI频率也称为 EMI发射带宽,它是信号上升时间而不是信号频率的函数。计算 EMI发射带宽的公式为:

F=0.35/Tr,其中:F 是频率,单位是 GHz;Tr 是单位为 ns(纳秒)的信号上

升时间或者下降时间。

从上述公式不难看出,如果电路的开关频率为 50MHz,而采用的集成电路芯片的上升时间是 1ns,那么该电路的最高 EMI 发射频率将达到 350MHz ,远远大于该电路的开关频率。而如果 IC 的上升时间为 500ps,那么该电路的最高 EMI 发射频率将高达 700 MHz。众所周知,电路中的每一个电压值都对应一定的电流,同样每一个电流都存在对应的电压。当IC 的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时,这些信号电压和信号电流就会产生电场和磁场,而这些电场和磁场的最高频率就发射带宽。电场和磁场的强度以及对外辐射的百分比,不仅是信号上升时间的函数,同时也取决于对信号源到负载点之间信号信道上电容和电感的控制的好坏,在此,信号源位于 PCB 板的 IC 内部,而负载位于其它的 IC内部,这些 IC 可能在 PCB 上,也可能不在该 PCB 上。为了有效地控制EMI,不仅需要关注 IC 芯片自身的电容和电感,同样需要重视 PCB 上存在的电容和电感。

当信号电压与信号回路之间的耦合不紧密时,电路的电容就会减小,因而对电场的抑制作用就会减弱,从而是 EMI 增大;电路中的电流也存在同样的情况,如果电流同返回路径之间耦合不佳,势必加大回路上的电感,从而增强了磁场,最终导致 EMI 增加。换句话说,对电场控制不佳通常也会导致磁场抑制不佳。用来控制电路板中电磁场的措施与用来抑制IC 封装中电磁场的措施大体相似。正如同 PCB 设计的情况,IC 封装设计将极大地影响 EMI。

电路中相当一部分电磁辐射是由电源总线中的电压瞬变再成的。当 IC 的输出级发生跳变并驱动相连的 PCB 线为逻辑“高”时,IC 芯片将从电源中吸纳电流,提供输出级所需的能量。对于 IC 不断转换所产生的超高频电流而言,电源总线始于 PCB上的去耦网络,止于IC 的输出级。如果输出级的信号上升时间为 1.0ns,那么 IC要在 1.0ns 这么短的时间内从电源上吸纳足够的电流来驱动 PCB 上的传输线。电源总线上电压的瞬变取决于电源总线路径上的电感、吸纳的电流以及电流的传输时间。电压的瞬变由下面的公式多定义:

V=Ldi/dt,其中:L 是电流传输路径上电感的值;di 表示信号上升时间间隔内电流的变化;dt 表示电流的传输时间(信号的上升时间)。

由于 IC 管脚以及内部电路都是电源总线的一部分,而且吸纳电流和输出信号的上升时间也在一定程度上取决于 IC的工艺技术,依次选择合适的 IC 就可以在很大程度上控制上述公式中提到的所有三个要素。

IC封装在电磁干扰控制的作用

IC 封装通常包括:硅基芯片、一个小型的内部 PCB 以及焊盘。硅基芯片安装在小型的PCB 上,通过绑定线实现硅基芯片与焊盘之间的连接,在某些封装中也可以实现直接连接。

小型 PCB 实现硅基芯片上的信号和电源与 IC 封装上的对应管脚之间的连接,这样就实现了硅基芯片上信号和电源节点的对外延伸。贯穿该 IC 的电源和信号的传输路径包括:硅基芯片、与小型 BCB 之间的联机、PCB 走线以及 IC 封装的输入和输出管脚。对电容和电感(对应于电场和磁场)控制的好坏在很大程度上取决于整个传输路径设计的好坏。某些设计特征将直接影响整个 IC 芯片封装的电容和电感。

首先看硅基芯片与内部小电路板之间的连接方式。许多的 IC 芯片都采用绑定线来实现硅基芯片内部小电路板之间的连接,这是一种在硅基芯片与内部小电路板之间的极细的飞线。这种技术之所以应用广泛是因为硅基芯片和内部小电路板的热胀系数(CTE)相近。芯片本身是一种硅基器件,其热胀系数与典型的PCB 材料(如环氧树脂)的热胀系数有很大的差别。如果硅基芯片的电气连接点直接安装在内部小 PCB 上的话,那么在一段相对较短的时间之后,IC 封装内部温度的变化导致热胀冷缩,这种方式的连接就会因为断裂而失效。绑定线是一种适应这种特殊环境的引线方式,它可以承受大量的弯曲变形而不容易断裂。

采用绑定线的问题在于,每一个信号或者电源线的电流环路面积的增加将导致电感值升高。获得较低电感值的优良设计就是实现硅基芯片与内部 PCB 之间的直接连接,也就是说硅基芯片的连接点直接粘接在PCB的焊盘上。这就要求选择使用一种特殊的PCB板基材料,这种材料应该具有极低的 CTE。而选择这种材料将导致 IC芯片整体成本的增加,因而采用这种工艺技术的芯片并不常见,但是只要这种将硅基芯片与载体 PCB 直接连接的 IC存在并且在设计方案中可行,那么采用这样的 IC 器件就是较好的选择。

一般来说,在 IC 封装设计中,降低电感并且增大信号与对应回路之间或者电源与地之间电容是选择集成电路芯片过程的首选考虑。举例来说,小间距的表面贴装与大间距的表面贴装工艺相比,应该优先考虑选择采用小间距的表面贴装工艺封装的 IC 芯片,而这两种类型的表面贴装工艺封装的 IC 芯片都优于过孔引线类型的封装。BGA 封装的 IC 芯片同任何常用的封装类型相比具有最低的引线电感。从电容和电感控制的角度来看,小型的封装和更细的间距通常总是代表性能的提高。

引线结构设计的一个重要特征是管脚的分配。由于电感和电容值的大小都取决于信号或者是电源与返回路径之间的接近程度,因此要考虑足够多的返回路径。

电源和地管脚应该成对分配,每一个电源管脚都应该有对应的地管脚相邻分布,而且在这种引线结构中应该分配多个电源和地管脚对。这两方面的特征都将极大地降低电源和地之间的环路电感,有助于减少电源总线上的电压瞬变,从而降低 EMI。由于习惯上的原因,现在市场上的许多 IC 芯片并没有完全遵循上述设计规则,然而 IC 设计和生产厂商都深刻理解这种设计方法的优点,因而在新的 IC 芯片设计和发布时 IC 厂商更关注电源的连接。

理想情况下,要为每一个信号管脚都分配一个相邻的信号返回管脚(如地管脚)。实际情况并非如此,即使思想最前卫的 IC 厂商也没有如此分配 IC 芯片的管脚,而是采用其它折衷方法。在 BGA封装中,一种行之有效的设计方法是在每组八个信号管脚的中心设置一个信号的返回管脚,在这种管脚排列方式下,每一个信号与信号返回路径之间仅相差一个管脚的距离。而对于四方扁平封装(QFP)或者其它鸥翼(gull wing)型封装形式的 IC来说,在信号组的中心放置一个信号的返回路径是不现实的,即便这样也必须保证每隔 4 到6 个管脚就放置一个信号返回管脚。需要注意的是,不同的 IC 工艺技术可能采用不同的信号返回电压。有的 IC 使用地管脚(如 TTL 器件)作为信号的返回路径,而有的 IC 则使用电源管脚(如绝大多数的ECL器件)作为信号的返回路径,也有的IC同时使用电源和地管脚(比如大多数的CMOS器件)作为信号的返回路径。因此设计工程师必须熟悉设计中使用的 IC芯片逻辑系列,了解它们的相关工作情况。

IC 芯片中电源和地管脚的合理分布不仅能够降低 EMI,而且可以极大地

改善地弹反射(ground bounce)效果。当驱动传输线的器件试图将传输线下拉到逻辑低时,地弹反射却仍然维持该传输线在逻辑低阈值电平之上,地弹反射可能导致电路的失效或者故障。

IC 封装中另一个需要关注的重要问题是芯片内部的 PCB 设计,内部PCB 通常也是 IC封装中最大的组成部分,在内部 PCB 设计时如果能够实现电容和电感的严格控制,将极大地改善设计系统的整体 EMI 性能。如果这是一个两层的 PCB 板,至少要求 PCB 板的一面为连续的地平面层,PCB 板的另一层是电源和信号的布线层。更理想的情况是四层的 PCB板,中间的两层分别是电源和地平面层,外面的两层作为信号的布线层。由于 IC 封装内部的 PCB 通常都非常薄,四层板结构的设计将引出两个高电容、低电感的布线层,它特别适合于电源分配以及需要严格控制的进出该封装的输入输出信号。低阻抗的平面层可以极大地降低电源总线上的电压瞬变,从而极大地改善 EMI 性能。这种受控的信号线不仅有利于降低 EMI,同样对于确保进出 IC 的信号的完整性也起到重要的作用。

其它相关的 IC工艺技术问题

集成电路芯片偏置和驱动的电源电压 Vcc 是选择 IC 时要注意的重要问题。从 IC 电源管脚吸纳的电流主要取决于该电压值以及该 IC 芯片输出级驱动的传输线(PCB 线和地返回路径)阻抗。5V电源电压的 IC 芯片驱动 50? 传输线时,吸纳的电流为 100mA;3.3V电源电压的 IC 芯片驱动同样的 50? 传输线时,吸纳电流将减小到 66mA;1.8V 电源电压的 IC 芯片驱动同样的 50? 传输线时,吸纳电流将减小到 36mA。由此可见,在公式 V=Ldi/dt 中,驱动电流从 100mA 减少到 36mA可以有效地降低电压的瞬变 V,因而也就降低了 EMI。低压差分信号器件(LVDS)的信号电压摆幅仅有几百毫伏,可以想象这样的器件技术对 EMI 的改善将非常明显。

电源系统的去耦也是一个值得特别关注的问题。IC 输出级通过 IC 的电源管脚吸纳的电流都是由电路板上的去耦网络提供的。降低电源总线上电压下降的一种可行的办法是缩短去耦电容到 IC输出级之间的分布路径。这样将降低“Ldi/dt”表达式中的“L”项。由于 IC器件的

上升时间越来越快,在设计 PCB 板时唯一可以实施的办法是尽可能地缩短去耦电容到 IC 输出级之间的分布路径。一种最直接的解决方法是将所有的电源去耦都放在 IC 内部。最理想的情况是直接放在硅基芯片上,并紧邻被驱动的输出级。对于 IC 厂商来说,这不仅昂贵而且很难实现。然而如果将去耦电容直接放在 IC 封装内的 PCB板上,并且直接连接到硅基芯片的管脚,这样的设计成本增加得最少,对 EMI 控制和提高信号完整性的贡献最大。目前仅有少数高端微处理器采用了这种技术,但是 IC 厂商们对这项技术的兴趣正与日俱增,可以预见这样的设计技术必将在未来大规模、高功耗的 IC 设计中普遍应用。

在 IC 封装内部设计的电容通常数值都很小(小于几百皮法),所以系统设计工程师仍然需要在 PCB 板上安装数值在 0.001uF到 0.1uF 之间的去耦电容,然而 IC 封装内部的小电容可以抑制输出波形中的高频成分,这些高频成分是 EMI的最主要来源。

传输线终端匹配也是影响 EMI 的重要问题。通过实现网络线的终端匹配可以降低或者消除信号反射。信号反射也是影响信号完整性的一个重要因素。从减小 EMI 的角度来看,串行终端匹配效果最明显,因为这种方式的终端匹配将

入射波(在传输在线传播的原始波形)降低到了 Vcc 的一半,因而减小了驱动传输线所需的瞬时吸纳电流。这种技术通过减少“Ldi/dt”中的“di”项来达到降低 EMI 的目的。

某些 IC 厂商将终端匹配电阻放在 IC 封装内部,这样除了能够降低 EMI 和提高信号完整性,还减少了 PCB 板上的电阻数目。检查 IC 芯片是否采用了这样的技术可以更加清楚 IC的输出阻抗。当 IC 的输出阻抗同传输线的阻抗匹配时,就可以认为这样的传输线实现了“串

联终端匹配”。值得注意的是串联终端匹配的 IC 采用了信号转换的反射模型。而在实际应用中如果沿传输线方向分布有多个负载,并且有非常严格的时序要求,这时串联终端匹配就可能不起作用。

最后,某些 IC 芯片输出信号的斜率也受到控制。对大多数的 TTL 和CMOS 器件来说,当它们的输出级信号发生切换时,输出晶体管完全导通,这样就会产生很大的瞬间电流来驱动传输线。电源总线上如此大的浪涌电流势必产生非常大的电压瞬变(V=Ldi/dt)。而许多ECL、MECL 和 PECL 器件通过在输出晶体管线性区的高低电平之间的转换来驱动输出级,通常称之为非饱和逻辑,其结果是输出波形的波峰和波谷会被削平,因而减小了高频谐波分量的幅度。这种技术通过提升表达式“Ldi/dt”中的信号上升时间“dt”项来减小 EMI。

正确的布局和组件选择是控制 EMI的关键

一、电压调节器

最为普通的功率转换器就是电压调节器,主要包含:开关型、并联型和线性调节器。线性和并联型调节器的适用范围很有限,其输出电压必须保持低于输入电压。另外,大多数开关调节器的效率也优于对应的线性或并联型调节器。不过,线性/并联型调节器的低噪声和简单性使它们相对于开关调节器更有吸引力。

最简单的电压调节器是并联型调节器,它通过调节流过电阻的电流,使输入电压下降到一个稳定的输出电平。齐纳二极管具有类似功能,但齐纳管中的

功率消耗过大,且负载调整能力很差。有些并联调节器允许利用分压网络设定稳定电压,但通常是作为一个功能模块出

现在更为复杂的调节器或电源中。一般来讲,并联调节器适合于负载电流变化不大的低功耗系统。然而,这种狭窄的应用范围可以通过增加一个有源调整组件(通常是一个双极晶体管)而得以扩展,此时的并联调节器就转变为线性调节器。

线性调节器的输入电流接近于输出电流,它的效率(输出功率除以输入功率)接近于输出/输入电压比。因此,压差是一个非常重要的性能,因为更低的压差意味着更高的效率。低压差线性稳压器(LDO)可作为一道屏障来隔离开关调节器产生的噪声,在此用途中,LDO 调节器的低压差特性有利于改善电路的总体效率。如果线性或并联型调节器的性能不能满足应用要求,那么设计者就必须转而考虑开关型调节器。开关调节器或电源所产生的噪声以传导或辐射的形式出现,传导型噪声表现为电压或电流形式,它们还可进一步分类为共模或差模传播方式。更为复杂的是,连接在线有限的阻抗会将电压/电流传播转换为电流/电压传播,另外差模/共模传播也会产生出共模/差模传播噪声。

通过降低上述一种或多种传播类型的噪声可以使电路得到优化,传导型噪声对于固定安装系统的影响往往比对便携式系统更为严重。因为便携式设备依靠电池工作,它的负载和能源没有传播传导型噪声的外部连接。从一般意义上讲,各种开关调节器都是利用有源组件(晶体管和二极管)在储能组件(电感器和电容器)之间往复传送电流,最终实现源端电压/电流到负载端电压/电流的转换。为方便描述,考虑一个采用 MAX1653 DC-DC 转换控制器构成的典型同步整流、降压型转换器(图 1)。

降低传导型噪声的一种最直接的方法是:在输入端连接低阻抗旁路电容。另外一种方式较为灵巧,更节省成本和线路板空间,即:在电源和转换器之间增加电感器,确保必要的直流电流能够不受阻碍地通过,但应确保转换器在最高至环路的转折频率都有一个比较低的输入阻抗(大多数 DC-DC 开关转换器的环路转折点位于 10kHz 到 100kHz间)。否则的话,输入电压的波动会导致输出电压不稳定。

输出电容(COUT)上的纹波电流要比 CIN上的低得多,不但幅度较低,并且(不同于输入电容)电流是连续的,因此也就具有比较少的谐波成分。通常,每匝线圈都被一层绝缘物质覆盖,这就在各匝线圈之间形成了一个小的电容。这些杂散电容串联迭加后形成一个和

电感相并联的小等效电容,它提供了一条将冲击电流传导至 COUT 和负载的通路。这样,开关节点处(LX)电压波形的不连续跳变沿就会向 COUT 和负载传送高频电流,结果常常是在输出电压上形成毛刺,能量分布于 20MHz至 50MHz 范围。

这种类型转换器的负载常常是对于传导噪声敏感的微电子电路,不过幸运的是,转换器的传导噪声在输出端比起输入端来更容易控制。和输入端一样,输出传导噪声也可以利用低阻抗旁路或第二级滤波来加以控制。需要注意的是,第二级(后端)滤波器的使用应当谨慎。

输出电压是控制环路中的一个控制变量,输出滤波器给环路增益附加了延时或相移(或两者),有可能使电路不稳定。如果一个高 Q 值 LC 后端滤波器被置于回馈点之后,电感器的电阻将会降低负载调整特性,并且瞬态负载电流会引起输出振荡。降压转换器中的上述问题

同样存在于其它类型的开关转换器中。

二、共模噪声

按照定义,共模传导噪声在输入或输出端的两条连接在线相位相同。一般来讲,它仅对那些和大地有连接通路的固定系统造成影响。在一个带有共模滤波器的典型离线式电源中(图 2),共模噪声的主要产生源是 MOSFET。MOSFET 通常是电路中的主要耗能组件,很多情况下需要配散热器。

TO-220 器件的散热片连接于 MOSFET 漏极,而大多数情况下,散热器会向大地传导电流。由于 MOSFET 与散热器电气隔离,它和大地之间具有一定的分布电容。随着它的打开和关断,迅速变化的漏极电压会通过分布电容(CP1)向大地发送电流。由于交流电线和大地之间的低阻抗,这种共模电流会通过交流输入流入大地。变压器也会通过分布于隔离的初、次级绕组间的电容(CP2A,CP2B)传导高频电流。这样,噪声会同时传向输出端和输入端。图 2 中,共模传导噪声被安置在噪声源(电源)和输入或输出之间的共模滤波器抑制。共模扼流圈(CML1,CML2)通常是在单一磁芯上按图中所示极性绕制而成。负载电流和驱动电源的入线电流都是差模电流(电流由一条线流入另一条线流出)。在这种由单一磁芯绕制的共模扼流圈中,差模电流产生的磁场互相抵消,因此可以使用较小的磁芯,因为其中的储能很小。许多为离线式电源设计的共模扼流圈采用空间上分离的线圈绕成。这种结构增加了一定的差模电感,这有助于降低传导型差模噪声。由于磁芯同时穿过两组线圈,所以由差模电流和差模电感产生的磁场主要存在于空气中而非磁芯中,这会导致电磁辐射。产生于电源所带负载的共模噪声会经由变压器中的分布电容(CP2A,CP2B),穿过电源向交流电网传播。在变压器中增加法拉第屏蔽(初、次级之间的接地层)可以降低这种噪声。

三、电场

由于电场存在于两个具有不同电位的表面或实体之间,因此,只需要用一个接地的防护罩将设备屏蔽起来,就可以相对容易地将设备内部产生的电场噪声限制在屏蔽罩内部。这种屏蔽措施已被广泛用于监视器、示波器、开关电源以及其它具有大幅度电压摆动的设备。另外一种通行的做法是在线路板上设置接地层。电场强度正比于表面之间的电位差,并反比于它们之间的距离。举例来讲,电场可存在于源和附近的接地层之间。这样,利用多层线路板,在电路或联机与

高电位之间设置一个接地层,就可以对电场起到屏蔽作用。不过,在采用接地层时还应注意到高压线路中的容性负载。电容器储能于电场中,这样,当靠近一个电容器设置接地层时就在导体和地之间形成一个电容。导体上的大 dV/dt 信号会产生大传导电流到地,这样,在控制辐射噪声的同时却增大了传导噪声。

如果出现电场散射,来源最有可能位于系统中电位最高的地方。在电源和开关调节器中,应该注意开关晶体管和整流器,因为它们通常具有高电位,而且由于带有散热器,也具有比较大的表面积。表面安装器件同样存在这个问题,因为它们常常要求大面积线路板覆铜来帮

助散热。这种情况下,还应注意大面积散热面和接地层或电源层之间的分布电容。

四、磁场

电场相对比较容易控制,但磁场就完全不同了。采用高磁导率的物质将电路封闭起来可以起到类似的屏蔽作用,但是这种方法实现起来非常困难而且昂贵。通常来讲,控制磁场散射最好的办法就是在源头将其减至最小。一般情况下,这就要求你选择那些磁辐射小的电感和变压器。同样重要的还有,在进行电路板布局和连接线配置时要注意最大限度减小电流回路的尺寸,尤其是那些载有大电流的回路。大电流回路不仅向外辐射磁场,它们还增加了导线的电感,这会在载有高频电流的在线引起电压尖刺。

五、电感器

没有电感或变压器设计经验的电路设计者倾向于选择商品化的变压器和电感。不过,了解一点磁性材料方面的知识将有助于设计者针对具体应用做出最适当的选择。降低电感散射的关键是选用高磁导率的材料,以便使磁场局限于磁芯中而不向周围空间散射。高磁导率介

质不能储存很多能量,所以,为了缩小电感尺寸,常常采用带有气隙的高磁导率磁芯。

六、布局

组件的选择对于控制 EMI 至关重要,但电路板的布局和互连也具有同等重要的影响。尤其是对于高密度、采用多层电路板的开关电源,组件的布局和走线对于电路的正常工作具有重要的影响。功率的切换可以在连接在线产生很大dV/dt 和 di/dt 的信号,它可以耦合到其它联机上造成兼容性问题。不过,只要在关键回路的布局方面多加注意,就可避免兼容性问题以及花费很大代价去对线路板进行修改。对于一个系统来讲,辐射型和传导型电磁干扰很容易区分,但具体到某快电路板或某段导线,问题就变得复杂了。相邻联机之间会有电场的耦合,同时也会通过分布电容传导电流。同样地,联机之间也会象变压器一样通过磁场发生耦合。这种相互作用可以利用集中组件进行描述,也可以采用电磁场理论进行分析。具体采用何种方法取决于系统的精确度要求。

在进行布线时,应该保证接地层不向电路的敏感部分耦合噪声。例如,输入、输出旁路电容就经常通过接地层传输电流,高频电流对于敏感电路会产生不可忽视的影响。为避免这种问题,常常在电路板上采用独立的层面,分别用于电源和信号的接地。将不同层面在单点连接,那么,大功率接地层上的噪声就不会注入到其它层面上去。这种做法类似于所有组件在单点接地的星形地(所有线

条以“星”形汇聚至接地点),效果等同于采用独立的功率和信号接地。

正确的布局和组件选择是控制 EMI的关键

今天终于弄懂了PCB高速电路板设计的方法和技巧

[讨论]今天终于弄懂了PCB高速电路板设计的方法和技巧受益匪浅啊 电容, 最大功率, 技巧 高速电路设计技术阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,并且得到最大功率输出的一种工作状态。高速PCB布线时,为了防止信号的反射,要求线路的阻抗为50Ω。这是个大约的数字,一般规定同轴电缆基带50Ω,频带75Ω,对绞线则为100Ω,只是取整数而已,为了匹配方便。根据具体的电路分析采用并行AC端接,使用电阻和电容网络作为端接阻抗,端接电阻R要小于等于传输线阻抗Z0,电容C必须大于100pF,推荐使用0.1UF的多层陶瓷电容。电容有阻低频、通高频的作用,因此电阻R不是驱动源的直流负载,故这种端接方式无任何直流功耗。 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不期望的电压噪声干扰。耦合分为容性耦合和感性耦合,过大的串扰可能引起电路的误触发,导致系统无法正常工作。根据串扰的一些特性,可以归纳出几种减小串扰的方法: 1、加大线间距,减小平行长度,必要时采用jog 方式布线。 2、高速信号线在满足条件的情况下,加入端接匹配可以减小或消除反射,从而减小串扰。 3、对于微带传输线和带状传输线,将走线高度限制在高于地线平面范围要求以内,可以显著减小串扰。 4、在布线空间允许的条件下,在串扰较严重的两条线之间插入一条地线,可以起到隔离的作用,从而减小串扰。传统的PCB设计由于缺乏高速分析和仿真指导,信号的质量无法得到保证,而且大部分问题必须等到制版测试后才能发现。这大大降低了设计的效率,提高了成本,在激烈的市场竞争下显然是不利的。于是针对高速PCB设计,业界人士提出了一种新的设计思路,成为“自上而下”的设计方法,经过多方面的方针分析和优化,避免了绝大部分可能产生的问题,节省了大量的时间,确保满足工程预算,产生高质量的印制板,避免繁琐而高耗的测试检错等。利用差分线传输数字信号就是高速数字电路中控制破坏信号完整性因素的一项有效措施。在印制电路板(PCB抄板)上的差分线,等效于工作在准TEM模的差分的微波集成传输线对。其中,位于PCB顶层或底层的差分线等效于耦合微带线,位于多层PCB内层的差分线,等效于宽边耦合带状线。数字信号在差分线上传输时是奇模传输方式,即正负两路信号的相位差是180,而噪声以共模的方式在一对差分线上耦合出现,在接受器中正负两路的电压或电流相减,从而可以获得信号消除共模噪声。而差分线对的低压幅或电流驱动输出实现了高速集成低功耗的要求。

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综合电路设计报告 院部:信息工程学院 专业班级:14电子一班 学号:21406021028 姓名:孙双元 指导教师:宁仁霞 黄山学院电子信息教研室

设计内容一:多路信号发生器的设计与制作 【要求:正文部分字体为宋体小四,段落行距单倍】提交时,该部分内容删除,以下红色部分的说明文字,提交时删除 1.设计目的 研究目的 信号发生器用来产生频率为20Hz~200kHz的正弦信号(低频)。除具有电压输出外,有的还有功率输出。所以用途十分广泛,可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带,也可用作高频信号发生器的外调制信号源。另外,在校准电子电压表时,它可提供交流信号电压。低频信号发生器的原理:系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器(输出变压器)和指示电压表。 信号发生器的种类繁多,而多路信号发生器具有体积小、价格低、性能稳定的优点,所以实用性很好。该信号发生器,产生正弦波、方波、三角波三种信号,并且信号的频率、幅值、占空比、相位可调,产生的信号可以用实际的示波器显示,也可通过DAQ采集卡进行采集再显示。对于庞大的工厂来说,它不但节约了大量的硬件仪器所需要的费用,还给操作人员带来了方便 多路信号发生器有两个按键,一个按键控制信号类型,按下键一依次改变信号类型和停止产生波形;另一个按键改变信号频率。通过设计让我们更深入了解虚拟仪器的基本原理及观念,掌握利用相关的软、硬件平台完成虚拟仪器设计的方法和步骤。在设计时,运用到单片机、74LS138译码电路、DAC0832转换电路知识,并且能够熟练掌握电路的分析及设计 2.设计内容和要求 1.输出波形:正弦波方波三角波等; 2.频率范围:1KHZ-10KHZ,10KHZ-100KHZ; 3.输出电压:方波Up-p=24V,三角波Up-p=8V,正弦波Up-p>1V; 4.波形特征:方波tr<10s,三角波失真系数THD<2%,正弦波失真系数5%. 3.设计结果

一键开关机电路设计集锦

一键开关机电路设计集锦 键可以作为开机键,接地时V15通,单片机上电,使MCU拉高,使V16通,保持。若此时长按KEY,则单片机读取键值,判断是否长按,若为长按,单片机控制MCU为低,进行自杀。下图试验证明是可行的。 单键实现单片机开关机? 1,控制流程,按下按键,Q1导通.单片机通电复位,进入工作.? 2,检测?K-IN?是否低电平,否?不处理.是?单片机输出?K-OUT?为高电平,Q2导通,相当于按键长按.LED指示灯亮.?3,放开按键,K-IN?经过上拉电阻,为高电平.单片机可以正常工作.? 4,在工作期间,按键按下,K-IN?为低电平,单片机检测到长按1秒,K-OUT?输出低电平,Q2截止.LED指示灯熄灭.放开按键,Q1截止,单片机断电.? 5,通过软件处理,可以实现短按开机,长按关机.? 单片机用PIC16F84A,通过简单的程序演示,证实此电路的可行性。 这电路如果这样用,是体现不出它的优点,用到开关电源控制,控制光耦.可以做到完全关断电原,实现零功耗待机.有些打印机上就是用这种电路. 此电路可以应用于很宽的电压范围(4.5V~40V,最大19A的电流),R5为可选,当输入电压小于20V时可短接;输入电压大于20V时建议接上,R5的取值应满足与R1的分压使MOS管V1的GS电压大于-20V 小于-5V(在V2导通时),尽量使V1的GS电压在-10V~-20V之间以使V1输出大电流。 按钮按下前,V2的GS电压(即C1电压)为零,V2截止,V1的GS电压为0,V1截止无输出;当按下S1,C1充电,V2?GS电压上升至约3V时V2导通并迅速饱和,V1?GS电压小于-4V,V1饱和导通,Vout有输出,发光管亮(此时应放开按钮)C1通过R2、R3继续充电,V1、V2状态被锁定;当再次按下按钮时,由于V2处于饱和导通状态,漏极电压约为0V,C1通过R3放电,放至约3V时,V2截止,V1栅源电压大于-4V,V1截止,Vout无输出,发光管灭(放开按钮),C1通过R2、R3及外电路继续放电,V1、V2维持截止状态。 注:S1使Vout打开或关闭后应放开按钮,不然会形成开关振荡。

触摸开关毕业设计

触摸开关的设计

摘要 市场经济的发展,人们对开关的需求越来越高,开关的种类也因此越来越齐全。声控开关、机械开关、光控开关等产品逐步进入生活中。触摸开关是一种新型的电子节能开关,可广泛应用于多层住宅和办公室外的走廊、门厅、楼梯间、电梯间、过道等公共场所,也可以在家庭安装。本次设计利用模拟电路和数字电路,以直流稳压电源电路、NE555单稳态电路、JK触发器电路和继电器控制电路为核心设计触摸开关。需要开关灯时,手指触摸开关感应区,电灯自动点亮,输出一毫秒脉冲,触发器翻转,电灯自动亮和灭。该操作简单,使用节能,又没有声控开关有声音就亮的弊端。本设计中电路部分主要由NE555定时器,直流稳压电路和继电器控制电路组成。具备以下功能特点:节约电能,无污染,安全可靠。 关键词:触摸;脉冲;感应 ABSTRACT

The development of market economy, people to switch the demand is higher and higher, the types and therefore less switch is complete. Sonic switch, mechanical switch, optical switch etc. Product has gradually taken into life. Touch switch is a new type of electronic energy saving switch, can be widely used in multi-storey residential and office corridors outside, vestibular, stair, elevator, corridor in public places, also can be in home installation. This design using analog and digital circuit, in order to direct current voltage-stabilized source circuit, NE555 single state circuit, JK flip-flop circuit delay touch switch and relay control circuit is designed.Need to be open to turn off the lights, finger touch switch induction area, the light automatic light up, a millisecond pulse output, the trigger, the lights on and off automatically.The operation is simple, the use of energy saving, and no voice control switch the disadvantages of a voice to shine.Mainly by NE555 timer, dc voltage regulator circuit and relay control circuit.Has the following functions: managing electric energy, no pollution, safe and reliable. Keywords: touch; pulse; induction

高速电路设计的经典案例

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高速数字设计的经典案例若干则
【摘要】 随着这些年半导体工艺突飞猛进的发展, “高速数字设计”对广大硬件工程师来说,已经不再是一 个陌生的词。从航空、雷达到汽车电子,从无线通信到有线接入,甚至在一些低端的嵌入式系统上,高 速数字电路都已经在大行其道。 目前行业内已经有不少关于高速数字电路理论的好文章, 笔者就不在这 上面掺和了。 本文着眼于理论和实际相结合, 所用的素材都来自笔者亲历过的案例, 相信活生生的事实, 比空洞的理论更有说服力,也希望能使入行不久的硬件工程师们得到他们想要的信息,今后少走弯路。 由于不会对理论作过多的阐述, 因此, 本文的阅读对象应该具有一点点高速数字设计的理论基础, 请知。 【关键词】 高速数字设计 高速数字电路 案例
1 信号完整性
什么词汇在高速数字设计中出现得最多?对了,SI(Signal Integrity),也就是信号完整性。信 号完整性问题的表现形式多种多样,主要有如下种类:
图 1 过冲(OVERSHOOT)
图 2 振铃(RING)
图 3 非单调性(NON MONOTONIC)
过冲: 当较快的信号沿驱动一段较长的走线, 而走线拓扑上又没有有效的匹配时, 往往会产生过冲。 过冲带来的问题主要是“1”电平高于接收端器件的输入最大电压值(VIHmax),或“0”电平低于接收端 器件的输入最小电压值(VILmin),这样可能给器件带来潜在的累积性伤害,缩短其工作寿命,从而影响 产品的长期稳定性。
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300w开关电源设计(图纸)

TND313/D Rev 3, Sep-11 High-Efficiency 305 W ATX Reference Design Documentation Package ? 2011 ON Semiconductor.

Disclaimer: ON Semiconductor is providing this reference design documentation package “AS IS” and the recipient assumes all risk associated with the use and/or commercialization of this design package. No licenses to ON Semiconductor’s or any third party’s Intellectual Property is conveyed by the transfer of this documentation. This reference design documentation package is provided only to assist the customers in evaluation and feasibility assessment of the reference design. The design intent is to demonstrate that efficiencies beyond 80% are achievable cost effectively utilizing ON Semiconductor provided ICs and discrete components in conjunction with other inexpensive components. It is expected that users may make further refinements to meet specific performance goals.

简单电路设计设计大全

装饰材料购销合同 简单电路设计设计大全 1.保密室有两道门,只有当两道门都关上时(关上一道门相当于闭合一个开关),值班室内的指示灯才会发光,表明门都关上了.下图中符合要求的电路是 2.小轿车上大都装有一个指示灯,用它来提醒司机或乘客车门是否关好。四个车门中只要有一个车门没关好(相当于一个开关断开),该指示灯就会发光。下图为小明同学设计的模拟电路图,你认为最符合要求的是 3.中考试卷库大门控制电路的两把钥匙分别有两名工作人员保管,单把钥匙无法打开,如图所示电路中符合要求的是 ”表示)击中乙方的导电服时,电路导通,4.击剑比赛中,当甲方运动员的剑(图中用“S 甲 乙方指示灯亮。下面能反映这种原理的电路是 5.家用电吹风由电动机和电热丝等组成,为了保证电吹风的安全使用,要求:电动机不工作时,电热丝不能发热;电热丝发热和不发热时,电动机都能正常工作。如图所示电路中符合要求的是( )

6.一辆卡车驾驶室内的灯泡,由左右两道门上的开关S l、S2和车内司机右上方的开关S3共同控制。S1和S2分别由左右两道门的开、关来控制:门打开后,S1和S2闭合,门关上后,S l和S2断开。S3是一个单刀三掷开关,根据需要可将其置于三个不同位置。在一个电路中,要求在三个开关的共同控制下,分别具有如下三个功能:(1)无论门开还是关,灯都不亮; (2)打开两道门中的任意一道或两道都打开时,灯就亮,两道门都关上时,灯不亮;(3)无论门开还是关,灯都亮。如图所示的四幅图中,符合上述要求的电路是 A.图甲 B.图乙 C.图丙 D.图丁 7.教室里投影仪的光源是强光灯泡,发光时必须用风扇给予降温。为了保证灯泡不被烧坏,要求:带动风扇的电动机启动后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在如图3所示的四个电路图中符合要求的是 ( ) 8.一般家用电吹风机都有冷热两挡,带扇叶的电动机产生风,电阻R产生热。冷热风能方便转换,下面图3中能正确反应电吹风机特点的电路图是 ( ) 9.飞机黑匣子的电路等效为两部分。一部分为信号发射电路,可用等效电阻R1表示,用开关S1控制,30天后自动断开,R1停止工作。另一部分为信息存储电路,可用等效电阻R2表示,用开关S2控制,

双键触摸开关与单键触摸延迟开关电路制作

双键触摸开关与单键触摸延迟开关电路制作 图1和图2是采用555时基电路制作的双键触摸开关与单键触摸延迟开关。图1中M1是“开”触摸片,当人手触碰时,人体感应的杂波信号加到时基电路的低电平触发端IC的②脚,电路置位,③脚输出高电平,继电器K得电吸合,其常开触点闭合,被控电器通电工作。M2为“关”触摸片,一旦触碰,人体感应的杂波信号加到555的阈值端IC⑥,电路复位,③脚输出低电平,继电器失电跳闸,被控电器停止工作。 图2是延迟开关电路,555集成块接成单稳态触发器,平时处于复位状态,继电器K 不动作。当M受到触摸时,电路被触发进人暂态,③脚输出高电平,继电器K吸合,被控电器工作。暂态时间t=1.1R2 X C4,暂态时间结束,电路翻转成稳态,继电器K释放,被控电器停止工作。 图3是一个电源电路采取特殊设计的用555时基电路制作而成的触摸开关,它对外仅两根引出线,因此可直接取代普通开关而不必更改电源布线。EL是不大于25W的白炽灯或交流接触器。虚线左部为普通照明线路,右部为触摸开关电路。IC处于复位状态时,③脚

输出低电平,晶闸管VS的门极通过电阻R3被钳位在低电平,故VS关断,EL不亮,此时5 55的工作电源由220V交流电经灯EL、二极管VD1~VD4整流、电阻R2限流、VD5稳压与IC1滤波获得约6V直流工作电压供电。当555时基电路②脚受触发处于置位时,IC③脚输出高电平,VS开通,EL点亮发光。VS开通后,555工作电源直接由灯EL、二极管VD1~VD4、晶闸管VS与稳压管VD5构成回路,C1两端仍能获得6V直流工作电压,只是此时电阻R2不起作用。 电路的右部时基电路部分与图1相同,如将图2左部电源按图3改动,也可以方便地制成一个对外只有两根引出线的触摸延迟开关。有一点需要特别注意的是本电路的负载能力是由VD1~VD4、VS及VD5共同决定的,其中薄弱环节是VD5,本电路VD5采用1W、6V的稳压管,其最大通态电流为0.16A,为确保电 路可靠工作,EL宜用不大于25W的白炽灯。 图4是用双D触发器制作的触摸开关。CD4013是双D触发器,分别接成一个单稳态电路和一个双稳态电路。单稳态电路的作用是对触摸信号进行脉冲展宽整形,保证每次触摸动作都可靠。双稳态电路用来驱动晶闸管VS。当人手摸一下M,人体泄漏的交流电在电阻R2上的压降,其正半周信号进入③脚CP1端,使单稳态电路翻转进入暂态.其输出端Q1即①脚跳变为高电平,此高电平经R3向C1充电,使④电位上升,当上升到复位电平时,单稳态电路复位,①脚恢复低电平。所以每触摸一次M,①脚就输出一个固定宽度的正脉冲。此正脉冲将直接加到11脚CP2端,使双稳态电路翻转一次,其输出端Q2即13脚电平就

开关量采集电路设计

开关量采集电路设计 开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集,如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。污染源在线监控仪可采集16路开关信号,输入24V 直流电压;设定当输入范围为18~24VDC 时,认为是高电平,被监视的设备处于工作状态;当输入低于18VDC 时,认为是低电平,被监视的设备处于停止状态。 为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰,该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换,从而起到输入\输出隔离的作用。 同时,还安装有LED 工作指示灯,可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。其中一路的开关量采集电路如图1所示: 图 1 开关量采集电路 光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起,发光二极管为输入回路,它将电能转换成光能;发光三极管为输出回路,它将光能再转换成电能,实现了两部分电路的电气隔离。 当输入范围为18 ~24VDC 时,认为是高电平,此时光耦导通,电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。 根据光耦导通时电流为4 ~10mA ,当输入最高电压24V 时, mA V R R mA V 42414101024<+<,即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平,此时光耦的工作电流肯定低于4m A ,此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路,所以: mA R R R V 412 141018<++,即R10+R14+R12>4.5k Ω。在设计中,选择R10=R12=2k Ω,R12=1k Ω。

光耦导通的最小电流为4mA,根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%,指当管压降U CE足够大时,集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比,所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA,同时为了使光电三极管尽快进入饱和区,选取上拉电阻R8为4.7KΩ。 最后,为了保护光耦,防止大的输入电压突变,在限流电阻R12的两端并联肖特基二极管IN5819。

-轻触开关工作原理图

轻触开关,是属于现代化之下的电子元件开关,属于电子电器一类。而所谓的四脚轻触开关,在开关上有四个脚,就被称之为四脚轻触开关。这种开关在当今时下的应用中可谓是相当的广泛,尤其是在家用的电器方面,比如玩具、遥控器、影音产品、通讯产品、数码产品等一类的电子电器之中。那么问题就来了,轻触开关的原理是怎样的呢? 轻触开关,又被称之为按键开关,这种开关最早出现的地方则是在日本,使用轻触开关的时候,以满足操作力条件,向开关进行施压,以此来进行开启、关闭的功能。当撤销施压的时候,轻触开关就会被关闭,其轻触开关内部结构都是依靠金属弹片来保护受力情况,实现接通、断开。 轻触开关型号: 不同条件或者是不同环境下,使用的轻触开关,都会有不同或者是有所不同。这就要对不同系列的规格型号有一个相当熟稔的掌握。

轻触开关主要规格有侧插式、贴片式、插件式等,按包装方式可分为:散装人工插件、SMT贴片封装、DIP插件编带封装。 轻触开关常用的尺寸有:2*4轻触开关 3*3轻触开关 3.7*3.7*0.35轻触开关 4*4*1.5/1.6/17mm轻触开关 3*6*4.3/5.0mm汽车轻触开关 4*6*2.6轻触开关 4.5*4.5*3.8/4.8/5/0/6/7/8/9轻触开关 6*6*4.3/5.0/5.5/6/7/8/9/9.5/10/11/12/13/14/15/16/17/18/19/ 20/21/26mm轻触开关6.2*6.2*2.5/2.7/3.1/3.4轻触开关 12*12*4.3/5.0/5.5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15/16/17/18/19/20 /21/22/23mm轻触开关 6*6系列防水轻触开关 8*8系列防水轻触开关 10*10系列防水轻触开关 12*12系列防水轻触开关。 轻触开关应用范围: 彩色电视机、黑白电视机、音响设备、录像机、摄像机、计算机、

高速电路设计参考(包含器件选择以及走线)

高速电路设计规则参考(初稿) 张工 2015/3/8 高速电路完整性分析: 信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后,如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。(引用于博士对信号完整性的理解)同时,归根到底,信号失真源自于信号传输过程的阻抗变化,因此假如一个信号的传输途径处处阻抗匹配且均衡,这信号的质量可以很好保留,不过实际中不能完全做到,但可以通过注意这些问题从而是信号质量有所改善,另外在多次阻抗改变和跌落之后信号会出现信号振铃、信号反射、上冲以及下冲等现象,此时可以通过一些有效的方法避免。 以下将从信号完整性的层面出发,介绍以下一些高速电路的设计规则参考: 一、器件选型及布局 1电容选型 1.1不同容值电容搭配 通常情况下有经验的工程师都知道一般电源入口处都会搭配容量大小不一样的 电容进行去耦或储能,但经常一知半解,因为从理论计算,大小电容并联就是两 个电容的容值相加,没有什么作用。不过现实中由于制作工艺以及封装的不同, 不同容值的电容其ESL和ESR是不同的,其谐振频率也不同。 因此在信号频率小于其器件的谐振频率时电容表现出容性,当信号频率大于器件的 谐振频率时电容表现为感性,因此高速电路中大电容常常由于谐振频率较低,表现 出感性特性,此时电路中的电容将被大大削弱了去耦特性。因此通过搭配不同容值 的电容可以在较大范围内满足电路的需求。同时尽量选用小ESL的电容。

通常设计中可以通过搭配不同数量级的电容改善去耦效果。 1.2电容封装 同样容量的不同封装形式的电容其谐振频率也不同,通常小封装的电容等效串联电感更低,效串联电感基本相同电容有更低的等效串联电感。某型号陶瓷电容的ESL和ESR 测量值如下: 因此高速电路中尽量选用小封装的器件进行设计。 2电容的布局 2.1电容去耦半径和电容的摆放位置 有经验的工程师都会知道电容布局时小电容需要尽量靠近电源入口,大电容就可以放的远一点,这是因为电容对电源进行去耦时其存在一个去耦范围,即“去耦半径”。超过该电容的去耦半径时的其将起不到去耦半径。同时大容值的电容的去耦半径大,小电容的去耦半径小。例如某电路中0.001UF的陶瓷电容的去耦半径大概为2.4厘米。其去耦半径大小不仅与器件本身,同时还跟焊接的电路有关,不过起主导作用的是容值。 2.2降低EMI时电容的连线 随着工作频率升高,滤波器件的感抗和PCB线路感抗开始呈现,且频率越高感抗越大,对供电回路的纹波影响越明显,因此需要选用感抗小的小容量电容提供良好的去耦。同时还应缩短滤波电容两端到负载的电源与地的距离,尽可能将去耦电容和负载器件放置在同一层。为降低EMI,也应尽量减小电源线和地回路之间包围的面积。 以下图例都是说明如何设计良好的去耦电路拓扑结构和布线策略。

电气自动化+PWM型开关电源电路设计

1 引言 当今社会,时代在进步,人们的生活水平不断提高,越来越离不开电力电子产品电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,当然任何电子设备都离不开可靠的电源,进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机的电源换代,进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。 1.1 什么是开关电源 电子电源是对公用电网或某种电能进行变换和控制,并向各种用电负载提供优质电能的供电设备。它可分为线性电源和开关电源两种。应用大功率半导体器件,在一个电路中运行于“开关状态”,按一定规律控制开关,对电能进行处理变换而构成的电源,被称为“开关电源”。在实际应用中同时具备三个条件的电源可称之为开关电源,这三个条件就是:开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)和直流(电源输出是 直流而不是交流)。广义地说,凡用半导体功率器件作为开关,将一种电源形态转变成另一形态的主电路都叫做开关变换电路;转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环 节的则称开关电源。 1.2 开关电源基本工作原理 开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理,即通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)或者脉冲频率调制方式(PFM)控制IC和外部电路构成。 开关电源有PWM调制、FWM调制和混合调制,这里选用PWM调制。PWM型开关电源的换能电路是将输入的直流电压转换成脉冲电压,再将脉冲电压转换成直流电压输出。 图1-1 PWM型开关电源原理框图

触摸开关电路

录 联系QQ:619014727 提供毕业设计(论文)服目 摘要 (4) 关键字 (4) 一.引 言 (4) 二.目标分 析 (4) 三.电路结构的设计及工作原理的设 想 (4) 四.设计的思想和依 据 (7) 4.1常用集成电路简介 (7) 4.1.1半导体集成电路型号命名法 (7) 4.1.2集成电路芯片管脚识别 (8) 4.1.3集成三端稳压器 (9) 4.1.4集成电路CD4069 (10) 4.2光敏电阻的工作原理 (11) 4.2.1光敏电阻器的结构、特性及应用 (10) 4.2.2光敏电阻器的分类 (11)

五.主要器件的检 测 (13) 5.1光敏电阻的检测 (13) 5.2集成电路C D4069各引脚间的开路电阻的检测 (13) 六.元件 表 (14) 七.总 结 (14) 八.结束 语 (15) 九.参考文 献 (15) 十. 附图:采用CD4069非门集成电路的:声、光、触摸三控 延时电路 (16) 声、光、触摸三控延时电路 作者: Lili 指导老师: Wanth 摘要:目前市场上所遇到的自熄开关主要有声光控延时开关,天黑以后,当有人走过楼摘梯通道发出脚步声或其它声音时,楼道灯会自动点亮提供照明,当人们走过楼道延时几秒钟后会自动熄灭。在白天,即使有声音,楼道灯也不会亮,即

可以达到节能的目的,但在有光无声的状态下开灯检查却不行。我设计的声、光、触摸三控延时电路就解决了这个问题,本人设计的是一款以CD4069数字电路为主要元件制作的声、光控制及人体触摸控制的延时照明灯电路。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所,在夜间,有人走动或发声时,灯会自动点亮延时数秒后自动熄灭。在白天,若触摸电极片A,则自动灯会受触发而点亮。 关键词:光控声控静电感应节能楼道照明灯毕业设计 一.引言 国标GB50096-1999《住宅建筑设计规范》规定,住宅中公共部分应设人工照明,除高层住宅的电梯厅和应急照明灯外,均应采用节能自熄开关。采用自熄开关的主要目的是改善人们的居住环境及节能。 目前市场上所遇到的自熄开关主要有声光控延时开关,天黑以后,当有人走过楼梯通道发出脚步声或其它声音时,楼道灯会自动点亮提供照明,当人们走过楼道延时几秒钟后会自动熄灭。在白天,即使有声音,楼道灯也不会亮,既可以达到节能的目的,但在有光无声的状态下开灯检查却不行。我设计的声、光、触摸三控延时电路就解决了这个问题,在任何状态下用手摸到触摸开关铜片,人体的静电感应电压经电子线路放大后就能将开关启动。实际使用价值更大。 二 .目标分析 l触摸电极片用1~2平方厘米的铜片做成代替触点开关,使用寿命长。 l声控灵敏度高,夜间的脚步声、说话声等均可将开关启动。 l电路光控强度可调。 l性能可靠,电路稳定。 三电路结构的设计及工作原理的设想 本人设计的是一款以CD4069数字电路为主要元件制作的声、光控制及人体触摸控制的延时照明灯电路。将该装置安装在楼道、走廊或卫生间等场所,在夜间,有人走动或发声时,灯会自动点亮延时数秒后自动熄灭。在白天,若触摸电极片A,则自动灯会受触发而点亮。

高速电路设计技术

咼速数字电路设计技术探讨 宏碁计算机桌上型计算机研展处工程师■苏家弘 关于高速数字电路的电气特性,设计重点大略可分为三项:正时(Timing )、信号质量(Signal Quality )与电磁干扰(EMI )的控制。在正时方面,由于数字电路大多依据频率信号来做信号间的同步工作,因此频率本身的准确度与各信号间的时间差都需配合才能正确运作。在高速的世界 里,时间失之毫厘差以千里,严格的控制线长,基版材质等都成为重要的工作。在信号质量方面, 高速电路已不能用传统的电路学来解释。随着频率变高,信号线长已逐渐逼近电磁波长,此时诸 如传输线原理(Tra nsmission Line )的分布电路(Distribute circuit )的概念,需加以引进才能解释并改进信号量测时所看到的缺陷。在电磁干扰方面,则需防范电路板的电磁波过强而干扰到 其它的电器用品。本文将依序介绍这些设计上的重点。 正时(Timing) 如图1,来源(source )芯片(A)发岀一个频率长度(T)的信号a给目标(target)芯片B< 对A的内部机制而言,他发岀或收起信号a是在频率上升一段时间之后,这就是有效持续时间valid delay )。在最坏的情形下,a信号只能持续T-(Tmax-Tmin)的时间。而B芯片,必须在这段持续时间内读入a,那就必须在频率B上升之前,a已存在一段设置时间(setup time ),在上升之后,再持续一段保存时间( hold time )。 要考虑的有以下几点: 1. A与B所收到的频率信号CLK_A与CLK_B是否不同步?亦即是否有频率歪斜( clock skew ) 的现象。 2. 信号a从A传至B所用的传导时间(flight time )需要多少? 3. 频率本身的不稳度(clock jitter )有多少?我们所设计的设置时间与保存时间能否容忍这个误差?传输速度的计算就1、2两点,我们都必须计算信号在电路板上的传导速度才行,但这又和许多系数息息相关, 包括导体(通常为铜箔)的厚度与宽度,基板厚度与其材质的电介系数( permittivity )。尤其以 基板的电介系数的影响最大:一般而言,传导速度与基板电介系数的平方根成反比。 以常见的FR-4而言,其电介系数随着频率而改变,其公式如下: £ =4.97-0.257log 但须注意,此处的参数f不是频率的频率,而是信号在傅立叶转换后所占的频宽。 以Pentium n的频率信号为例,其上升或下降缘速率典型值约在2V/ns,对2.5V的频率信号而言, 从10%到90%的信号水平约需1ns的时间,依公式: BW=0.35/T 可知频宽为350MHz。代入公式可知电介系数大约是 4.57。 如果传导的是两片无穷大的导体所组成的完美传输线,那么传输的速度应为亦即 1.38xm/sec, 或者5.43 in ch/ns。

开关电源防雷电路设计1

防雷电路开关电源防雷电路设计方案上网时间: 2010-08-30防雷电路开关电源防雷电路设计方案 雷击浪涌分析 最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的,而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。一方面由于电子设备内部结构高度集成化(VLSI芯片),从而造成设备耐压、耐过电流的水平下降,对雷电(包括感应雷及操作过电压浪涌)的承受能力下降,另一方面由于信号来源路径增多,系统较以前更容易遭受雷电波侵入。浪涌电压可以从电源线或信号线等途径窜入电脑设备,我们就这两方面分别讨论: 1)电源浪涌 电源浪涌并不仅源于雷击,当电力系统出现短路故障、投切大负荷时都会产生电源浪涌,电网绵延千里,不论是雷击还是线路浪涌发生的几率都很高。当距你几百公里的远方发生了雷击时,雷击浪涌通过电网光速传输,经过变电站等衰减,到你的电脑时可能仍然有上千伏,这个高压很短,只有几十到几百个微秒,或者不足以烧毁电脑,但是对于电脑内部的半导体元件却有很大的损害,正象旧音响的杂音比新的要大是因为内部元件受到损害一样,随着这些损害的加深,电脑也逐渐变的越来越不稳定,或有可能造成您重要数据的丢失。 美国GE公司测定一般家庭、饭店、公寓等低压配电线(110V)在10000小时(约一年零两个月)内在线间发生的超出原工作电压一倍以上的浪涌电压次数达到800余次,其中超过1000V 的就有300余次。这样的浪涌电压完全有可能一次性将电子设备损坏。 2)信号系统浪涌 信号系统浪涌电压的主要来源是感应雷击、电磁干扰、无线电干扰和静电干扰。金属物体(如电话线)受到这些干扰信号的影响,会使传输中的数据产生误码,影响传输的准确性和传输速率。排除这些干扰将会改善网络的传输状况。 基于以上的技术缺陷和状况,本文根据实际使用设计了一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌的开关电源电路。 防雷击浪涌电路的设计 本文所设计的是一种基于压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路,并将其应用到仪表的开关电源上。整个电路包括防雷电路和开关电源电路,其中防雷电路采用3个压敏电阻和一个陶瓷气体放电管组成复合式对称电路,共模、差摸全保护。与经典的开关电源电路组成防雷仪表的电源电路,采用压敏电阻并联,延长使用寿命,在压敏电阻短路失效后与开关电源电路分离,不会引起失火。 为了实现上述目的所采取的设计方案是:将压敏电阻和陶瓷气体放电管的单相并联式抗雷击浪涌电路应用到仪表的电源上。主要分为防雷电路部分和开关电源电路部分,电路简单,采用复合式对称电路,共模、差摸全保护,可以不分L、N端连接。使压敏电阻RV1位于贴片整流模块前端分别与电源L、N并联,主要来钳位L、N线间电压,压敏电阻RV0、RV2与陶瓷气体放电管FD1串联后接地,RV0与FD1串联主要是泄放L线上感应雷击浪涌电流,RV2与FD1串联主要是泄放由信号口串人24V参考电位上的能量,RV0、RV2短路失效后,FD1可将其与电源电路分离,不会导致失火现象。 RV1前端线路上串联了一个线绕电阻,当此RV1短路失效时,线绕电阻可起到保险丝的作用,将短路电路断开,压敏电阻属电压钳位型保护器件,其钳位电压点即压敏电阻参数选择相对比较重要(选压敏电压高一点的,通流量大一些的更安全、耐用,故障率低);根据通流容量要求选择外形尺寸和封装形式,本电路中采用561k-10D的压敏电阻与陶瓷气体放电

三极管开关电路设计详细过程

揭秘:三极管开关电路设计详细过程 电源网首页| 分类:功率开关| 2011-03-10 09:15:39 | 评论(0) 摘要:三极管除了可以当做交流信号放大器之外,也可以做为开关之用。严格说起来,三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同,但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示,即为三极管电... 三极管除了可以当做交流信号放大器之外,也可以做为开关之用。严格说起来,三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同,但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示,即为三极管电子开关的基本电路图。由下图可知,负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间,而位居三极管主电流的回路上。 输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作,当三极管呈开启状态时,负载电流便被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流便可以流通。详细的说,当Vin为低电压时,由于基极没有电流,因此集电极亦无电流,致使连接于集电极端的负载亦没有电流,而相当于开关的开启,此时三极管乃胜作于截止(cut off)区。

同理,当Vin为高电压时,由于有基极电流流动,因此使集电极流过更大的放大电流,因此负载回路便被导通,而相当于开关的闭合,此时三极管乃胜作于饱和区(saturation)。 一、三极管开关电路的分析设计 由于对硅三极管而言,其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特,因此欲使三极管截止,Vin必须低于0.6伏特,以使三极管的基极电流为零。通常在设计时,为了可以更确定三极管必处于截止状态起见,往往使Vin值低于0.3伏特。(838电子资源)当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上,则三极管的集电极与射极必须短路,就像机械开关的闭合动作一样。欲如此就必须使Vin达到够高的准位,以驱动三极管使其进入饱和工作区工作,三极管呈饱和状态时,集电极电流相当大,几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上,如此则VcE便接近于0,而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下,根据奥姆定律三极管呈饱和时,其集电极电流应该为﹕ 因此,基极电流最少应为: 上式表出了IC和IB之间的基本关系,式中的β值代表三极管的直流电流增益,对某些三极管而言,其交流β值和直流β值之间,有着甚大的差异。欲使开关闭合,则其V in值必须够高,以送出超过或等于(式1) 式所要求的最低基极电流值。由于基极回路只是一个电阻和基射极接面的串联电路,故Vin可由下式来求解﹕

关于高速电路设计的几个热门(困惑)观点

关于高速电路设计的几个热门(困惑)观点这一期和大家聊一聊高速电路设计中常见的几个设计观点,当然,对于这一部分可能会有一些工程师有不一样的观点,毕竟每一个人的理解都也不太一样,这也是就本人做过的或者了解到一些其他比较优秀公司的经验和设计习惯做这次分享。主要是总结高速线布线的一些情况。 1、关于松耦合还是紧耦合。只要了解高速电路的工程师都知道,差分线有紧耦合和松耦合之分,很多工程师在此都会纠结。一般SI工程师都会说这要看情况,我也会这么讲。但是从很多产品经验来看,对于差分走线,尽可能使用紧耦合会比较好。但是也有例外的情况,如果整个链路的布线有比较长一段距离无法达到紧耦合的话,这时就最好使用松耦合。图1显示了一对高速差分走线,采用了松耦合。由于最小间隔距离要求(受到SMA连接器的结构限制),在器件下无法采用紧耦合。如果内层采用紧耦合,信号会从紧耦合瞬变成松耦合,这会引起阻抗不连续。 图1. 松耦合和地参考实例 2、关于使用微带线还是带状线。通常,PCB布线分为微带线和带状线。很多资料都在讨论高速信号到底是使用微带线还是带状线,个人认为,布线在哪一层都是可以的,根据需要,如果布线长度较长,那么建议布线在内层(带状线)比较好(损耗和串扰都非常有优势),当然,内层会使信号换层,增加via。带状线还有将信号与其他噪声源相屏蔽的优势。

3、关于布线为圆弧角。现在设计工程师经常流传说高速信号线在设计时,都要使用圆角布线,其实不一定,我们之前做过很多实验,对于不超过10Gbps的信号设计,45°角布线完全可以满足设计要求(SI/EMC),当然,建议不要使用90°拐角,这会带来阻抗不连续性。当然,要是你还是不相信,那么你就去绕圆弧线吧。 4、关于跨分割。大家在学习高速电路设计的时候,不要让高速信号跨过平面分割层。当然,谁又不想有一个完整的平面,但是,当你遇到HDI板的时候,就会遇到不得不跨分割的情况,那么,请大胆的跨吧。记得让布线尽快的跨过gap区域(如图2),切忌在gap上绕线(如图3);如果可以,请就近加一颗合适的电容(猜一猜为什么要一个电容?)。(记住,这是在逼不得已的情况再跨,切记不要胡乱的来回跨,毕竟跨分割会增加返回通路,导致布线电感增加,阻抗变化,进而影响信号完整性) 图2 跨分割平面

单端正激式开关电源-主电路设计

摘要:电源是各种电子设备不可或缺的组成部分,其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。目前,开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源,并广泛应用于电子设备中。 本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术,本设计以正激电路为主体,采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流,输出稳压稳频的直流电。 关键词开关电源;正激电路;变压器;脉宽调制; ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment. The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability. KEY WORDS Switching power supply;Is induced circuit;Transformer;Pulse width modulation 目录 前言 (1) 1. 开关电源的发展及趋势 (2)

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