电源电路设计技巧范文

电源电路设计技巧篇1

关键词：电路原理图；protel 99SE；印制电路板

一块设计精良且方便安装的印制电路板，不但可以反映出设计者的水平，还为将来的使用以及维修带来很大的方便。目前印制电路板设计软件很多，对于初学者来说由澳大利亚protel公司开发的印制电路板设计软件protel 99SE简单易学，下面就为大家总结一些在使用该软件时的一些实用的处理问题的方法与技巧。

一、绘制原理图技巧

下面我们就绘制原理图过程中常出现的问题总结如下：

进行原理图编辑有直接连线和网络连线两种方式，一般简单电路宜采用直接连线。有时对于初学者来说常会出现原理图都连接上了，可是生成印制电路板图时没有对应的走线。例如：在原理图上各连线画得都很清楚，可是在进行电子规则检查时总被提示出错；或者在生成网络表后有一些引脚在网络表中并没被连接上，由此造成在PCB中导入网络表后使对应的焊盘没有连上。出现这样问题可以总结为以下几个原因供大家参考：

（一）初学者经常把“Drawing Tools”工具箱里的“Polyline（直线）”工具当成“Wiring Tools”工具箱里的“Wire（导线）”来使用，这二种不同工具画出来的线看起来是一样，但是用“直线”绘制的元件之间却没有任何的电气连接关系，而只有用“Wire（导线）”所绘制的直线才是真正具有电气连接属性的“导线”。

（二）也有一些人把“Bus（总线）”当成“Wire（导线）”来使用，这种图纸看起来也好像该连接的都连上了只是线条有点粗，在其生成的网络表中同样也是一个网络连接关系也没有。这是因为“Bus（总线）”不能单独使用，它必须结合“Bus Entry（总线入口）”、“Wire（导线）”以及“Net Label（网络标号）”一同使用才能确定管脚的电气连接关系。

（三）在用“Wire（导线）”连接引脚时，导线越过元件引脚端点与绘制引脚线重叠，这样会造成导线与引脚“虚接”。避免这种现象可通过“ERC”功能可以检查是否有“虚接”的线，或者是在连线时通过点击元件使之显示出外轮廓的虚线，这样连线时注意不要连到虚线内部即可。

（四）栅格精度设置不当也会引起上述情况，例如将可视栅格（Visible）设为10，栅格捕捉精度（Snap）设为1，就容易在导线与引脚端点处留下难以察觉的细微间隙，因些在设置栅格时可将可视栅格（Visible）设为10，栅格捕捉精度（Snap）设为5。

（五）还有一种情况是自己绘制原理图库元件时，在放置引脚时将引脚的头和尾弄反了，这样在连接导线时实际上应该连接引脚的尾部却连上了引脚的头部，导致无法正常进行电气连接。避免这种问题发生的方法是：在绘制元件时将引脚的“Show Name”项打开，显示出各引脚的名字，由于每个引脚的名字肯定是在引脚的头部，只要将带名字的一端放在靠近元件这侧即可。

二、生成网络表技巧

完成原理图设计之后，接下来是将原理图转化成网络表。网络表是描述电路元件的标号、封装及元件引脚之间连接关系的列表。网络表是生成PCB板的重要依据，它即可以从电路原理图直接生成，也可以在PCB板中已经布好线的电路中获得。在PCB板绘制过程中首先要导入生成的网络表，但有时经常会出现网络表提示出错的信息，下面将几种常见的网络表错误信息总结一下：

（一）当在原理图中定义元件的封装时如果是PCB库中没有的封装，就会提示如“FOOTPRINT *** NOT FOUND”的信息，其中“***”表示末找到的元件封装名。出现这种错误解决办法是：首先回到原理图中检查封装的名字是否写错，要与PCB库中的名称保持一致，比如不要将字母“O”与数字“0”混淆等；如果排除了拼写错误，则有可能是该封装在PCB库中不存在，确认所需的元件库是否调入即可。

（二）有时原理图库中的元件引脚的名称和对应的PCB库中封装定义的引脚名称不一致，这样也会导致在PCB中导入网络表后这些引脚的电气连接关系丢失。例如在原理图中二极管的引脚名称为“12”，但是在PCB中对应的二极管封装焊盘号为“AK”，这时就需要将这二个名称统一起来，可以将其中一个更改为和另一个名称一致即可避免引脚的电气连接关系丢失。

三、PCB设计

在印制电路板图设计环节导入完整的网络表后， 就需要对元器件的位置进

行布局。初学者一般会利用自动布局， 但是这样布局出来的结果一般不符合实际电路的要求！ 因些要按照原理图中的元器件连接方式手动进行布局。遵循规范的设计原则， 就近排放元件，这样可以使元器件连线最短， 整体布线简洁。而且， 这样做的最大好处是产生的干扰信号较少， 为将来电路调试带来方便。一般而言，对于元器件较多的电路应该首先进行自动布局。在自动布局后再手动进行调整，合理的布局很大程度上取决于设计者的实践经验。

如果 PCB 图元器件的布置合理， 布线就相对简单了， 可以采用自动布线然后局部手动调整的方法完成，把手动布线和自动布线结合起来。PCB 制图中自动布线的布通率依赖于良好

的布局，但有时由于考虑到电源及地线等因素引起的干扰也会影响到布线。可以通过以下方法对布线进行改进：

（一）电源线和地线要尽量画的粗一些，一般是地线粗于电源线，电源线粗于信号线。同时尽量在电源线和地线间加上去藕电容；

（二）导线尽可能横平竖直，焊盘尽可能间距宽一些；

（三）要考虑大功率器件的安装位置，使其散热良好；

（四）可以将接地部分进行大面积敷铜操作。

将设计好的PCB图进行打印输出时，由于此图是从印制板的顶面观察得到的图，如果想通过复写纸将该图转印到敷铜板上务必要用“镜像”打印方式来输出，否则会出现某些元器件方向出错的情况：例如集成芯片由于其引脚都有各自的顺序，如果不是按镜像方式打印就会造成整个芯片反个，只能从电路板反面插入进行安装。

Protel软件发展迅速，内容也不断更新。以上都是根据日常的使用过程中总结的一些经验和技巧，只要在掌握Protel设计的技巧同时注意一些常见的问题，会使大家的工作事半功倍，学以致用。

参考文献：

[2]张里.Protel网络表常见错误及实用技巧[J].重庆工学院学报，2006.

电源电路设计技巧篇2

关键词 数字电路 实验故障 检测 排除方法

数字电路是高职应用电子技术专业的一门专业基础课程，它具有很强的实践性、工程应用性，因此实验课程在数字电路教学中占有举足轻重的地位。但是实验中不出故障几乎是不可能的，为了保证实验教学的质量，达到高职教育为企业培养懂管理的高技能型人才的目标，培养和提高学生分析故障、排除故障的能力已成为教学中急需解决的问题。

1数字电路实验技巧及故障产生的原因

数字电路实验可以分为验证性实验和课程设计实验，对于初次学习数字电路课程的同学来说，很难做到不出差错、一次性顺利调试通过。如果按照设计好的电路进行组装调试，结果并不能实现其逻辑功能，那就说明电路有故障。故障产生的因素很多，有实验设备方面的客观因素，也有学生操作的主观因素。结合在实验教学中高职生遇到的问题及故障产生的原因，探究数字电路实验技巧及常见故障的检测与排除。

数字电路实验中首先要明确实验目的，搞清实验原理，掌握实验技能和方法，分析实验数据并处理实验结果，完成实验报告。决定实验能否成功的关键环节就是方案设计和电路的制作与调试，初学者只要能掌握这些技巧在关键环节不出差错，实验就能成功。尽管教师反复强调这些实验技巧和注意事项，但是由于学生的个体差异每次实验中出现的故障是五花八门，这些故障固然有实验设备和实验器件自身的因素，但大多数由人的主观性造成的，如常识性、技术性操作错误。常见的故障产生的原因可归纳为以下几点：

1.1电路设计错误

电路设计中单元电路有错误或系统电路有错误。主要原因可能是没有理解设计要求，精心分析设计电路，考虑问题不周全就会在电路设计中出错。

1.2元器件及安装问题

数字电路一般由多个元器件构成，每个元器件参数都有不同要求，如果任何一个元器件参数不符合设定值，就可能使设计电路的功能出现故障。除了人为调整器件参数外，还有老化、运行温度的变化等因素。此外元器件损坏或安装有错误，比如集成芯片插错、引脚折弯引脚间短路、连接处有接触不良；二极管、三极管、电容极性等接反等问题。

1.3布线问题

电路布线有错误，包括错线（连线一端正确，另一端错误；连线乱接）、少线（安装时完全漏掉的线）和多线（连线的两端在电路图上都是不存在的）。电路布线正确是电路功能正常的必要条件，因为一个电路有多个元器件，这就使布线比较复杂，不太容易操作，只要有一条线出现错误，就会导致电路出现故障，所以布线要认真而且合理。清楚和规则的布线有利于实现电路功能和排查故障。

1.4焊点问题

焊点存在虚焊、漏焊、桥接的问题，这个问题也是实验中最难查找的。

1.5电源供电、信号线有误

电源的接线有错误，正负极接反、漏接或电源端对地短路；信号源连线不正确。受潮、短路、断路、烧损等致使数字电路功能无法实现。

1.6测试方法问题

测试方法不对是学生常犯的错误，主要原因是对实验电路的原理没理解透彻，实验目的不明确，不会使用仪器仪表（稳压电源、示波器、脉冲信号发生器、万用表），对各种测试方法并不是很了解，例如，在验证TTL逻辑门功能实验中，要测量与非门电路的的输出高电压和低电压，万用表需要拨到直流电压档测试，有的学生就用交流档测量其电压，在测试过程中，发现电压表的读数不稳定，学生不知道如何解决，误认为仪表有问题。

2数字电路实验故障排除方法

在数字电路实验中要想快速排除故障，就需要学生对常见故障的处理非常熟悉，但这一要求对初学者来说还是有一定难度的。因此，我们总结了实验教学中积累的一些经验，希望对学生有一定的帮助。

2.1观察法

观察法就是不使用仪器仪表测量，凭借人的眼睛、感官来识别故障产生的原因。初学者组装电路时由于没有经验，会在工艺存在一些明显的失误，造成短路、断路、元器件烧坏等故障，部分原因可通过肉眼观察到。例如：集成芯片插错方向、引脚有无折弯、芯片的使能控制端处理是否正确、二极管和三极管极性有无接反、电容极性有无接错、烧焦（糊）、发烫、断线、虚焊、漏焊等现象。这种方法的缺点就是有时观察到的只是表象，并不能看出故障的真正原因。

2.2仪表测量法

如果观察法没有找出故障原因，可以用仪表测量逐级检查，常用万用表、逻辑笔、示波器进行测试。万用表测量比较简单，一般先用万用表测量电子元器件的电压，电路中各电子元件正常工作时各引脚、接点处的电压都有规定的数值或范围，通过测量电压可以判断它是否符合电路理（下转第71页）（上接第58页）论设计要求，从而确定故障点或故障发生的范围。其次可以用示波器观察电路中关键点的电压波形，根据幅值、周期，判断电子元器件动态工作过程是否正确，从而找出一些静态工作点正常但动态工作异常的故障。

3结语

数字电路实验教学中故障出现的原因、检测排除故障的方法，还需要不断积累总结。教师要指导学生如何根据故障现象，自己查找排除故障，不仅可以提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，还能培养他们严谨认真的科学实验态度，达到真正的实验课程的目的。

作者简介：姚聪（1982-），男，安徽滁州人，滁州职业技术学院，工程师，学士，研究方向：电子科学与技术；王健（1967-），男，安徽滁州人，滁州职业技术学院，技师，研究方向：工业自动化；贾秀玲（1979-），女，河南周口人，滁州职业技术学院，讲师，硕士，研究方向：电子科学与技术。

⒖嘉南

[1] 蔡忠法.电子技术实验与课程设计[M].杭州：浙江大学出版社，2005.

[2] 严之琦.数字电路故障检测与诊断的策略探讨[J].赤峰学院学报（科学教育版），2011，5（7）：39-42.

电源电路设计技巧篇3

关键词：初中物理；电学知识；有效教学

由于电学内容具有实验多、公式多、规律多、概念多、知识容量大及比较复杂的电路图连接等特点，使得大多数初中学生认为学习电学知识最为困难，也比较枯燥无味。因而，结合自己多年的亲身教学经验，笔者认为有两个关键点可以帮助搞好电学知识的教学。

一、夯实电学基础知识

“万丈高楼平地起”，电学知识的学习同样如此。要学好电学知识，学生不仅要在日常的学习中善于总结各知识点之间的系统联系，更要严格牢记基本知识点。详细地概括来说，重点的电学知识点主要有一个方法，即控制变量法；三个基本实验，即伏安法测功率、伏安法测电阻、并联电路和串联电路；两种测量仪表即电压表和电流表；三个规律，包括并联电路当中的电阻、电压以及电流等各个特点，还包括串联电路的电阻、电压以及电流等各个特点，欧姆定律；五个概念，即电功率、电功、电阻、电压、电流。教师要让学生了解这些概念的时候学会思考“应该怎样才能准确地定义这些概念？”“为什么引入这个概念？”“该概念有什么重要作用？”“与之相近的概念有哪些？”“有什么样的物理量单位？”“换算关系如何？”“还有哪些常用单位？”“它们之间有什么联系与区别？”等问题。

针对这些规律，学生要注重理解各物理量之间有什么变化规律或关系。比如：“这些物理规律的适用范围与成立条件是什么？”“电源如何与正负接线柱相连接？”“被测电路与测量仪器之间是并联还是串联？”“该电表有几个量程？”“是否可以直接连到电源的正负两极？如何读数？如何选取？”等问题。在实践的操作过程中学生应当熟练地掌握每一个实验结论的总结和归纳，减小误差的方法，实验数据的处理与记录，实验记录表格的设计，器材的选择道理、滑动变阻器和开关的使用规则和作用，电表量程的读数方法与选择、实物图连接、电路图、原理，等等。除上述内容外，学生还要掌握：安全用电常识、家庭电路、感应电流、电磁感应、发电机和电动机的原理、磁感线、磁场、磁极、磁化、磁体和磁性、电流的效应、摩擦起电、负电荷和正电荷。针对上述知识，学生不仅要能识记，还要能对有关简单的电学问题和物理现象进行解释。教师应当突出重点，分清主次，最终帮助学生全面掌握和理解基础知识点。

二、强化学生对解题技巧的训练

教师应当让学生学会“吃一堑，长一智”，不仅让他们“知其然”，更要“知其所以然”。学生要想总结出解题的规律所在，就应该不断地总结产生错误的缘由。学生只有通过持续不断地积累解题方法，才能触类旁通、举一反三，进而提升学习成绩。比如，学生可以在日常教学中获得以下有关解题的技巧、方法：1.识别并、串联电路的技巧，尾尾相接、首首相连，由于电路是串联在各元器件之间的，因而是串联电路；而并联电路是指在电路的汇流点与分流点之间首尾是并列连接的，并且元件之间、多条电流路径能互不影响的独立工作的电路。2.有技巧地选择公式。由于并不使用原始的公式P=UI和W=UIt来计算电功率及电功，所以可根据电流处处相等的串联电路原则使用公式P=I2R和W=I2Rt开展解题，并在并联电路中，电压是相等的，可以选用公式更加便捷、迅速地解题。3.有技巧地选择计算单位。比如：“220 V 40 W”的灯泡能在1kW/h的电能下正常工作多久？如果是按照传统的思路，则首先要将1kW/h转换成为焦耳，其次按照公式P=W/t带入相应的单位与数据，最终计算出结果。很明显这样做不但容易出错，而且计算量比较大。但是倘若把40 W转换成0.04千瓦之后带入公式中加以计算便会简单许多。可见有效地选择解答方式会让你在计算中事半功倍。4.有技巧地解答电学综合计算题。在每年的中考物理中，电学综合计算题往往成为各省市的试卷压轴题，因而广大中考考生往往愁煞不已。这就要求学生通过系统化的步骤训练来解题：第一，为标出待求量及已知量按题意画出电路简图；第二，在滑动变阻器被移至某个地方时，在开关发生闭合或者断开的条件下，对各工作用电器的连接方式进行及时判断。第三，按照上述分析，有效结合电功率、电功的变形公式及原始公式、并串联电路的电功率、电功、分压或分流、电阻、电压、电流等特点，并以电路中的不变量作为关键点，最后建立方程组或方程来解答问题。

当然并不只是以上两种教学方式可以有效地搞好物理电学知识，要想全面地提升学生解决电学问题的能力，我们每一位教师都需要在平时的教学中不断地加以总结归纳，不断地进行巧妙指导。

参考文献：

[1]刘维建.提高高效物理课堂的几点思考[J].文理导航：中旬，2015（04）.

电源电路设计技巧篇4

Abstract： Along with cultural and artistic sublimation in the electrical lighting system， the requirements of lighting design to lighting wiring become more stringent， so that wiring problems become more and more complex. Especially for beginners， damage to electrical equipment or even failure of electrical system are very common due to wrong numbering of cables during design stage， which appears extremely easily more than a line， less check line and check line phenomenon， so that the design gets into a state of confusion， resulting in electric equipment damage， and even leading to serious electrical accident. In view of this phenomenon， this paper summarizes the skills of lighting wiring， thus reducing the probability of occurrence of errors greatly. The practice shows that the technique is simple， feasible and which facilitates memory using.

关键词： 布线；照明；线路控制

Key words： wiring；lighting；line control

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0095-02

0 引言

在电气照明设计过程中，设计者首先要根据照度的标准要求，进行初步设计，然后再根据建设单位和工程的具体要求，选择各种电光源设备、设计照明方式、确定灯具种类、安装方式、灯具部位并确定其安装方法以及进行配电线路的设计、选择开关电器、选择电线的截面积、型号、规格、数目等，一般对于比较复杂的大型工程来说，在布灯布线的过程中，容易出现错误，所以本文根据实际经验总结了布线技巧。由于在布线过程中涉及到整个照明电气线路的控制问题，故要先介绍一下照明电路的构成。

1 照明电气线路的控制

照明电路一般由四部分组成：电源、控制保护器（小型断路器和开关）、线路和负荷（灯具和插座）。

1.1 照明配电箱 楼层照明终端箱电源引自本楼的总配电箱或本楼的变压器低压配电屏，房间照明电源一般引自本层的照明终端箱。如图1所示。

常用的室内照明配电箱系统，如图2所示为民用住宅配电箱系统，当进线电源是三相时，要注意负荷的分配，尽量做到三相负荷平衡。

1.2 开关与线路的接法 开关种类多，建筑电气开关主要有跷板开关、拉线开关、调速开关和节能开关等几种，其安装方式有明装和暗装两种。

跷板开关一般安装在室内的承重墙上，采用暗装方式。开关触点的额定电流值为10A。每个接线端子只能并接两根2.5mm2的铜导线，所以在平面设计时，在开关处尽可能较少分支线路。开关的安装位置，距地面高度为1.4m。

照明器、插座等通常都是并联接于电源进线的两端，相线（俗称火线）经开关至灯头，零线直接接灯头，保护接地线与灯具金属外壳相连接。照明线路有两种方式连接，共头接线法，各照明器、插座、开关等直接从电源干线连接，导线中间允许有接头的安装接线法，称为直接接线法。导线的连接只能通过开关、设备接线端子引线、导线中间不允许有接头的安装接线法，称为共头接线法。共头接线法虽然耗用的导线较多，但接线可靠，是广泛采用的安装接线方法。如图3、图4所示。

1.3 照明设计布线 在照明布线设计中，会涉及到三种线：

①相线：俗称火线，符号：L。

②中性线：俗称零线，符号：N。

③保护线：俗称地线，符号：PE。

灯具在布置过程中，由于位置的不同穿线时可能会存在巨大的差异，所以为了布线的方便自行总计布线口诀：零线棚里穿，火线进开关。出来控制线，与零结成伴。

2 结合实际举例

下面以0类灯具为例，给教室进行布线。每只单联开关控制1纵行荧光灯。（图5）

布线说明：

零线棚里穿：把从照明配电箱中引出的零线穿过所有的灯具，即图中所有黑线的位置；

火线进开关：从照明配电箱中引出的火线，当遇到开关时引到开关中；

出来控制线：从开关中出来的火线变成控制线，几联开关引出几根控制线（实际上控制线就是火线，为了方便记忆换个名称）。

与零结成伴：凡是有零线的部位都要布置一根控制线。

3 典型建筑工程照明设计图

应用布线口诀进行布线，线路既简单又明了，不易出现错误，思路清晰可见。如图6所示。

4 结论

本论文针对照明布线极易出现多查线、少查线和错查线的现象，使设计进入混乱状态，损坏电气设备的这种现象，提出了照明布线的口诀，此口诀简单易懂，应用性强，实践也证明了该口诀具有很强的实施性、可行性以及准确性。

参考文献：

[1]中国建筑科学研究院，建筑照明设计标准[S].中国建筑工业出版社.2004.

[2]赵金剑.绿色公共建筑电气设计要求简析[J].建筑电气，2012.3.

[3]段春丽，黄仕元.建筑电气[M].机械工业出版社，2006.6.

电源电路设计技巧篇5

美国国家半导体的0.4mm间距封装占用印制电路板极少的板面空间，因此即使电路板空间有限，工程师也可轻易完成线路设计。美国国家半导体于1999年便已率先推出先进的micro SMD封装，后来更以此为基础成功开发间距只有0.4mm的新一代 micro SMD封装。新封装除了采用生产硅芯片所必要的先进工艺技术之外，也引进新一代的焊接和硅基体研磨技术。

型号为LM4941的1.2W AB类音频放大器内置美国国家半导体独有的射频信号抑制电路，其优点是可以抑制射频干扰，而且这方面的改善比现有的设计高20dB。放大器的输出端像天线一样，本身也有接收能力，不但会自动接收外来噪音，还会将其传送回放大器的信号路径。放大器若内置射频抑制电路，便可防止输出端接收外来噪音。这款1.2mm x 1.2mm的全差分放大器可以消除大部分系统常见的共模噪音，而且当以5V供电操作时，其静态电流只有1.7mA。

LM4985 低噪音立体声耳机放大器设有通过 I2C 兼容接口控制的 32 步级非线性音量控制功能，因此无需通过软件提高系统的音量控制分辨度。其音量控制曲线更是因应人类听觉灵敏度而特别设计，使用家听得更舒适。当这款放大器采用无需输出电容器模式时，两条声道的静态电流低至只有 3mA，若以 5V 的供电操作，可为每声道连续提供平均高达 135mW 的输出功率，驱动 16W 的负载。

LM4985 芯片的设计非常灵活，适用于电容耦合或无需输出电容器 (OCL) 的设计。此外，厂商客户甚至可以利用同一款美国国家半导体的放大器，开发不同的平台，使新产品可以更快取得认证。

LM4985及LM4941芯片与早前推出的 LM4673及LM4995都属于同一系列的放大器，同样采用0.4mm间距的micro SMD封装。LM4673是一款全差分、单电源供应、无需滤波器的2.5W D类(Class D)开关音频放大器，采用尺寸只有1.4mm x 1.4mm的 micro SMD 封装。由于封装小巧，因此可以放在靠近扬声器的位置也完全不会受电磁干扰。LM4673 芯片的功耗低于目前市场上任何同类的D类音频放大器，若以3.6V的电源供应操作，其静态电流只有2.1mA(典型值)，有助于延长移动电话的通话时间，也确保便携式音响设备可以长时间连续不断播放各种音乐及电台节目。

LM4995是一款采用1.25mm x 1.25mm micro SMD封装的AB类(Class AB)放大器，由于这款芯片采用小巧的封装，因此占用的印制电路板面积比现有音频放大器少30%。这款芯片只需一个5V的电源供应，便能连续输出平均高达1.3W的功率，驱动8W的扬声器负载，而总谐波失真及噪音皆不超过1%。

电源电路设计技巧篇6

关键词：NE555芯片；74LS系列芯片；计数；译码

中图分类号：TN402 文献标识码：A

1 引言

电子技术课程设计是电子技术课程教学中重要的实践环节，其任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深所学理论及实践技能，培养动手能力，提高学习兴趣，树立理论联系实际的工程观点。我院电信专业05级学生在数电课程设计教学中提出了一种基于中规模集成电路的数字钟设计方案。该方案电路简单、成本低廉、调试方便、工作可靠。电路主要功能部件采用中规模集成电路，所用元件品种少、体积小、价格低、通用性好、为同学们所熟悉。通过该电路的设计制作，同学们普遍反映这是一次将所学理论转化为实践技能的成功教学活动，同学们不仅从中提高了分析、解决问题的能力，更重要的是受到设计思想、设计技能、实验研究技能的训练。

下面将该数字钟电路作一简单分析、介绍。

2 数字钟的基本组成

（1）秒脉冲发生器

产生数字钟所需的脉冲信号（即按秒产生的脉冲信号）。

（2）计数器

由秒个位计数器、秒十位计数器、分个位计数器、分十位计数器、时个位计数器、时十位计数器组成。

秒个位计数器每计满10个秒信号即向秒十位计数器发出一个进位信号，同时向自身发出置零信号。秒十位计数器每计满6个进位信号即向分个位计数器发出一个分信号，同时自身置零。

分计数器工作情况与秒同。

时计数器每计满24小时复位。

（3）译码显示器

由译码器和显示器组成

（4）时间校准电路

当刚接通电源或走时出现误差时可通过人工干预将时、分计数器预先设置在某一数值或进行时间校准。

（5）进位与清零控制

由门电路组成。

图1 数字钟的基本逻辑框图

3 秒脉冲发生器

电源电路设计技巧篇7

关键词：Protel；PCB设计；应用技巧；

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

引言

Protel是一款功能强大的计算机辅助电路设计软件。具有绘制电路原理图、对设计的电路原理图进行仿真、设计多层印刷电路板等功能。因其具有丰富多样的编辑器、完善有效的检测工具、灵活有序的设计管理系统，因而成为EDA技术行业广泛使用的一款优秀软件。该软件入门较为容易，但要熟练掌握它也非一日之功。本文将根据笔者多年的教学经验，对该软件使用过程中常遇到的问题及其解决方法加以介绍，使用者少走弯路。

常用的快捷键

在设计过程中，速度是很重要的，如果单用鼠标进行操作，不但单手负担太重容易麻木疲劳而且效率低下。为此Protel提供了极为方便的快捷方式。两手配合操作与单手操作的效率相比远不止翻倍。以下是一些最常用的快捷键：

PageUp以鼠标为中心放大；

PageDown以鼠标为中心缩小；

Home将鼠标所指的位置居中；

End刷新（重画）；

顶层与底层之间层的切换；

+（-）逐层切换：“+”与“-”的方向相反；

Qmm（毫米）与mil（密尔）的单位切换；

Ex编辑X，X为编辑目标，代号如下：(A)=圆弧；(C)=元件；(F)=填充；(P)=焊盘；(N)=网络；(S)=字符；(T)=导线；(V)=过孔；(I)=连接线；(G)=填充多边形。例如要编辑元件时按EC，鼠标指针出现“十”字，单击要编辑的元件即可进行编辑。Px放置X，X为放置目标，代号同上Mx移动X，X为移动目标，(A)、(C)、(F)、(P)、(S)、(T)、(V)、(G)同上，另外(I)=翻转选择部份；(O)旋转选择部份；(M)=移动选择部份；(R)=重新布线。Sx选择X，X为选择的内容，代号如下：(I)=内部区域；(O)=外部区域；(A)=全部；(L)=层上全部；(K)=锁定部分；(N)=物理网络；(C)=物理连接线；(H)=指定孔径的焊盘；(G)=网格外的焊盘。例如要选择全部时按SA，所有图形发亮表示已被选中，可对选中的文件进行复制、清除、移动等操作。

Alt＋删除键（回车上面的键）：撤消；

Alt＋E>E>A:取消全部选择；

Alt＋E>S>A:选中全部元件；

Alt＋E>L:删除被选中元件；

二、创建与规划PCB文件

2.1 PCB向导

在Files（文件）面板的底部，展开Newfromtemplate栏，后选择PCBBoardWizard菜单命令启动PCB创建向导，依据PCB创建向导的提示输入要设计的PCB板的尺寸、需要的层数、过孔风格、形状等。新建好的PCB文档自动加在Project中的PCB下，并使用默认名字PCB1.PCBDOC。需要注意的是设计的原理图文件和PCB文件必须在同一个项目文件下，否则不能加载元件库等操作。

2.2 手工法

如果用手工法建立新的PCB文件，则执行菜单File＼New＼PCB命令。这时在项目中的PCB的目录下添加一个新PCB文件默认名字为PCB1.PCBDOC，并在工作区窗口打开它。在Projects面板上，选中该文件单击右键，从快捷菜单中选择Saveas即可对新创建的文件需重新命名。

2.3 确定工作层

Protel2004共可进行74个板层设计，包含32层Signal（信号走线层）；16层Mechanical（机械层）；16层InternalPlane（内层电源层）；2层SolderMask（防焊层）；2层PasteMask（锡膏层）；2层Silkscreen（丝印层）；2层钻孔层（钻孔引导和钻孔冲压）；1层KeepOut-Layer（禁止布线层）；1层Multi-Layer（横跨所有的信号板层）。布线的层数用得越多，PCB的价格就越高。执行菜单命令Design（设计）＼BoardLayers（层堆栈管理器），在打开的对话框中可以对各层的属性、颜色等进行修改。

2.4定义PCB形状及尺寸

PCB板有两个边界：一个是物理边界首先规划电路板的物理边界，是对电路板机械定义的具体要求。我们一般在机械层（Mechanical1）来画物理边框。另外一个是电气边界。电气边界是用来限定元件布线和放置的范围，它是通过在禁止布线层（KeepOutLayer）对电气边界的绘制。印制电路板尺寸要适当，尺寸太大，线条长，抗噪能力下降；尺寸太小，散热不好，且临近的导线、器件之间容易互相干扰。为了不让PCB板外边框和连元件离得太近，电气边界距和物理边界之间要有一定的间距。

三、绘制原理图技巧

下面我们就绘制原理图过程中常出现的问题总结如下：

进行原理图编辑有直接连线和网络连线两种方式，一般简单电路宜采用直接连线。有时对于初学者来说常会出现原理图都连接上了，可是生成印制电路板图时没有对应的走线。例如：在原理图上各连线画得都很清楚，可是在进行电子规则检查时总被提示出错；或者在生成网络表后有一些引脚在网络表中并没被连接上，由此造成在PCB中导入网络表后使对应的焊盘没有连上。出现这样问题可以总结为以下几个原因供大家参考：

3.1初学者经常把“DrawingTools”工具箱里的“Polyline（直线）”工具当成“WiringTools”工具箱里的“Wire（导线）”来使用，这二种不同工具画出来的线看起来是一样，但是用“直线”绘制的元件之间却没有任何的电气连接关系，而只有用“Wire（导线）”所绘制的直线才是真正具有电气连接属性的“导线”。

3.2也有一些人把“Bus（总线）”当成“Wire（导线）”来使用，这种图纸看起来也好像该连接的都连上了只是线条有点粗，在其生成的网络表中同样也是一个网络连接关系也没有。这是因为“Bus（总线）”不能单独使用，它必须结合“BusEntry（总线入口）”、“Wire（导线）”以及“NetLabel（网络标号）”一同使用才能确定管脚的电气连接关系。

3.3在用“Wire（导线）”连接引脚时，导线越过元件引脚端点与绘制引脚线重叠，这样会造成导线与引脚“虚接”。避免这种现象可通过“ERC”功能可以检查是否有“虚接”的线，或者是在连线时通过点击元件使之显示出外轮廓的虚线，这样连线时注意不要连到虚线内部即可。

3.4栅格精度设置不当也会引起上述情况，例如将可视栅格（Visible）设为10，栅格捕捉精度（Snap）设为1，就容易在导线与引脚端点处留下难以察觉的细微间隙，因些在设置栅格时可将可视栅格（Visible）设为10，栅格捕捉精度（Snap）设为5。

3.5还有一种情况是自己绘制原理图库元件时，在放置引脚时将引脚的头和尾弄反了，这样在连接导线时实际上应该连接引脚的尾部却连上了引脚的头部，导致无法正常进行电气连接。避免这种问题发生的方法是：在绘制元件时将引脚的“ShowName”项打开，显示出各引脚的名字，由于每个引脚的名字肯定是在引脚的头部，只要将带名字的一端放在靠近元件这侧即可。

结束语

Protel软件发展迅速，内容也不断更新。以上都是根据日常的使用过程中总结的一些经验和技巧，只要在掌握Protel设计的技巧同时注意一些常见的问题，会使大家的工作事半功倍，学以致用。

参考文献

[1]张里.Protel网络表常见错误及实用技巧[J].重庆工学院学报，2006.

[2]王韬.有关protel使用技巧的问答[J].电子世界，2000.

电源电路设计技巧篇8

中图分类号:TN911-34; TP303.3 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)16-0080-03

Wiring Technique to Improve the Signal Integrity in PCB of Embedded System

JIANG Zhang, QI Jian-feng, WANG Chuang-wei

(Department of Computer, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Abstract: A method of the equitable wiring is proposed for solving the problems of signal integrity insufficiency caused by the high-frequency environment in PCB of embedded systems. Several methods to use the wiring techniques to improve signal integrity in the PCB design are summed up by the analysis of the diversified phenomena about signal integrity, and accounting for electrical characteristics of transmission lines, through-holes and corners by modeling. The methods have the actual reference value in the PCB design.

Keywords: embedded system; signal integrity; PCB design; wiring technique

0 引 言

随着电子技术的迅猛发展,嵌入式系统的应用越来越广泛,在很多应用中,人们考虑的不再是功能和性能,而是可靠性和兼容性[1-2]。印制电路板(print circuit board,PCB)是电子产品中电路元件和器件的基本支撑件,其设计质量往往直接影响嵌入式系统的可靠性和兼容性[3]。以往,一些低速电路板中,时钟频率一般只有10 MHz左右,电路板或封装设计的主要挑战就是如何在双层板上布通所有的信号线以及如何在组装时不破坏封装。由于互连线不曾影响系统性能,所以互连线的电气特性并不重要。在这种意义下对信号低速电路板中的互连线是畅通透明的。但是随着嵌入式系统的发展,采用的电路基本上都是高频电路,由于时钟频率的提高,信号上升沿也变短,印制电路对经过信号产生的容抗和感抗将远远大于印制电路本身的电阻,严重影响信号的完整性[4]。对于嵌入式系统,当时钟频率超过100 MHz或上升沿小于1 ns时,信号完整性效应就变得重要了[5-6]。

在PCB中,信号线是信号传输的主要载体,信号线的走线情况将直接决定信号传输的优越,从而直接影响整个系统的性能。不合理的布线,将严重引发多种信号完整性的问题,对电路产生时序、噪声和电磁干扰(EMI)等,将严重影响系统的性能。对此,本文从高速数字电路中信号线的实际电气特性出发,建立电气特性模型,寻找影响信号完整性的主要原因及解决问题的方法,给出布线中应该注意的问题和遵循的方法和技巧。

1 信号完整性

信号完整性是指信号在信号线上的质量,即信号在电路中能以正确的时序和电压电平作出响应的能力,信号具有良好的信号完整性是指在需要的时候具有所必需达到的电压电平数值。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的,而是板级设计中多种因素共同引起的[7]。信号完整性问题体现在很多方面,主要包括延迟、反射、串扰、过冲、振荡、地弹等[8]。

延迟(Delay):

延迟是指信号在PCB板的传输线上以有限的速度传输,信号从发送端发出到达接收端,其间存在一个传输延迟。信号延迟会对系统的时序产生影响;传输延迟主要取决于导线的长度和导线周围介质的介电常数。在高速数字系统中,信号传输线长度是影响时钟脉冲相位差的最直接因素,时钟脉冲相位差是指同时产生的两个时钟信号到达接收端的时间不同步。时钟脉冲相位差降低了信号沿到达的可预测性,如果时钟脉冲相位差太大,会在接收端产生错误的信号。

反射(Reflection):

反射就是信号在信号线上的回波。当信号延迟时间远大于信号跳变时间时,信号线必须当作传输线。当传输线的特性阻抗与负载阻抗不匹配时,信号功率(电压或电流)的一部分传输到线上并到达负载处,但是有一部分被反射了。若负载阻抗小于原阻抗,反射为负;反之,反射为正。布线的几何形状、不正确的线端接、经过连接器的传输及电源平面不连续等因素的变化均会导致此类反射。

串扰(Crosstalk):

串扰是两条信号线之间的耦合、信号线之间的互感和互容引起信号线上的噪声。容性耦合引发耦合电流,而感性耦合引发耦合电压。串扰噪声源于信号线网之间、信号系统和电源分布系统之间、过孔之间的电磁耦合。串绕有可能引起假时钟、间歇性数据错误等,对邻近信号的传输质量造成影响。现实中,无法完全消除串扰,但可将其控制在系统所能承受的范围之内。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性、基线端接方式对串扰都有一定的影响。

过冲(Overshoot)和下冲(Undershoot):

过冲就是第一个峰值或谷值超过设定电压,对于上升沿,是指最高电压;对于下降沿,是指最低电压。下冲是指下一个谷值或峰值超过设定电压。过分的过冲能够引起保护二极管工作,导致其过早的失效。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误(误操作)。

振荡(Ringing)和环绕振荡(Rounding):

振荡现象是反复出现的过冲和下冲。信号的振荡即是由线上过渡的电感和电容引起的振荡,属于欠阻尼状态,而环绕振荡,属于过阻尼状态。振荡和环绕振荡同反射一样也是由多种因素引起的,振荡可以通过适当的端接予以减小,但是不可能完全消除。

地电弹噪声和回流噪声:

当电路中有较大的电流涌动时会引起地电弹噪声,如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面上产生电压波动和变化,这个噪声会影响其他元件的动作。负载电容的增大,负载电阻的减小,地电感的增大,同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。

2 传输通道电气特性分析

在多层PCB中,绝大部分传输线不仅只布置在┑ジ霆层面上,而是在多个层面上交错布置,各层面间通过过孔进行连接。所以,在多层PCB中,一条典型的传输通道主要包括传输线、走线拐角、过孔3个部分。在低频情况下,印制线和走线过孔可以看成普通的连接不同器件管脚的电气连接,对信号质量不会产生太大影响。但在高频情况下,印制线、拐角和过孔就不能仅考虑其连通性,还应考虑其高频时电气特性和寄生参数的影响。

2.1 高速PCB中传输线的电气特性分析

在高速PCB设计中,不可避免地要使用大量的信号连接线,且长短不一,信号经过连接线的延迟时间与信号本身的变化时间相比已经不能忽略,信号以电磁波的速度在连接线上传输,此时的连接线是带有电阻、电容、电感的复杂网络,需要用分布参数系统模型来描述,即传输线模型。传输线用于将信号从一端传输到另┮欢,由2条有一定长度的导线组成,一条称为信号路径,一条称为返回路径。在低频电路中,传输线的特性表现为纯电阻电气特性。在高速PCB中,随着传输信号频率的增加,导线间的容性阻抗减小,导线上感性阻抗增加,信号线将不再只表现为纯电阻,即信号将不仅在导线上传输,而且也会在导体间的介质中传播。如果信号频率进一步增加,当jωLR,1/(jωC)R 时,导线上的感抗jωL 和容抗 1/(jωC) 成为比电阻RЦ主要的因素[5,7]。图1为传输线电气特性等效模型。

图1 传输线电气特性等效模型

对于均匀导线,在不考虑外部环境变化的情况下,电阻R、传输线寄生电感L和寄生电容C平均分布(即L1=L2=…=Ln;C1=C2=…=Cn+1)。假设传输线为无损传输线,即R=0时,若取线参数:单位长度电容C1、单位长度电感量L1Ш痛输线的总长度为Len,则有[5]:

传输线总电容:

C=C1×Len

传输线总电感:

L=L1×Len

根据传输线的线参数和总长度,可计算传输线的特性阻抗Z0和时延TD,公式如下[1]:

Z0=L1C1,TD=CL=LenC1L1

由以上公式可以明显看出,增大电容,减小电感,可以减小特性阻抗;减小传输线总长度,以及电容、电感,均可以减小信号线上的传输时延。

2.2 高速PCB中过孔的电气特性分析

过孔,通常是指印刷电路板中的一个孔,它是多层PCB设计中的一个重要因素。过孔可以用来固定安装插接元件或连通层间走线。从工艺层面来看,过孔一般分为三类:盲孔、埋孔和通孔。盲孔是指位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路与下面内层线路的连接,孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。通孔穿过整个线路板,可用于实现层间走线互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以一般印制电路板均使用通孔,而不用另外两种过孔。以下所说的过孔,均作为通孔考虑[9]。

过孔作为一段特殊的传输线,在高速电路中,过孔不但产生对地的寄生电容,同时也存在着寄生电感,其电气特性的等效模型如图2所示。

图2 过孔电气特性等效模型

过孔的寄生电容给电路造成的影响主要是使数字信号上升沿减慢或变差,降低了电路的速度。过孔的寄生电容值越小,影响越小。若过孔在铺底层上的隔离孔直径为DG,过孔焊盘的直径为DV,PCB厚度为H,板基材料介电常数为ε,则过孔寄生电容CУ拇笮〗似于[9-10]:

C=1.41εHDVDG-DV

过孔寄生电感的主要影响是降低了电源旁路电容的有效性,使整个电源供电滤波效果变差。若L为过孔的寄生电感,h是过孔的长度,DH是中心钻孔的直径,则可以用下面的公式来简单计算一个过孔近似的寄生电感[9-10]:

L=5.08h[ln(4h/DH)+1]

从上式可以看出,过孔直径对电感的影响较小,过孔长度对电感影响较大。在PCB中,通常旁路电容┮欢霜通过一个通孔连接到地平面,另一端也通过一个通孔连接到电源平面,因此通孔电感的影响会增加1倍。

2.3 传输线拐角对传输通道信号完整性问题的贡献

当信号沿均匀连线传播时,不会产生反射和传输信号的失真。但传输线上的拐角会使传输线处的阻抗发生变化,致使信号出现部分反射和失真。根据导线单位长度电容C1(单位:pF/in),导线线宽w(单位:in),可通过下面公式简单估算每个拐角的寄生电容Ccorner:

Ccorner=0.5C1w

在高密度电路板中信号线线宽较窄时,其拐角的寄生电容量引起的时延累加一般不太可能对信号完整性有很大影响。但对于高频敏感电路,如高频时钟线路,应考虑拐角寄生电容所产生的累加效应[5]。

3 利用布线技巧抑制信号完整性问题

当信号从驱动源输出时,构成信号的电流和电压将互连线看作一个阻抗网络。当信号沿阻抗网络传播时,它不断感受到互连线所引起的瞬态阻抗变化。如果信号感受到的阻抗保持不变,则信号不失真。一旦阻抗发生变化,信号就会在变化处产生反射,并在通过互连线的剩余部分时发生失真。如果阻抗改变程度足够大,失真就会导致错误的触发。在信号完整性优化设计过程中,┮桓霆重要的设计目标就是:将所有的互连线都设计成均匀传输线,并减少所有非均匀传输线的长度,让整个网络中的信号所感受到的阻抗保持不变[1]。基于此,可以归结出一些利用布线技巧抑制信号完整性问题的方法:印制导线的走线形状不要缠结、分支或硬拐角,尽量避免T形线和桩线;尽量保持同一网络信号线的线宽,减少线宽变化;减少传输线长度,增大导线宽度;要尽量增大导线间的距离;尽量减少高速信号线的过孔及拐角,减少信号线的层间转换;合理选择过孔的尺寸大小;减小信号环路面积及环路电流。

总之,任何改变横截面或网络几何形状的特征都会改变信号所感受到的阻抗。布线中减少信号完整性问题的重点就是减少传输线上的阻抗突变,让整个网络中的信号所感受到的阻抗保持不变。

4 结 语

随着嵌入式系统的发展,信号完整性成为嵌入式系统PCB设计中的一项极其重要的内容,影响着整个PCB设计的成败。在电路确定、元器件选定、PCB布局确定的情况下,可通过布线技巧来抑制信号完整性问题的出现,提高 PCB的可靠性,将信号完整性问题引发的损失降到最低。

参考文献

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[2]保罗.电磁兼容导论[M].闻映红,译.2版.北京:人民邮电出版社,2007.

[3]吴建辉.印制电路板的电磁兼容性设计[M].北京:国防工业出版社,2005.

[4]刘利民.嵌入式系统的硬件体系和发展[J].理工科研,2009(7):275-276.

[5]伯格丁.信号完整性分析[M].李玉山,译.北京:电子工业出版社,2005.

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[7]周萍.高速PCB板的信号完整性设计[J].电子质量,2009(1):32-36.

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[9]魏丽丽,刘浩.高速PCB过孔设计[J].电子质量,2007(9):76-78.