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为什么工业控制上使用的是DC24V电源
                                      

主要是解决电源长线传输的问题。
如果是使用DC5V,那么由于长线传输带来的线路上的损耗,到了节点那里,肯定要低于DC5V;电路无法正常工作。
而采用Dc24V,一般来说,传输100多米,压降最多也就是几V,这样,通过step-down的开关电源芯片或者DC/DC模块,依然能把DC24V转换成DC5V;

常用的step-down的开关电源芯片就是:Lm2574、2575、2576、2596等等;价格便宜量又足。
当然使用DC24V还有其它的考虑,例如传输4~20mA的电流环路的问题等等。

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什么是滤波电容
电容是板卡设计中必用的元件,其品质的好坏已经成为我们判断板卡质量的一个很重要的方面。 

①电容的功能和表示方法。 由两个金属极,中间夹有绝缘介质构成。电容的特性主要是隔直流通交流,因此多用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。电容在电路中用“C”加数字表示,比如C8,表示在电路中编号为8的电容。

②电容的分类。 电容按介质不同分为:气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。按极性分为:有极性电容和无极性电容。按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。

③电容的容量。 电容容量表示能贮存电能的大小。电容对交流信号的阻碍作用称为容抗,容抗与交流信号的频率和电容量有关,容抗XC=1/2πf c (f 表示交流信号的频率,C表示电容容量)。

④电容的容量单位和耐压。 电容的基本单位是F(法),其它单位还有:毫法(mF)、微法(uF)、纳法(nF)、皮法(pF)。由于单位F 的容量太大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位。换算关系:1F=1000000μF,1μF=1000nF=1000000pF。 每一个电容都有它的耐压值,用V表示。一般无极电容的标称耐压值比较高有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等。有极电容的耐压相对比较低,一般标称耐压值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

⑤电容的标注方法和容量误差。 电容的标注方法分为:直标法、色标法和数标法。对于体积比较大的电容,多采用直标法。如果是0.005,表示0.005uF=5nF。如果是5n,那就表示的是5nF。 数标法:一般用三位数字表示容量大小,前两位表示有效数字,第三位数字是10的多少次方。如:102表示10x10x10 PF="1000PF", 203表示20x10x10x10 PF。 色标法,沿电容引线方向,用不同的颜色表示不同的数字,第一、二种环表示电容量,第三种颜色表示有效数字后零的个数(单位为 pF)。颜色代表的数值为:黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。 电容容量误差用符号F、G、J、K、L、M来表示,允许误差分别对应为±1%、±2%、±5%、±10%、±15%、±20%。

⑥电容的正负极区分和测量。 电容上面有标志的黑块为负极。在PCB上电容位置上有两个半圆,涂颜色的半圆对应的引脚为负极。也有用引脚长短来区别正负极长脚为正,短脚为负。 当我们不知道电容的正负极时,可以用万用表来测量。电容两极之间的介质并不是绝对的绝缘体,它的电阻也不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻或漏电电阻。只有电解电容的正极接电源正(电阻挡时的黑表笔),负端接电源负(电阻挡时的红表笔)时,电解电容的漏电流才小(漏电阻大)。反之,则电解电容的漏电流增加(漏电阻减小)。这样,我们先假定某极为“+”极,万用表选用R*100或R*1K挡,然后将假定的“+”极与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度(表针靠左阻值大),对于数字万用表来说可以直接读出读数。然后将电容放电(两根引线碰一下),然后两只表笔对调,重新进行测量。两次测量中,表针最后停留的位置靠左(或阻值大)的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。

⑦电容使用的一些经验及来四个误区。 一些经验:在电路中不能确定线路的极性时,建议使用无极电解电容。通过电解电容的纹波电流不能超过其充许范围。如超过了规定值,需选用耐大纹波电流的电容。电容的工作电压不能超过其额定电压。在进行电容的焊接的时候,电烙铁应与电容的塑料外壳保持一定的距离,以防止过热造成塑料套管破裂。并且焊接时间不应超过10秒,焊接温度不应超过260摄氏度。

四个误区:

●电容容量越大越好。 很多人在电容的替换中往往爱用大容量的电容。我们知道虽然电容越大,为IC提供的电流补偿的能力越强。且不说电容容量的增大带来的体积变大,增加成本的同时还影响空气流动和散热。关键在于电容上存在寄生电感,电容放电回路会在某个频点上发生谐振。在谐振点,电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最小,补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时,放电回路的阻抗开始增加,电容提供电流能力便开始下降。电容的容值越大,谐振频率越低,电容能有效补偿电流的频率范围也越小。从保证电容提供高频电流的能力的角度来说,电容越大越好的观点是错误的,一般的电路设计中都有一个参考值的。

●同样容量的电容,并联越多的小电容越好, 耐压值、耐温值、容值、ESR(等效电阻)等是电容的几个重要参数,对于ESR自然是越低越好。ESR与电容的容量、频率、电压、温度等都有关系。当电压固定时候,容量越大,ESR越低。在板卡设计中采用多个小电容并连多是出与PCB空间的限制,这样有的人就认为,越多的并联小电阻,ESR越低,效果越好。理论上是如此,但是要考虑到电容接脚焊点的阻抗,采用多个小电容并联,效果并不一定突出。

●ESR越低,效果越好。 结合我们上面的提高的供电电路来说,对于输入电容来说,输入电容的容量要大一点。相对容量的要求,对ESR的要求可以适当的降低。因为输入电容主要是耐压,其次是吸收MOSFET的开关脉冲。对于输出电容来说,耐压的要求和容量可以适当的降低一点。ESR的要求则高一点,因为这里要保证的是足够的电流通过量。但这里要注意的是ESR并不是越低越好,低ESR电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会导致成本的增加。板卡设计中,这里一般有一个参考值,此作为元件选用参数,避免消振电路而导致成本的增加。

●好电容代表着高品质。 “唯电容论”曾经盛极一时,一些厂商和媒体也刻意的把这个事情做成一个卖点。在板卡设计中,电路设计水平是关键。和有的厂商可以用两相供电做出比一些厂商采用四相供电更稳定的产品一样,一味的采用高价电容,不一定能做出好产品。衡量一个产品,一定要全方位多角度的去考虑,切不可把电容的作用有意无意的夸大.

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微缩的力量:透过数据看CPU技术进步

微缩的力量:透过数据看CPU技术进步

微处理器的发展史,就是集成度不断提高的历史。按照摩尔定律,芯片内晶体管的数量每18个提高一倍。Intel 4004核心尺寸为3 x 4mm2,共集成有2,300个晶体管,集成度不足200个晶体管/mm2;而Pentium 4核心尺寸是112mm2,包含了1.25亿颗晶体管,集成度高达110万个晶体管/mm2。从4004到P4E,集成度提高了5千多倍。在摩尔定律的背后,是一种什么样的力量不断地压缩晶体管的尺寸呢?

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微处理器内的晶体管数量按摩尔定律增长

一、半导体技术路线图:推动芯片技术发展的软性力量

 在1992年以前,技术节点由半导体制造大厂自行决定,而从1992年开始,芯片制造商、设备供应商、材料供应商和软件供应商组建了的国际半导体行业协会(SIA),SIA通过制定“国际半导体技术路线图(ISTR)”,协调各方步调。ISTR包括芯片设计、工艺集成、前端工艺、光刻、互联、工厂集成、测试和封装和装配等技术规范和工作进展,所有厂商都按照统一的时间表进行工作。

晶元(wafer),半导体工业的粮食

 ISTR规定:每个技术节点将半节距缩小0.7倍(或两个节点缩小0.5倍),过渡到下一个节点的期限为2~3年。

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 半导体技术的进步像110米栏比赛,不断地跨越一个又一个障碍。ISTR作为一种软性的力量,把各项技术研发工作整体向前推进。众多厂商的风险和利益通过ISTR绑在了一起,减少了不确定性。1995年以来,微处理器的技术节点基本上是按照ISTR的时间表从500nm、350nm、250nm、180nm、50nm、130nm走到了今天的90nm和65nm。

二、光学微影设备:提高集成度的金刚钻

 没有金刚钻揽不下瓷器活。在芯片工厂,光学微影设备(即光刻机)是最昂贵的设备,单台价格高达2000万美元左右。光刻机当然也是芯片制作中最关键的设备,发出的激光波长越短,分辨率越高,形成微电路的线宽也就越窄。线宽缩小了,芯片的集成度才能得以提高。

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芯片光刻工艺进展

 历年来,光刻机曝光光源的激光波长不断缩短,从436nm、365nm的近紫外(NUV)激光进入到246nm、193nm的深紫外(DUV)激光。为获得这些激光,先后使用了汞灯光源和准分子光源。在45nm节点之后,将需要使用波长更短、能量更大的光源,如极紫外、X射线、电子束和离子束等。

                       1  芯片发展各个阶段使用的光源

 

汞灯光源

准分子激光光源

KrF

ArF

F2

波长(nm

365

246

193

157

分辨率(μm

0.4

0.2

0.15

0.12

应用的工艺

(半节距)

0.5μm0.25μm

0.25μm0.18μm0.13μm

0.13μm90nm65nm

65nm45nm

三、多层布线实现立体“养植”

 早期的集成电路只有一层,随着对芯片内晶体管数量的要求不断增加,需要通过增加布线层数来实现。Prescott核心采用7层布线,到65nm工艺时将达到8层布线。AMD的Athlon XP的铜互联层已经做到了9层布线。

多层芯片的结构

 除了多层布线工艺外,现在研究人员正在研究如何在现有工艺和技术的基础上增加各层器件数量,并打破多年来一直采用平面化元器件布置工艺,走向立体化。

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温度传感器特性的研究

 

温度传感器特性的研究

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