一、硬件电路设计流程系列-硬件电路设计规范
二、硬件电路设计流程-方案设计(1) :主芯片选型 三、硬件电路设计流程-方案设计(2) :芯片选购四、硬件电路设计流程-方案设计(3) :功耗剖析与电源设计五、硬件电路设计流程-方案设计(4):设计一个得当的系统电源
01

硬件电路设计规范
1、 详细理解设计需求,从需求中整理出电路功能模块和性能指标哀求;
2、 根据功能和性能需求制订总体设计方案,对 CPU 进行选型,CPU 选型有以下几点哀求:
a) 性价比高;b) 随意马虎开拓:表示在硬件调试工具种类多,参考设计多,软件资源丰富,成功案例多;c) 可扩展性好;
3、 针对已经选定的 CPU 芯片,选择一个与我们需求比较靠近的成功参考设计,一样平常 CPU 生产商或他们的互助方都会对每款 CPU芯片做多少开拓板进行验证,比如 440EP 就有 yosemite 开拓板和bamboo 开拓板,我们参考得是 yosemite 开拓板,厂家末了公开给用户的参考设计图虽说不是产品级的东西,也该当是经由严格验证的,否则也会影响到他们的芯片推广运用,纵然参考设计的外围电路有可考虑的地方,CPU 本身的管脚连接利用方法也绝对是值得我们相信的.
当然如果万一涌现多个参考设计某些管脚连接办法不同,可以细读 CPU 芯片手册和勘误表,或者找厂商确认;其余在设计之前,最好我们能外借或者购买一块选定的参考板进行软件验证,如果没问题那么硬件参考设计也是可以相信的;但要把稳一点,现在很多 CPU都有多少种启动模式,我们要选一种最适宜的启动模式,或者做成兼容设计。
4、 根据需求对外设功能模块进行元器件选型,元器件选型该当遵守以下原则:
a) 普遍性原则:所选的元器件要被广泛利用验证过的只管即便少利用冷偏芯片,减少风险;b) 高性价比原则:在功能、性能、利用率都附近的情形下,只管即便选择价格比较好的元器件,减少本钱;c) 采购方便原则:只管即便选择随意马虎买到,供货周期短的元器件;d) 持续发展原则:只管即便选择在可预见的韶光内不会停产的元器件;e) 可替代原则:只管即便选择 pin to pin 兼容种类比较多的元器件;f) 向上兼容原则:只管即便选择以前老产品用过的元器件;g) 资源节约原则:只管即便用上元器件的全部功能和管脚;
5、 对选定的 CPU 参考设计事理图外围电路进行修正,修正时对付每个功能模块都要找至少 3 个相同外围芯片的成功参考设计,如果找到的参考设计连接方法都是完备一样的,那么基本可以放心参照设计,但纵然只有一个参考设计与其他的不一样,也不能大略地少数服从多数,而是要细读芯片数据手册,深入理解那些管脚含义,多方谈论,联系芯片厂技能支持,终极确定科学、精确的连接办法,如果仍有疑义,可以做兼容设计;这是全体事理图设计过程中最关键的部分,我们必须做到以下几点:
a) 对付每个功能模块要只管即便找到更多的成功参考设计,越难的该当越多,成功参考设计是“古人”的履历和财富,我们该当借鉴接管,站在“古人”的肩膀上,也就提高了自己的出发点;b) 要多向威信请教、学习,但不能迷信威信,由于大家都有认知偏差,很难担保对哪怕是最理解的事物总能做出最科学的理解和判断,开拓职员一定要在广泛调查、学习和谈论的根本上做出最科学精确的决定;c) 如果是参考已有的老产品设计,设计中要留神老产品有哪些遗留问题,这些遗留问题与硬件哪些功能模块干系,在设计这些干系模块时要更加把稳考虑,不能机器照手本来设计,比如我们老产品中的 IDE 常常出问题,经由仔细推敲,广泛谈论和参考其他成功设计,创造我们的 IDE 接口有两个管脚连线办法确实不规范;还有,针对FGPI 通道丢视频同步旗子暗记的问题,可以在硬件设计中引出硬件同步旗子暗记管脚,以便进一步验证,更好创造问题的实质;
6、 硬件事理图设计还该当遵守一些基本原则,这些基本原则要贯彻到全体设计过程,虽然成功的参考设计中也表示了这些原则,但由于我们可能是“拼”出来的事理图,以是我们还是要随时根据这些原则来设计审查我们的事理图,这些原则包括:
a) 数字电源和仿照电源分割;b) 数字地和仿照地分割,单点接地,数字地可以直接接机壳地(大地),机壳必须接大地;c) 担保系统各模块资源不能冲突,例如:同一 I2C 总线上的设备地址不能相同,等等;d) 阅读系统中所有芯片的手册(一样平常是设计参考手册),看它们的未用输入管脚是否须要做外部处理,如果须要一定要做相应处理,否则可能引起芯片内部振荡,导致芯片不能正常事情;e) 在不增加硬件设计难度的情形下只管即便担保软件开拓方便,或者以小的硬件设计难度来换取更多方便、可靠、高效的软件设计,这点须要硬件设计职员懂得底层软件开拓调试,哀求较高;f) 功耗问题;
g) 产品散热问题,可以在功耗和发热较大的芯片增加散热片或风扇,产品机箱也要考虑这个问题,不能把机箱做成保温盒,电路板对“温室”是感冒的;还要考虑产品的安顿位置,最好是放在空间比较大,空气流动畅通的位置,有利于热量散发出去;
7、 硬件事理图设计完成之后,设计职员该当按照以上步骤和哀求首先进行自审,自审后要达到有 95%以上把握和信心,然后再提交他人审核,其他审核职员同样按照以上哀求对事理图进行严格审查,如创造问题要及时进行谈论剖析,剖析办理过程同样遵照以上原则、步骤;8、 只要开拓和审核职员都能够严格按以上哀求进行电路设计和审查,我们就有情由相信,所有硬件开拓职员设计出的电路板一版成功率都会很高的,以是提出以下几点:
a) 设计职员自身该当担保事理图的精确性和可靠性,要做到设计即是审核,严格自审,不要把希望寄托在审核职员身上,设计涌现的任何问题应由设计职员自己承担,其他审核职员不负连带任务;b) 其他审核职员虽然不承担连带任务,也该当按照以上哀求进行严格审查,一旦设计涌现问题,同样反响了审核职员的水平、作风和态度;c) 普通事理图设计,包括老产品升级修正,原则上哀求事理图一版成功,最多两版封板,超过两版将进行绩效惩罚;
d) 对付功能繁芜,疑点较多的全新设计,原则上哀求事理图两版内成功,最多三版封板,超过三版要进行绩效惩罚;e)事理图封板标准为:电路板没有任何事理性飞线和其他处理点;
9、 以上提到事理图设计干系的褒奖和惩罚详细办法将在广泛调查研究之后制订,征得公司领导赞许后发布履行;10、 制订此《规范》的目的和出发点是为了培养硬件开拓职员严谨、务实的事情作风和严明、负责的事情态度,增强他们的任务感和义务感,提高事情效率和开拓成功率,担保产品质量;希望年轻的硬件开拓职员能在磨练中迅速发展起来!
对付我们目前重点设计的干系仿照电路产品,没有主用芯片、外围芯片以及芯片与芯片之间的连接方面的问题。以是,元器件的选项尤为主要,对付硬件设计的一些基本原则一定要把稳。
02
主芯片选型
平台的选择很多时候和系统选择的算法是干系的,以是如果要提高架构,平台的设计能力,得不断提高自身的算法设计,繁芜度评估能力,带宽剖析能力。
常用的主处理器芯片有:单片机,ASIC,RISC(DEC Alpha、ARC、ARM、MIPS、PowerPC、SPARC 和 SuperH ),DSP 和 FPGA 等,这些处理器的比较在网上有很多的文章,在这里不旧调重弹了,这里只提 1 个范例的主处理器选型案例。比如市场上现在有很多高清网络摄像机(HD-IPNC)的设计需求,而 IPNC 的办理方案也层出不穷,TI 的办理方案有 DM355、DM365、DM368 等,海思供应的方案则有 Hi3512、Hi3515、Hi3520 等,NXP供应的方案有 PNX1700、PNX1005 等。对付 HD-IPNC 的主处理芯片,有几个紧张的技能指标:视频分辨率,视频编码器算法,最高支持的图像抓拍分辨率,CMOS 的图像预处理能力,以及网络协议栈的开拓平台。Hi3512 单芯片实现 720P30 H.264 编解码能力,知足高清 IP Camera运用, Hi3515 可实现 1080P30 的编解码能力,持续提升高清 IPCamera 的性能。DM355 单芯片实现 720P30 MPEG4 编解码能力,DM365 单芯片实现 720P30 H.264 编解码能力, DM368 单芯片实现 1080P30 H.264编解码能力。
DM355 是 2007 Q3 推出的,DM365 是 2009 Q1 推出的,DM368是 2010 Q2 推出的。海思的同档次办理方案也基本上与之同时涌现。海思和 TI 的办理方案都是基于 linux,对付网络协议栈的开拓而言,开源社区的资源是没有差异的,差异的只在于芯片供应商供应的SDK 开拓包,两家公司的 SDK 离产品都有一定的间隔,但是 linux的网络开拓并不是一个技能难点,以是并不影响产品的推广。作为 IPNC 的办理方案,在 720P 时期,海思的办理方案相对付 TI的办理方案,其上风是支持了 H.264 编解码算法,而 TI 只支持了MPEG4 的编解码算法。虽然在 2008 年初,MPEG4 的劣势在市场上已经开始表示出来,但在当时这彷佛并不影响 DM355 的推广。对付最高支持的图像抓拍分辨率,海思的办理方案可以支持支持JPEG 抓拍 3M Pixels@5fps,DM355 最高可以支持 5M Pixels,虽然当时没有成功的开拓成 5M Pixel 的抓拍(内存分配得有点儿问题,后来就不折腾了),但是至少 4M Pixel 的抓拍是实现了的,而且有几个朋友已经实现了 2560x1920 这个靠近 5M Pixel 的抓拍,以是在这一点上 DM355 轻微胜出。由于在高清分辨率下,CCD 传感器非常昂贵,而 CMOS 传感器像原尺寸又做不大,导致本身在低照度下就性能欠佳的 CMOS 传感器的成像质量在高分辨率时变差,于是 TI 在 DM355 处理器内部集成了一个叫做 ISP 的图像预处理模块,它由 CCDC,IPIPE,IPIPEIF 和 H3A模块组成,能帮助实现把 CMOS 的 RAW DATA(一样平常是指 Bayer格式数据)转成 YCbCr 数据,同时实现包括白平衡调节,直方图统计,自动曝光,自动聚焦等采取 CMOS 办理方案所必须的功能,故DM355 处理器就可以无缝的对接各种图像传感器了。而海思的办理方案对付 CMOS 的选择就有局限性,它只能用 OVT 一些办理方案,由于 OVT 的部分 Sensor 集成了图像预处理功能。但是 DM355 不仅可以接 OVT 的办理方案,还可接很多其他厂家的 CMOS sensor,比如 Aptina 的 MT9P031。以是在图像预处理能力方面,DM355 连续胜出。
在 IPNC 这个领域,只要每台挣 1 个美金就可以开始跑量,以是在那个时期,很少有人会去去世抠 H.264 和 MPEG4 的性能差异,而且 TI已经给了市场一个很好的预期,支持 H.264 的 DM365 很快就会面世。以是 IPNC 这个方案而言,当时很多企业都选择了 DM355 的方案。有些朋友现在已经从 DM355 成功过渡到 DM365、DM368,虽然你有时候会骂 TI,为什么技能不搞得厉害点,在当年就一步到位,摧残浪费蹂躏了多少生产力。但是技能便是一点一点积累起来,对付个人来不得半点暗昧,对付大企业,他们也无法大跃进。DM355 的 CMOS 预处理技能也有很多 Bug,SDK 也有很多 bug,有时会让你又爱又恨,但是技能这东西总是没有十全十美的,能在特定的历史条件下,知足市场需求,那便是个好东西。当然海思的办理方案在 DVS、DVR 方面也大放异彩,一点也不逊色于 TI 的办理方案。其它芯片的选型则可以参考各芯片厂商官方网站的芯片手册,进行PK,目前大部分芯片厂商的芯片手册都是免 NDA 下载的,如果涉及到 NDA 问题,那就得看个人和公司的资源运作能力了,一样平常找一下海内相应芯片的总代理商,沟通一下,签个 NDA 还是可以要到相应资料的。每隔一周上各 IC 大厂的官方主页,关注一下芯片发展的动态这是每个电子工程师的必须课啊,这不仅为了下一个方案设计积累了足够的成本,也为公司的产品策略做足了作业。
03
芯片选购
芯片采购是电子电路设计过程中不可或缺的一个环节。一样平常情形下,在各 IC 大厂上探求的芯片,只要不是 EOL 掉的芯片,一样平常都能采购到。但是作为电子电路的设计者,很少不在芯片采购问题上栽过。常见的情形有以下几种:
1, 碰着经济危急,各 IC 厂商减产,导致芯片供货周期变长,有些IC 厂商乃至提出 20 周货期的订货条件。印象很深的 2009 年上半年订包 PTH08T240WAD,4-6 周就取到了货,可是到了 2009 年下半年,要么是 20 周货期,要么便是价格翻一番,而且数量只有几个。2, 有些芯片虽然在 datasheet 上写明了有工业级产品,但是由于市场上用量非常少,以是导致 IC 厂商生产非常少,市场供货也非常紧缺,这就让要做宽温工业级产品的企业或者军工级产品的企业付出巨大的代价。3, 有些芯片厂商的代理渠道掌握得非常严格,一些比较新的芯片在一样平常的贸易商那采购不到,只能从代理商那订。如果数量能达到一个MPQ 或者 MOQ 的哀求,一样平常代理商就会帮你采购。但是如果只是要一两个工程样品,那么就得看你和代理商的关系了,如果你刚进入这个行业的话,那很有可能你就无法从代理商这得到这个工程样片。
4, 有些芯片是有限售条件,如果芯片是对中国限售而不对亚洲限售的话,一样平常可以通过新加坡搞进来,如果芯片是对亚洲限售的话,那采购难度得大大的增加,采购的价格也会远远超出你的想象空间。先看一个芯片采购案例:之前我给一朋友推举了一个 FPGA 芯片,他后来给我发了一段谈天记录,如下:
2010-8-3 9:13:12 A B XC6SLX16-2CSG225C 订货 250.002010-8-3 9:22:10 B A 订货多久呢?2010-8-3 9:22:37 A B 2 周2010-8-13 14:22:47 A B XC6SLX16-2CSG225C 这个型号,你那天跟我定的,本来是货期两周的,但是这个型号属于敏感型号,禁运海内的,我们要第三方去代购,以是现在货期要 5 周旁边,你看能接管吗?
注:B 为芯片采购商,A 为芯片供应商回顾一下当时发生的环境:2010-8-3,B 设计好方案,确定好芯片型号后,由于芯片型号比较新,害怕芯片买不到,于是向芯片供应商 A 确定了一下芯片的货源情形,当获知价格和货期之后,B 非常高兴,非常满意地跟我说,你推举的芯片性价比真不错,等事理图设计完之后,就立时去订货。
2010-8-13,B 设计完事理图后,B 要向 A 下单时,溘然收到 A 的上述回答,于是他一下子就蒙了,由于 2 周就可以完成 PCB layout,1周就可以完成 PCB 加工生产。也就意味着 B 纵然 2010-8-13 下单,也得干等 2 周的韶光才能开始焊接调试。(末了 A 这供应商又获知这芯片是对中国禁售的,没有办法帮 B 搞定,末了 B 从其余一家芯片贸易商那花了 5 周的韶光才采购到,而且价格涨到了 450)延误 2 周可能还算是少的了,碰着其他分外情形,芯片搞不到也都是有可能的,如果是事理图设计好了之后碰着这种情形的话,那切实其实就要哭了,如果是等 PCB layout 好了之后再碰着这种情形的话,那便是欲哭无泪了。以是建议在芯片方案确定之后,就立时下单采购芯片,芯片询价时得到的价格和货期有时并不一定准确,由于 IC 行业的数据库的更新有时具有一定的滞后性,只有下单后等到供应商的条约确认,那才算尘埃落定。
04
功耗剖析与电源设计
剖析系统主芯片对纹波的哀求
由于直流稳定电源一样平常是由互换电源经整流稳压等环节而形成的,这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些互换成份,这种叠加在直流稳定量上的互换分量就称之为纹波,纹波对系统有很多负面的影响,比如纹波太大会造成主处理器芯片的重启,或者给某些AD,DA 引入噪声。
一个范例的征象便是,如果电源的纹波叠加到音频 DA 芯片的输出上,则会造成嗡嗡的杂音。下表是设计中所利用芯片对纹波的哀求,以及电源芯片能够供应的纹波范围,纹波是选择电源芯片的主要参数,这里只列举一两个芯片进行解释:芯片纹波统计表:
剖析系统主芯片的电压上电顺序哀求当今的大多数电子产品都须要利用多个电源电压。电源电压数目的增加带来了一项设计难题,即须要对电源的相对上电和断电特性进行掌握,以肃清数字系统遭受破坏或发生闭锁的可能性。一样平常这个在芯片手册中会有详细解释,建议遵守芯片手册中的哀求进行设计。剖析系统所有芯片的功耗
统计板卡上用到的所有芯片的功耗,大部分芯片的功耗在芯片手册上都有详细解释,部分芯片的功耗在手册上没有明确写明,比如 FPGA,这时候可以根据以往设计的履历值,或者事先将 FPGA 的逻辑写好,借助 EDA 工具进行统计,比如 ISE 的 Xpower Analyzer,下面的表格是一个功耗剖析的统计案例。
注:由于数据比较多,以是这里只选择了3.3V 的几个芯片作为代表进行统计。
论证选择的电源方案能否知足以上的所有哀求根据对上电顺序的哀求,纹波以及功耗的剖析,选择精确的电源方案。电源设计是一个细活,数据统计整理是一个不可短缺的工种,养成良好的设计习气,是“一板通”必需的环节。电源方案的选择,学问非常多,剖析的文章更是数不胜数。在这里只列举几个规律性的东西。在消费级产品里面,由于本钱非常敏感,散热哀求比较高,以是一样平常倾 向于 DC/DC 的解 决方案 ,而且 现在 越来越 多方向 于 Power Management Multi-Channel IC(PMIC)的办理方案。DC/DC 的一个比较大的缺陷便是纹波大,其余如果电感和电容设计不合理的话,电压就会很不稳定。
印象非常深的便是有一次用 DC/DC 给 FPGA 供电时,根据 FPGA 的Power Distribution System (PDS)剖析,加了足够多的 330uF 钽电容,结果 DC/DC 就常常出问题,以是 DC/DC 的设计一定要细心。大功率电路设计时,电感的选择也非常的关键,参考设计中很多电感型号在北京中发电子市场或者深圳赛格广场上都是买不到的,而海内市场上的替代品每每饱和电流要小于参考设计中电感的哀求值,以是建议设计时也要先买到符合哀求的电感之后,再开始做电感的 Footprint。在非消费品领域, LDO、电源模块用得相对较多,由于电源纹波小,设计大略。我初学电路的时候,当时就特怵 DC/DC 的设计,以是当时一贯用的 LDO 和电源模块,直到后来开始设计消费级产品,由于本钱的考虑,才不得不开始设计 DC/DC,不过现在 IC 设计厂商已经基本上都把 MOSFET 集成到芯片里面去了,以是 DC/DC 的设计的繁芜度也变小了。
05
设计一个得当的系统电源
对付现在一个电子系统来说,电源部分的设计也越来越主要,我想通过和大家磋商一些自己关于电源设计的心得,来个抛砖引玉,让我们在电源设计方面能够都有所深入和上进。Q1:如何来评估一个别系的电源需求Answer:对付一个实际的电子系统,要负责的剖析它的电源需求。不仅仅是关心输入电压,输出电压和电流,还要仔细考虑总的功耗,电源实现的效率,电源部分对负载变革的瞬态相应能力,关键器件对电源颠簸的容忍范围以及相应的许可的电源纹波,还有散热问题等等。功耗和效率是密切干系的,效率高了,在负载功耗相同的情形下总功耗就少,对付全体系统的功率预算就非常有利了,比拟 LDO和开关电源,开关电源的效率要高一些。同时,评估效率不仅仅是看在满负载的时候电源电路的效率,还要关注轻负载的时候效率水平。至于负载瞬态相应能力,对付一些高性能的 CPU 运用就会有严格的哀求,由于当 CPU 溘然开始运行繁重的任务时,须要的启动电流是很大的,如果电源电路相应速率不足,造成瞬间电压低落过多过低,造成 CPU 运行出错。一样平常来说,哀求的电源实际值多为标称值的+-5%,以是可以据此打算出许可的电源纹波,当然要预留余量的。散热问题对付那些大电流电源和 LDO 来说比较主要,通过打算也是可以评估是否得当的。Q2:如何选择得当的电源实现电路
Answer:根据剖析系统需求得出的详细技能指标,可以来选择得当的电源实现电路了。一样平常对付弱电部分,包括了 LDO(线性电源转换器),开关电源电容降压转换器和开关电源电感电容转换器。比较之下,LDO 设计最易实现,输出纹波小,但缺陷是效率有可能不高,发热量大,可供应的电流相较开关电源不大等等。而开关电源电路设计灵巧,效率高,但纹波大,实现比较繁芜,调试比较啰嗦等等。Q3:如何为开关电源电路选择得当的元器件和参数Answer:很多的未利用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧生理,比如担心开关电源的滋扰问题,PCB layout 问题,元器件的参数和类型选择问题等。实在只要理解了,利用一个开关电源设计还是非常方便的。一个开关电源一样平常包含有开关电源掌握器和输出两部分,有些掌握器会将 MOSFET 集成到芯片中去,这样利用就更大略了,也简化了 PCB 设计,但是设计的灵巧性就减少了一些。开关掌握器基本上便是一个闭环的反馈掌握系统,以是一样平常都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的掌握电路。因此这部分的设计在于担保精确的采样电路,还有来掌握反馈深度,由于如果反馈环相应过慢的话,对瞬态相应能力是会有很多影响的。而输出部分设计包含了输出电容,输出电感以及 MOSFET 等等,这些的选择基本上便是要知足一个性能和本钱的平衡,比如高的开关频率就可以利用小的电感值(意味着小的封装和便宜的本钱),但是高的开关频率会增加滋扰和对 MOSFET 的开关损耗,从而效率降落。利用低的开关频率带来的结果则是相反的。
对付输出电容的 ESR 和 MOSFET 的 Rds_on 参数选择也是非常关键的,小的 ESR 可以减小输出纹波,但是电容本钱会增加,好的电容会贵嘛。开关电源掌握器驱动能力也要把稳,过多的MOSFET 是不能被良好驱动的。一样平常来说,开关电源掌握器的供应商会供应详细的打算公式和利用方案供工程师借鉴的。Q4:如何调试开关电源电路Answer:有一些履历可以共享给大家1: 电源电路的输出输出通过低阻值大功率电阻接到板内,这样在不焊电阻的情形下可以先做到电源电路的先调试,避开后面电路的影响。2: 一样平常来说开关掌握器是闭环系统,如果输出恶化的情形超过了闭环可以掌握的范围,开关电源就会事情不正常,以是这种情形就须要负责检讨反馈和采样电路。特殊是如果采取了大 ESR 值的输出电容,会产生很多的电源纹波,这也会影响开关电源的事情的。接地技能的谈论Q1:为什么要接地?Answer:接地技能的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采纳的保护性方法,目的是把雷电产生的雷击电流利过避雷针引入到大地,从而起到保护建筑物的浸染。同时,接地也是保护人
身安全的一种有效手段,当某种缘故原由引起的相线(如电线绝缘不良,线路老化等)和设备外壳碰触时,设备的外壳就会有危险电压产生,由此生成的故障电流就会流经 PE 线到大地,从而起到保护浸染。随着电子通信和其它数字领域的发展,在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能知足哀求了。比如在通信系统中,大量设备之间旗子暗记的互连哀求各设备都要有一个基准‘地’作为旗子暗记的参考地。而且随着电子设备的繁芜化,旗子暗记频率越来越高,因此,在接地设计中,旗子暗记之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特殊关注,否则,接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近,高速旗子暗记的旗子暗记回流技能中也引入了 “地”的观点。Q2:接地的定义Answer: 在当代接地观点中、对付线路工程师来说,该术语的含义常日是‘线路电压的参考点’;对付系统设计师来说,它常常是机柜或机架;对电气工程师来说,它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。把稳哀求是”低阻抗”和“通路”。Q3:常见的接地符号Answer: PE,PGND,FG - 保 护 地 或 机 壳 ;BGND 或DC-RETURN-直流-48V(+24V)电源(电池)回流;GND-事情地;DGND-数字地;AGND-仿照地;LGND-防雷保护地Q4:得当的接地方式Answer: 接地有多种办法,有单点接地,多点接地以及稠浊类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一样平常来说,单点接地用于大略电路,不同功能模块之间接地区分,以及低频(f10MHz)电路时就要采取多点接地了或者多层板(完全的地平面层)。
Q5:旗子暗记回流和跨分割的先容Answer:对付一个电子旗子暗记来说,它须要探求一条最低阻抗的电流回流到地的路子,以是如何处理这个旗子暗记回流就变得非常的关键。第一,根据公式可以知道,辐射强度是和回路面积成正比的,便是说回流须要走的路径越长,形成的环越大,它对外辐射的滋扰也越大,以是,PCB 布板的时候要尽可能减小电源回路和旗子暗记回路面积。第二,对付一个高速旗子暗记来说,供应有好的旗子暗记回流可以担保它的旗子暗记质量,这是由于 PCB 上传输线的特性阻抗一样平常因此地层(或电源层)为参考来打算的,如果高速线附近有连续的地平面,这样这条线的阻抗就能保持连续,如果有段线附近没有了地参考,这样阻抗就会发生变革,不连续的阻抗从而会影响到旗子暗记的完全性。以是,布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层,或者高速线阁下并行走一两条地线,起到屏蔽和就近供应回流的功能。第三,为什么说布线的时候只管即便不要跨电源分割,这也是由于旗子暗记超过了不同电源层后,它的回流路子就会很长了,随意马虎受到滋扰。当然,不是严格哀求不能超过电源分割,对付低速的旗子暗记是可以的,由于产生的滋扰比较旗子暗记可以不予关心。对付高速旗子暗记就要负责检讨,只管即便不要超过,可以通过调度电源部分的走线。(这是针对多层板多个电源供应情形说的)
Q6:为什么要将仿照地和数字地分开,如何分开?Answer:仿照旗子暗记和数字旗子暗记都要回流到地,由于数字旗子暗记变革速率快,从而在数字地上引起的噪声就会很大,而仿照旗子暗记是须要一个干净的地参考事情的。如果仿照地和数字地混在一起,噪声就会影响到仿照旗子暗记。一样平常来说,仿照地和数字地要分开处理,然后通过细的走线连在一起,或者单点接在一起。总的思想是只管即便阻隔数字地上的噪声窜到仿照地上。当然这也不是非常严格的哀求仿照地和数字地必须分开,如果仿照部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。Q7:单板上的旗子暗记如何接地?Answer:对付一样平常器件来说,就近接地是最好的,采取了拥有完全地平面的多层板设计后,对付一样平常旗子暗记的接地就非常随意马虎了,基本原则是担保走线的连续性,减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面,等等。Q8:单板的接口器件如何接地?Answer:有些单板会有对外的输入输出接口,比如串口连接器,网口 RJ45 连接器等等,如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常事情,例如网口互连有误码,丢包等,并且会成为对外的电磁滋扰源,把板内的噪声向外发送。一样平常来说会单独分割出一块独立的接口地,与旗子暗记地的连接采取细的走线连接,可以串上 0 欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔旗子暗记地上噪音过到接口地上来。同样的,对接口地和接口电源的滤波也要负责考虑。
Q9:带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?Answer:屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是旗子暗记地上,这是由于旗子暗记地上有各种的噪声,如果屏蔽层接到了旗子暗记地上,噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外滋扰,以是设计不好的电缆线一样平常都是电磁滋扰的最大噪声输出源。当然条件是接口地也要非常的干净。
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