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新手如何从零入门硬件项目?

关键词:硬件项目 硬件工程师 电路设计

时间:2020-08-21 13:51:52      来源:网络

很多刚毕业参加工作的硬件工程师在设计电路时往往会考虑不周,尤其是欠缺经验的一些工作人员,那么设计硬件电路时要注意哪些问题呢?

很多刚毕业参加工作的硬件工程师在设计电路时往往会考虑不周,尤其是欠缺经验的一些工作人员,那么设计硬件电路时要注意哪些问题呢?

下面就是手把手教你硬件电路设计的具体流程及步骤:

A、单片机的选型

B、模块的选型

C、电源芯片的选择

D、电路的搭建 (经过了选型阶段后,就是电路的搭建了。电路的搭建要注意准确性,最好可以有人给你审核。一些常用的三极管和MOS管开关电路也要设计准确。)

E、必要的保护电路

F、仔细检查(在电路设计完后,我们要仔细检查电路,很多新人容易犯的错误是管脚弄错,原理图接错,这种错误如果认真检查的话是完全可以避免的。一定要与datasheet的管脚多次核对保证准确性。)

G、PCB布局与布线与铺铜

H、焊接测试

(1) 常用按键的设计原理图设计及PCB布局,如普通的IO查询检测;利用模拟量AD端口做多按键检测的;

(2)电路板设计为5V转3.3V方式,芯片ASM117-3.3,多思考电源效率、系统最低工作电压(以5V电源跌落为例)、相对于采用LDO供电等有何利弊;

(3) 各种晶振的谐振电路设计、PCB布局;

(4) 5V电源的过压、过流保护电路设计,PCB布局,功耗估算 ;

(5)电池部分的保护电路设计、防反向充电设计、PCB布局,电池容量与使用寿命评估 ;

(6) 3.3V系统模拟参考地、数字参考地布局,0R电阻使用的方法和情景;

(7) MCU复位引脚电路设计,一般采用RC方式;

1、晶振在电路中很重要,分为有源晶振和无源晶振。有源晶振相对简单,一般用在高频电路中,PCB布局,紧贴主芯片,不要太靠近板边,电源线,地线和时钟线要短而粗。无源晶振,芯片内部其实就是一个反相器,和外部电路一起构成一个震荡电路。因此整个环路要小,避免晶振通过环路向外产生辐射。另外负载电容要根据晶振和芯片选择得当,否则可能不会起振。尤其像STM32还有其它一些晶振驱动电流很小的芯片。

2、3.3V的模拟地和数字地的可用0R电阻或者磁珠连接。为了减小干扰——主要是数字对模拟信号的,可根据数字系统的频率加一些滤波电容和对应频率的磁珠。0R电阻作用很多,做连接线,跳线,保险丝,滤波,还有就是单点接地。

3、选择的芯片是ASM1117-3.3,电源效率大致为3.3/5=66%。这颗芯片的线性压降U=1V,故最低工作电压为4V。这颗就是LDO,那这里就相对DC/DC说吧:这颗LDO压降大,即使在压差小的环境效率也很低,属于早期产品。LDO的好处就是电路简单,纹波小。用在功耗小的负载上,尤其是有些LDO的静态电流很小,很适合那些长时间睡眠的设备。DC/DC就是用在大电流场合效率高。

4、RC的选值,Q=C*U=It=RIC,得到t=RC。(其中U是指电压的变化量,一般取大于或等于0.8。t的值从数据手册中找。)

5、电池部分的保护电路,主要就是短路保护,过冲和过放,短路就是串保险丝。

过冲,一般的充电芯片都有电压检测,会控制充电电压的上限。

过放,则可在系统中增加电压检测电路和待机低功耗设计,使系统在电池电压较低时,自动进入睡眠状态。或者可以另外设计一个硬件锁,当电压降低时,切断电源。

防反冲,串低压降的二极管。PCB板的布局其实和一般的DC/DC电路一样,主要分为功率电路和控制电路(本质就是控制一个mos管的开闭),功率电路输入和输出引线要强韧有力,输入脚的滤波很重要,要紧贴芯片,电容参数根据芯片的数据手册推荐。

地线要大面积覆铜,用以降低芯片热量,降低Rdc,提高效率。控制电路最重要的就是电压反馈电路,电压采样点的电压要稳,反馈回路尽量用地线包裹或作参考。电池的容量一般按正常的容量的60%计算。

6、电源串PTC自恢复保险丝,防止过流。5V系统的过压,一般选TVS管,根据功率不同,选择SMA,SMB或SMC封装。

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