关于电路设计的一些基本知识点

目录

  • 一,BUCK降压电路
    • 1.1 布局与布线
      • 1.1.1 高频电流环路
      • 1.1.2 小信号的地
      • 1.1.3 其他要注意的地方
    • 1.2 输入输出电容,电感的选择
      • 1.2.1 电感的选择
      • 1.2.2 输入输出电容的选择
  • 三,电源芯片
    • 3.1 LM2596,LM2576
  • 四,运放电路设计
    • 4.1 运放的供电,去耦和PCB
      • 4.1.1 供电
      • 4.1.2 去耦
      • 4.1.3 如何给运放提供,比如+5V和-0.3V的电压
    • 4. 5 运放不稳定和自激振荡
  • 附录一:Buck电路布板错误示例(电感焊盘,电容焊盘,回路面积):
  • 附录二:陶瓷电容不同规格尺寸图


知识整理,持续更新,如有错漏,欢迎讨论。
知识点多来自B站,唐老师讲电赛,寒武纪魔道电子。

一,BUCK降压电路

![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/5391f50206af49dfb24fad7539a239d0.png

1.1 布局与布线

1.1.1 高频电流环路

高频电流环路的面积越小越好。
主要包括“输入电容C1,外接MOS管Q1,反向开关管或二极管Q2”。
注意:电感和输出电容不属于高频电流环路。
元器件布局基本可以分为两种:I型和U型。(可通过Vin和Vout判断)

  1. I型布局
    在这里插入图片描述
  2. U型布局
    在这里插入图片描述

1.1.2 小信号的地

小信号的地连一起(FB分压电阻,COMP,SS)然后再与PGND单点相连,或者通过过孔连到背面
电源AGND放正面,其他地就是AGND(背面覆铜,小信号的地)。
在这里插入图片描述

1.1.3 其他要注意的地方

  1. 与FB相连的两个电阻越靠近FB引脚越好,FB覆盖面积越小越好。走线细而短。
  2. 电感两个引脚间距离尽可能大一些,非一体成型电感最好把GND挖空,一挖到底。还要让敏感电路和回路远离电感。特别是Vout到FB的走线,特别要避开电感,二极管,特别是不能和电感平行。

1.2 输入输出电容,电感的选择

1.2.1 电感的选择

对于大多数应用,选择DC电流额定值比其最大负载电流值高出至少25%的电感器。
选择直流电阻小于200mR的电感器以获得最佳效率。
对于大多数设计而言,电感值可以根据以下公式导出:
(detaIL是电感纹波电流,下面红色计算公式,fsw是开关频率)
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

小知识:可以看出,开关频率越大,电感值越小。
当然,也不能太高,开关损耗也高。
轻载时(负载小于100mA),使用较大电感值的电感以提高效率。

选择电感纹波电流大约为最大负载电流30%的电感器。最大电感峰值电流为:
在这里插入图片描述

1.2.2 输入输出电容的选择

输入电容计算:设输入电压8-30V,输出电流3A,输出电压5V,开关频率180KHz,可得出Cin为52.08uF。
选择100uF的电容或220uF,越大越好。耐压是Vin的1.5倍。
detaVin是输入电压纹波,一般可以取0.2~0.4V。
在这里插入图片描述
输出电容公式
Cout大于等于C4的1.5倍。
detaVout是输出电压纹波。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

注意:

  1. 输入电容用MLCC电容(陶瓷电容)比较好,ESR比较小,但是虚标非常严重。
  2. 相同耐压,相同电容量,施加相同的直流电压,封装越大,衰减越小
  3. 输出电容一般比输入电容还要大。
  4. 输出电容不够时,当Io较大时,会有比较严重的压降,电压会上蹿下跳(纹波过大),会发热,电容和电感会啸叫。
  5. 输出电容尽量不要用普通的铝电解电容,输入电容可以用。
  6. MLCC电容(陶瓷电容)耐压1.5倍以上就行,聚合物钽电解电容耐压1.5倍以上就行,普通钽电容至少3倍

在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

三,电源芯片

3.1 LM2596,LM2576

LM2596,LM2576基本是一样的,区别是开关频率不一样(频率越快,电感可以越小)
在这里插入图片描述

四,运放电路设计

4.1 运放的供电,去耦和PCB

所有的运放都可以用单电源供电,没有例外。
所有的运放又都可以用双电源供电,没有例外。

4.1.1 供电

有些运放供电电压可能高达+600V。而有些运放的供电电压可能最高只能是±3V。使用运放前一定要仔细阅读该运放的官方datasheet。
双电源供电的运放,正负电源尽量同时加入,否则容易损坏运放。且不要带电接线、拔线或改线等。

单电源供电的两个缺点:
1.输出小信号时误差较大,输出电压越小,误差越大。
2.能处理的频率较低≤100kHz

单电源供电,且输入信号很小时,会导致信号放大不正确,误差极大,微弱信号检测时最好的方法是双电源供电。
在这里插入图片描述

4.1.2 去耦

电容:
选择电容,运放处理的信号小于等于10MHz,用100nF。10MHz到几十MHz,用10nF。
100多MHz到几百MHz用1uF,几百MHz到几G用100pF。
宽带宽的放大器,要多个电容并联。

  1. 大的去耦电容(库电容)远离芯片。
  2. 小的去耦电容(去耦电容或者叫旁路电容)靠近芯片。
  3. 让去耦电容器尽量靠近电源引脚。
  4. 如果使用了多个去耦电容器,将最小的去耦电容器放在离电源引脚最近的位置。
  5. V+和V-间接电容滤波,可减少偶数次高次谐波

注意的地方总结:

  1. 缩短反向输入端引脚的连接(走线)。
  2. 去耦电容靠近电源引脚。
  3. 不要将导孔(即过孔via)置于去耦电容和电源引脚之间。
  4. 尽可能扩宽走线路径,不要让走线路径上出现90度的角。
  5. 灌流至少一个坚实的接地层(上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的,一般说法是拉电流。下拉电阻是用来吸收电流的,也就是灌电流)。

4.1.3 如何给运放提供,比如+5V和-0.3V的电压

在负极引脚接一个肖特基二极管,这个BAS40导通压降0.3V。
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4. 5 运放不稳定和自激振荡

自激振荡:输入信号为0时,输出有一定幅值、一定频率的信号,称电路产生了自激振荡。
运放反相输入端与GND之间的寄生电容是运放不稳定和自激振荡的最主要的因素
运放输出端与GND之间的寄生电容是运放不稳定和自激振荡第二的因素

  1. 反相输入端覆盖面积越小越好,反向输入端与GND覆铜之间的距离稍微大一点,将反向输入端附近的电源层和地层挖空(一挖到底,从顶层挖到底层)形成净空区:禁飞区、禁布线。
  2. 将输出端附近的电源层和地层挖空(一挖到底,从顶层挖到底层)或者在输出端接一个电阻,电阻左边有事,右边没关系。
  3. 使用输出串联电阻,增加反馈系数β上的零点,减小寄生电容带来的极点的影响。
  4. 尽可能使得连线缩短,特别是串联匹配电阻尽量靠近输出端。
  5. 增加噪声增益
  6. 使用反馈补偿电容
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附录一:Buck电路布板错误示例(电感焊盘,电容焊盘,回路面积):

在这里插入图片描述

附录二:陶瓷电容不同规格尺寸图

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