电路设计

目前电子器材用于各类电子设备和系统仍然以印制电路板为主要装配方式。实践证明，即使电路原理图设计正确，印制电路板设计不当，也会对电子设备的可靠性产生不利影响。

因此，在设计印制电路板的时候，应注意采用正确的方法。

<strong>一、接地</strong>

地线设计在电子设备中，接地是控制干扰的重要方法。如能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可解决大部分干扰问题。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地(逻辑地)和模拟地等。

<strong>在地线设计中应注意以下几点</strong>

1、正确选择单点接地与多点接地在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则应采用多点接地法。

2、将数字电路与模拟电路分开电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。

1、如何选择PCB 板材？
选择PCB 板材必须在满足设计需求和可量产性及成本中间取得平衡点。设计需求包含电气和机构这两部分。通常在设计非常高速的 PCB 板子(大于 GHz 的频率)时这材质问题会比较重要。例如，现在常用的 FR-4 材质，在几个GHz 的频率时的介质损耗(dielectric loss)会对信号衰减有很大的影响，可能就不合用。就电气而言，要注意介电常数(dielectric constant)和介质损在所设计的频率是否合用。

2、如何避免高频干扰？
避免高频干扰的基本思路是尽量降低高频信号电磁场的干扰，也就是所谓的串扰(Crosstalk)。可用拉大高速信号和模拟信号之间的距离，或加 ground guard/shunt traces 在模拟信号旁边。还要注意数字地对模拟地的噪声干扰。

3、在高速设计中，如何解决信号的完整性问题？
信号完整性基本上是阻抗匹配的问题。而影响阻抗匹配的因素有信号源的架构和输出阻抗(output impedance)，走线的特性阻抗，负载端的特性，走线的拓朴(topology)架构等。解决的方式是靠端接(termination)与调整走线的拓朴。

整流电路中主要使用整流二极管，所以整流电路的故障机理与整流二极管相关，对整流电路的故障检修可以采用检测二极管的一套方法。

一、故障机理
关于整流电路的故障机理，主要说明下列几点：
1、整流电路出故障的根本原因有两个方面：一是外电路对整流二极管的破坏性影响，这不是整流电路本身的故障;二是整流二极管本身的质量问题，由于整流二极管的工作电流比较大，容易出现故障。
2、整流二极管有开路和击穿两个硬性故障，它的软性故障是二极管正向电阻增大和反向电阻减小，工作稳定性差等。

3、整流二极管正向电阻增大后，在整流二极管两端的管压降增大，加到整流电路负载电阻上的直流电压减小，降低了电源电路的直流输出电压。整流直流工作电流愈大，在整流二极管上的管压降愈大，整流二极管本身也发热，严重时将烧坏整流二极管。

4、整流二极管反向电阻减小后，二极管的单向导电性能变劣，使另一半周交流电压中的一部分通过整流二极管加到了整流电路负载电阻上，因为这是交流电压，所以增大了直流工作电压中的纹波电压，从而加重了滤波电路的负担。

要求： 完成占空比（高电平占一个时钟周期的比例）为0.25的8分频电路模块的Verilog设计，并且设计一个仿真测试用的Verilog程序，从时序上验证分频电路模块的正确性。

　　整数分频器的设计原理

　　1.1 偶数倍分频

　　偶数分频器的实现非常简单，通过计数器计数就完全可以实现。如进行N倍偶数分频，就可以通过由待分频的时钟触发计数器计数，当计数器从0计数到N／2-1时，输出时钟进行翻转，并给计数器一个复位信号，以使下一个时钟从零开始计数。以此循环，就可以实现任意的偶数分频。

　　1.2 奇数倍分频

　　奇数倍分频有两种实现方法，其中之一完全可以通过计数器来实现，如进行三分频，就可通过待分频时钟上升沿触发计数器来进行模三计数，当计数器计数到邻近值时进行两次翻转。比如可以在计数器计数到1时，输出时钟进行翻转，计数到2时再次进行翻转。这样，就在计数值邻近的1和2进行了两次翻转。如此便实现了三分频，其占空比为1／3或2／3。

<p>随着LoRa技术在业内的持续发热，加上其独特优越的传输性能，运用LoRa技术的群体正在爆发式的增长，由于很大部分群体对LoRa等射频技术均是初次接触，在做产品的过程中，通常会遇到棘手的射频电路设计问题，其实只要掌握几大要点，就基本可以发挥LoRa的最佳性能。</p>
<h2><strong>要点一、匹配电路设计</strong></h2>
<p>在原理图设计时，需要在天线接头与模块的天线引脚之间预留一个π型匹配电路。天线的阻抗是受到电路板的铺地、外壳和安装角度等因素影响的，预留这个π型匹配电路是为了当天线严重偏离50欧姆时，将其纠正到50欧姆。</p>
<p>默认情况下，天线阻抗是比较接近50欧姆的，在下图中的C17和C18不用焊接；而L2用220pF电容，或者1nH电感，再或者0欧电阻，三者均可。遇到特殊的情况时，比如天线安装模具内部、天线的体积很小或需要加强高次谐波抑制等，这三个匹配元件才需要进行匹配调整。</p>

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随着移动数据通信技术的蓬勃发展，对各种无线设备的硬件及技术要求也越来越高，从而在实现各种通信环境之下稳定、安全、高速的数据传输未来移动通信的研究重点。射频放大器（PA）作为发射机的末端，在电路设计中要考虑很多细节，比如：调制信号是否达到所需要的发射功率，接收机是否能够完整、满意的信号电平，信号放大后如何保证不失真等等。今天，小编来问大家继续讲解有关RF放大器相关的一些知名射频半导体厂商方案。</p>
<h2><strong>村田（Murata）自适应通信多级构成PA 电路</strong></h2>
<p>概述：村田自主研发的功率放大器，采用多级构成PA，从而稳定保证RF射频达到发射所需功率，同时能够根据相应的通信方式改变PA的构成。</p>
<h3><strong>村田自适应多级构成PA - 详细介绍：</strong></h3>

（1）为了获得具有良好稳定性的反馈电路，通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。

（2）积分反馈电路通常需要一个小电阻（约 560 欧）与每个大于 10pF 的积分电容串联。

（3）在反馈环外不要使用主动电路进行滤波或控制 EMC 的 RF 带宽，而只能使用被动元件（最好为 RC 电路）。仅仅在运放的开环增益比闭环增益大的频率下，积分反馈方法才有效。在更高的频率下，积分电路不能控制频率响应。

（4）为了获得一个稳定的线性电路，所有连接必须使用被动滤波器或其他抑制方法（如光电隔离）进行保护。

（5）使用 EMC 滤波器，并且与 IC 相关的滤波器都应该和本地的 0V 参考平面连接。

（6）在外部电缆的连接处应该放置输入输出滤波器，任何在没有屏蔽系统内部的导线连接处都需要滤波，因为存在天线效应。另外，在具有数字信号处理或开关模式的变换器的屏蔽系统内部的导线连接处也需要滤波。

现象一：这板子的PCB设计要求不高，就用细一点的线，自动布吧
点评：自动布线必然要占用更大的PCB面积，同时产生比手动布线多好多倍的过孔，在批量很大的产品中，PCB厂家降价所考虑的因素除了商务因素外，就是线宽和过孔数量，它们分别影响到PCB的成品率和钻头的消耗数量，节约了供应商的成本，也就给降价找到了理由。

现象二：这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些。
点评：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，现在的系统常常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都上拉的话，几瓦的功耗就耗在这些电阻上了。

　　现象三：CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢?先让它空着吧，以后再说。
　　点评：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个引脚也会有微安级的电流，所以最好的办法是设成输出(当然外面不能接其它有驱动的信号)

更为方便快捷的充电方式是我们一直所追求的，近年来，一种新型的充电技术开始出现在我们的视野，它就是无线充电。无线充电源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式，大功率无线充电常采用谐振式由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。

由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。

本文介绍的是一个简单实用的无线传能充电器方案，它是通过线圈将电能以无线方式传输给灯泡(电池)。本无线传能充电器由能量发送单元与能量接收单元两大部分组成，可以在5cm范围内对灯泡(电池)进行充电。

电源电路

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原因很简单：产品都在变小。现在智能手机、平板电脑、血糖检测器等无数电子设备对尺寸的要求越来越严格，内部越来越紧密，于是留给连接器的空间就不多了。这种趋势也出现在国防和航空航天领域，比如在卫星、制导导弹和航空电子系统中，其中的紧凑性要求只有“微缩型”的连接器才能满足。

　　对更小型的连接器的需求在不断上升，设计工程师也就面临着一系列新的挑战。他们再也不能将连接器的设计放到项目的最后阶段来完成。微型连接器需要深谋远虑。它要求设计者预先考虑封装、耐久性、电流负载能力和可更换性等各种各样的因素。

　　设计者应当考虑更换的便易性，尤其是封闭式的外壳中。Molex VITA 67就是一种易于更换的微型连接器。
　　下面是来自于微连接器供应商的一些设计建议。这些建议不仅来自于连接器设计的专家，而且也是设计师惨痛的经验总结，所以值得设计师的参考。

　　1、在设计早期考虑连接器
　　“工程师往往都太专注于设计整体系统，而把连接器放到设计的最后阶段再考虑。”TE Connectivity产品开发工程部主管Mitch Storry说，“他们认为连接器很简单，所以他们可以把相关的设计放到最后阶段。然后他们被自己的设计卡住了。”