智能硬件知識(shí)體系

tainqing

先解釋一下(2)中的術(shù)語(yǔ),。post-command，例如我們要拷貝一個(gè)object(元件),，我們要先選中這個(gè)object,，然后按ctrl+C，然后按ctrl+V(copy命令發(fā)生在選中object之后),。這種操作windows和protel都采用的這種方式,。

但是concept就是另外一種方式，我們叫做pre-command,。同樣我們要拷貝一個(gè)東西,，先按ctrl+C，然后再選中object,，再在外面單擊(copy命令發(fā)生在選中object之前),。

1)確定完板框之后，就該元件布局(擺放)了,，布局這步極為關(guān)鍵,。它往往決定了后期布線的難易。哪些元器件該擺正面,，哪些元件該擺背面,，都要有所考量。

但是這些都是一個(gè)仁者見(jiàn)仁,，智者見(jiàn)智的問(wèn)題;從不同角度考慮擺放位置都可以不一樣,。其實(shí)自己畫(huà)了原理圖，明白所有元件功能,，自然對(duì)元件擺放有清楚的認(rèn)識(shí)(如果讓一個(gè)不是畫(huà)原理圖的人來(lái)擺放元件,，其結(jié)果往往會(huì)讓你大吃一驚^_^)。

對(duì)于初入門(mén)的,，注意模擬元件,，數(shù)字元件的隔離，以及機(jī)械位置的擺放,，同時(shí)注意電源的拓?fù)渚涂梢粤恕?/font>

2)接下來(lái)就是布線,。這與布局往往是互動(dòng)的,。有經(jīng)驗(yàn)的人往往在開(kāi)始就能看出哪些地方能布線成功。如果有些地方難以布線還需要改動(dòng)布局,。

對(duì)于fpga設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)往往還要改動(dòng)原理圖來(lái)使布線更加順暢,。布線和布局問(wèn)題涉及的因素很多，對(duì)于高速數(shù)字部分,，因?yàn)闋砍兜叫盘?hào)完整性問(wèn)題而變得復(fù)雜,，但往往這些問(wèn)題又是難以定量或即使定量也難以計(jì)算的。所以,，在信號(hào)頻率不是很高的情況下,，應(yīng)以布通為第一原則。

3)OK了?別急,，用DRC檢查檢查先,。這是一定要檢查的。DRC對(duì)于布線完成覆蓋率以及規(guī)則違反的地方都會(huì)有所標(biāo)注,，按照這個(gè)再一一的排查,，修正。

4)有些PCB還要加上敷銅(可能會(huì)導(dǎo)致成本增加),，將出線部分做成淚滴(工廠也許會(huì)幫你加)。最后的PCB文件轉(zhuǎn)成gerber文件就可交付PCB生產(chǎn)了,。(有些直接給PCB也成,，工廠會(huì)幫你轉(zhuǎn)gerber)。

5)要裝配PCB,，準(zhǔn)備bom表吧,，一般能直接從原理圖中導(dǎo)出。但是需要注意的是,，原理圖中哪些部分元件該上,，哪些部分元件不該上，要做到心理有數(shù),。

對(duì)于小批量或研究板而言,，用excel自己管理倒也方便(大公司往往要專業(yè)軟件來(lái)管理)。而對(duì)于新手而言,，第一個(gè)版本,，不建議直接交給裝配工廠或焊接工廠將bom的料全部焊上，這樣不便于排查問(wèn)題,。最好的方法就是,，根據(jù)bom表自己準(zhǔn)備好元件。等到板來(lái)了之后,，一步步上元件,、調(diào)試。

談?wù)務(wù){(diào)試

1)拿到板第一步做什么，不要急急忙忙供電看功能,，硬件調(diào)試不可能一步調(diào)試完成的,。

先拿萬(wàn)用表看看關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)是否有不正常，主要是看電源與地之間有否短路(盡管生產(chǎn)廠商已經(jīng)幫你做過(guò)測(cè)試,，這一步還是要自己親自看看,，有時(shí)候看起來(lái)某些步驟挺繁瑣，但是可以節(jié)約你后面不少時(shí)間!)

其實(shí)短路與否不光pcb有關(guān),，在生產(chǎn)制作的任何一個(gè)環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題,，IO短路一般不會(huì)造成災(zāi)難性的后果，但是電源短路就......

2)電源網(wǎng)絡(luò)沒(méi)短路?那么好,，那就看看電源輸出是否是自己理想的值,，對(duì)于初學(xué)者，調(diào)試的時(shí)候最好IC一件件芯片上,，第一個(gè)要上的就是電源芯片,。

3)電源網(wǎng)絡(luò)短路了?這個(gè)比較麻煩，不過(guò)要仔細(xì)看看自己原理圖是否有可能這樣的情況,，同時(shí)結(jié)合割線的方法一步步排查倒底是什么地方短路了;是PCB的問(wèn)題(一般比較爛的PCB廠就可能出現(xiàn)這種情況),，還是裝配的問(wèn)題，還是自己設(shè)計(jì)的問(wèn)題,。

4)電源芯片沒(méi)有輸出?檢查檢查你的電源芯片輸入是否正常吧,，還需要檢查的地方有使能信號(hào)，分壓電阻,，反饋網(wǎng)絡(luò)......

5)電源芯片輸出值不在預(yù)料范圍?如果超過(guò)很離譜,，比如到了10%，那么看看分壓電阻先,，這兩個(gè)分壓電阻一般要用1%的精度,，這個(gè)你做到了沒(méi)有，同時(shí)看看反饋網(wǎng)絡(luò)吧,，這也會(huì)影響你的輸出電源的范圍,。

6)電源輸出正常了，別高興,，如果有條件的話,，拿示波器看看吧，看看電源的

輸出跳變是否正常,。也就是抓取開(kāi)電的瞬間,，看看電源從無(wú)到有的情況(至于為什么要看著個(gè)，嘿嘿......專業(yè)人士還是要看的～)

談?wù)勲娫?/font>

無(wú)疑電源設(shè)計(jì)是整個(gè)電路板最重要的一環(huán),。電源不穩(wěn)定,，其他啥都別談,。我想不用balabala述說(shuō)它究竟有多么重要了智能硬件嵌入式企鵝要妖氣嗚嗚吧久零就要。

在電源設(shè)計(jì)我們用得最多的場(chǎng)合是,，從一個(gè)穩(wěn)定的“高”電壓得到一個(gè)穩(wěn)定的“低”電壓,。

這也就是經(jīng)常說(shuō)的DC-DC(直流-直流)，而直流-直流中用得最多的電源穩(wěn)壓芯片有兩種,，一種叫LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器,，我們后面說(shuō)的線性穩(wěn)壓電源，也是指它),，另一種叫PWM(脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源,，我們?cè)诒疚囊卜Q它開(kāi)關(guān)電源)。

我們常常聽(tīng)到PWM的效率高,，但是LDO的響應(yīng)快,，這是為什么呢?別著急，先讓我們看看它們的原理,。

下面會(huì)涉及一些理論知識(shí),，但是依然非常淺顯易懂，如果你不懂,，嘿嘿,，得檢查一下自己的基礎(chǔ)了。

線性穩(wěn)壓電源的工作原理

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如圖是線性穩(wěn)壓電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖,。

我們的目的是從高電壓Vs得到低電壓Vo,。在圖中，Vo經(jīng)過(guò)兩個(gè)分壓電阻分壓得到V+,，V+被送入放大器(我們把這個(gè)放大器叫做誤差放大器)的正端,，而放大器的負(fù)端Vref是電源內(nèi)部的參考電平(這個(gè)參考電平是恒定的),。

放大器的輸出Va連接到MOSFET的柵極來(lái)控制MOSFET的阻抗,。Va變大時(shí)，MOSFET的阻抗變大;Va變小時(shí),，MOSFET的阻抗變小,。MOSFET上的壓降將是Vs-Vo。

現(xiàn)在我們來(lái)看Vo是怎么穩(wěn)定的,，假設(shè)Vo變小,，那么V+將變小，放大器的輸出Va也將變小,，這將導(dǎo)致MOSFET的阻抗變小,，這樣經(jīng)過(guò)同樣的電流，MOSFET的壓差將變小,，于是將Vo上抬來(lái)抑制Vo的變小,。

同理,，Vo變大，V+變大,，Va變大,，MOSFET的阻抗變大，經(jīng)過(guò)同樣的電流,，MOSFET的壓差變大,，于是抑制Vo變大。

開(kāi)關(guān)電源的工作原理

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如上圖,，為了從高電壓Vs得到Vo,，開(kāi)關(guān)電源采用了用一定占空比的方波Vg1，Vg2推動(dòng)上下MOS管,，Vg1和Vg2是反相的,，Vg1為高，Vg2為低;上MOS管打開(kāi)時(shí),，下MOS管關(guān)閉;下MOS管打開(kāi)時(shí),，上MOS管關(guān)閉。

由此在L左端形成了一定占空比的方波電壓,，電感L和電容C我們可以看作是低通濾波器,，因此方波電壓經(jīng)過(guò)濾波后就得到了濾波后的穩(wěn)定電壓Vo。

Vo經(jīng)過(guò)R1,、R2分壓后送入第一個(gè)放大器(誤差放大器)的負(fù)端V+,，誤差放大器的輸出Va 做為第二個(gè)放大器(PWM放大器)的正端，PWM放大器的輸出Vpwm是一個(gè)有一定占空比的方波,，經(jīng)過(guò)門(mén)邏輯電路處理得到兩個(gè)反相的方波Vg1,、Vg2來(lái)控制MOSFET的開(kāi)關(guān)。

誤差放大器的正端Vref是一恒定的電壓,，而PWM放大器的負(fù)端Vt是一個(gè)三角波信號(hào),，一旦Va比三角波大時(shí)，Vpwm為高;Va比三角波小時(shí),，Vpwm為低,，因此Va與三角波的關(guān)系，決定了方波信號(hào) Vpwm的占空比;Va高,，占空比就低,，Va低，占空比就高,。

經(jīng)過(guò)處理,，Vg1與Vpwm同相，Vg2與 Vpwm反相;最終L左端的方波電壓Vp與Vg1相同,。如下圖,。

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當(dāng)Vo上升時(shí),，V+將上升，Va下降,，Vpwm占空比下降,，經(jīng)過(guò)們邏輯之后，Vg1的占空比下降,，Vg2的占空比上升,，Vp占空比下降，這又導(dǎo)致Vo降低,，于是Vo的上升將被抑制,。反之亦然。

線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源的比較

懂得了線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源的工作原理之后,，我們就可以明白為什么線性穩(wěn)壓電源有較小的噪聲,，較快的瞬態(tài)響應(yīng)，但是效率差;而開(kāi)關(guān)電源噪聲較大,，瞬態(tài)響應(yīng)較慢,，但效率高了。

線性穩(wěn)壓電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，反饋環(huán)路短,，因此噪聲小，而且瞬態(tài)響應(yīng)快(當(dāng)輸出電壓變化時(shí),，補(bǔ)償快),。但是因?yàn)檩斎牒洼敵龅膲翰钊�部落在了MOSFET上，所以它的效率低,。因此,，線性穩(wěn)壓一般用在小電流，對(duì)電壓精度要求高的應(yīng)用上,。

而開(kāi)關(guān)電源,，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響輸出電壓噪聲性能的因數(shù)很多,，且其反饋環(huán)路長(zhǎng),，因此其噪聲性能低于線性穩(wěn)壓電源,，且瞬態(tài)響應(yīng)慢,。

但是根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)，MOSFET處于完全開(kāi)和完全關(guān)兩種狀態(tài),，除了驅(qū)動(dòng)MOSFET,，和MOSFET自己內(nèi)阻消耗的能量之外，其他能量被全部用在了輸出(理論上L,、C 是不耗能量的,，盡管實(shí)際并非如此,，但這些消耗的能量很小)。

這一部分澄清高速信號(hào)認(rèn)識(shí)的一些誤區(qū),。

file:///C:\Users\郭曉娟\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9330.tmp.png高速看的是信號(hào)沿,，不是時(shí)鐘頻率

一般而言，時(shí)鐘頻率高的,，其信號(hào)上升沿快,，因此一般我們把它們當(dāng)成高速信號(hào);但反過(guò)來(lái)不一定成立，時(shí)鐘頻率低的,，如果信號(hào)上升沿依然快的,，一樣要把它當(dāng)成高速信號(hào)來(lái)處理。

根據(jù)信號(hào)理論,，信號(hào)上升沿包含了高頻信息(用傅立葉變換,，可以找出定量表達(dá)式)，因此,，一旦信號(hào)上升沿很陡,，我們應(yīng)該按高速信號(hào)來(lái)處理，設(shè)計(jì)不好,，很可能出現(xiàn)上升沿過(guò)于緩慢,，有過(guò)沖，下沖,，振鈴的現(xiàn)象,。

比如，I2C信號(hào),，在超快速模式下,，時(shí)鐘頻率為1MHz，但是其規(guī)范要求上升時(shí)間或下降時(shí)間不超過(guò)120ns!確實(shí)有很多板I2C就過(guò)不了關(guān)!

因此,，我們更應(yīng)該關(guān)注的是信號(hào)帶寬,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，帶寬與上升時(shí)間(10%~90%)的關(guān)系為 Fw * Tr = 3.5

file:///C:\Users\郭曉娟\AppData\Local\Temp\ksohtml\wps9331.tmp.png示波器選擇

很多人注意到了示波器的采樣率,，沒(méi)有注意到示波器的帶寬,。但往往示波器帶寬是一個(gè)更重要的參數(shù)。一些人以為只要示波器采樣率滿足超過(guò)信號(hào)時(shí)鐘頻率的兩倍就行了,，這是大錯(cuò)特錯(cuò),。

錯(cuò)誤的原因是錯(cuò)誤的理解了采樣定理。采樣定理1說(shuō)明了當(dāng)采樣頻率大于信號(hào)最大帶寬的兩倍,，就能完美地恢復(fù)原信號(hào),。

但是，采樣定理指的信號(hào)是帶限信號(hào)(帶寬是有限的),，與現(xiàn)實(shí)中的信號(hào)嚴(yán)重不符,。我們一般的數(shù)字信號(hào),，除了時(shí)鐘之外，都不是周期的,，從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看,，其頻譜是無(wú)限寬的;要能捕獲到高速信號(hào)，就不能對(duì)其高頻分量太多的失真,。

示波器帶寬指標(biāo)與此息息相關(guān),。因此，真正要注意的依然是用示波器捕獲的信號(hào)的上升沿失真在我們可接受的范圍,。

那么選多高帶寬的示波器才合適呢?理論上5倍于信號(hào)帶寬的示波器捕獲的信號(hào)比原信號(hào)損失不到3%,。如果要求損失更寬松，那就可以選擇更低端的示波器,。用到3倍于信號(hào)帶寬的示波器應(yīng)該能滿足大多數(shù)要求,。但是不要忘了你探頭的帶寬!

xiaobing86203

這是干什么用的啊,？

韓寒11

有點(diǎn)復(fù)雜,，看不明白啊，還請(qǐng)樓主明示