常用电子电路设计.pptx

常用电子电路设计 馬駿2014 7 目录 常用电源设计振荡电路设计通用运放设计常用开关驱动 常用单片机系统电源分类 线性电源传统三端稳压器 7805 7812等低压差线性电源 LowDropOutvoltageregulator 直流开关电源 DC DC升压型 Step up Boost降压型 Step down Buck升降压型 自适应电荷泵 ChargePump逆变电源 DC AC EL冷光片 12 31 2019 线性稳压器基本工作原理 原理框图 12 31 2019 调整管Q 传统三端 PNP LDO PMOS 线性电源应用 单一电压输出 固定输出模式 可调整输出模式 12 31 2019 线性电源应用 双电源输出 单一稳压源模式 双稳压源模式 12 31 2019 传统三端稳压器与LDO的比较 传统三端稳压器与LDO 12 31 2019 线性稳压源器件选择 器件选择的注意点VIN VOUT端电压及纹波功耗 最大功率 静态电流器件选择注意事项电容耐压值铝电解 最小1 7倍工作电压 交流取有效值 可适当提高到2倍钽电容 2倍峰值电压反馈电流设计 5 10Iq 12 31 2019 PCB布板要求 输入与输出隔离 Cin Cout IC三者GND直接相连 电流流向Vin Cin IC Cout Vout 12 31 2019 Good 不足 PCB布板要求 散热 P Vin Vout Iout输入6V 输出4V 最大电流500mA 则三端稳压器上最大散热会达到1W设计散热通道 热源四周有充足的散热空间 勿放置在边角 散热PAD 80 热能通过ThermalPAD传导 直接与大面积铺铜相连过孔是良好的散热通道 把热量传导到其他层面借助外力 散热片 导热胶等等 12 31 2019 直流开关电源 升压型 Boost DC DC基本原理 12 31 2019 K1 K2 A B K1 K2 A B DC DCBoost实例 12 31 2019 TILMR62014 BoostDC DC典型应用电路 12 31 2019 开关MOS管 IC内置L1 储能电感 Powerchoke D1 即K2 防止反向C2 储能电容 降压型 Stepdown Buck DC DC 12 31 2019 降压型DC DC基本工作原理 MOSFET 开关 内置L 储能电感Cout 储能电容Diode 环路回流 内置 Buck典型应用电路及效率图 12 31 2019 DC DC元件选型 DC DCIC 根据不同应用进行选型标称效率应在90 以上 实测效率 80 外围电路简单 MOS Diode内置SoftStart功能 减小启动时InrushCurrent串联二极管正向压降小 肖特基二极管 锗管正向平均电流反向恢复时间 Trr 远低于开关振荡周期 12 31 2019 DC DC元件选型 储能电感 指定电感量 等效阻抗小 Q值高 最大工作电流工作频率封装 Shielded方式EMC兼容性佳储能电容 LowESR 提升效率 12 31 2019 PCB设计 12 31 2019 PCB设计 布局紧凑 走线粗短 阻抗小 电流大 开关电路屏蔽和隔离反馈取样端与开关电路部分隔离尽可能多的铺铜做散热和屏蔽 实例 12 31 2019 PCB设计 12 31 2019 电荷泵 ChargePump 12 31 2019 Cycle1 Cx充电 V Cx Vin Cycle2 输出 Vout Vin V Cx 2Vin 电荷泵基本工作原理 电荷泵典型应用电路 特点 Vout通常在Vin2 3倍Iout供电能力不高 100mA 元件选型 Cx LowESR X7R 容量根据ICDatasheet选型Cin 2CxCout 10 50CxPCB设计Cx靠近IC 走线短而粗 12 31 2019 DC DC稳压电源比较表 12 31 2019 晶体振荡电路 晶振的作用 为系统提供基本时钟信号晶振种类 谐振器 Resonator石英晶体振荡器 Crystal压控振荡器 VCXO温度补偿振荡器 TCXO其他 OXCO 恒温 VCTCXO 压控温度补偿 etc 晶振的几个重要参数 频率 频率偏移 常以ppm为单位负载电容 CL 串联等效阻抗 ESR 12 31 2019 晶体振荡电路 典型晶体振荡电路Rf 内部反馈电阻CL1 2 负载电容Cs 寄生电容Rext 外部限流电阻负载电容计算晶振规格书CL标称值推荐NP0或X7R 5 MLCC 12 31 2019 晶体振荡电路PCB设计 晶体振荡电路是单片机系统的关键组成部分 是敏感电路 也是噪声源独立布局 走线要短附近要避免高频 高噪 敏感信号使用地线做隔离屏蔽 12 31 2019 PCB走线的分布电容 12 31 2019 一根20mm长 0 2mm宽 0 2mm间隔的走线 在FR4板上的分布电容约为 PCB过孔的分布电容 12 31 2019 一个 D1 0 6mmViaPad 铺铜间隔 D2 1 0mm 在1 6mmFR4PCB上的寄生电容是 晶体振荡电路PCB设计 12 31 2019 距离较远 两次穿孔走线穿越太多其他信号线无隔离 通用运算放大电路 通用运放电路特性 开环增益 DCvoltageGain 80dB 10000倍 输入电阻 InputImpedance M 级输入偏置电流 InputBiasCurrent 极小 nA级共模抑制比 CMRR 60 80dB电源噪音抑制比 PSRR 60dB运放电路的分析方法虚短 运放处于线性区时 两个输入端电位相等 Vin Vin 虚断 运放处于线性区时 两个输入端视为等效开路I I 0 12 31 2019 反相 同相放大电路 12 31 2019 反相比例放大电路 加法器 减法器 R1 R4 R2 R3 12 31 2019 差分放大电路 混音电路 同相比例放大电路 12 31 2019 差分放大电路 12 31 2019 传递函数推算过程 低通滤波器 12 31 2019 反相 同相 高通滤波器 12 31 2019 运放的选择 使用范围电源电压输入 输出信号范围 NormalorRail to Rail 12 31 2019 运放的选择 频率特性 OnsemiLM324 12 31 2019 运放的选择 其他指标 12 31 2019 运放电路的设计 电路 注意平衡 可有效抑制干扰单级放大倍数不宜过高增益越高 精密度和稳定度越差多级放大 前级10倍左右 主放大器50左右 不要超过100倍微小信号放大 10倍左右PCB设计 电源 滤波电容靠近运放 走向电源 电容 运放布局 走线短 输入端小信号走线需更加小心 布局无法克服的 输入信号要并排走 作为共模输入信号模拟电路 需做相应隔离 12 31 2019 开关驱动电路 用单片机输出的小信号来控制大功率器件马达继电器LED背光灯 12 31 2019 开关驱动电路设计 供电 稳压源供电 电源 负载电流驱动能力电池供电 确认工作电压范围 如碱性电池是0 9V 1 5V三极管 集电极电流驱动能力 Ic放大倍数 hFE 饱和压降 Vce开关速度 12 31 2019 开关驱动电路设计 二极管 作用 电感线圈的泄放通路反向耐压值 正向电流电阻 计算三极管基极电流 注意功率电容 滤除可能产生的杂波隐患I O选择 注意上电初始状态输出H L电平范围 12 31 2019 举例 充气泵 三极管 12 31 2019 举例 MCU 默认为Input的I O 高阻态电池端 4节碱性电池3 6 6V 需设计电池电压侦测电路 由软件控制最低使用电压不低于 3 6 0 25 3 85V电阻选择 Vr min 3 3 0 4 1 1 1 8VIr min 410 100 4 1mAR 1 8 4 1 439 可用430 推荐390 最大功率 3 3 0 83 2 390 0 0156W390 5 0603 0 1W 12 31 2019 附录 12 31 2019 电阻 12 31 2019 常用电阻类型比较 12 31 2019 电阻特性比较 贴片式 12 31 2019 电阻特性比较 引线式 12 31 2019 电阻的选型 精度要求常用的厚膜电阻为5 1 以下用薄膜电阻不建议设计高于0 1 精度要求 环境变化难以控制 温漂低温漂的选用薄膜电阻 金属皮膜电阻 一般碳膜与陶瓷电阻温度系数为负值功率功率取决于封装设计时应降额80 12 31 2019 无极性电容 MLCC 贴片MLCC类型 12 31 2019 有极性电容 铝电解 铝电解电容 铝电解电容是由铝圆筒做负极 里面装有液体电解质 插入一片弯曲的铝带做正极制成 还需要经过直流电压处理 使正极片上形成一层氧化膜做介质 它的特点是容量大 但是漏电大 稳定性差 有正负极性 适宜用于电源滤波或者低频电路中 使用的时候 正负极不要接反在滤波电路中 电容的耐压值不要小于交流有效值的1 42倍 另外还要注意的一个问题是工作电压裕量 一般来说要在15 以上寿命 首先要明确一点 铝电解电容一定会坏 只是时间问题 影响电容寿命的原因有很多 过电压 逆电压 高温 急速充放电等等 正常使用的情况下 最大的影响就是温度 因为温度越高电解液的挥发损耗越快 12 31 2019 有极性电容 钽电解 钽电容 电解电容的一种 使用金属钽做介质 由于电容内部没有电解液 很适合在高温下工作 在钽电容器工作过程中 具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点所在的性能 使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力 而不致遭到连续的累积性破坏 这种独特自愈性能 保证了其长寿命和可靠性的优势 钽电容的性能优异 是电容器中体积小而又能达到较大电容量的产品 在电源滤波 交流旁路等用途上少有竞争对手一般工业领域 工作电压选择耐压值的50 针对小型化要求较高的场合 也要保留60 70 耐压余量 12 31 2019 常用电感 引线式式电感 按有无铁心 空心线圈 磁心线圈按绕线型式 单层线圈 多层线圈 蜂房式线圈按工作性质 振荡线圈 扼流线圈 陷波线圈等 12 31 2019 常用电感 贴片式电感 绕线型 电感范围广 精度高 损耗小 Q值大 容许电流大叠层型 小型化 磁屏蔽好 可靠性好 Q值小 感量小薄膜片式 微波频段保持高Q值 高精度 高稳定型编织型 1MHz以