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PCB侧边电镀、PCB侧边电镀类型、PCB侧边电镀怎么设计？
PCB侧边电镀通过PCB的牢固连接并降低设备故障的可能性，特别是对于小型PCB和主板，这种电镀的例子常见于 Wi-Fi 和蓝牙模块中。
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为什么把表层的线称之为“微带线”？
把走在表层的线称为微带线（Microstrip Line），主要是由于其结构特点和信号传播方式具有“微型波导”的性质，这一命名来源于微波工程的理论基础。以下是具体原因： 1. “微带”命名的来源 “微”表示微型、紧凑：微带线的尺寸较小，通常是为了满足微波频段（高频信号）的小尺寸要求，与传统的大型波导（如同轴电缆或矩形波导）相比，它更为紧凑、适合 PCB。 “带”表示其带状的物理形态：微带线是指在 PCB 的表层走线时，信号线以平面带状的形式分布，线宽较窄但足够承载高频信号。 2. 与传统波导的对比 微带线在高频信号中具有类似于波导的功能，它通过基板下方的接地平面和表面的信号线来形成导电路径，限制电磁场的传播。 相比传统波导（如矩形波导或同轴电缆），微带线实现了更低的成本、更简单的制造工艺，同时保留了良好的高频性能。 3. 表层走线的特性 微带线的电磁场分布和设计特点决定了其作为表层传输线的独特优势： 电磁场传播特点： 微带线的电场分布在信号线和接地平面之间，部分在 PCB 的介质中，部分在空气中。 这种场分布使微带线的传播特性兼具空气和介质的影响。 优势： 走线容易，可直接在 PCB 表面加工。 阻抗容易调整，通过改变线宽、基板厚度等参数即可实现特定的阻抗匹配（如 50Ω 或 75Ω）。 4. “微带”与其他传输线的命名对比 相比于其他类型传输线，微带线的命名反映了其显著特征： 带状线（Stripline）：带状线走线埋在 PCB 内部，与微带线不同，电磁场完全限制在介质中。 共面波导（Coplanar Waveguide）：共面波导的信号线和接地线位于同一层，强调了“共面”的几何特性。 槽线（Slotline）：槽线通过接地平面的狭缝传播信号，命名反映了狭缝结构。 微带线（Microstrip Line）：它的信号线在表层，是表面波导的一种简化形式，体现了其“微型带状”特性。 5. 总结 微带线的命名反映了它的主要特点： “微”：表明其相较传统波导的小尺寸和集成度，适合在 PCB 上用于高频信号传输。 “带”：形容其带状的物理结构，信号线以带状形式在表层传播。 因此，表层的信号走线被称为微带线，既简洁又准确地描述了它的几何形状、工作原理和电磁特性。 PCB 走线方式多种多样，主要根据工作频率、阻抗匹配要求、电磁兼容性等因素来选择。以下是主要的 PCB 走线形式及其详细说明： 1. 微带线（Microstrip Line） 结构：导体线在介质（PCB基板）表面，下面是一层连续的接地平面。 特性： 单端传输线，易于制造。 信号主要在导线上方和周围传播，电场分布在空气和介质中。 特性阻抗由线宽 www、基板厚度 hhh、介电常数 ϵr\epsilon_rϵr 决定。 应用： 高频信号传输（如射频电路）。 低制造成本的单层或双层 PCB。 2. 带状线（Stripline） 结构：导体线嵌入在两层接地平面之间，完全被介质包裹。 特性： 电磁场完全限制在介质内部，因此辐射较低，电磁兼容性好。 阻抗更容易控制，但导线长度增加会带来更大的损耗。 对称结构提供了更好的信号完整性。 应用： 多层 PCB，尤其是对信号完整性要求高的高速数字信号传输。 3. 共面波导（Coplanar Waveguide, CPW） 结构：导体线和接地平面位于同一层，导线两侧有接地线，通常还有底部接地层。 特性： 适用于高频信号传输。 电磁场主要集中在导线和接地线之间。 阻抗易于调整，通过改变导线与接地线的间距即可。 分类： 开放式共面波导：无底部接地平面。 带底部接地的共面波导：有底部接地平面，抑制辐射损耗。 应用： 高频电路，如射频和微波通信电路。 4. 平行板波导（Parallel-Plate Waveguide） 结构：两层金属平面之间的信号传输，信号导体与地不直接接触。 特性： 适用于较宽频带的信号。 电磁场在两金属板间传播。 辐射损耗较小，但结构复杂。 应用： 特殊的射频设计。 5. 差分对（Differential Pair） 结构：两条紧密并行的导线，一条传递正信号，另一条传递负信号。 特性： 抗噪能力强，差分信号的噪声可以互相抵消。 对称布线可以减少 EMI（电磁干扰）。 阻抗控制重要，通常为 90Ω 或 100Ω。 应用： 高速数字信号，如 HDMI、USB、LVDS、以太网。 差分对确实可以分为微带线差分对和带状线差分对，主要根据差分对的走线位置（PCB 表层或内层）以及对应的电磁场分布和结构来分类。两者在设计、特性以及应用场景上有所不同，下面将进行详细的对比和说明： 1. 微带线差分对 定义： 微带线差分对是指差分对的两根信号线位于 PCB 的表层，且其参考平面（接地层）位于信号线的下方。 特点： 电磁场分布： 差分对之间的电磁场主要集中在两根差分线之间（差分模式）。 一部分场分布在 PCB 的介质中，另一部分暴露在空气中（因此有部分影响来自空气）。 传输阻抗： 通过线宽（w）、间距（s）、基板厚度（h）等参数设计实现特定的差分阻抗（通常为 100Ω 或 90Ω）。 适用频率： 适合高频或超高频场合，常用于信号速度要求高（如 GHz 级别）的场景。 优势： 易于加工：微带线差分对直接在 PCB 表层加工，制造简单。 便于调试和测试：表层走线可以更容易地接触探针或示波器进行测量。 缺点： 对环境干扰较敏感：由于部分电磁场暴露在空气中，易受到周围环境干扰（如相邻信号线的串扰、外界电磁辐射等）。 辐射略高：信号辐射比埋在内部的带状线差分对稍高。 2. 带状线差分对 定义： 带状线差分对是指差分对的两根信号线位于 PCB 的内层，并夹在两个参考平面（接地层或电源层）之间。 特点： 电磁场分布： 电磁场完全限制在 PCB 的介质中，差分模式的场集中在差分对之间。 周围的接地层（上下接地平面）对信号提供了更好的屏蔽效果。 传输阻抗： 通过差分线的线宽（w）、间距（s）、介质厚度（h 和 b）等参数设计实现特定的差分阻抗。 适用频率： 更适合超高频、高速信号（如 PCIe、SATA 等高速接口），特别是对电磁干扰要求严格的场景。 优势： 抗干扰能力强：由于电磁场限制在介质中，外界的干扰被显著减小。 辐射低：带状线结构的电磁场更加集中，信号辐射低。 缺点： 加工复杂：需要设计成内层走线，制造工艺稍复杂。 不便于调试：内层信号不容易接触到探针或测试设备。 6. 悬空线（Suspended Line） 结构：导体线悬空在空气中，接地面位于导线下方。 特性： 电磁场分布大部分在空气中，损耗小。 制作复杂，不常用于常规 PCB。 应用： 高频/低损耗传输需求。 7. 嵌入式波导（Embedded Waveguide） 结构：信号线嵌入介质中，同时被上下接地平面包围。 特性： 对电磁场的约束更强。 电磁干扰低，适合高密度设计。 应用： 高可靠性和高频应用，如 5G、毫米波通信。 8. 槽线（Slotline） 结构：接地平面上有一条窄缝隙，信号通过缝隙传播。 特性： 信号沿缝隙传输。 通常与共面波导结合使用。 应用： 微波天线和滤波器。 9. 跳线（Wire Bond） 结构：使用导线或焊接跳线来连接两点。 特性： 辐射损耗较高。 用于跨越 PCB 的复杂布线，但不适合高频信号。 应用： 调试或低频电路。 对比总结 类型 电磁干扰 制作难度 阻抗控制 应用场景 微带线 较高 容易 一般 射频/高速数字信号 带状线 低 较难 精确 高速数字信号传输 共面波导 较低 较容易 容易 高频射频信号 差分对 低 较难 精确 高速数字信号 槽线 中 较难 一般 微波天线 平行板波导 低 较复杂 精确 宽频带信号传输 悬空线 最低 难 精确 高频/低损耗场景
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硬件工程师入门基础知识：元器件在电路中的应用
本文介绍了硬件工程师入门的基础元器件，包括二极管、三极管、MOS管和IGBT。对比了肖特基二极管与硅二极管的特性，探讨了三极管作为开关的应用和电阻选择方法，解释了MOS管的结构和栅极串联电阻布局，并概述了IGBT在电力转换中的重要角色及其发展。 硬件工程师入门基础知识 （一）基础元器件认识（二） tips：学习资料和数据来自《硬件工程师炼成之路》、百度百科、网上资料。 1.二极管 2.三极管 3.MOS管 4.IGBT 5.晶振 1.二极管 肖特基二极管和硅二极管的比较： 肖特基二极管的优势主要在速度和压降，对这两个没要求的场景，那自然选择更便宜的由硅构成的二极管。 二极管漏电流 这个参数，值得一提的是，肖特基二极管的漏电流，是硅二极管的 100 倍左右。 还有一点就是，漏电流与温度有很大的关系。温度越高，漏电流越大。 硅二极管温度越高，漏电流越大，是原因硅二极管的漏电流是由少子决定的，温度越高，本征激发越强烈，少子浓度会升高，所以漏电流就越大了。 反向恢复时间：也是比较重要的参数，这个前面有文章专门讲过，就不再说了。 工作频率：由反向恢复时间决定的。 耐压：记住肖特基二极管耐压值，很难做高就行吧，一般不超过 100V，当然，更高的也有，这里只说常见的。而硅二极管可以做很高。 反向恢复时间 实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到 0，而是会有比较大的反向电流存在，这个反向电流降低到最大值的 0.1 倍所需的时间，就是反向恢复时间。 几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的： 为什么要用肖特基二极管续流？ 我们来看一个问题： 为什么开关电源中，一般用肖特基二极管续流，不用快恢复二极管呢？ 主要有两点： 一是肖特基二极管导通电压更低。 二是肖特基二极管速度更快，反向恢复时间更小。 如此一来，使用肖特基二极管肯定损耗是更小的，温度更低，也不会烫成狗，这样整个开关电源效率也更高。 2.三极管 常用的三极管电路设计-电阻到底是怎么选的我们在模电教材里面，会有各种放大电路，共基，共集，共射等，相关的计算公式，曲线，电路等效模型天花乱坠，学起来非常费劲。实际 90%工作，可能我们主要关注一个参数就行了，那就是电流放大倍数 β，其它的通通用不到，而且我们做产品，如果真要放大信号，那也是使用各种集成运放。 绝大多数情况，我们是把三极管当作一个低成本的开关来使用的，作为开关，虽然 MOS 可能更为合适，不过三极管价格更低，在小电流场景，三极管反而是用得更多的。 一个 NPN 三极管，价格也就 2 分钱左右。 常用的电路（NPN 为例） 1、电平转换，反相 这个电路用得非常多，有两个功能。 一是信号反相，就是输入高电平，输出就是低电平；输入低电平，输出就是高电平 二是改变输出信号的电压，比如输入的电压范围是 0V 或者是 3.3V，想要得到一个输出是 0V 或者是5V 的电平怎么办呢？让 Vcc 接 5V 就可以了，输出高的时候，out 的电平就是大约为 5V 的。 2、驱动指示灯 我们经常使用三极管驱动 LED 灯，比如下面这个电路： 3、驱动 MOS 开关 还一个电路也用得非常多，那就是驱动电源的 PMOS 开关，如下图： 在 in 为低时，三极管不导通，相当于是开路，PMOS 管的 Vgs 为 0，PMOS 管也不导通，Vcc2 没有电。 在 in 为高时，三极管导通，集电极相当于是接地 GND，于是 PMOS 管的 Vgs 为-Vcc1，PMOS 管导通，也就是 Vcc1 与 Vcc2 之间导通，Vcc2 有电。 如何选择电阻 我们的电路输入一般是只有两种状态，0V 或者是其它的高电平（1.8V，3.3V，5V 等），截止状态一般不用怎么考虑，因为如果让三极管的 Vbe=0，自然就截止了，重要的是饱和状态如何保证。 那么啥叫饱和状态？ 我们先假定三极管工作在放大状态，那么放大倍数就是β，如果基极有 Ib 电流流过，那么集电极 Ic=β*Ib，Ic 也会在 Rc 上面产生压降 Urc。易得：Urc+Uce=Vcc，显然，Ib 越大，那么 Urc=βIbRc 越大，如果 Ib 足够大，那么 Urc=Vcc 时， Uce=Vcc-Urc≈0。 电路计算举例 LED 灯的例子 已知条件：输入控制电压高电平为 3.3V，电源电压为 5V，灯的导通电流 10mA，灯导通电压 2V，三极管选用型号 MMBT3904 三极管饱和导通时，Vce=0V，所以 Rc=(5V-2V)/10mA=300Ω。 查询芯片手册，三极管 MMBT3904 的的放大倍数 β（hfe）如下图所示： 可以看到，在 Ic=10mA 时，放大倍数最小为 100。 那么 Ib=10mA/100=100uA，三极管导通时，Vbe 约为 0.7V，继而求得 Rb=（3.3- 0.7V)/100uA=26K。 也就是说只要 Rb<26K，三极管就工作在了饱和状态，像这种情况，我一般取 Rb=2.2K，或者是 1K，4.7K，10K，这样 Ib 更大，更能让三极管工作在饱和状态。 具体取多少，取决于整个板子的电阻使用情况，比如 10K 电阻用得多，那我就取 10K，这样物料种类少，生产更方便。 或者咱为了保险一点，比如要兼容别的三极管型号，可以取 Rb=1K，这样即使别的三极管 β 小于100，也能工作在饱和状态。 一般来说，我们不要取正好的值，比如 26K 或者接近 26K 的值，这样太不安全。 我们也可以反向验算下，假如 Rc=300Ω，Rb=10K，那么 Ib=（3.3-0.7）/10K=0.26mA，那么Ic=1000.26mA=26mA，那么 Rc 的压降是300Ω26mA=7.8V，这已经超过 Vcc 了，所以管子肯定是工作在饱和状态的。 3.MOS管1、MOS 导通后电流方向其实可以双向流动，可以从 d 到 s，也可以从 s 到 d。 2、MOS 管体二极管的持续电流可以根据 MOS 管的功耗限制来计算， 3、MOS 管体二极管瞬间可以通过的电流，等于 NMOS 管导通后瞬间可以通过的电流，一般不会是瓶颈 NMOS 管的结构 我们看一下 NMOS 管的结构。 以 NMOS 为例，如上图，S 和 D 都是掺杂浓度比较高的 N 型半导体，衬底为 P 型半导体，并且衬底和 S 极是接到一起的。 在 Vgs 电压大于门限电压 Vth 时，也就是栅极相对衬底带正电，它会将 P 型衬底中的少子（电子）吸引到 P 型衬底上面，形成反型层，也就是导电沟道。PCB Layout 时，MOS 管栅极串联电阻放哪儿？ 如上图，串联的电阻 R1 到底是放在靠近 IC 端，还是靠近 MOS 端？（注意，图中的 L1 是走线寄生电感，并不是这里放了个电感器件）1、 TI 的无刷电机驱动芯片 DRV8300 的 demo 板 Demo 板硬件设计可以直接在 Ti 官网下载，如下图，可以看到，串联电阻是放置在 MOS 管端的。 2、 Ti 的 POE 方案 TPS23753A 的 Demo 板 原理图如下： PCB 如下图，串联电阻也是放置在靠近 MOS 管端。 3、 MPS 的无刷电机驱动芯片 MP6535。 如下图，6 个 MOS 的栅极串联电阻 R18，R19，R20，R21，R22，R23 放置在中间。 从走线长度看，Q1，Q2，Q3 串联的电阻离 MOS 较近，离驱动 IC 较远。Q4，Q5，Q6 串联的电阻在 MOS 和驱动 IC 中间。 大部分情况栅极串联电阻靠近 MOS 管放置这个说法是属实的。 4.IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由（Bipolar Junction Transistor，BJT）双极型三极管和绝缘栅型场效应管（Metal Oxide Semiconductor，MOS）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）金氧半场效晶体管的高输入阻抗和电力晶体管（Giant Transistor，GTR）的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。IGBT是能源变换与传输的核心器件，俗称电力电子装置的“CPU”，作为国家战略性新兴产业，在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车与新能源装备等领域应用极广。IGBT模块是由IGBT（绝缘栅双极型晶体管芯片）与FWD（续流二极管芯片）通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。IGBT模块具有节能、安装维修方便、散热稳定等特点；当前市场上销售的多为此类模块化产品，一般所说的IGBT也指IGBT模块；随着节能环保等理念的推进，此类产品在市场上将越来越多见；IGBT功率模块采用IC驱动，各种驱动保护电路，高性能IGBT芯片，新型封装技术，从复合功率模块PIM发展到智能功率模块IPM、电力电子积木PEBB、电力模块IPEM。PIM向高压大电流发展，其产品水平为1200—1800A/1800—3300V，IPM除用于变频调速外，600A/2000V的IPM已用于电力机车VVVF逆变器。平面低电感封装技术是大电流IGBT模块为有源器件的PEBB，用于舰艇上的导弹发射装置。IPEM采用共烧瓷片多芯片模块技术组装PEBB，大大降低电路接线电感，进步系统效率，现已开发成功第二代IPEM，其中所有的无源元件以埋层方式掩埋在衬底中。智能化、模块化成为IGBT发展热门。IGBT如有讨论尽管留言，目前在新能源领域接触最多的还是IGBT模块。5.晶振晶振分类 首先，晶振一般分为两种，一种叫有源晶振，一种叫无源晶振。有源晶振也叫晶体振荡器，Oscillator；无源晶振有时也叫无源晶体，Crystal，晶体谐振器。至于哪个名字更专业，更准确，我觉得无需争论，名字只是代号而已，大家工作中沟通能知道说的是什么就行。简单说有源晶振自己供上电就能输出振荡信号，无源晶体必须额外增加电路才能振荡起来。 以上分类是从使用上面来说的。如果我们单看晶振的内部构造，就会发现，有源晶振内部是包含了一个无源晶振，然后再将阻容，放大等电路也包含进去，整体封装好再给我们用。晶振的等效模型 那么其中 Lm，Rm，Cm 分别又是什么意思呢？ Cm：动态电容，反映了振动体的弹性，随频率会变化 Lm：动态电感，反映了振动体的质量，随频率会变化 Rm：动态电阻，反映了振动体的损耗，随频率会变化 C0：静电容，两个电极间形成的电容。晶振是如何起振的？皮尔斯晶体振荡器 目前工作中用得最多的就是皮尔斯晶体振荡器，也就是下面这个结构。 CL1，CL2 为匹配电容，Rext 通常为串联的几百欧姆电阻（有时也不加）。有时候数据手册会有推荐参数。上面这个结构可能看着不是很熟悉，我们把它转换一下，变成下面这个就熟悉些。 Inv：内部反相放大器。 Q：石英或陶瓷晶振。 RF：内部反馈电阻。 RExt：外部限流电阻，限制反相器输出电流。 CL1 和 CL2：两个外部负载电容。 Cs：寄生电容：PCB 布线，OSC_IN 和 OSC_OUT 管脚之间的效杂散电容反馈电阻 RF 在几乎所有的 ST 的 MCU 中，RF 是内嵌在芯片内的。它的作用是让反相器作为一个放大器来工作。Vin 和 Vout 之间增加的反馈电阻使放大器在 Vout ＝ Vin 时产生偏置，迫使反向器工作在线性区域(图 5 中阴影区)。该放大器放大了晶振的正常工作区域内（Fs 与 Fa 之间）的噪声(例如晶振的热噪声)，该噪声从而引发晶振起振。在某些情况下，起振后去掉反馈电阻 RF，振荡器仍可以继续正常工作。 版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议， 本文链接：https://blog.csdn.net/qq_41600018/article/details/128993663
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PCB板子的地和产品金属外壳的如何连接？
经常看到有小伙伴在群里问：PCB板子的地和产品金属外壳的如何连接？ 今天分享一篇网上的文章。注意做如下处理：1、金属外壳接大地（GND_EARTH）,与系统的GND保持的间隙gap至少为2mm；2、 关于金属地的处理，如下：外壳地和信号地之间串接1M电阻，并且还接一个0.01uf的电容到信号地 一、电容的作用从EMS（电磁抗扰度）角度说，这个电容是在假设PE良好连接大地的前提下，降低可能存在的，以大地电平为参考的高频干扰型号对电路的影响，是为了抑制电路和干扰源之间瞬态共模压差的。其实GND直连PE是最好的，但是，直连可能不可操作或者不安全，例如，220V交流电过整流桥之后产生的GND是不可以连接PE的，所以就弄个低频过不去，高频能过去的路径。从EMI（电磁干扰）角度说，如果有与PE相连的金属外壳，有这个高频路径，也能够避免高频信号辐射出来。 电容是通交流阻直流的。假设机壳良好连接大地，从电磁抗扰度角度，该电容能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压；从EMI角度，电容形成了高频路径，电路板内部产生的高频干扰会经电容流入机壳进入大地，避免了高频干扰形成的天线辐射。另一种情况，假设机壳没有可靠接大地（如没有地线，接地棒环境干燥），则外壳电势可能不稳定或有静电，如果电路板直接接外壳，就会打坏电路板芯片，加入电容，能把低频高压、静电等隔离起来，保护电路板。这个并联电容应该用Y电容或高压薄膜电容，容值在1nF~100nF之间。总结：1、从EMS角度，抑制电路和干扰源之间的瞬态工模压差；2、从EMI角度，电容形成了高频路径，电路板内部产生的高频干扰会经过电容流入机壳进入大地； 二、电阻的作用这个电阻可以防止ESD（静电释放）对电路板的损坏。假如只用电容连接电路板地和机壳地，则电路板是一个浮地系统。做ESD测试时，或在复杂电场环境中使用，打（进）入电路板的电荷无处释放，会逐渐累积；累积到一定程度，超过了电路板和机壳之间的绝缘最薄弱处所能耐受的电压，就会发生放电——在几纳秒内，PCB上产生数十到数百A的电流，会让电路因电磁脉冲宕机，或者损坏放电处附近连接的元器件。并联该电阻，就可以慢慢释放掉这个电荷，消除高压。根据IEC61000的ESD测试标准10s/次（10s放完2kV高压电荷），一般选择1M~2M的电阻。如果机壳有高压静电，则该大电阻也能有效降低电流，不会损坏电路芯片。 安规标准规定的二类产品的漏电流为0.25mA. 人体漏电流超过0.5mA,就会感觉到颤抖；220V/0.25mA=880k,所以我们常取值1M。 总结：慢慢释放电路板累计的电荷，消除静电高压； 最后留一个问题：外壳有金属与非金属之分，那么当外壳是非金属时，整机的地是如何处理的呢？
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防反接电路、防倒灌电路、过流保护和ESP保护
防反接电路 常见的措施： 1.通过机械结构的设计 让接线端子 正确接入时能匹配上，不正确时 匹配不上 2.通过线的颜色做区分 3.通过电路的设计 防反接电路汇总： 典型电路类型： 1.二极管防反接（不常用） 二极管有 0.7的导通压降 如果有大电流经过的时候就会发热 功率比较高。（一般选用 肖特基二极管导通压降比较低 也要考虑反向电压） 2.保险丝和二极管（稳压二极管）防反接 二极管并联到电路中。二极管要考虑导通电流和反向耐压等参数 3.桥式整流电路 看好电路图的 电源和负载的两端接哪 4.MOS管防反接（用得比较多的一种） PMOS： 在 PMOS 管防反接电路中，栅极那边的两个电阻主要起到限流和保护的作用。这些电阻的阻值通常根据具体的电路设计要求来选择，一般需要根据 PMOS 管的特性和工作电压来确定。 旁边的二极管是一个稳压保护二极管 为了保护GS之间的电压不会过高从而损坏二极管 在电路分析中 pmos导通和体二极管无关。mos的源漏是相对的。对pmos，电压高的是s，低的是d。正常上电时，3脚电压高，所以这时3脚是s，g比s低，所以管子导通（图中的D S应该反过来）。 NMOS： NMOS 如果 正接 Vg=2V Vs=0V 所以 DS导通 形成回路 反接 Vg=0 Vs=5V 所以DS不导通 形成不了回路 防倒灌电路 什么是倒灌？ 1.开关电源给负载供电， 如果负载是电池或者其他感性负载（比如像 电机 有线圈 当电源突然断掉时 会产生感应电动势）时， 当220V断掉的时候，可能会出现 电池反向给开关电源 的 输出端 供电，导致开关电源的一些莫名损坏。 2.系统在不同的 输出电压 之间 切换时，会存在高压电压倒灌到低压电压源中。 例如：系统 有两个电源供电 比如 一个电池 一个 充电器 充电器的电压一般会高于电池 如果没有防倒灌的电路 可能充电器的电压会直接倒灌给电池 造成电池的损坏。 1.二极管串联防倒灌电路： 该电路 二极管选型要 选取电源 额定输出电流的（5-10）倍 并且可以加 散热片。 2.双MOS组成的防倒灌电路 电路分析： 正常情况下（无电流倒灌） ON/OFF接口可以进行IO口控制也可以直接通过VIN控制， 所以这次就以 VIN的有无 来控制 VIN输入电压到三极管，三极管导通（基极电压大于发射极），由于三极管下连的是地，所以 PMOS管的栅极电压为0， Vgs=-Vin 所以导通 所以 两个PMOS管导通。 当输入电压突然没有的时候， Vin没有 所以 三极管Vb=0 Vbe<0，所以不导通，PMOS管栅极和漏极S连在一起所以电压相等 Vgs=0，所以不导通 3.双MOS组成电源自动切换电路（前提 VCC>电池电压） Bat Charge 为电池电压 VCC为系统电压 当只用电池电压供电时：MOS管Q9 栅极g为0V 源极S Vs=V电池 Vgs=-V电池 PMOS导通 Q9导通了 Q10也导通了 ，然后给到 单片机VCC_mcu。 只有VCC时：通过LDO Vout 通过二极管给到MCU进行供电 Q9和Q10的G都是Vout的电压 所以不导通。VCC_MCU=Vout-二极管的压降 当VCC和电池同时供电时：Q9栅极电压为VCC 对于MOS管 Vgs=Vout-V电池 所以MOS管不导通， Q10 g极 Vg=Vout Vs=Vout-V二极管 Vgs>0 所以也截止 。 4.双三极管镜像电路防倒灌 Vin 经过三极管 由于是PNP三极管 Vb连接地=0V Ve=Vin 所以三极管Q6导通 导通之后就会有管压降 所以 Vb的电压=Vin-0.6V Q7 Ve=Vout-0.6V 需要满足 Ve>Vb 三极管Q7才会导通 但Vout会大于Vin 所以会是截止的。 正常工作时 Q5 Q6导通 Q7不导通 ， 当出现倒灌时 Q5 Q6不导通 Q7导通 过流保护 ESP：静电放电(一般在芯片内部电路) ESD相关概念及模型 人体放电：人体带的电荷 然后触碰芯片管脚， 芯片其他管脚正好有个接了地 产生电流 损坏芯片 机器放电模式：机器触碰芯片的时候， 带电金属体 触碰芯片 元件充电：芯片可能在搬运啥的过程中 本身 被充电了 当夹具夹住的时候可能就通过夹具释放出来了 ESD保护概念 在芯片内部 提供ESD的电流路径 以免ESD放电的时候 静电电流流入芯片内部对芯片造成伤害 从而保护电路 下图 PAD可以当做芯片引脚 如果没加保护电路， 以人体放电为例，手碰到了 PAD1 PAD2接地 电流直接沿着紫色虚线的方向走从PAD1到PAD2，直接烧毁芯片。 蓝色的这些都是ESD保护 这些电路能在发生ESD的时候 能瞬间导通 把电流引导出去 且是可逆的 不会被静电所损伤 ESD保护示例 利用二极管（齐纳二极管）的正向导通和反向击穿特性可实现最基础的ESD保护电路 如果来了ESD PAD1和PAD3形成回路
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TVS二极管选型
瞬态电压抑制二极管（TVS，Transient Voltage Suppressors）二极管，是一种在传统齐纳二极管工艺基础之上制造的一种电路保护元器件，也被称为 瞬变抑制二极管、瞬态电压抑制器、雪崩击穿二极管 等。其具有单向与双向之分，当两端经受瞬间高能量冲击时，就会以皮秒级别的速度将两端的阻抗值由高阻抗变化为低阻抗，从而将瞬间大电流接地，并把两端的电压箝制在一个预定的数值上，进而确保后级电路不会受到瞬态高压尖峰脉冲的影响。 总而言之，TVS 二极管凭借皮秒级导通速率、大瞬态功率、低漏电流与电容、容易控制的箝位电压、击穿电压偏差小、可靠性高、体积小 等优势，被广泛应用于敏感电路的过压保护当中（特别是 ESD 静电防护）。目前国际市场上比较主流的 TVS 生产制造企业有 美国威世 Vishay、美国力特 Littelfuse、日本安森美 Onsemi、荷兰安世 Nexperia 等厂家，而国内最近几年也涌现出了 乐山无线电 LRC、台州电子 TechPublic 以及国巨旗下的 君耀电子 BrightKing 等比较有实力的供应商。 原理图符号 瞬态电压抑制器（TVS，Transient Voltage Suppressors）狭义上是指雪崩击穿二极管，这是一种二极管形式的高效保护器件，通常采用较大尺寸的 SMA 或者 SMB 封装，结电容比较大，主要运用在防浪涌防护以及电源 ESD 等领域。而广义上的 TVS 是指包含有 TVS 二极管的 ESD 专用防护器件，其原理图符号如下图所示： 单向 & 双向 TVS 二极管可以具体划分为单向和双向两种类型，双向 TVS 主要应用于交流电压电路，而单向 TVS 一般运用于直流电路（使用的时候需要反接在电路当中，这意味着使用的时候需要注意极性。考虑到物料规格的统一，以及采购成本的差异较为细微，双向 TVS 在实际生产环境下使用更为普遍）。 当单向 TVS 二极管被应用于直流电路，在电路正常工作的时候，TVS 处于截止状态（高阻态），不影响正常工作。但是当电路中出现瞬态电压突变（达到 TVS 的雪崩击穿电压），TVS 二极管就会迅速由高阻态转变为低阻态，将由于异常过压所导致的瞬态电流接入到地平面，同时将这个瞬态电压箝位在一个比较低的水平，进而保护后级电路免遭瞬态电压突变的损坏（瞬态电压突变消失以后，TVS 二极管又会恢复为高阻态）。 伏安特性参数 涉及选型的 TVS 二极管伏安特性参数，主要涉及到 VRWM、IR、VBR、IPP、VC、Cj 六个，阅读时请结合如下的伏安特性曲线图： 反向截止电压 VRWM：不会造成 TVS 二极管损坏的最高峰值电压（如果是交流电压则使用真有效值表示），低于该参数时 TVS 不会导通，设计电路的额定工作电压（5V 或者 3.3V）应当低于这个参数。 反向漏电流 IR：当工作在低于反向截止电压 VRWM 的时候，TVS 所承受的最大反向电流。也就是说如果向 TVS 两端施加电压 VRWM，此时通过的电流就是 TVS 的漏电流 IR。通常情况下，这个参数小于 0.1uA 微安。 击穿电压 VBR：即 ESD 防护生效的电压，只要超过该参数，TVS 二极管就会击穿导通。导通时间一般不会超过 400 毫秒，避免较大电流损坏元器件。 脉冲峰值电流 IPP：峰值反向脉冲电流是指 TVS 按照 IEC61000-4-5:2014 或者 GB/T 17626.5-2019 标准，使其工作在规定的 8/20 微秒或 10/1000 微秒的脉冲波形下，此时 TVS 所允许通过的最大峰值电流。也就是达到箝位电压 VC 的时候，通过 TVS 二极管的电流，超过该参数会导致 TVS 的损毁。 箝位电压 VC：即通过峰值脉冲电流 IPP 的时候，TVS 两端产生的峰值电压。IPP 以及 VC 这两个参数相互联系，主要用于衡量 TVS 抵抗浪涌脉冲电流以及限制电压的能力。IPP 越大耐电流冲击能力越强，VC 越小说明 TVS 的箝位特性越好。 脉冲峰值功率 Ppp：即 箝位电压 VC 与峰值脉冲电流 IPP 的乘积，超过该参数同样会造成 TVS 二极管的损毁。 结电容 Cj：即 TVS 当中的寄生电容，高速电路设计过程当中，需要重点关注这个参数，结电容过大会影响到信号的完整性。 本文接下来的内容当中，会对上述一系列的 TVS 二极管选型参数，进行更加详细的说明。 反向截止电压 VRWM 正常情况下，TVS 二极管应当处于截止状态（没有导通），因此 TVS 的反向截止电压 VRWM 应当大于被保护电路的工作电压，从而确保 TVS 不会影响被保护电路的正常工作，反向截止电压 VRWM 的取值可以通过下面的参考公式计算得到： VRWM=(1.1∼1.2)×VCC 如果 VRWM 比被保护电路的额定工作电压更大，那么 TVS 二极管的漏电流就会越小。反之，VRWM 越小，TVS 二极管的箝位电压 VC 就会越小，对于后级电路的保护效果会相对更好。 注意：上述公式当中的 VCC 等于被保护电路的工作电压，例如 12V、5V、3.3V、1.8V 等等。 箝位电压 VC TVS 二极管的箝位电压 VC，应当小于被保护电路最大可承受的瞬态安全电压，否则当 TVS 处于箝位状态的时候，VC 会损坏后级的被保护电路: VC
2024-12-30 65浏览 -
精密整流电路工作原理、公式构建、测试、应用和调试
今天给大家分享的是精密整流电路。 主要是以下几个方面：1、精密整流电路，2、精密整流电路分析 3、精密整流电路原理，4、精密整流电路电路公式构建，5、精密整流电路测试；6、精密整流电路应用和调试。 整流电路是将交流电（AC）转换为直流电（DC）的电路，交流电总是随着时间改变方向，但直流电却不断地沿一个方向流动。 在典型的整流电路中，我们使用二极管将交流电整流为直流电，但这种整流方法只能在输入电压大于二极管的正向电压（通常为 0.7V）时使用。 为了克服这个问题，引入精密整流电路。 精密整流电路是将交流电转换为直流电的另一种整流电路，但在精密整流电路中，在精密整流电路中，将使用运算方法器来补偿二极管两端的电压降，这样的话就可以避免损失 0.6V 或 0.7V 电压降。二极管也可以将电路构造为在放大器的输出端也有一些增益。 在本文中主要是运算放大器构建、测试、应用和调试精密整流电路。 一、什么是精密整流电路？ 在了解精密整流电流源之前，先回忆一下整流电路的基础知识。关于整流电路，我之前有文章详细讲解过，大家如果不记得可以去我的主页搜索。 下图显示了理想整流电路的特性及其传递特性，这意味着当输入信号为正时，输出将为0 V，当输入信号为正，输出将跟随输入信号。 理想整流电路的特性及其传递特性 下图显示了一个实用的整流电路及其传输特性。在实际的整流电路中，输出波形将比实际的输入电压小 0.7V，传输特性将如下图所示。此时，只要当施加的输入信号略大于二极管的正向电压，二极管才会导通。 实用的整流电路及其传输特性 二、精密整流器的工作原理 下图的电路显示了一个基本的半波精密整流电路，带有一个 LM358 运算放大电路和一个 LN4148 二极管。 半波精密整流电路 下图的电路给大家展示了精密整流电路的输入输出波形，正好等于输入。电路从二极管的输出中获取反馈，运算放大器会补偿二极管上的任何电压降，因此二极管类似于理想二极管。 精密整流电路的输入输出波形 在上图中，你可以清楚地看到输入信号的正负半周期应用于运算放大器的输入端时会发生什么，但在实际电路中，不会得到如上图所示的输出。 精密整流电路的输入输出波形 在下图的示波器中，黄色信号是输入，绿色信号是输出。我们不是得到半波整流，而是得到一种全波整流。 下图显示了当二极管关闭时，信号的负半周期是通过电阻流向输出，这就是为什么我们得到像输出一样的全波整流，但这不是实际的电路。 全波整流电路 我们可以看下，当我们连接一个1K 负载时会发生什么，电路图如下所示： 全波整流电路 输出看起来像下图： 精密整流电路示波器波形图 输出看起来像上图一样，是因为我们实际上已经形成了一个带有两个 9.1K 和一个 1K电阻的分压器电路，这就是为什么信号的输入正半部分被衰减的原因。 下图，显示了当将负载从 1K 更改到 220R会发生什么？具体的如下图所示 精密整流电路示波器波形图 下图显示了一个下冲条件，其中电路的输出低于零伏并在某个尖峰后上升。 下图显示了上述两个电路的下冲情况，有负载和无负载。这是因为，只要输入信号低于零，运算放大器就会进入负饱和区，结果就是所示图像。 精密整流有无负载波形图 使尖峰电压低于0 V 的原因：每当输入电压从正向摆动时，运算放大器反馈开始发挥作用并稳定输出需要一些时间。 发生这种情况是因为我使用的是转换率低的 LM358 运算放大器。其实只需放置一个具有更高压摆率的运算放大器，你就可以解决这个问题，但是，这也会发生在电路的较高频率范围内。 精密整流电路示波器波形图 三、改进的精密整流电路 下图显示了改进的精密整流电路，通过它可以减少上述所有缺陷和缺点。 在下面的电路中，你可以看到如果正弦信号的正半部分用作输入，二极管 D2 将导通。现在上面的路径 （黄线）已经完成，运算放大器作为反相放大器，如果我们看到 P1 ，电压为 0V，因为在该店形成了虚拟地，所以电流不能流过电阻 R19。 在输出点 P2，由于运算放大器正在补充 二极管压降，电压为负 0.7V，因此电流无法流向 P3 点。因此只需要将信号的正半周期施加到运算放大器的输入端。 这样就可以实现 0V 输出。 改进的精密整流电路 现在假设已经将 正弦交流信号的副板部分应用到运算放大器的输入端，这就意味着施加的输入信号小于0V。 此时，二极管 D2 处于反向偏置状态，这意味着它是开路的。正好如下图所示： 改进的精密整流电路 由于二极管 D2 处于反向偏置状态，电流将流过电阻 R22，在点 P1 处形成虚拟接地。现在，当施加输入信号的负半部分时，我们将在输出中得到一个正信号，作为其反相放大器。二极管将导通，我们将在 P3 点获得补偿输出。 现在输出电压将为 -Vin/R2 = Vout/ R1 所以输出电压变为 Vout = -R2/R1* Vin 现在在示波器中观察电路的输出，没有任何负载的电路的实际输出，如下图所示。 改进的精密整流电路示波器波形图 现在对电路进行分析，半波整流电路就足够了，在实际电路中，半波整流就没有实际意义。正是因为如此，才引入了全波整流电路，要实现全波精密整流，只需要做一个求和放大器。 四、使用运算放大器的精密全波整流器 为了制作全波精密整流电路，在前面提到的半波整流电路的输出端添加了一个求和放大器，从这一点来看，P1 到 P2 点是基本的精密整流电路，二极管的配置使我们在输出端获得负电压。 使用运算放大器的精密全波整流器 从点 P2 到点 P3 为求和放大器，精密整流器的输出通过电阻 R3 馈送到求和放大器。电阻 R3 的值是 R5 的一半，或者你可以说它是 R5/2，这就是我们设置运算放大器 2 倍增益的方式。 在电阻 R4 的帮助下，来自点 P1 的输入也被馈送到求和放大器，电阻 R4 和 R5 负责将运算放大器的增益设置为 1X。 由于 P2 点的输出直接馈送到增益为 2X 的加法放大器，这意味着输出电压将是输入电压的 2 倍。假设输入电压为 2V 峰值，因此我们将在输出端获得 4V 峰值。同时，我们直接将输入馈送到增益为 1X 的求和放大器。 现在，当求和电路发生时，我们在输出端得到一个总和电压，即 (-4V) + (+2V) = -2V，并作为输出端的运算放大器。由于运算放大器配置为反相放大器，我们将在输出端获得 +2V，即 P3 点。 当施加输入信号的负峰值时，也会发生同样的情况。 精密整流电路的最终输出波形图 上图是电路的最终输出，蓝色波形是输入，黄色波形是半波整流电路的输出，绿色波形是全波整流电路的输出。 四、所需组件 LM358 运算放大器 IC - 2 6.8K，1% 电阻 - 8 1K 电阻 - 2 1N4148 二极管 - 4 面包板 - 1 跳线 - 10 电源 (± 10V) - 1 五、全波精密整流电路理图，示意图 使用运算放大器的半波和全波精密整流电路图如下： 使用运算放大器的半波整流电路 使用运算放大器的全波整流电路 在此演示中，电路在原理图的帮助下构建在无焊面包板上；为了减少寄生电感和电容，将组件连接得尽可能近。 半波精密整流电路和全波精密整流电路 六、进一步增强 可以进一步修改电路以提高其性能，就像我们可以添加一个额外的滤波器来抑制高频噪声一样。 这个电路仅仅只是用来讲解电路。如果你考虑在实际应用中使用电路，就必须使用斩波型运算放大器和高精度 0.1 欧姆电阻来实现绝对稳定性。 声明：内容来源于网络，版权归原作者所有。如有侵权，请联系删除。
2024-12-18 122浏览 -
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