韶光飛逝，離我開端畫榜首塊電路已有3年。剛剛開端觸摸線性直流電源和直流開關(guān)電源電路板的時(shí)分，與你一樣，我充滿了疑惑一同又帶著些興奮。在網(wǎng)上許多關(guān)于線性直流電源和直流開關(guān)電源硬件電路的經(jīng)歷、常識(shí)讓人眼花繚亂。像信號(hào)完整性，EMI，PS規(guī)劃準(zhǔn)會(huì)把你搞暈。別急，一切要慢慢來。一個(gè)硬件工程師終究需求做什么，讀完這篇文章，相信你就懂了。
1）整體思路。規(guī)劃硬件電路，大的結(jié)構(gòu)和架構(gòu)要搞清楚，但要做到這一點(diǎn)還真不簡略。有些大結(jié)構(gòu)或許自己的老板、教師現(xiàn)已想好，自己僅僅把思路詳細(xì)完結(jié);但也有些要自己規(guī)劃結(jié)構(gòu)的，那就要搞清楚要完結(jié)什么功用，然后找找有否能完結(jié)相同或相似功用的參閱電路板（要懂得盡量運(yùn)用他人的效果，越是有經(jīng)歷的工程師越會(huì)懂得學(xué)習(xí)他人的效果）。
2）了解線性直流電源和直流開關(guān)電源電路。如果你找到了的參閱規(guī)劃，那么祝賀你，你能夠節(jié)省許多時(shí)刻了（包含前期規(guī)劃和后期調(diào)試）。立刻就copy？NO，仍是先看懂了解了再說，一方面能進(jìn)步我們的線性直流電源和直流開關(guān)電源電路了解才能，并且能防止規(guī)劃中的過錯(cuò)。
3）沒有找到參閱規(guī)劃？ 沒關(guān)系。先斷定大IC芯片，找datasheet，看其要害參數(shù)是否符合自己的要求，哪些才是自己需求的要害參數(shù)，以及能否看懂這些要害參數(shù)，都是硬件工程師的才能的表現(xiàn)，這也需求長時(shí)刻地慢慢地積累。這期間，要善于發(fā)問，由于自己不懂的東西，他人往往一句話就能點(diǎn)醒你，尤其是硬件規(guī)劃。
4）線性直流電源和直流開關(guān)電源硬件電路規(guī)劃首要是三個(gè)部分，原理圖，pcb ，物料清單（BOM）表。原理圖規(guī)劃就是將前面的思路轉(zhuǎn)化為電路原理圖。它很像我們教科書上的電路圖。pcb觸及到實(shí)際的電路板，它依據(jù)原理圖轉(zhuǎn)化而來的網(wǎng)表（網(wǎng)表是交流原理圖和pcb之間的橋梁），而將詳細(xì)的元器件的封裝放置（布局）在電路板上，然后依據(jù)飛線（也叫預(yù)拉線）銜接其電信號(hào)（布線）。完結(jié)了pcb布局布線后，要用到哪些元器件應(yīng)該有所概括，所以我們將用到BOM表。
5）用什么東西？Protel，也就是altium簡略上手，在國內(nèi)也比較盛行，敷衍一般的作業(yè)現(xiàn)已滿意，適宜初入門的規(guī)劃者運(yùn)用。
其實(shí)不管用簡略的protel或許雜亂的cadence東西，硬件規(guī)劃大環(huán)節(jié)是一樣的（protel上的操作相似windwos，是post-command型的;而cadence的產(chǎn)品concept & allegro 是pre-command型的，用慣了protel，突然轉(zhuǎn)向cadence的東西，會(huì)不習(xí)慣就是這個(gè)原因）。規(guī)劃大環(huán)節(jié)都要有：1）原理圖規(guī)劃。2）pcb規(guī)劃。3）制造BOM表?，F(xiàn)在扼要談一下規(guī)劃流程（過程）：
1）原理圖庫樹立。要將一個(gè)新元件擺放在原理圖上，我們必須得樹立改元件的庫。庫中首要界說了該新元件的管腳界說及其特點(diǎn)，并且以詳細(xì)的圖形辦法來代表（我們常?？吹降氖且粋€(gè)矩形（代表其IC BODY），周圍許多短線（代表IC管腳））。protel創(chuàng)立庫及其簡略，并且由于用的人多，許多元件都能找到現(xiàn)成的庫，這一點(diǎn)對運(yùn)用者極為便利。應(yīng)搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin， analog pin， digital pin， power pin等差異。
2）有了足夠的庫之后，就能夠在原理圖上畫圖了，依照datasheet和體系規(guī)劃的要求，通過wire把相關(guān)元件銜接起來。在相關(guān)的當(dāng)?shù)靥砑觢ine和text注釋。wire和line的差異在于，前者有電氣特點(diǎn)，后者沒有。wire適用于銜接相同網(wǎng)絡(luò)，line適用于注釋圖形。這個(gè)時(shí)分，應(yīng)搞清一些根本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。
3）做完這一步，我們就能夠生成netlist了，這個(gè)netlist是原理圖與pcb之間的橋梁。原理圖是我們能認(rèn)知的辦法，電腦要將其轉(zhuǎn)化為pcb，就必須將原理圖轉(zhuǎn)化它知道的辦法netlist，然后再處理、轉(zhuǎn)化為pcb。
4）得到netlist，立刻畫pcb？別急，先做ERC先。ERC是電氣規(guī)矩查看的縮寫。它能對一些原理圖根本的規(guī)劃過錯(cuò)進(jìn)行排查，如多個(gè)output接在一同等問題。（可是必定要細(xì)心查看自己的原理圖，不能過火依靠東西，終究東西并不能理解你的體系，它僅僅樸實(shí)地依據(jù)一些根本規(guī)矩排查。）
5）從netlist得到了pcb，一堆鱗次櫛比的元件，和數(shù)不清的飛線是不是讓你嚇了一跳？呵呵，別急還得慢慢來。
6）斷定板框大小。在keepout區(qū)（或mechanic區(qū)）畫個(gè)板框，這將約束了你布線的區(qū)域。需求依據(jù)需求好考慮板長，板寬（有時(shí)，還得考慮板厚）。當(dāng)然了，疊層也得考慮好。（疊層的意思就是，板層有幾層，怎樣應(yīng)用，比如板一共4層，頂層走信號(hào)，中心榜首層鋪電源，中心第二層鋪地，底層走信號(hào)）。
先解釋一下（2）中的術(shù)語。post-command，例如我們要復(fù)制一個(gè)object（元件），我們要先選中這個(gè)object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V（copy指令發(fā)生在選中object之后）。這種操作windows和protel都選用的這種辦法?？墒莄oncept就是別的一種辦法，我們叫做pre-command。相同我們要復(fù)制一個(gè)東西，先按ctrl+C，然后再選中object，再在外面單擊（copy指令發(fā)生在選中object之前）。
1）斷定完板框之后，就該元件布局（擺放）了，布局這步極為要害。它往往決議了后期布線的難易。哪些元器件該擺正面，哪些元件該擺反面，都要有所考量?？墒沁@些都是一個(gè)仁者見仁，智者見智的問題;從不同視點(diǎn)考慮擺放位置都能夠不一樣。其實(shí)自己畫了原理圖，理解一切元件功用，天然對元件擺放有清楚的知道（如果讓一個(gè)不是畫原理圖的人來擺放元件，其結(jié)果往往會(huì)讓你大吃一驚^_^）。關(guān)于初入門的，留意模仿元件，數(shù)字元件的隔離，以及機(jī)械位置的擺放，一同留意電源的拓?fù)渚湍軌蛄恕?/span>
2）接下來就是布線。這與布局往往是互動(dòng)的。有經(jīng)歷的人往往在開端就能看出哪些當(dāng)?shù)啬懿季€成功。如果有些當(dāng)?shù)仉y以布線還需求改動(dòng)布局。關(guān)于fpga規(guī)劃來說往往還要改動(dòng)原理圖來使布線更加順利。布線和布局問題觸及的要素許多，關(guān)于高速數(shù)字部分，由于牽扯到信號(hào)完整性問題而變得雜亂，但往往這些問題又是難以定量或即便定量也難以核算的。所以，在信號(hào)頻率不是很高的狀況下，應(yīng)以布通為榜首準(zhǔn)則。
3）OK了？別急，用DRC查看查看先。這是必定要查看的。DRC關(guān)于布線完結(jié)覆蓋率以及規(guī)矩違背的當(dāng)?shù)囟紩?huì)有所標(biāo)注，依照這個(gè)再逐個(gè)的排查，修正。
4）有些pcb還要加上敷銅（可能會(huì)導(dǎo)致本錢添加），將出線部分做成淚滴（工廠或許會(huì)幫你加）。最終的pcb文件轉(zhuǎn)成gerber文件就可交給pcb出產(chǎn)了。（有些直接給pcb也成，工廠會(huì)幫你轉(zhuǎn)gerber）。
5）要安裝pcb，準(zhǔn)備bom表吧，一般能直接從原理圖中導(dǎo)出。可是需求留意的是，原理圖中哪些部分元件該上，哪些部分元件不該上，要做到心理稀有。關(guān)于小批量或研討板而言，用excel自己辦理倒也便利（大公司往往要專業(yè)軟件來辦理）。而關(guān)于新手而言，榜首個(gè)版別，不主張直接交給安裝工廠或焊接工廠將bom的料悉數(shù)焊上，這樣不便于排查問題。最好的辦法就是，依據(jù)bom表自己準(zhǔn)備好元件。比及板來了之后，一步步上元件、調(diào)試。。。
談?wù)劸€性直流電源和直流開關(guān)電源調(diào)試
1）拿到板榜首步做什么，不要急急忙忙供電看功用，硬件調(diào)試不可能一步調(diào)試完結(jié)的。先拿萬用表看看要害網(wǎng)絡(luò)是否有不正常，首要是看電源與地之間有否短路（雖然出產(chǎn)廠商現(xiàn)已幫你做過測驗(yàn)，這一步仍是要自己親身看看，有時(shí)分看起來某些過程挺繁瑣，可是能夠節(jié)省你后邊不少時(shí)刻?。鋵?shí)短路與否不光pcb有關(guān)，在出產(chǎn)制造的任何一個(gè)環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致這個(gè)問題，IO短路一般不會(huì)形成災(zāi)難性的結(jié)果，可是電源短路就。。。。。。
2）線性直流電源和直流開關(guān)電源沒短路？那么好，那就看看電源輸出是否是自己抱負(fù)的值，關(guān)于初學(xué)者，調(diào)試的時(shí)分最好IC一件件芯片上，榜首個(gè)要上的就是電源芯片。
3）線性直流電源和直流開關(guān)電源短路了？這個(gè)比較費(fèi)事，不過要細(xì)心看看自己原理圖是否有可能這樣的狀況，一同結(jié)合割線的辦法一步步排查倒底是什么當(dāng)?shù)囟搪妨耍莗cb的問題（一般比較爛的pcb廠就可能呈現(xiàn)這種狀況），仍是安裝的問題，仍是自己規(guī)劃的問題。關(guān)于查看短路還有一些技巧，這在往后登出。。。。。。
3）線性直流電源和直流開關(guān)電源芯片沒有輸出？查看查看你的電源芯片輸入是否正常吧，還需求查看的當(dāng)?shù)赜惺鼓苄盘?hào)，分壓電阻，反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。。。。。。
4） 線性直流電源和直流開關(guān)電源芯片輸出值不在意料規(guī)模？如果超越很離譜，比如到了10%，那么看看分壓電阻先，這兩個(gè)分壓電阻一般要用1%的精度，這個(gè)你做到了沒有，一同看看反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)吧，這也會(huì)影響你的輸出電源的規(guī)模。
5）線性直流電源和直流開關(guān)電源輸出正常了，別快樂，如果有條件的話，拿示波器看看吧，看看電源的輸出跳變是否正常。也就是抓取開電的瞬間，看看電源從無到有的狀況（至于為什么要看著個(gè)，嘿嘿。。。。。。專業(yè)人士仍是要看的～）
談?wù)劸€性直流電源和直流開關(guān)電源
無疑線性直流電源和直流開關(guān)電源規(guī)劃是整個(gè)電路板最重要的一環(huán)。電源不安穩(wěn)，其他啥都別談。我想不必balabala述說它終究有多么重要了。
在電源規(guī)劃我們用得最多的場合是，從一個(gè)安穩(wěn)的“高”電壓得到一個(gè)安穩(wěn)的“低”電壓。這也就是常常說的DC-DC（直流-直流），而直流-直流中用得最多的電源穩(wěn)壓芯片有兩種，一種叫LDO（低壓差線性穩(wěn)壓器，我們后邊說的線性直流電源，也是指它），另一種叫PWM（脈寬調(diào)制開關(guān)電源，我們在本文也稱它直流開關(guān)電源）。我們常常聽到PWM的功率高，可是LDO的呼應(yīng)快，這是為什么呢？別著急，先讓我們看看它們的原理。
下面會(huì)觸及一些理論常識(shí)，可是仍然十分淺顯易懂，如果你不懂，嘿嘿，得查看一下自己的根底了。
一、線性直流電源的作業(yè)原理
如圖是線性直流電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡略示意圖。我們的意圖是從高電壓Vs得到低電壓Vo。在圖中，Vo通過兩個(gè)分壓電阻分壓得到V+，V+被送入放大器（我們把這個(gè)放大器叫做差錯(cuò)放大器）的正端，而放大器的負(fù)端Vref是電源內(nèi)部的參閱電平（這個(gè)參閱電平是恒定的）。放大器的輸出Va銜接到MOSFET的柵極來操控MOSFET的阻抗。Va變大時(shí)，MOSFET的阻抗變大;Va變小時(shí)，MOSFET的阻抗變小。MOSFET上的壓降將是Vs-Vo。
現(xiàn)在我們來看Vo是怎樣安穩(wěn)的，假定Vo變小，那么V+將變小，放大器的輸出Va也將變小，這將導(dǎo)致MOSFET的阻抗變小，這樣通過相同的電流，MOSFET的壓差將變小，所以將Vo上抬來按捺Vo的變小。同理，Vo變大，V+變大，Va變大，MOSFET的阻抗變大，通過相同的電流，MOSFET的壓差變大，所以按捺Vo變大。
二、直流開關(guān)電源的作業(yè)原理
如上圖，為了從高電壓Vs得到Vo，直流開關(guān)電源選用了用必定占空比的方波Vg1，Vg2推進(jìn)上下MOS管，Vg1和Vg2是反相的，Vg1為高，Vg2為低;上MOS管翻開時(shí)，下MOS管封閉;下MOS管翻開時(shí)，上MOS管封閉。由此在L左端形成了必定占空比的方波電壓，電感L和電容C我們能夠看作是低通濾波器，因而方波電壓通過濾波后就得到了濾波后的安穩(wěn)電壓Vo。Vo通過R1、R2分壓后送入榜首個(gè)放大器（差錯(cuò)放大器）的負(fù)端V+，差錯(cuò)放大器的輸出Va做為第二個(gè)放大器（PWM放大器）的正端，PWM放大器的輸出Vpwm是一個(gè)有必定占空比的方波，通過門邏輯電路處理得到兩個(gè)反相的方波Vg1、Vg2來操控MOSFET的開關(guān)。
三、線性直流電源和直流開關(guān)電源的比較
懂得了線性直流電源和直流開關(guān)電源的作業(yè)原理之后，我們就能夠理解為什么線性直流電源有較小的噪聲，較快的瞬態(tài)呼應(yīng)，可是功率差;而直流開關(guān)電源噪聲較大，瞬態(tài)呼應(yīng)較慢，但功率高了。
線性直流電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡略，反應(yīng)環(huán)路短，因而噪聲小，并且瞬態(tài)呼應(yīng)快（當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，補(bǔ)償快）?？墒怯捎谳斎牒洼敵龅膲翰钕?shù)落在了MOSFET上，所以它的功率低。因而，線性穩(wěn)壓一般用在小電流，對電壓精度要求高的應(yīng)用上。
而直流開關(guān)電源，內(nèi)部結(jié)構(gòu)雜亂，影響輸出電壓噪聲功能的因數(shù)許多，且其反應(yīng)環(huán)路長，因而其噪聲功能低于線性直流電源，且瞬態(tài)呼應(yīng)慢?？墒且罁?jù)直流開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，MOSFET處于徹底開和徹底關(guān)兩種狀態(tài)，除了驅(qū)動(dòng)MOSFET，和MOSFET自己內(nèi)阻耗費(fèi)的能量之外，其他能量被悉數(shù)用在了輸出（理論上L、C是不耗能量的，雖然實(shí)際并非如此，但這些耗費(fèi)的能量很?。?。
先寫part 8，待到圖片能上傳再添補(bǔ) part 6，7做為描繪直流開關(guān)電源原理，以及LDO與直流開關(guān)電源比較之用。
這一部分弄清高速信號(hào)知道的一些誤區(qū)。
一、高速看的是信號(hào)沿，不是時(shí)鐘頻率。
1） 一般而言，時(shí)鐘頻率高的，其信號(hào)上升沿快，因而一般我們把它們當(dāng)成高速信號(hào);但反過來不必定建立，時(shí)鐘頻率低的，如果信號(hào)上升沿仍然快的，一樣要把它當(dāng)成高速信號(hào)來處理。依據(jù)信號(hào)理論，信號(hào)上升沿包含了高頻信息（用傅立葉改換，能夠找出定量表達(dá)式），因而，一旦信號(hào)上升沿很陡，我們應(yīng)該按高速信號(hào)來處理，規(guī)劃欠好，很可能呈現(xiàn)上升沿過于緩慢，有過沖，下沖，振鈴的現(xiàn)象。比如，I2C信號(hào)，在超快速形式下，時(shí)鐘頻率為1MHz，可是其標(biāo)準(zhǔn)要求上升時(shí)刻或下降時(shí)刻不超越120ns！確實(shí)有許多板I2C就過不了關(guān)！
2）因而，我們更應(yīng)該關(guān)注的是信號(hào)帶寬。依據(jù)經(jīng)歷公式，帶寬與上升時(shí)刻（10%~90%）的關(guān)系為 Fw * Tr = 3.5
二、示波器挑選
1） 許多人留意到了示波器的采樣率，沒有留意到示波器的帶寬。但往往示波器帶寬是一個(gè)更重要的參數(shù)。一些人認(rèn)為只需示波器采樣率滿意超越信號(hào)時(shí)鐘頻率的兩倍就行了，這是大錯(cuò)特錯(cuò)。過錯(cuò)的原因是過錯(cuò)的了解了采樣定理。采樣定理1闡明了當(dāng)采樣頻率大于信號(hào)最大帶寬的兩倍，就能完美地恢恢復(fù)信號(hào)?？墒?，采樣定理指的信號(hào)是帶限信號(hào)（帶寬是有限的），與現(xiàn)實(shí)中的信號(hào)嚴(yán)峻不符。我們一般的數(shù)字信號(hào)，除了時(shí)鐘之外，都不是周期的，從長時(shí)刻來看，其頻譜是無限寬的;要能捕獲到高速信號(hào)，就不能對其高頻重量太多的失真。示波器帶寬指標(biāo)與此息息相關(guān)。因而，真實(shí)要留意的仍然是用示波器捕獲的信號(hào)的上升沿失真在我們可接受的規(guī)模。
2） 那么選多高帶寬的示波器才適宜呢？理論上5倍于信號(hào)帶寬的示波器捕獲的信號(hào)比原信號(hào)丟失不到3%。如果要求丟失更寬松，那就能夠挑選更低端的示波器。用到3倍于信號(hào)帶寬的示波器應(yīng)該能滿意大多數(shù)要求。可是不要忘了你探頭的帶寬！
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