原创电路的正向设计

 2010-1-17 21:50  4304 8 11 分类: 模拟

电路的正向设计还是很麻烦的，这里再次节选自己写的草稿，兄弟们看后可提点意见，第一次写尚在琢磨阶段：

推导部分略。
在无法得知参数的时候，需要把计算过程简化，从而得出参数的范围，选取可行的参数后进行验证，因此下面的设计分为两部分，第一部分是通过简化因素的办法得出每个参数的大致范围，第二个部分根据选取的值进行验证，得出复杂环境下最恶劣的工况。
上拉电阻Rp可首先进行估算，忽略所有微小的因素可得湿电流的计算公式为：

由于湿电流要在9V电压下达到1mA以上，因此我们在选取V.batt=9V，V.r_dp=1.2V，V.sw_dp=0.3V，U.giff=1V，注意以上参数的选值是在低温条件下，三极管和二极管的压降会很大，通过上面的代入可粗略得出R.p的最大值为6.4 KΩ。
另外一个限制因素是电阻的功耗，计算公式为：

元件的参数在高温下变化，容易取到极限值，此时V.batt=16V，V.r_dp=0.4V，V.sw_dp=0V，U.giff=-1V，由前面的章节我们知道贴片电阻的散热公式，我们并不希望电阻封装，选择1210是我们的极限，1210封装的散热能力为1/3W，在高温85度下，有一定的散失，计算公式为b=【1-（85-70）/（135-70）】，135度是我们设计的最高温度，防止电阻在正常的工作电压下就达到很高的结温，因此我们可以得到最大容许功耗为0.256W。将此数值代入功耗公式，可得出电阻的最小值为0.864 Kohm。
电阻是有标准值的，从以上两个值中需要选取一个合适的数值，当然需要考虑电阻精度的影响。我们从E-24（精度5%）的表中选取：1KΩ,1.1KΩ, 1.2KΩ,1.3KΩ ,1.5KΩ,1.6KΩ,1.8KΩ,2KΩ,2.2KΩ,2.4KΩ,2.7KΩ,3KΩ,3.2KΩ,3.3KΩ,3.6KΩ.3.9KΩ,4.3KΩ,4.7KΩ,5.1KΩ,5.6KΩ。0.9KΩ和6.2KΩ因为精度的原因都不符合，因此以上一组选项可实现我们的设计，我们这里选用3.3KΩ的电阻来进行我们的分析。
接下来是分压电阻的选取和电阻比的计算，这个也可以进行估算，然后进行验证。对电阻比的计算可由两个式子联立得出：

对于V.IH_min和V.IL_max的取值以0.7×Vdd，0.3×Vdd，由于5V系统有波动，一般波动为1～2%，因此得出阈值为3.43V和1.53V。代入以上的数值可得分压比的范围
选V.batt=9V，V.r_dp=1.2V，V.sw_dp=0.3V，V.IH_min=3.43V，可得出β≥0.84才能符合要求，当特殊的设计需要在很低电压工作时，β随即相应变大。为了保持一定的余量，一般选取1.4以上保证V.batt=7.5V时候，电路也能够工作。
选V.batt=16V，V.r_dp=0.4V，V.sw_dp=0V，V.IL_max=1.53V, R.p=3.3K*0.92可得端口电压最大等于1.497，β任何取值都可满足。
电阻的选择实际上是在选取一定电阻比下进行的，我们知道单片机的注入电流的算法为：

选取V.batt=16V，V.r_dp=0.4V，V.sw_dp=0V，V.clamped一般为供电电源加上嵌位二极管的压降0.3V，因此V.clamped=5.2V，β=1.5，我们设计注入电流最多为1mA，则可得出R.vd1最小值为6.9K，实际上如果有很多路低有效电路待机工作，这个采用这组数值就会引起很大的电流注入至5V系统上。因此我们设计注入电流降低十倍，设计为100uA，所以Rvd1的最小值设计为69K。同时我们设计的时候电阻不能太大，当开关有效的时候，滤波电容上的电荷需要从Rvd2的通路泄放出来，当开关断开的时候，从电阻Rvd2给Cf2充电，因此电阻不能取太大。下面的式子为充放电时间常数：

一般的设计的时间常数为5ms，Cf2的通常取值为10nF，因此可得Rvd1最大值为300K，而在此区间内可选的值为75 KΩ, 82 KΩ,91 KΩ, 100 KΩ, 110 KΩ, 120 KΩ, 130 KΩ, 150 KΩ，160KΩ, 180KΩ, 200KΩ, 220KΩ, 240KΩ, 270KΩ，如果电阻选择为1.5，则比较合适的电阻对为Rvd1=100KΩ，Rvd2=150KΩ；或者Rvd1=200KΩ，Rvd2=300KΩ。
验证部分略。

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