技术
<p><strong>共模信号与差模信号辨析</strong><br />
差模又称串模,指的是两根线之间的信号差值;而共模噪声又称对地噪声,指的是两根线分别对地的噪声。</p>
<p>对于一对信号线A、B，差模干扰相当于在A与B之间加上一个干扰电压，共模干扰相当于分别在A与地、B与地之间加上一个干扰电压;像平常看到的用双绞线传输差分信号就是为了消除共模噪声，原理很简单，两线拧在一起，受到的共模干扰电压很接近， Ua - Ub依然没什么变化，当然这是理想情况。比如，RS422/485总线就是利用差分传输信号的一种具体应用。</p>
<p>在所有的开关电源中，都有四个主要的电流回路。两个回路进行交流电流传导，这是电源开关的交流电流回路(power switch AC current loop)和输出整流的交流电流回路(output rectifier AC current loop)。电流是典型的梯形脉冲电流，具有很高的峰值电流和高di/dt。另外两个直流电流回路是输入电流回路(input current loop)和输出负载电流回路(output load current loop)，进行低频电流传导和负载供电电流。</p>
<p> PCB设计过程中，如果能提前预知可能的风险，提前进行规避，PCB设计成功率会大幅度提高。很多公司评估项目的时候会有一个PCB设计一板成功率的指标。</p>
<p> 提高一板成功率关键就在于线路板打样中信号完整性设计。目前的电子系统设计，有很多产品方案，芯片厂商都已经做好了，包括使用什么芯片，外围电路怎么搭建等等。硬件工程师很多时候几乎不需要考虑电路原理的问题，只需要自己把PCB做出来就可以了。</p>
<p>作为电源工程师，最重要的莫过于电源设计中的PCB设计了，那么要注意哪些要点呢？电源设计中PCB不可忽略的5点。</p>
<p>电源设计中仅仅就PCB设计环节来说</p>
<p><strong>1.首先是要有合理的走向</strong></p>
<p>如输入/输出，交流/直流，强/弱信号，高频/低频，高压/低压等。它们的走向应该是呈线形的(或分离)，不得相互交融。其目的是防止相互干扰。最好的走向是按直线，但一般不易实现，最不利的走向是环形，所幸的是可以设隔离带来改善。对于是直流，小信号，低电压PCB设计的要求可以低些。所以“合理”是相对的。</p>
<p><strong>运放的相位补偿</strong></p>
<p>为了让运放能够正常工作,电路中常在输入与输出之间加一相位补偿电容。</p>
<p>1， 关于补偿电容</p>
<p>理论计算有是有的，但是到了设计成熟阶段好象大部分人都是凭借以前的调试经验了，一般对于电容大小的取值要考虑到系统的频响(简单点说加的电容越大，带宽越窄)，然后就是振荡问题;如果你非要计算，可以看看运放的输入端的分布电容是多大，举个例子，负反馈放大电路就是要保证输入端的那个电阻阻值和分布电容的乘积=反馈电阻的阻值和你要加的电容的乘积......</p>
<p>2， 两个作用</p>
<p> 对于一个电子工程师来说，在单片机的电路设计中电磁干扰不仅关系了单片机在控制在中的能力和准确度，还关系到企业在行业中的竞争。对电磁干扰的设计本文主要从硬件和软件方面进行设计处理，下面就是从单片机的PCB设计到软件处理方面来介绍对电磁兼容性的处理。</p>
<p><strong> 一、影响EMC的因数</strong></p>
<p> 1．电压</p>
<p> 电源电压越高，意味着电压振幅越大，发射就更多，而低电源电压影响敏感度。</p>
<p> 2．频率</p>
<p>电路的耦合方式分为直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。</p>
<p>基本概念： 级间互连</p>
<p>一级：组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级。</p>
<p>级间耦合：级与级之间的连接称为级间耦合。</p>
<p>耦合电路往往与放大电路融为一体，不单独存在的。</p>
<p><strong>1、直接耦合</strong></p>
<p>直接耦合：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。</p>
<p>电路设计时一般需要注意以下事项：</p>
<p>1. 网络连通性，在原理图设计完成后需要对网络连通性做细致检查，防止因为书写问题导致的网络未连通情况，比如说PWR_IN与PWR-IN，可能在原理图中不明显，但却是不同的网络。</p>
<p>2. 芯片电源退耦问题，在放置电源退耦电容时，应注意退耦电容的摆放位置，在数字电路设计中，退耦电容应尽可能靠近IC放置，电源应先经过电容后到达IC，以使退耦电容发挥最大的效果。在多层设计中，应尽可能使电容和IC在同一面，避免电容经过孔连接到IC。</p>
<p>共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。</p>
<p><strong>一、输入阻抗</strong></p>
<p>输入阻抗是指一个电路输入端的等效阻抗。在输入端上加上一个电压源U，测量输入端的电流I,则输入阻抗Rin就是U/I。你可以把输入端想象成一个电阻的两端，这个电阻的阻值，就是输入阻抗。</p>
<p>PCB又被称为印刷电路板（Printed Circuit Board），它可以实现电子元器件间的线路连接和功能实现，也是电源电路设计中重要的组成部分。今天就将以本文来介绍PCB板布局布线的基本规则。</p>
<p><strong>一、元件布局基本规则</strong></p>
<p>1.按电路模块进行布局，实现同一功能的相关电路称为一个模块，电路模块中的元件应采用就近集中原则，同时数字电路和模拟电路分开;</p>
<p>2.定位孔、标准孔等非安装孔周围1.27mm内不得贴装元、器件，螺钉等安装孔周围3.5mm（对于M2.5）、4mm（对于M3）内不得贴装元器件;</p>
<p><em>作者：舒晓</em></p>
<p>有人说PCB板电路设计的思维是跟你的经验有关。</p>
<p>其实，PCB电路设计要讲经验还是有很多的，比方说高速时钟与高速信号处理。</p>
<p>当空间有余的情况下，在两条平行线之间加一条地线，用来防治信号串扰；每一个同步芯片都应该具有自己独立的时钟驱动，而不用双向驱动芯片是为了避免引起时钟相位抖动。</p>
<p>包地处理：在两个相邻的GND层中间或者是GND跟Power中间布置，并且在信号线的周边用地线GND加以保护。</p>
<p>印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系，这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。</p>
<p><strong>1.电源线设计</strong></p>
<p>根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。</p>
<p><strong>2.地线设计</strong></p>
<p>地线设计的原则是：</p>
<p>开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫： </p>
<p> 1、储能电感。储能电感在工作频率下的Q值越大越好，很多人只注意到电感量，其实Q值的影响要大得多，电感量只要满足要求允许在很大范围内波动。 </p>
<p> 2、滤波电容。滤波电容的ESR和ESL是非常重要的参数，越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满足足够低的ESR和ESL的前提下，容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合，纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解（低ESL型）配合。 </p>
<p>开关电源中，要想使输出的电压稳定，就得想办法调整开关电路的占空比大小来解决，即改变开关脉冲的占空比大小，也就是去调整开关电路中开关管的导通时间的长短比例，因为其它条件已确定，基本上不能再改变，而开关管导通时间的长短，决定了后面输出电压的高低。假如开关管的导通时间越长，即占空比加大了，开关变压器初级绕组中的电流线性上升的时间就越长，电流也就越大，变压器储存的磁能就越多，磁能转换成的电能就越多，次级感应的电压就越高，反之, 开关管导通的时间越短，即占空比减小了，开关变压器初级绕组中的电流线性上升的时间就越短，电流也就越小，变压器储能就会越少，磁能转换成的电能就越少，次级感应的电压就越低。</p>
<p>在设计中，布局是一个重要的环节。布局结果的好坏将直接影响布线的效果，因此可以这样认为，合理的布局是PCB设计成功的第一步。</p>
<p>布局的方式分两种，一种是交互式布局，另一种是自动布局，一般是在自动布局的基础上用交互式布局进行调整。在布局时还可根据走线的情况对门电路进行再分配，将两个门电路进行交换，使其成为便于布线的最佳布局。</p>
<p>在布局完成后，还可对设计文件及有关信息进行返回标注于原理图，使得PCB板中的有关信息与原理图相一致，以便在今后的建档、更改设计能同步起来, 同时对模拟的有关信息进行更新，使得能对电路的电气性能及功能进行板级验证。</p>
<p> 复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路设备，它的操作原理与计算器有着异曲同工之妙，只是启动原理和手段有所不同。复位电路，就是利用它把电路恢复到起始状态。就像计算器的清零按钮的作用一样，以便回到原始状态，重新进行计算。</p>
<p> 和计算器清零按钮有所不同的是，复位电路启动的手段有所不同。一是在给电路通电时马上进行复位操作；二是在必要时可以由手动操作；三是根据程序或者电路运行的需要自动地进行。复位电路都是比较简单的大都是只有电阻和电容组合就可以办到了，再复杂点就有三极管等配合程序来进行了。</p>
<p> 复位电路中电容的作用：</p>
<p>特性阻抗又称“特征阻抗”，它不是直流电阻，属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流。</p>
<p>如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个电流I，而如果信号的输出电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一个电阻，大小为V/I，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗Z。</p>
<p>信号在传输的过程中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。</p>
<p>影响特性阻抗的因素有：介电常数、介质厚度、线宽、铜箔厚度。</p>
<p>在电路系统设计中，我们经常会遇到这样的事情，一个电路其程序明明是完完整整的从书上抄下来，试验运行结果却不正确，这是为什么呢，原因就在干扰，我们在进行电子电路和程序设计的过程中一定要做好抗干扰措施。</p>
<p>形成干扰的基本要素有三个：</p>
<p>(1)干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。</p>
<p>(2)传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。</p>
