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0Ω电阻的过流能力有多大？
0Ω电阻到底能过多大电流？这个问题想必每位硬件工程师都查过。而与之相关的还有一个问题，那就是0Ω电阻的阻值到底有多大？ 这两个问题本来是很简单的，答案应该也是很明确的，但网上网友却给出了不尽相同的答案。有的人说0Ω电阻是50mΩ，还有的人说其实只有20mΩ；有的人说只能过1A电流，还有的人说可以过1.5A…… 那么，到底是多大呢？下面，我们一步一步来看。 10Ω电阻阻值大小 针对这两个问题，我专门查了一下电阻的标准。根据EN60115-2电阻标准文件记载，0Ω电阻的阻值是0Ω，但也会有偏差。0Ω最大电阻偏差有三种可以选择，分别为10mΩ、20mΩ和50mΩ。 也就是说，0Ω电阻偏差可以允许有多种偏差，这主要看电阻厂商做的是哪种了。 我下载了几大品牌的，比如罗姆、国巨、光颉的普通0Ω电阻规格书查看了一下，发现它们标注的0Ω电阻，最大阻值都是50mΩ。 由此可以得出结论：常用的普通0Ω电阻的阻值最大不超过50mΩ。 20Ω电阻的过流能力 网上还有一种观点，认为0Ω电阻的电流是根据功率算出来的，电阻按照50mΩ来算。这样的话，0805的电阻功率一般为1/8W，算出额定电流应该是1.58A。但是，我查看规格书发现，罗姆、国巨、光颉这几大品牌的都是2A，与计算出来的有些出入。 罗姆、国巨、光颉三大厂家的普通0Ω电阻额定电流如下： 从上图可以看出，三大厂家的0Ω电阻的额定电流还是略有差别的。我建议综合各家的、按照最小值来选，这样就不论什么品牌，都不会超出规格设计了。 额定电流综合之后的表格如下： 我们看到，常规的电阻的电流都不大，按照综合后的最小值来选的话，最大的也就2A。如果设计电路时发现，我要用3A或4A的0Ω电阻，那该怎么办呢？其实很简单，可以用2个0Ω电阻并联起来就行了。 说到这里，可能大家会觉得奇怪，怎么有的封装变大了，但过流并没有增加呢？例如，0805和1206都是2A，在这里应该是额定电流虽然没有增加，但瞬间电流应该是能过更大了。如果你打开国巨的电阻规格书，就会发现它写了两个参数，一个是额定电流，另一个是最大电流。额定电流都是2A，但最大电流0805是5A，1206是10A。 注：Jumper就是0Ω电阻（标准文件就是这么写的，如下图所示）。 3特殊大额定电流的0Ω电阻 如果是更大的电流，也是电阻可选的。不过，这些电阻就不常规了，比如这个罗姆的超低阻值电阻，最大阻值0.5mΩ，小了100倍，额定电流更是达到了20A+，但是价格比较贵，要好几毛钱，而普通电阻一分钱能买好几个。 4巧用0Ω电阻设计PCB板 许多硬件初学者看到PCB板上用到0Ω电阻时，往往就会一脸懵圈，他们经常会问：既然这玩意儿里面啥也没有，干嘛还要用它？ 其实，0Ω电阻的用处可大了，如果用好它，可以极大地方便PCB板的设计和调试。下面，我们就来简单说说0Ω电阻的作用。 例如，老板出于成本的考虑，让你设计一个单面板，也就是说，元器件的安装及走线都只能在一面，你最头疼的是有些线实在走不过去，必须跨线连接，打俩孔用跳线？如果在研发的时候，这种方法还是可以的，但有一天你的设计变成了产品，需要大批量生产，机器折腾起跳线来要比放置一个电阻麻烦的多，这时候0Ω电阻就能帮你大忙了！根据你的空间，可以选用0805、0603或0402的电阻。 1、调试时的前后级隔离 如果你的设计是新的，对PCB板上很多部分的功能以及能够实现的性能还不确定，拿回板子来将会面临一场惊心动魄的调试，debug的一个重要原则就是把问题限定在最小的范围内，因此多块电路之间的隔离就非常重要。 在调试A电路时，你不希望B电路的工作影响到你的调试，那么最好的方式就是断掉它们之间的连接，而0Ω电阻就是一个最好的隔离方式！ 调试的时候不焊接，等调试完成确认这部分电路没问题了，就可以将0Ω电阻安装上。当然，在最终的产品中可以彻底去掉。 2、测试电流用 如果你想测试某一路的电流大小，一种方式是通过电压表测量该通路上某电阻两端的电压（确保电压表的内阻不要影响到测量的精度），通过欧姆定律就可以计算出该路的电流。 另一种方式就是直接将电流表串在该回路上，因此在该电路上可以放置一个0Ω电阻，测量电流的时候用电流表两端代替该电阻，等测量完毕就能将该电阻安装上了。 3、给自己调试带来灵活性 可以预留各种可能性，根据实际的需要进行选装不同的电阻，它可以替代掉跳线，避免了跳线的钻孔、安装占用比较大的空间，而且跳线也会引起高频干扰。 比如，PCB板上设计有低通滤波器，如果发现最终不需要或者一开始调试的时候没时间调试低通滤波器，但又必须让信号流通过去，可以用0Ω电阻来代替原来设计中的电阻/电感，而不安装电容。在匹配电路参数不确定时，以0Ω电阻代替，实际调试的时候确定参数再以具体的数值的元器件来代替。 4、用于信号完整性的模拟地和数字地的单点连接 有人说0Ω电阻跟没有一样，干嘛不直接连接上？想象一下，如果你在电路原理图里没有这个0Ω电阻，做PCB Layout的时候就可能忽略这个单点连接的原则，CAD软件也会乱连在一起，达不到你单点连接的初衷。 当然，单点连接的时候也可以用磁珠，但我个人的观点是连接点的位置选择好的话，磁珠除了比电阻贵之外，没有什么好处。在实际的操作中，你可以用比较小的封装的0Ω电阻，比如0402和0201，焊接的时候直接用烙铁将两端搭接在一起就可以，这样连电阻也省了。 5、增加被逆向工程的难度 如果你在电路上放置多个不同颜色、不同封装、没有阻值标记的0Ω电阻，不影响电路的工作性能，但却可以让抄你板子的人瞬间抓狂。 PCB板上支持不同的配置，有的版本可能有部分电路不安装，可以用它来隔离不安装的电路部分，比如iPhone中有WiFi版本和WiFi+3G版本的，用的实际上是一个设计。 怎么样？这个0Ω电阻的作用很大吧！在以后的项目中大家慢慢体会吧，很多时候灵活应用它，会让你很多头疼的问题都能迎刃而解。
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Altium Designer中创建元器件符号的步骤
2.1元器件 2.1.1元器件符号 元器件符号又称电路符号，元器件符号在电路原理图中，代表不同电子元器件的特定符号，因此也被称为元件位号。一般是由元器件主体和元器件标号组成。在Altium Designer设计中，根据元器件...
07-31 199浏览 -
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如何完整地设计一套硬件电路设计
在学习电路设计的时候，不知道你是否有这样的困扰：明明自己学了很多硬件电路理论，也做过了一些基础操作实践，但还是无法设计出自己理想的电路。归根结底，我们缺少的是硬件电路设计的思路，以及项目实战经验。 设计一款硬件电路，要熟悉元器件的基础理论，比如元器件原理、选型及使用，学会绘制原理图，并通过软件完成PCB设计，熟练掌握工具的技巧使用，学会如何优化及调试电路等。要如何完整地设计一套硬件电路设计，下面为大家分享几点经验： 总体思路 设计硬件电路，大的框架和架构要搞清楚，但要做到这一点还真不容易。有些大框架也许自己的老板、老师已经想好，自己只是把思路具体实现；但也有些要自己设计，那就要搞清楚要实现什么功能，然后找找有否能实现同样或相似功能的参考电路板(要懂得尽量利用他人的成果，越是有经验的工程师越会懂得借鉴他人的成果)。 理解电路 如果你找到了的参考设计，那么，我要恭喜你，你可以节约很多时间了(包括前期设计和后期调试)。马上就copy？NO，还是先看懂理解了再说，一方面能提高我们的电路理解能力，而且能避免设计中的错误。 找到参考设计 在开始做硬件设计前，根据自己的项目需求，可以去找能够满足硬件功能设计的，有很多相关的参考设计。 没有找到？也没关系，先确定大IC芯片，找datasheet，看其关键参数是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的关键参数，以及能否看懂这些关键参数，都是硬件工程师的能力的体现，这也需要长期地慢慢地积累。 这期间，要善于提问，因为自己不懂的东西，别人往往一句话就能点醒你，尤其是硬件设计。 组成部分 硬件电路设计的三个部分：原理图、PCB和物料清单（BOM）表。 原理图设计，其实就是将前面的思路转化为电路原理图，它很像我们教科书上的电路图。 PCB涉及到实际的电路板，它根据原理图转化而来的网表(网表是沟通原理图和PCB之间的桥梁)，而将具体的元器件的封装放置(布局)在电路板上，然后根据飞线(也叫预拉线)连接其电信号(布线)。 完成了PCB布局布线后，要用到哪些元器件应该有所归纳，所以我们将用到BOM表。 选择PCB设计工具 Protel，也就是Altium（现在入门的童鞋大多用AD）容易上手，网上的学习教程资料也很全面，在国内也比较流行，应付一般的工作已经足够，适合初入门的设计者使用。 硬件电路设计的大环节必不可少，主要都要经过以下这几个流程： 1）原理图设计 2）PCB设计 3）制作BOM表 设计步骤 现在再谈一下具体的设计步骤。 1. 原理图库建立。要将一个新元件摆放在原理图上，我们必须得建立该元件的库。 库中主要定义了该新元件的管脚定义及其属性，并且以具体的图形形式来代表(我们常常看到的是一个矩形(代表其IC BODY)，周围许多短线(代表IC管脚))。protel创建库及其简单，而且因为用的人多，许多元件都能找到现成的库，这一点对使用者极为方便。 应搞清楚ic body，ic pins，input pin，output pin，analog pin，digital pin，power pin等区别。 2. 有了充足的库之后，就可以在原理图上画图了，按照datasheet和系统设计的要求，通过wire把相关元件连接起来。 在相关的地方添加line和text注释。wire和line的区别在于，前者有电气属性，后者没有。 wire适用于连接相同网络，line适用于注释图形。这个时候，应搞清一些基本概念，如：wire，line，bus，part，footprint，等等。 3. 做完这一步，我们就可以生成netlist了，这个netlist是原理图与pcb之间的桥梁。原理图是我们能认知的形式，电脑要将其转化为pcb，就必须将原理图转化它认识的形式netlist，然后再处理、转化为pcb。 4. 得到netlist，马上画pcb？别急，先做ERC先。ERC是电气规则检查的缩写。它能对一些原理图基本的设计错误进行排查，如多个output接在一起等问题。(但是一定要仔细检查自己的原理图，不能过分依赖工具，毕竟工具并不能明白你的系统，它只是纯粹地根据一些基本规则排查。) 5. 从netlist得到了pcb，一堆密密麻麻的元件，和数不清的飞线是不是让你吓了一跳？别急，还得慢慢来。 6. 确定板框大小。在keepout区(或mechanic区)画个板框，这将限制了你布线的区域。 需要根据需求好考虑板长，板宽(有时，还得考虑板厚)。当然了，叠层也得考虑好。(叠层的意思就是，板层有几层，怎么应用，比如板总共4层，顶层走信号，中间第一层铺电源，中间第二层铺地，底层走信号)。 PCB布局布线 先解释一下术语。post-command，例如我们要拷贝一个object(元件)，我们要先选中这个object，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V(copy命令发生在选中object之后)。这种操作windows和protel都采用的这种方式。但是concept就是另外一种方式，我们叫做pre-command。同样我们要拷贝一个东西，先按ctrl+C，然后再选中object，再在外面单击(copy命令发生在选中object之前)。 1. 确定完板框之后，就该元件布局(摆放)了，布局这步极为关键。它往往决定了后期布线的难易。哪些元器件该摆正面，哪些元件该摆背面，都要有所考量。 但是这些都是一个仁者见仁，智者见智的问题；从不同角度考虑摆放位置都可以不一样。 其实自己画了原理图，明白所有元件功能，自然对元件摆放有清楚的认识(如果让一个不是画原理图的人来摆放元件，其结果往往会让你大吃一惊。对于初入门的，注意模拟元件，数字元件的隔离，以及机械位置的摆放，同时注意电源的拓扑就可以了。 2. 接下来是布线。这与布局往往是互动的。有经验的人往往在开始就能看出哪些地方能布线成功。如果有些地方难以布线还需要改动布局。对于fpga设计来说往往还要改动原理图来使布线更加顺畅。 布线和布局问题涉及的因素很多，对于高速数字部分，因为牵扯到信号完整性问题而变得复杂，但往往这些问题又是难以定量或即使定量也难以计算的。所以，在信号频率不是很高的情况下，应以布通为第一原则。 3. OK了？别急，用DRC检查检查。DRC对于布线完成覆盖率以及规则违反的地方都会有所标注，按照这个再一一的排查，修正。 4. 有些pcb还要加上敷铜(可能会导致成本增加)，将出线部分做成泪滴(工厂也许会帮你加)。最后的pcb文件转成gerber文件就可交付pcb生产了。(有些直接给pcb也成，工厂会帮你转gerber)。 5. 要装配pcb，准备bom表吧，一般能直接从原理图中导出。但是需要注意的是，原理图中哪些部分元件该上，哪些部分元件不该上，要做到心理有数。 对于小批量或研究板而言，用excel自己管理倒也方便(大公司往往要专业软件来管理)。 而对于新手而言，第一个版本，不建议直接交给装配工厂或焊接工厂将bom的料全部焊上，这样不便于排查问题。最好的方法就是，根据bom表自己准备好元件。等板来了之后，一步步上元件、调试。 电路板调试 1. 拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供电看功能，硬件调试不可能一步调试完成的。 先拿万用表看看关键网络是否有不正常，主要是看电源与地之间有否短路(尽管生产厂商已经帮你做过测试，这一步还是要自己亲自看看，有时候看起来某些步骤挺繁琐，但是可以节约你后面不少时间！)。 其实短路与否不光pcb有关，在生产制作的任何一个环节可能导致这个问题，IO短路一般不会造成灾难性的后果，但是电源短路就...... 2. 电源网络没短路？那么好，那就看看电源输出是否是自己理想的值，对于初学者，调试的时候最好IC一件件芯片上，第一个要上的就是电源芯片。 3. 电源网络短路了？这个比较麻烦，不过要仔细看看自己原理图是否有可能这样的情况，同时结合割线的方法一步步排查到底是什么地方短路了，是pcb的问题(一般比较烂的pcb厂就可能出现这种情况)，还是装配的问题，还是自己设计的问题。 4. 电源芯片没有输出？检查检查你的电源芯片输入是否正常吧，还需要检查的地方有使能信号，分压电阻，反馈网络...... 5. 电源芯片输出值不在预料范围？如果超过很离谱，比如到了10%，那么看看分压电阻先，这两个分压电阻一般要用1%的精度，这个你做到了没有，同时看看反馈网络吧，这也会影响你的输出电源的范围。 6. 电源输出正常了，别高兴，如果有条件的话，拿示波器看看吧，看看电源的输出跳变是否正常。也就是抓取开电的瞬间，看看电源从无到有的情况(至于为什么要看这个，嘿嘿......专业人士还是要看的～) 电源设计 无疑电源设计是整个电路板最重要的一环。电源不稳定，其他啥都别谈。我想不用balabala述说它究竟有多么重要了。 在电源设计我们用得最多的场合是，从一个稳定的“高”电压得到一个稳定的“低”电压。 这也就是经常说的DC/DC，其中用得最多的电源稳压芯片有两种，一种叫LDO(低压差线性稳压器，我们后面说的线性稳压电源，也是指它)，另一种叫PWM（脉宽调制开关电源，我们在本文也称它开关电源）。 我们常常听到PWM的效率高，但是LDO的响应快，这是为什么呢？别着急，先让我们看看它们的原理。 下面会涉及一些理论知识，但是依然非常浅显易懂，如果你不懂，嘿嘿，得检查一下自己的基础了。 线性稳压电源 如图是线性稳压电源内部结构的简单示意图。我们的目的是从高电压Vs得到低电压Vo。 在图中，Vo经过两个分压电阻分压得到V+，V+被送入放大器(我们把这个放大器叫做误差放大器)的正端，而放大器的负端Vref是电源内部的参考电平(这个参考电平是恒定的)。放大器的输出Va连接到MOSFET的栅极来控制MOSFET的阻抗。 Va变大时，MOSFET的阻抗变大;Va变小时，MOSFET的阻抗变小。MOSFET上的压降将是Vs-Vo。 现在我们来看Vo是怎么稳定的，假设Vo变小，那么V+将变小，放大器的输出Va也将变小，这将导致MOSFET的阻抗变小，这样经过同样的电流，MOSFET的压差将变小，于是将Vo上抬来抑制Vo的变小。 同理，Vo变大，V+变大，Va变大，MOSFET的阻抗变大，经过同样的电流，MOSFET的压差变大，于是抑制Vo变大。 开关电源 如上图，为了从高电压Vs得到Vo，开关电源采用了用一定占空比的方波Vg1,Vg2推动上下MOS管，Vg1和Vg2是反相的，Vg1为高，Vg2为低;上MOS管打开时，下MOS管关闭；下MOS管打开时，上MOS管关闭。 由此在L左端形成了一定占空比的方波电压，电感L和电容C我们可以看作是低通滤波器，因此方波电压经过滤波后就得到了滤波后的稳定电压Vo。 Vo经过R1、R2分压后送入第一个放大器(误差放大器)的负端V+，误差放大器的输出Va做为第二个放大器(PWM放大器)的正端，PWM放大器的输出Vpwm是一个有一定占空比的方波，经过门逻辑电路处理得到两个反相的方波Vg1、Vg2来控制MOSFET的开关。 误差放大器的正端Vref是一恒定的电压，而PWM放大器的负端Vt是一个三角波信号，一旦Va比三角波大时，Vpwm为高； Va比三角波小时，Vpwm为低，因此Va与三角波的关系，决定了方波信号Vpwm的占空比； Va高，占空比就低，Va低，占空比就高。经过处理,Vg1与Vpwm同相，Vg2与Vpwm反相；最终L左端的方波电压Vp与Vg1相同。如下图 当Vo上升时，V+将上升，Va下降，Vpwm占空比下降，经过门逻辑之后，Vg1的占空比下降，Vg2的占空比上升，Vp占空比下降，这又导致Vo降低，于是Vo的上升将被抑制。反之亦然。 两者比较 懂得了线性稳压电源和开关电源的工作原理之后，我们就可以明白为什么线性稳压电源有较小的噪声，较快的瞬态响应，但是效率差；而开关电源噪声较大，瞬态响应较慢，但效率高了。 线性稳压电源内部结构简单，反馈环路短，因此噪声小，而且瞬态响应快(当输出电压变化时，补偿快)。但是因为输入和输出的压差全部落在了MOSFET上，所以它的效率低。因此，线性稳压一般用在小电流，对电压精度要求高的应用上。 而开关电源，内部结构复杂，影响输出电压噪声性能的因素很多，且其反馈环路长，因此其噪声性能低于线性稳压电源，且瞬态响应慢。 但是根据开关电源的结构，MOSFET处于完全开和完全关两种状态，除了驱动MOSFET，和MOSFET自己内阻消耗的能量之外，其他能量被全部用在了输出(理论上L、C是不耗能量的，尽管实际并非如此，但这些消耗的能量很小)。 总而言之，要学好硬件电路设计，首先要弄清楚项目需求，根据功能设计硬件框架，结合参考设计，多借鉴别人的设计成果，复用到自己的硬件项目上面来。
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