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发表于:2008-2-19 17:54:15
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去耦电容和旁路电容的区别

看到一篇帖子不错,转来大家学习下,感谢原作者lcyacp

旁路电容不是理论概念,而是一个经常使用的实用方法,在50 -- 60年代,这个词也就有它特有的含义,现在已不多用。

 

     电子管或者晶体管是需要偏置的,就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压,为了在一个直流电源下工作,就在阴极对地串接一个电阻,利用板流形成阴极的对地正电位,而栅极直流接地,这种偏置技术叫做自偏,但是对(交流)信号而言,这同时又是一个负反馈,为了消除这个影响,就在这个电阻上并联一个足够大的点容,这就叫旁路电容。后来也有的资料把它引申使用于类似情况。

    
去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用:一方面是本集成电路的蓄能电容,另一方面旁路掉该器件的高频噪声。

 

     数字电路中典型的去耦电容值是 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感,它的并行共振频率大约在7MHz左右,也就是说,对于 10MHz以下的噪声有较好的去耦效果,对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF10μF的电容,并行共振频率在20MHz以上,去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容,或1个蓄能电容,可选10μF左右。最好不用电解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格,可按C=1/F,即10MHz0.1μF100MHz 0.01μF

    
一般来说,容量为uf级的电容,象电解电容或钽电容,他的电感较大,谐振频率较小,对低频信号通过较好,而对高频信号,表现出较强的电感性,阻抗较大,同时,大电容还可以起到局部电荷池的作用,可以减少局部的干扰通过电源耦合出去;容量为0.001~0.1uf的电容,一般为陶瓷电容或云母电容,电感小,谐振频率高,对高频信号的阻抗较小,可以为高频干扰信号提供一条旁路,减少外界对该局部的耦合干扰

     
旁路是把前级或电源携带的高频杂波或信号滤除;去藕是为保正输出端的稳定输出(主要是针对器件的工作)而设的小水塘,在其他大电流工作时保证电源的波动范围不会影响该电路的工作;补充一点就是所谓的藕合:是在前后级间传递信号而不互相影响各级静态工作点的元件

    
有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。


滤波电容用在电源整流电路中,用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。

去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方,用来消除自激,使放大器稳定工作。

旁路电容用在有电阻连接时,接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1.
关于去耦电容蓄能作用的理解

1
)去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰,干扰的进入方式是通过电磁辐射。
而实际上,芯片附近的电容还有蓄能的作用,这是第二位的。


你可以把总电源看作密云水库,我们大楼内的家家户户都需要供水,
这时候,水不是直接来自于水库,那样距离太远了,
等水过来,我们已经渴的不行了。
实际水是来自于大楼顶上的水塔,水塔其实是一个buffer的作用。

如果微观来看,高频器件在工作的时候,其电流是不连续的,而且频率很高,
而器件VCC到总电源有一段距离,即便距离不长,在频率很高的情况下,
阻抗Zi*wL+R,线路的电感影响也会非常大,
会导致器件在需要电流的时候,不能被及时供给。
而去耦电容可以弥补此不足。
这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一

(在vcc引脚上通常并联一个去藕电容,这样交流分量就从这个电容接地。)

2
)有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供

个局部的直流电源给有源器件,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地

2.
旁路电容和去耦电容的区别

去耦:去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。去耦电容还可以为器件 供局部化的DC电压源,它在减少跨板浪涌电流方面特别有用。
旁路:从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分,另外还可以提供基带滤波功能(带宽受限)。

我们经常可以看到,在电源和地之间连接着去耦电容,它有三个方面的作用:一是作为本集成电路的蓄能电容;二是滤除该器件产生的高频噪声,切断其通过供电回路进行传播的通路;三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

在电子电路中,去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用,电容所处的位置不同,称呼就不一样了。对于同一个电路来说,旁路(bypass)电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象,把前级携带的高频杂波滤除,而去耦(decoupling)电容也称退耦电容,是把输出信号的干扰作为滤除对象。

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发表于:2007-12-16 17:28:14
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三极管工作原理

以前没搞清楚,看了这篇帖子,有恍然大悟之感,呵呵,赞一个各位前辈...

http://bbs.ednchina.com/ShowTopic.aspx?id=32451&page=1

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发表于:2007-12-16 17:19:00
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单片机编程经验

经验之一:用“软件陷阱+程序口令”对付PC指针的弹飞

       当CPU受到外界干扰,有时PC指针会飞到另一段程序中,或跳到空白段去。其实,如果PC指针飞到空白段去,倒也好处理。只要在空白段设立软件陷阱(拦截指令),将程序拦截到初始化段或程序错误处理段。但是,如果PC指针飞到另一段程序中去了,系统如何办?小匠在这里推荐一种方法——程序口令,思路如下:

       1、首先,程序必须模块化。每个模块(子程序)执行一个功能。每个模块只有一个出口(RET)。

       2、设立一个模块(子程序)ID寄存器。

       3、为每个子程序配置一个唯一的ID号码。

       4、每当子程序执行完毕,要返回(RET)之前,

先将本子程序的ID号送入 ID寄存器。

       5、返回到上级程序后,先判断ID寄存器中的ID号。

       如果正确,则继续执行;如果不正确,则表示PC指针有可能已经跳错了,子程序没有按预计的出口返回,这时将程序拦截到初始化段或程序错误处理段。

       这种方法,如同在程序中设立了若干个岗哨,每次调用子程序返回后,都要对口令(ID号),验明正身后再放行。再配合软件陷阱,基本上可以将大多数PC指针弹飞的现象检测到。到了程序错误处理段,要杀要剐(冷启动还是热启动)就由您了。

       仅以一条代码来揭示程序飞跑的本质!750102H  ;MOV 01H,#02H  ,如当前PC不是指向75H,而是指向01H或02H,那么51内的指令译码器将把她们忠实地翻译成AJMP X01H 或 LJMP XXXXH  而XX01H XXXXH又是什么呢?天知道!这样恶性飞跑下去那还不死定!改革一下:

CLR A ;0C4H
INC A ;04H
MOV R1,A ;0F9H
INC A ;04H  
MOV @R1,A  ;86H

       每一字节代码都不能在生成跳转和循环,且都是单字节指令!往那跑去?跑出去了都要自己回来!“在家”千日好!“跳出”事事难嘛!这样只要平时习惯了用累加器和寄存器把数倒一倒,把那些危险代码都给倒掉,这样虽说给PC的“足”上多加了两字节的“包”可它不好“跑”啊!“足包”====跑!有朋友会问:要是PC抓做02H--LJMP 又有抓做了老鼻子远的XXH,再抓做隔壁的YYH不就没用了吗?提这样的问题只有ZENYIN这种钻牛角得才会提!PC那一位最活跃啊?PC0啊!要“扯拐”显然发生在她身上,至于那PC15同志啊,睡得更死猪一样,雷爆(强干扰)来了都打不醒?此外如果干扰都强到了PC高位都出错的地步!关电!关电!不干了!“不是我们不行而是敌人太强大”!反过来要是敌人在你的专政下,只是偶尔出来捣捣乱,但一出来就冲到屁西(PC)高层,就要问问是不是你的王国根基(硬件)有问题了?而非出在意识形态(软件)上!硬件为本!软件为标!标本兼治铸就坚强体魄,方能百毒不侵!

        经验之二、不要轻信软件狗

       关于软件狗的讨论,论坛上多矣。匠人也曾经查阅过许多关于软件狗的文章。有些大师确实提出了一些比较有技巧性的方法。但是,匠人的忠告是:不要轻信软件狗!其实,软件狗相当于软件的一种自律行为。一般的思路都是通过设立一个计数器,在计时中断中对其+1,在主程序的适当地方对其清零。如果程序失控了,清零指令未被执行,但中断造常发生,则计数器溢出(狗狗叫了)。但是这里有个问题:万一干扰导致中断被屏蔽了,那软件狗就永远不会叫了!——针对这种可能,有人提出在主程序中反复刷新中断使能标志,保证不让中断被屏蔽。——但万一程序飞到某个死循环中去了,不再执行“刷新中断使能标志”这一功能了,还是有可能把狗狗活活饿死。
所以,匠人的观点是:看门狗必须拥有独立的计数器。(即硬件看门狗)好在现在好多芯片都提供了内部WDT。这种狗都是自带计数器的。即使干扰导致程序失控,WDT还是会造常计数直到溢出。当然,匠人也没有要将软件狗一棍子全部打死的意思。毕竟不管是软狗还是硬狗,逮到耗子就是好狗嘛(狗拿耗子——多管闲事?)。如果哪位训狗专家确实养过一条能看门的好软件狗,请牵出来让大伙瞧瞧。

       经验之三、话说RAM冗余技术

       所谓的RAM冗余,就是:

       1、将重要的数据信息备份2份(或以上)并存放在RAM中不同的区域(指地址不相连)。

       2、当平时对这些数据进行修改时,同时也更新备份。

       3、当干扰发生并被拦截到“程序错误处理段”中时,

将数据与备份做比较,采用表决方式(少数服从多数)选出正确(或可能正确?)的那个。

       4、备份越多,效果越好。(当然,你得有足够的存储空间)。

       5、只备份最最原始的数据。中间变量(指那些可以从原始数据重新推导出来的数据)不必备份,

       注:

      
1、这种思路的理论依据,据说是源于一种“概率论”,即一个人被老婆打肿脸的概率是很大的,但如果他捂着脸去上班却发现全公司每个已婚男人的脸都青了,这种概率是很小的。同理,一个RAM寄存器数据被冲毁的概率是很大的,但地址不相连的多个RAM同时被冲毁的概率是很小的。

       2、前两年,小匠学徒时,用过一次这种方法,但效果不太理想。当时感觉可能是概率论在我这失效了?现在回想起来,可能是备份的时机选的不好。结果将已经冲毁的数据又备份进去了。这样以来,恢复出来的数据自然也就不对了。

       经验之四、话说指令冗余技术

       前面有个朋友问到指令冗余,按匠人的理解,指令冗余,就是动作冗余。举个例子,你要在某个输出口上输出一个高电平去驱动一个外部器件,你如果只送一次“1”,那么,当干扰来临时,这个“1”就有可能变成“0”了。正确的处理方式是,你定期刷新这个“1”。那么,即使偶然受了干扰,它也能恢复回来。除了I/O口动作的冗余,匠人强烈建议大家在下面各方面也采用这种方法:

       1、LCD的显示。有时,也许你会用一些LCD的专用驱动芯片(如HT1621),这种芯片有个好处,即你只要将显示数据传送给它,它就会不断的自动扫描LCD。但是,你千万不要以为这样就没你啥事了。正确的处理方式是,要记得定期刷新送显数据(即使显示内容没有改变)。对于CPU中自带LCD DRIVER 的,也要定期刷新LCD RAM。

       2、中断使能标志的设置。不要以为你在程序初始化段将中断设置好就OK了。应该在主程序中适当的地方定期刷新一下,以免你的中断被挂起来。

       3、其它一些标志字和参数寄存器(包括你自己定义的),也要记得常常刷新。

       4、其它一些你认为有必要反复刷新的地方。

       经验之五、10种软件滤波方法

       下面奉献——匠人呕心沥血搜肠刮肚冥思苦想东拼西凑整理出来的10种软件滤波方法:

1、限幅滤波法(又称程序判断滤波法)    

       A、方法:根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A),每次检测到新值时判断:如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效。如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值    

       B、优点:能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰。    

       C、缺点:无法抑制那种周期性的干扰,平滑度差。    

       2、中位值滤波法    

       A、方法:连续采样N次(N取奇数),把N次采样值按大小排列,取中间值为本次有效值。    

       B、优点:能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液

位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果。    

       C、缺点:对流量、速度等快速变化的参数不宜。

       3、算术平均滤波法    

       A、方法:连续取N个采样值进行算术平均运算。N值较大时:信号平滑度较高,但灵敏度较低;N值较小时:信号平滑度较低,但灵敏度较高。N值的选取:一般流量,N=12;压力:N=4    

       B、优点:适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波,这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动。    

       C、缺点:对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用,比较浪费RAM。        

       4、递推平均滤波法(又称滑动平均滤波法)    

       A、方法:把连续取N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则),把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果。N值的选取:流量,N=12;压力:N=4;液面,N=4~12;温度,N=1~4    

       B、优点:对周期性干扰有良好的抑制作用,平滑度高,适用于高频振荡的系统。        

       C、缺点:灵敏度低 ,对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差,不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差,不适用于脉冲干扰比较严重的场合,比较浪费RAM        

       5、中位值平均滤波法(又称防脉冲干扰平均滤波法)    

       A、方法:相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法”。连续采样N个数据,去掉一个最大值和一个最小值,然后计算N-2个数据的算术平均值。N值的选取:3~14    

       B、优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。    

       C、缺点:测量速度较慢,和算术平均滤波法一样,比较浪费RAM。

 6、限幅平均滤波法    

       A、方法:相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法”,每次采样到的新数据先进行限幅处理,再送入队列进行递推平均滤波处理 。   

       B、优点:融合了两种滤波法的优点,对于偶然出现的脉冲性干扰,可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。    

       C、缺点:比较浪费RAM。

       7、一阶滞后滤波法    

       A、方法:取a=0~1,本次滤波结

果=(1-a)*本次采样值+a*上次滤波结果。    

       B、优点:对周期性干扰具有良好的抑制作用,适用于波动频率较高的场合。    

       C、缺点: 相位滞后,灵敏度低,滞后程度取决于a值大小,不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号。        

       8、加权递推平均滤波法    

       A、方法:是对递推平均滤波法的改进,即不同时刻的数据加以不同的权。通常是,越接近现时刻的数据,权取得越大。给予新采样值的权系数越大,则灵敏度越高,但信号平滑度越低。    

       B、优点:适用于有较大纯滞后时间常数的对象和采样周期较短的系统。    

       C、缺点:对于纯滞后时间常数较小,采样周期较长,变化缓慢的信号不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度,滤波效果差。

       9、消抖滤波法    

       A、方法:设置一个滤波计数器将每次采样值与当前有效值比较:如果采样值=当前有效值,则计数器清零如果采样值<>当前有效值,则计数器+1,并判断计数器是否>=上限N(溢出),如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器 。   

       B、优点:对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果,可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动。    

       C、缺点:对于快速变化的参数不宜,如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统。

       10、限幅消抖滤波法   

        A、方法:相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法” 先限幅,后消抖。    

       B、优点: 继承了“限幅”和“消抖”的优点改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统。    

       C、缺点:对于快速变化的参数不宜。

IIR 数字滤波器

       A. 方法:确定信号带宽, 滤之。   Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + . + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + . + bk*X(n-k)。

       B. 优点:高通,低通,带通,带阻任意。设计简单(用matlab)

       C. 缺点:运算量大。


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发表于:2007-12-16 17:13:12
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PCB软件不为人知的技巧

技术分类: EDA工具与服务  | 2007-08-0
7 作者:王玮

       PCB布线软件的书籍和资料大家应该都看得不少了,网上有很多布线技巧的文章,大都是教人如何避免干扰,如何走地线等等,其实这些软件里面还有一个功能,也很好用的,只是绝大部分的书籍都没有介绍。这就是Net Class功能。

       Pcb文件首次加载网络表的时候,没有对其进行分类。这个功能可以人工将无数的网络连接分门别类,比如分成power、data_bus、Address_bus、Hi_volta等类别。这样分类后可以分别对不同的类别施加不同的布线策略。

Net Class

      

好了,现在让我们尝试一下这个功能(以protel为例):

       首先打开一个PCB图;选择菜单“Design-->Classes..”跳出图 1的画面。

       这里我已经预先定好了几个C ,其中“All Nets”是protel 默认的类别,这个类别包含了所有的网络。如果定义了布线规则,默认就是针对这个类别的。

       现在我要为这个pcb增加一个表示CPU地址总线的类别“Address_bus”,按下图 1画面中的“Add”按键,在图 2的画面中输选择“A0~A19”,然后选择“>”把这些网络放置到右边的子窗口中。如图 3。这样就建立好了一个新的pcb 网络类别。用同样的办法,再建立“power”、“data_bus”等网络类别。

Net Class
Net Class

       好了,我们为这些网络类别分别指定布线策略吧,首先我们为电源类指定布线策略。按下图 4画面中的“Add”按键,增加一个策略。如图 5所示,“Filter Kind”选择“Net Class”, “Net Class”选择“POWER”,然后可以分别设定它的线宽等参数,你还可以为POWER类增加一个靠近限制的规则(由于我这个电路板是4层板,我这个工程就不设置靠近规则了)。

Net Class
Net Class
Net Class
Net Class
Net Class

       由于我的这个电路板是一个高速的嵌入式系统,CPU外部总线频率大约200MHz。所以地址总线和数据总线的设计就变得至关重要。每个地址总线相互之间的长度差不能太长,否则会造成传输延迟。但是手工去测量长度差实在麻烦,这里就可以为地址总线设置一个布线规则。

       在图6的布线规则窗口中,选择“Length Constraint”,弹出图 7窗口,选择“ADDRESS_BUS”类,可以设置总线最大长度和最小长度。图 8所示窗口可以为这个Net Class设置蛇形布线规则。

       设置了以上规则后,无论是手动布线还是自动布线,都会简单很多。在手工布线和修整电路板的过程中,不用再考虑这些参数了,因为你犯规后,PCB编辑器会给出警告。通过这样的设置,你一次可以为一大把信号线设置规则,不再需要一个一个信号单独设置了。可以节约你不少的时间,也可以避免你很多不该犯的低级错误。

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发表于:2007-12-16 16:58:54
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常用元器件的识别(经典)

常用元器件的识别(经典) 

常用元器件的识别
一、电阻
电阻在电路中用“R”加数字表示,如:R1表示编号为1的电阻。电阻在电路中的主要作用为
分流、限流、分压、偏置等。
1、参数识别:电阻的单位为欧姆(Ω),倍率单位有:千欧(KΩ),兆欧(MΩ)等。换算
方法是:1兆欧=1000千欧=1000000欧
电阻的参数标注方法有3种,即直标法、色标法和数标法。
a、数标法主要用于贴片等小体积的电路,如:
472 表示 47×100Ω(即4.7K); 104则表示100K
b、色环标注法使用最多,现举例如下:
四色环电阻 五色环电阻(精密电阻)
2、电阻的色标位置和倍率关系如下表所示:
颜色 有效数字 倍率 允许偏差(%)
银色 / x0.01 ±10
金色 / x0.1 ±5
黑色 0 +0 /
棕色 1 x10 ±1
红色 2 x100 ±2
橙色 3 x1000 /
黄色 4 x10000 /
绿色 5 x100000 ±0.5
蓝色 6 x1000000 ±0.2
紫色 7 x10000000 ±0.1
灰色 8 x100000000 /
白色 9 x1000000000 /
二、电容
1、电容在电路中一般用“C”加数字表示(如C13表示编号为13的电容)。电容是由两片金
属膜紧靠,中间用绝缘材料隔开而组成的元件。电容的特性主要是隔直流通交流。
电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小,电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,它与交
流信号的频率和电容量有关。
容抗XC=1/2πf c (f表示交流信号的频率,C表示电容容量)
电话机中常用电容的种类有电解电容、瓷片电容、贴片电容、独石电容、钽电容和涤纶电容
等。
2、识别方法:电容的识别方法与电阻的识别方法基本相同,分直标法、色标法和数标法3
种。电容的基本单位用法拉(F)表示,其它单位还有:毫法(mF)、微法(uF)、纳法
(nF)、皮法(pF)。
其中:1法拉=103毫法=106微法=109纳法=1012皮法
容量大的电容其容量值在电容上直接标明,如10 uF/16V
容量小的电容其容量值在电容上用字母表示或数字表示
字母表示法:1m=1000 uF 1P2=1.2PF 1n=1000PF
数字表示法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是倍率。
如:102表示10×102PF=1000PF 224表示22×104PF=0.22 uF
3、电容容量误差表
符 号 F G J K L M
允许误差 ±1% ±2% ±5% ±10% ±15% ±20%
如:一瓷片电容为104J表示容量为0. 1 uF、误差为±5%。
三、晶体二极管
晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示,如: D5表示编号为5的二极管。
1、作用:二极管的主要特性是单向导电性,也就是在正向电压的作用下,导通电阻很小;
而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性,无绳电话机中常
把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。
电话机里使用的晶体二极管按作用可分为:整流二极管(如1N4004)、隔离二极管(如
1N4148)、肖特基二极管(如BAT85)、发光二极管、稳压二极管等。
2、识别方法:二极管的识别很简单,小功率二极管的N极(负极),在二极管外表大多采用
一种色圈标出来,有些二极管也用二极管专用符号来表示P极(正极)或N极(负极),也有
采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识
别,长脚为正,短脚为负。
3、测试注意事项:用数字式万用表去测二极管时,红表笔接二极管的正极,黑表笔接二极
管的负极,此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值,这与指针式万用表的表笔接法刚好
相反。
4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下:
型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007
耐压(V) 50 100 200 400 600 800 1000
电流(A) 均为1
四、稳压二极管
稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示,如:ZD5表示编号为5的稳压管。
1、稳压二极管的稳压原理:稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变。
这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中各点电
压变动时,负载两端的电压将基本保持不变。
2、故障特点:稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中,
前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。
常用稳压二极管的型号及稳压值如下表:
型 号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751
1N4761
稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V
五、电感
电感在电路中常用“L”加数字表示,如:L6表示编号为6的电感。
电感线圈是将绝缘的导线在绝缘的骨架上绕一定的圈数制成。
直流可通过线圈,直流电阻就是导线本身的电阻,压降很小;当交流信号通过线圈时,线圈
两端将会产生自感电动势,自感电动势的方向与外加电压的方向相反,阻碍交流的通过,所
以电感的特性是通直流阻交流,频率越高,线圈阻抗越大。电感在电路中可与电容组成振荡
电路。
电感一般有直标法和色标法,色标法与电阻类似。如:棕、黑、金、金表示1uH(误差5%)
的电感。
电感的基本单位为:亨(H) 换算单位有:1H=103mH=106uH。
六、变容二极管
变容二极管是根据普通二极管内部 “PN结” 的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一
原理专门设计出来的一种特殊二极管。
变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上,实现低频信号调制到高
频信号上,并发射出去。在工作状态,变容二极管调制电压一般加到负极上,使变容二极管
的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。
变容二极管发生故障,主要表现为漏电或性能变差:
(1)发生漏电现象时,高频调制电路将不工作或调制性能变差。
(2)变容性能变差时,高频调制电路的工作不稳定,使调制后的高频信号发送到对方被对
方接收后产生失真。
出现上述情况之一时,就应该更换同型号的变容二极管。
七、晶体三极管
晶体三极管在电路中常用“Q”加数字表示,如:Q17表示编号为17的三极管。
1、特点:晶体三极管(简称三极管)是内部含有2个PN结,并且具有放大能力的特殊器件。
它分NPN型和PNP型两种类型,这两种类型的三极管从工作特性上可互相弥补,所谓OTL电路
中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。
电话机中常用的PNP型三极管有:A92、9015等型号;NPN型三极管有:A42、9014、9018、
9013、9012等型号。
2、晶体三极管主要用于放大电路中起放大作用,在常见电路中有三种接法。为了便于比
较,将晶体管三种接法电路所具有的特点列于下表,供大家参考。
名称 共发射极电路 共集电极电路(射极输出器) 共基极电路
输入阻抗 中(几百欧~几千欧) 大(几十千欧以上) 小(几欧~几十欧)
输出阻抗 中(几千欧~几十千欧) 小(几欧~几十欧) 大(几十千欧~几百千欧)
电压放大倍数 大 小(小于1并接近于1) 大
电流放大倍数 大(几十) 大(几十) 小(小于1并接近于1)
功率放大倍数 大(约30~40分贝) 小(约10分贝) 中(约15~20分贝)
频率特性 高频差 好 好
续表
应用 多级放大器中间级,低频放大 输入级、输出级或作阻抗匹配用 高频或宽频带电路及
恒流源电路
八、场效应晶体管放大器
1、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。尤其用场效管做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。
2、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。如图1-1-1是两种型号的
表示符号:
3、场效应管与晶体管的比较
(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,而晶体管是即有多数载流
子,也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。
(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。

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发表于:2007-11-30 21:01:47
标签:pcb  

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[转贴]PCB布板闲谈

毕业4年以来,虽然其中有段时间在做嵌入式实时软件系统的驱动部分,可一直都挂着“硬件工程师”的头衔。其实有点惭愧,谈不上对硬件的有多深的造诣,除了有相当一部分时间设计硬件电路以外,更重要的也就是PCB布板。仔细想想,其中亲手布过的电路板,从简单的数字电视机顶盒前面板的单层板,到复杂一点的AT89C51为核心的工业控制类的双层板,无线扩频电台的基带双层板,高速FPGA的应用板,再到比较复杂的含有DDR MEMERY总线的四层板等不下20块,所幸的还有接触过的手机电路的8层板,所以,终归对PCB的布板有些想法。想法也罢,经验也罢,只要能够对读者的布板有所帮助的话,也就达到了我写这篇文章的目的。


一块优秀的电路板,除了在实现电路原理功能之外,还要考虑EMI,EMC,ESD,信号完整性等电气特性,也要考虑机械结构,大功耗芯片的散热问题,在这基础上再考虑电路板美观问题。所以,PCB板布线是门艺术,具体而言是门折衷的艺术。在开始学习摸索PCB布线之前,或许您会在各式各样的参考书中看见各式各样的PCB板布线的规则,即使许多规则在一定程度上会是有相同的内涵,可是在不同的实际布板实践中会有不同的侧重点,甚至规则之间会产生冲突。举个例子:规则一信号传输的路径越短越好,规则二是在高频布线要求阻抗匹配。在考虑布DDR MEMORY的总线时,SOP封装的MEMERY芯片不可能对所有的TRACK实现规则一,正确的做法是整体考虑阻抗匹配的条件下实现所有的TRACK相对最短。因此,实际布线中规则之间的不可兼得就会让读者布线过程中自觉的有效的利用这些规则时产生种种疑惑,甚至就陷入这样或者是那样的一般性的规则中不知所措。在这就需要强调一点――各种布线规则只是指导性的,要结合实际的布线过程去不断折衷以取得最大的效用。我想只要在实际布线中自觉注意这些规则,或多或少会对布线的效果有所帮助。


1. 模块化,结构化的思想不仅体现在硬件原理设计中,也要反映在布局布线效果中


如今的硬件平台的集成度越来越高,系统越来越复杂,自然而然也就要求无论是硬件原理图的设计中还是PCB布线中使用模块化,结构化设计的方法。如果接触过大规模的FPGA或是CPLD就知道,复杂IC的设计必然要求采用自上至下的模块化的设计方法。所以作为硬件工程师,在了解系统整体架构的前提下,首先应该在原理图和PCB布线设计中自觉融合模块化的设计思想。举个例子,数字电视机顶盒的硬件平台的主IC-QAMI5516中就有如下的几种模块:


ST20:主频180MHZ的32位RISC CPU


PTI:TRANSPORT STREAM的处理单元


DISPLAY:MPEG-2解码,显示处理单元


DEMODULATOR:QAM解调器


MEMORY INTERFACE:不同应用系统所需要不同的MEMORY的接口


STBUS:各个模块的数据通讯总线


PERIPHERALS:UART,SMARTCARD,IIC,GPIO,PWM等常用外设


AUDIO:音频输出接口


VEDIO:视频输出接口


QAMI5516模块化的设计过程,虽然不一定要求硬件工程师了解系统的方方面面,可是必然要求在设计硬件平台时,把在实际运用中使用到的IC不同模块的接口部分当作一个子系统来处理:例如音频部分电路和视频部分电路在布局布线的时候就应该在一个整体区域内进行。这样做,不仅延续了IC模块化设计的思路,而且可以方便在需要进行PCB板的物理分隔,减少不同模块之间的电气耦合,可以方便整个系统的调试。我们知道,硬件调试中最容易检查,处理电路原理设计中的错误的方法就是“头痛医头,脚痛医脚”,即上述的QAMI5516平台中,如果音频部分电路有问题,首先要做的就是检查校验音频模块。


模块化的思想还体现在系统总线的布线上,通常总线都区分为CONCROL BUS,DATA BUS,ADDR BUS,这三类。例如上面QAMI5516中SMI上使用的是一片16M的SDRAM,工作频率在100MHZ,这就要求这一组总线在布线过程中需要统一成一个整体来考虑阻抗匹配。在实际的布线过程中,不可能要把这些线布得七零八落吧。


模块化的思想也有利于PCB板的布局。


模块化的思想也有利于硬件系统的功能的扩展或是更改。


2. 站在整个系统的角度上,分析各个模块信号的性质,确定其在整个系统中占据的地位,从而确定模块在布局布线的优先级


布局对于整个系统具有重要的意义,这要求在实际的布线过程中,对于各个模块的具体处理有轻重缓急之分。一般的布局规则,都要求区分模块是模拟电路,还是数字电路,是高频电路还是低频电路,是主要的干扰源还是敏感的关键信号等等。因此,在布局之前必须仔细分析各个模块信号的性质包括模块的属性,功能,供电电源,具体信号的频率,电流的流向,电流强度等,以确定模块在PCB板上布局。通常,在机械结构确定的情况下,复杂的系统还会有N种不同的布局方式,这需要站在系统的角度上依照一些规则的折中来找出最优化的布局布线。


在数字模块中,都会有时钟,例如SDRAM的CLOCK,而时钟电路是影响EMC的主要因素。集成电路的大部分噪声都与时钟频率及其多次谐波有关。如果CLOCK信号是一个正弦波形式,如果处理不当,对系统会“贡献”一个该频率或是该频率的倍频的干扰源,如果是CLOCK信号是方波形式,则对系统“贡献”一个杂散频率的干扰源。同时,CLOCK还是一个容易受干扰的信号,如果CLOCK受到干扰,对数字系统的影响可想而知。因此,时钟电路模块是属于关键模块,在布局布线过程中优先各种规则考虑其布局布线。


类似的还有在现在许多的嵌入式硬件系统中的各种各样的中断模块。中断的触发有电平触发和边沿触发。曾经碰到过一个设置为上升沿触发的中断因外界的干扰而不断的被触发,最终导致了RTOS由于处理不过来而堵死的现象。


按照这一原则来分析二个简单的电路布局。在一个我接触到的手机硬件平台中,显示屏的亮度电路是通过一个PWM产生的不同脉宽信号,经过一个RC积分电路建立不同的背光灯电压来实现的。PWM信号和CLOCK相比,在对整个系统EMI的影响上在某种意义上是相同的。但是如果仔细分析一些,就应该知道,如果在布线时,IC的PWM信号在尽可能短的路径上建立模拟的电平后才在PCB板上传输,也就是说电阻和电容尽可能的靠近PWM管脚放置,这样可以使PWM对系统的干扰减小到最小。在手机硬件平台的设计中,RF部分和音频部分是系统的核心,这两部分的布线占据绝对核心的地位,在布线时置于优先考虑的地位。所以在实际布局布线中,这两个模块的信号线单独布在一中间层,并且在其邻层使用电源层和地层,把它屏蔽起来,同时其他模块尽量远离这两个模块,以免引入干扰。另外尝试着考虑这样一个细节:MIC输入很小的音频信号需要经过放大到一定的程度后再输入到AUDIO ADC中。我们知道抽象意义上的信道传输信噪比是衡量噪声对系统的影响。可以相互参照,一个小的噪声在音频信号放大之前就串扰就信道和在音频信号在放大之后才进信道对音频指标的影响。如果这信道的路径不得以经过一些强干扰源的区域,建议音频信号进行放大后再进行传输。


再比如在复杂系统的总线上通常会挂接类型的设备,如I2C总线可以挂127个从设备,在某些机顶盒硬件平台中通常会挂上DEMODULATOR,TUNER,E2PROM。这也要求对不同的设备对于分享总线的频率上加以区分,对于使用频率高的设备放在相对比较重要的位置上。例如在上述QAMI5516平台上的EMI接口同时使用了SDRAM,FLASH两种设备。基于对系统的理解,SDRAM放置的是实时操作系统的运行代码,FLASH是作为一种存储介质,在软件系统运行过程中SDRAM相对于FLASH有更多的读写操作,因此在布线过程中应该先考虑SDRAM的位置。


3. 注重电源完整性,布局布线中优先考虑电源和地线的处理


在任何电子系统中,干扰源对系统的干扰不外乎通过两种途径:一是通过导体的传递,二是通过电磁辐射经过空间的耦合。在频率较低的系统中主要是第一种路径,在高频系统中也有相当部分的干扰原因是通过导体的传递,其中比较明显的就是IC产生的噪声通过电源和地干扰整个系统。因此,电源的完整性或者说是电源质量对整个系统的抗干扰能力具有至关重要的意义。电源完整性实际上是信号完整性的一部分,然而考虑到电源对于所有系统的重要性,在此单独列出。要声明的是,在实际系统中,要做到这一点并不容易,系统中总会有各种不同频率的噪声。在电路设计和PCB布局布线中只是极力的减小各种频率的噪声,从而提高系统的抗噪声的整体性能。同时,在复杂系统中,减少系统的噪声不是更改一两电容的值就能够做到,而是需要注意电源滤波效果的累积。在手机硬件设计中,有专门的PMU来对管理对各个模块供电,然而PMU都是来自VBAT。无法想象,如果是敏感的音频运放的供电没有经过滤波的处理,直接取自VBAT,又或者,像给SDRAM供电的电路没有做滤波处理,任由这部分数字电路的开关噪声污染整个VBAT,会是有什么样的后果?


如果对电源完整性有了足够的重视,结合起前面说过的模块化和各个模块仔细分析后,这部分还是相对比较好处理。对于IC电源VCC通常的规则一般都会用旁路电容和去耦电容进行处理,并且在布板的时候尽量让这类电容靠近IC的电源输入处。如果在要求苛刻的系统中,还可以对不同的敏感频率采用LCCL电路(串接一个电感或是磁珠,并一个电解电容,并一个瓷片电容,再串一个小的电感,具体值需要依照相应频率确定)滤波。曾经做一个复杂的系统,由于在系统的DEMODULATOR上的一路核心电源上没有使用旁路电容,从而使DEMODULATOR的解调后的误码率高的无法忍受。对于系统中各种GND的处理,一般要求分析电流的回流路径。电流具有总是选择阻抗最小回流路径的性质。这是一个核心原则,可以通过这样一个事实来理解:在PCB布线中有“铺铜”这样的模式。“铺铜”经常会在网络GND上使用,所有的数字信号都可以抽象成一个最基本的门级电路,GND也就是信号回流路径的一部分。GND就是通过“铺铜”的方式,使信号的路径上的总阻抗变小。“就近接地”,“最小化接地阻抗”也正是基于这样的考虑。


上面只是抛砖引玉的讲述了这几年来鄙人在PCB板中的一些感触颇深的几点,有了这三个指导性原则,并结合具体的许多布线规则,剩下就是您的态度问题了。当然,毕竟能力和见识有限,其中难免有所偏颇,不足之处恳请指正。

系统分类: PCB   |    用户分类: 无分类    |    来源: 无分类

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