常用電子電路設計

常用電子電路設計馬駿2014.7目錄常用電源設計振蕩電路設計通用運放設計常用開關驅動常用單片機系統(tǒng)電源分類線性電源傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓器：7805，7812等低壓差線性電源(LowDropOutvoltageregulator)直流開關電源：DC-DC升壓型：Step-up，Boost降壓型：Step-down，Buck升降壓型：自適應電荷泵：ChargePump逆變電源(DC-AC)：EL冷光片1/11/2023線性穩(wěn)壓器基本工作原理原理框圖1/11/2023調整管Q：--傳統(tǒng)三端：PNP--LDO：PMOS線性電源應用—單一電壓輸出固定輸出模式可調整輸出模式1/11/2023線性電源應用—雙電源輸出單一穩(wěn)壓源模式雙穩(wěn)壓源模式1/11/2023傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓器與LDO的比較傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓器與LDO

傳統(tǒng)三端穩(wěn)壓器LM7805LDOCE6201輸入電壓范圍最高35V12V抗噪能力73dB(FairchildLM7805)63dB(LP2981),45dB(LP2985)輸入/輸出壓差高(Typ.2V)低(最低150mV)功耗大(>2W)小(250~500mW)輸出精度±2%~

±4%±1%~

±2%靜態(tài)耗電5毫安5微安適用場合①使用市電為供電電源的產(chǎn)品，在變壓器經(jīng)整流電路后第一級電壓調整

②大功率電壓調整

③對調整效率要求不高①使用電池為供電電源的產(chǎn)品

②小功率電壓調整

③多路電源分離

④調整效率有一定要求1/11/2023線性穩(wěn)壓源器件選擇器件選擇的注意點VIN/VOUT端電壓及紋波功耗：最大功率，靜態(tài)電流器件選擇注意事項電容耐壓值鋁電解：最小1.7倍工作電壓(交流取有效值)，可適當提高到2倍鉭電容：2倍峰值電壓反饋電流設計：>5~10Iq1/11/2023PCB布板要求①輸入與輸出隔離②Cin，Cout，IC三者GND直接相連③電流流向VinCinICCoutVout1/11/2023②Good①,③不足PCB布板要求散熱：P=(Vin–Vout)*Iout輸入6V，輸出4V，最大電流500mA，則三端穩(wěn)壓器上最大散熱會達到1W設計散熱通道：熱源四周有充足的散熱空間(勿放置在邊角)散熱PAD(80%熱能通過ThermalPAD傳導)直接與大面積鋪銅相連過孔是良好的散熱通道，把熱量傳導到其他層面借助外力：散熱片，導熱膠等等1/11/2023直流開關電源升壓型(Boost)DC-DC基本原理1/11/2023K1K2ABK1K2ABDC-DCBoost實例1/11/2023TILMR62014BoostDC-DC典型應用電路1/11/2023開關MOS管：IC內置L1：儲能電感(Powerchoke)D1：(即K2)防止反向C2：儲能電容降壓型(Stepdown/Buck)DC-DC1/11/2023降壓型DC-DC基本工作原理MOSFET：開關，內置L：儲能電感Cout：儲能電容Diode：環(huán)路回流，內置Buck典型應用電路及效率圖1/11/2023DC-DC元件選型DC-DCIC：根據(jù)不同應用進行選型標稱效率應在90%以上，實測效率>80%外圍電路簡單：MOS，Diode內置SoftStart功能：減小啟動時InrushCurrent串聯(lián)二極管正向壓降小：肖特基二極管，鍺管正向平均電流反向恢復時間(Trr)：遠低于開關振蕩周期1/11/2023DC-DC元件選型儲能電感：指定電感量：等效阻抗小(Q值高)最大工作電流工作頻率封裝：Shielded方式EMC兼容性佳儲能電容：LowESR：提升效率1/11/2023PCB設計1/11/2023PCB設計：布局緊湊，走線粗短(阻抗小，電流大)開關電路屏蔽和隔離反饋取樣端與開關電路部分隔離盡可能多的鋪銅做散熱和屏蔽實例1/11/2023PCB設計1/11/2023電荷泵(ChargePump)1/11/2023Cycle1:Cx充電，V(Cx)=VinCycle2:輸出，Vout=Vin+V(Cx)=2Vin電荷泵基本工作原理電荷泵典型應用電路特點：Vout通常在Vin2~3倍Iout供電能力不高(<100mA)元件選型：Cx:LowESR(X7R)，容量根據(jù)ICDatasheet選型Cin:≥2CxCout:≥10~50CxPCB設計Cx靠近IC，走線短而粗

1/11/2023DC-DC穩(wěn)壓電源比較表

LDODC-DCChargePump功能降壓升/降壓升壓輸出紋波小大中等效率較低高較高成本低高較高適用場合壓差小，輸出電流較小(功率小)，紋波小壓差大，效率要求高2~3倍壓，小電流1/11/2023晶體振蕩電路晶振的作用：為系統(tǒng)提供基本時鐘信號晶振種類：諧振器:Resonator石英晶體振蕩器:Crystal壓控振蕩器:VCXO溫度補償振蕩器:TCXO其他:OXCO(恒溫),VCTCXO(壓控溫度補償)etc.

晶振的幾個重要參數(shù)：頻率：頻率偏移：常以ppm為單位負載電容(CL)串聯(lián)等效阻抗(ESR)1/11/2023晶體振蕩電路典型晶體振蕩電路Rf：內部反饋電阻CL1/2：負載電容Cs：寄生電容Rext：外部限流電阻負載電容計算晶振規(guī)格書CL標稱值推薦NP0或X7R,±5%MLCC1/11/2023晶體振蕩電路PCB設計晶體振蕩電路是單片機系統(tǒng)的關鍵組成部分，是敏感電路，也是噪聲源獨立布局，走線要短附近要避免高頻，高噪，敏感信號使用地線做隔離屏蔽1/11/2023PCB走線的分布電容1/11/2023一根20mm長，0.2mm寬，0.2mm間隔的走線，在FR4板上的分布電容約為：PCB過孔的分布電容1/11/2023一個(D1)0.6mmViaPad，鋪銅間隔(D2)1.0mm，在1.6mmFR4PCB上的寄生電容是：D2D1T晶體振蕩電路PCB設計1/11/2023距離較遠，兩次穿孔走線穿越太多其他信號線無隔離通用運算放大電路通用運放電路特性：開環(huán)增益(DCvoltageGain)：>80dB(10000倍)輸入電阻(InputImpedance):MΩ級輸入偏置電流(InputBiasCurrent):極小，nA級共模抑制比(CMRR)：60~80dB電源噪音抑制比(PSRR)：>60dB運放電路的分析方法虛短：運放處于線性區(qū)時，兩個輸入端電位相等，Vin-=Vin+虛斷：運放處于線性區(qū)時，兩個輸入端視為等效開路I-=I+=01/11/2023反相/同相放大電路1/11/2023反相比例放大電路加法器減法器(R1=R4,R2=R3)1/11/2023差分放大電路混音電路同相比例放大電路1/11/2023差分放大電路1/11/2023傳遞函數(shù)推算過程低通濾波器1/11/2023反相同相高通濾波器1/11/2023運放的選擇使用范圍電源電壓輸入/輸出信號范圍：NormalorRail-to-Rail1/11/2023運放的選擇頻率特性(OnsemiLM324)1/11/2023運放的選擇其他指標1/11/2023運放電路的設計電路：注意平衡，可有效抑制干擾單級放大倍數(shù)不宜過高

增益越高，精密度和穩(wěn)定度越差多級放大：前級10倍左右，主放大器50左右，不要超過100倍微小信號放大：10倍左右PCB設計：電源：濾波電容靠近運放，走向電源電容運放布局：走線短，輸入端小信號走線需更加小心；布局無法克服的，輸入信號要并排走，作為共模輸入信號

模擬電路，需做相應隔離1/11/2023開關驅動電路用單片機輸出的小信號來控制大功率器件馬達繼電器LED背光燈1/11/2023開關驅動電路設計供電：穩(wěn)壓源供電：電源/負載電流驅動能力電池供電：確認工作電壓范圍，如堿性電池是0.9V~1.5V三極管：集電極電流驅動能力：Ic放大倍數(shù)(hFE)飽和壓降：Vce開關速度1/11/2023開關驅動電路設計二極管：作用：電感線圈的泄放通路反向耐壓值，正向電流電阻：計算三極管基極電流，注意功率電容：濾除可能產(chǎn)生的雜波隱患I/O選擇：注意上電初始狀態(tài)

輸出H/L電平范圍1/11/2023舉例充氣泵：三極管：1/11/2023舉例MCU：默認為Input的I/O：高阻態(tài)電池端：4節(jié)堿性電池3.6~6V，需設計電池電壓偵測電路，由軟件控制最低使用電壓不低于：3.6+0.25=3.85V電阻選擇：Vr(min)=(3.3-0.4)-1.1=1.8VIr(min)=410/100=4.1mAR=1.8/4.1=439Ω(可用430Ω，推薦390Ω)最大功率：(3.3-0.83)^2/390=0.0156W390Ω,5%/0603/0.1W1/11/2023附錄1/11/2023電阻1/11/2023常用電阻類型比較

厚膜電阻薄膜電阻碳膜電阻金屬氧化膜阻值范圍SMD:1~22MΩ

DIP:1~10GΩ10~1MΩ1~22MΩ窄，最大幾百K溫度特性±100~±350ppm±5~±200ppm-1300~350ppm±200~±300ppm精度一般5%,最好0.5%一般1%，最好0.05%5%~20%一般1%可靠性良好的耐沖擊能力耐濕性不好，易氧化，抗沖擊力差耐濕性不好

易氧化耐濕性好，不易氧化，高溫下穩(wěn)定，耐熱沖擊價格十分便宜昂貴便宜昂貴功率一般小于1W一般小于1W一般小于2W功率高，可達數(shù)百W1/11/2023電阻特性比較貼片式1/11/2023電阻特性比較引線式1/11/2023電阻的選型精度要求常用的厚膜電阻為5%，1%以下用薄膜電阻不建議設計高于0.1%精度要求(環(huán)境變化難以控制)溫漂低溫漂的選用薄膜電阻(金屬皮膜電阻)一般碳膜與陶瓷電阻溫度系數(shù)為負值功率功率取決于封裝設計時應降額80%1/11/2023無極性電容：MLCC貼片MLCC類型：1/11/2023

C0G(NPO)X7RY5V介質特性稀有金屬(銣，釤等)氧化物電氣性能穩(wěn)定的二類陶瓷介電常數(shù)高的二類陶瓷溫度特性-55℃~125℃:

±30ppm/℃-55℃~125℃：

±15%-30℃~85℃：

22%~-82%容量變化可忽略不計10年變化約5%隨溫度變化明顯特點電容量和介質損耗最穩(wěn)定；相同尺寸下容量小溫度穩(wěn)定型，相同體積下容量較大在較小物理尺寸上得到最大容量使用場合高頻電路耦合，振蕩器等要求不高的工業(yè)場合對容量，損耗要求不高的場合有極性電容：鋁電解鋁電解電容：鋁電解電容是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成。還需要經(jīng)過直流電壓處理，使正極片上形成一層氧化膜做介質。它的特點是容量大，但是漏電大，穩(wěn)定性差，有正負極性，適宜用于電源濾波或者低頻電路中。使用的時候，正負極不要接反在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個問題是工作電壓裕量，一般來說要在15%以上壽命：首先要明確一點，鋁電解電容一定會壞，只是時間問題。影響電容壽命的原因有很多，過電壓，逆電壓，高溫，急速充放電等等，正常使用的情況下，最大的影響就是溫度，因為溫度越高電解液的揮發(fā)損耗越快。1/11/2023有極性電容：鉭電解鉭電容：電解電容的一種，使用金屬鉭做介質。由于電容內部沒有電解液，很適合在高溫下工作。在鉭電容器工作過程中，具有自動修補或隔絕氧化膜中的疵點所在的性能，使氧化膜介