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发表于:2008-6-3 16:37:34
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[转]7段数码管管脚顺序及译码驱动集成电路74LS47,48

7段数码管管脚顺序及译码驱动集成电路74LS47,48  这里介绍一下7段数码管见下图 7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极,那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地;它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上(也是abcdefg)!此时若显示数字1,那么译码驱动电路输出段bc为高电平,其他段扫描输出端为低电平,以此类推。如果7段数码管是共阳显示电路,那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上,其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7段译码管烧坏了!限流电阻的选取是:5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V,为计算方便,通常选2V即可!发光二极管的工作电流选取在10-20ma,电流选小了,7段数码管不太亮,选大了工作时间长了发光管易烧坏!对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数! 74ls48引脚图管脚功能表   74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。 74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表 http://www.51hei.com/chip/312.html 74LS47引脚图管脚功能表: 共阳数码管管脚图 三位共阳数码管管脚图以及封装尺寸 四位数码管引脚图以及封装尺寸 六位数码管引脚图   门电路逻辑符号大全(三态门,同或门,异或门,或非门,与或非门, 传输门,全加器,半加器等)  常用集成门电路的逻辑符号对照表三态门,同或门,异或门,或非门,与或非门, 点击看大图 传输门,全加器,半加器,基本rs触发器,同步rs触发器,jk触发器,d触发器 点击看大图
7段数码管管脚顺序及驱动集成电路  这里介绍一下7段数码管见下图 7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极,那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地;它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上(也是abcdefg)!此时若显示数字1,那么译码驱动电路输出段bc为高电平,其他段扫描输出端为低电平,以此类推。如果7段数码管是共阳显示电路,那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上,其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7段译码管烧坏了!限流电阻的选取是:5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V,为计算方便,通常选2V即可!发光二极管的工作电流选取在10-20ma,电流选小了,7段数码管不太亮,选大了工作时间长了发光管易烧坏!对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数! 74ls48引脚图管脚功能表   74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。 74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表 http://www.51hei.com/chip/312.html 74LS47引脚图管脚功能表: http://www.elecfans.com/article/UploadPic/2007-11/2007112922222898029.jpg 共阳数码管管脚图 三位共阳数码管管脚图以及封装尺寸 四位数码管引脚图以及封装尺寸 六位数码管引脚图
7段数码管译码驱动和计数器构成24小时计时器  这里介绍一下7段数码管见下图 7段数码管又分共阴和共阳两种显示方式。如果把7段数码管的每一段都等效成发光二极管的正负两个极,那共阴就是把abcdefg这7个发光二极管的负极连接在一起并接地;它们的7个正极接到7段译码驱动电路74LS48的相对应的驱动端上(也是abcdefg)!此时若显示数字1,那么译码驱动电路输出段bc为高电平,其他段扫描输出端为低电平,以此类推。如果7段数码管是共阳显示电路,那就需要选用74LS47译码驱动集成电路。共阳就是把abcdefg的7个发光二极管的正极连接在一起并接到5V电源上,其余的7个负极接到74LS47相应的abcdefg输出端上。无论共阴共阳7段显示电路,都需要加限流电阻,否则通电后就把7段译码管烧坏了!限流电阻的选取是:5V电源电压减去发光二极管的工作电压除上10ma到15ma得数即为限流电阻的值。发光二极管的工作电压一般在1.8V--2.2V,为计算方便,通常选2V即可!发光二极管的工作电流选取在10-20ma,电流选小了,7段数码管不太亮,选大了工作时间长了发光管易烧坏!对于大功率7段数码管可根据实际情况来选取限流电阻及电阻的瓦数! 74ls48引脚图管脚功能表  74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。 74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表 http://www.51hei.com/chip/312.html 74LS47引脚图管脚功能表: http://www.elecfans.com/article/UploadPic/2007-11/2007112922222898029.jpg 共阳数码管管脚图 三位共阳数码管管脚图以及封装尺寸 四位数码管引脚图以及封装尺寸 六位数码管引脚图 74ls48引脚图管脚功能表 作者: 来源:本站原创 点击数:3965 更新时间:2007年12月20日   74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中,下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。 <74ls48引脚图> 74ls48引脚功能表—七段译码驱动器功能表 十进数或功能 输入 BI/RBO 输出 备注 LT RBI D C B A a b c d e f g 0 H H 0 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 0 1 1 H x 0 0 0 1 H 0 1 1 0 0 0 0 2 H x 0 0 1 0 H 1 1 0 1 1 0 1 3 H x 0 0 1 1 H 1 1 1 1 0 0 1 4 H x 0 1 0 0 H 0 1 1 0 0 1 1 5 H x 0 1 0 1 H 1 0 1 1 0 1 1 6 H x 0 1 1 0 H 0 0 1 1 1 1 1 7 H x 0 1 1 1 H 1 1 1 0 0 0 0 8 H x 1 0 0 0 H 1 1 1 1 1 1 1 9 H x 1 0 0 1 H 1 1 1 0 0 1 1 10 H x 1 0 1 0 H 0 0 0 1 1 0 1 11 H x 1 0 1 1 H 0 0 1 1 0 0 1 12 H x 1 1 0 0 H 0 1 0 0 0 1 1 13 H x 1 1 0 1 H 1 0 0 1 0 1 1 14 H x 1 1 1 0 H 0 0 0 1 1 1 1 15 H x 1 1 1 1 H 0 0 0 0 0 0 0 BI x x x x x x L 0 0 0 0 0 0 0 2 RBI H L 0 0 0 0 L 0 0 0 0 0 0 0 3 LT L x x x x x H 1 1 1 1 1 1 1 4 为什么把74LS90叫2-5-10进制计数器? 74LS90有四个输出端,分别为Qa,Qb,Qc,Qd,为了讨论方便,我们把它分成两部分,Qa为一部分,QbQcQd为一部分.从CP0加入一个时钟脉冲,Qa的输出端为1(原态Qn=0时),再加一个时钟脉冲,它的输出端又变回到0.如果加入奇数个脉冲,它的输出总是1;加入偶数个脉冲,它的输出总是0.也就是说.加入连续脉冲后,它的输出总是在0和1之间变化,我们把这种计数方式叫模二. 再看模五的工作方式:此时QbQcQd(每一位的位权分别是1,2,4,)构成一个五进制计数器,从CP1输入一个时钟脉冲时,Qb为1,表示记录了一个脉冲,(Qb的位权是1),加入2个时钟脉冲,Qb为0,Qc为1(Qc的位权为2),表示记录了两个数,来了3个时钟脉冲时,Qb,Qc是高电平1(Qb+Qc=3),表示记录了3个脉冲,当第4个时钟脉冲来时,Qd=1,表示记录了4个脉冲.来第5个脉冲时,计数器自动清零,准备下一次的计数.从000,001,010,011,100共有五种状态,因此,把它叫模五计数器. 如何构成5421码的输出? 仍然把时钟脉冲从CP1加入,同时将Qd的输出端与CP0接到一起,此时QaQdQcQb每一位的位权分别是5421.来1个脉冲时,Qb=1,其它=0,来2个脉冲时,Qc=1,其它=0,来3个脉冲时,Qb=1,Qc=1,当第(Qb+QC=1+2),表示记录了3个时钟脉冲,来4个脉冲时,Qd=1,其它=0,表示记录了4个脉冲,同时由于Qd与CP0连在一起,此时CP0也是高电平,当第5个脉冲来时,QdQcQb=0,Qd从1到0,产生一个下降沿,正好作为CP0的时钟脉冲,使输出端Qa=1,表示记录了5个时钟脉冲!QaQdQcQb=1000,在继续记录:输出端按5421码的规律:1001=5+1,1010=5+2,1011=5+3,1100=5+4,在来一个时钟脉冲,输出端变为0000. 如何构成十进制计数器? 把模二的输出端Qa与模五的时钟脉冲输入端CP1连接,就构成了十进制计数器,CP0为计数器的时钟脉冲输入端.输出端QdQcQbQa的位权分别是8421。来1个cp,Qa=1;2CP,Qb=1;3CP,QaQb=1;(Qa+Qb=3);4CP,Qc=1;5CP,QaQc=1;(Qa+Qc=5),6CP,QbQc=1;(Qc+Qb=6),7CP,QaQbQc=1 异步计数器74LS90引管脚图及功能表真值表 74LS90为中规模TTL集成计数器,可实现二分频、五分频和十分频等功能,它由一个二进制计数器和一个五进制计数器构成。如果把二者级联后,就构成十进制计数器。其输出端输出端输出8421码。其引脚排列图和功能表如下所示: 异步计数器74LS90引管脚图及功能表真值表  74ls90是常用的二-五-十进制异步计数器,做八进制的就先把74ls90接成十进制的(CP1与Q0接,以CP0做输入,Q3做输出就是十进制的),然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数. 74ls90 pdf 资料下载: 以从000计到111为例.先接成加法计数状态,从下图中的74LS90功能表可知,在输出为1000时(既Q4为高电平时)把Q4输出接到R01和R02脚上(即异步置0),这个时候当计数到1000时则立刻置0,重新从0开始计.1000的状态为瞬时状态. 状态转化图中是0000到0111是有效状态,1000是瞬时状态,跳转从这个状态跳回到0000的状态. 把74LS90计数器,74LS48译码驱动电路和7段译码显示器(共阴)组合到一起,就很方便的构成计数译码显示电路。如果用74LS390(TTL)双十进制计数器,就可以构成0--99计数器。也可以构成一个完整的秒脉冲计时器。它们分别由秒个位计时器,秒十位计数器构成。把秒个位的Qc(十进制的4)做进位输出信号送到秒十位的时钟输入端(时钟脉冲下降沿有效),如果用CD40106施密特触发器(或555,74LS00等)组成一个秒脉冲震荡器,接到秒脉冲计数器的个位时钟输入端,就构成完整的秒计时电路。按照秒计时电路的连接方式,可以很方便构成分计时器。把分计时器的十位输出端的Qc仍做为分进位信号送到小时计数器的个位时钟信号输入端。 秒和分的清零:分别把秒十位和分十位上的QbQc接到各自的74LS00(A片)与非门的输入端上。(如:秒十位的输出端Qc,Qb接到与非门1,2脚,3脚输出端接到下一个与非门的4,5脚上,两次取反后,6脚接到秒计时器的清零端上;分十位的输出端QcQb接到与非门的9,10脚上,输出端8脚接下一个与非门的输入端12,13脚上,11脚输出端接到分级时期的清零端上)。当它们在完成本位的清零时,也同时完成了给高位进位任务。 24小时计时器的构成:把小时的个位中的Qc和十位上的Qb作为反馈端取出,分别接到74LS00(B片)的1,2脚上,与非们的3脚输出端接到第二个与非们的4,5脚上,输出端6脚接到小时计数器的两个清零端上即可。当小时计时器个位输出端Qc和十位计时器输出端Qb同时为高电平时,小时计数器清零,计时器开始计时第二个24小时。 365计数器的设计(待续) 该电路设计的主要目的是使学生在提高动手能力方面有所提高。不但学习和掌握计数器的运用,还要掌握焊接技术,原件布局和布线是否合理且美观,学习和掌握电路故障的分析和排除方法等等。实践证明,焊接过该电路的学生感触颇深,体会良多。没有焊接前,不知道7段数码显示是如何工作的,不知道分共阴共阳,不知道译码驱动与计数器之间的关系...等等。

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发表于:2008-5-29 9:12:21
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[转]积分电路

这里介绍积分电路的一些常识。下面给出了积分电路的基本形式和波形图。

 

      

当输入信号电压加在输入端时,电容(C)上的电压逐渐上升。而其充电电流则随着电压的上升而减小。电流通过电阻(R)、电容(C)的特性可有下面的公式表达:

   i = (V/R)e-(t/CR)

  • i--充电电流(A);

  • V--输入信号电压(V);

  • C--电阻值(欧姆);

  • e--自然对数常数(2.71828);

  • t--信号电压作用时间(秒);

  • CR--R、C常数(R*C)

由此我们可以找输出部分即电容上的电压为V-i*R,结合上面的计算,我们可以得出输出电压曲线计算公式为(其曲线见下图):


Vc = V[1-e-(t/CR)]
 

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发表于:2008-5-10 16:46:48
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让人喷饭的百度知道问答!囧囧囧

提问:怎样可以最有效地瘦臀?
  回答:蹭树。

提问:显示器画面不停地轻微抖动,有什么办法?
  答:你也不停地抖动,当你的频率和振幅与显示器画面一致时,你就感觉不出来了。

      提问:为什么好马不吃回头草?
  回答:因为马儿拉屎在后面拉。
  
  提问:如何除掉烦人的狗?我家附近有人养狗,且不管它随便跑,经常晚上在我家门口拉屎,有没有办法不让它在我家拉屎,或神不知鬼不觉地把它弄死且没人知道。
  回答一:和主人说没用,我告诉你个好主意。每次狗拉屎的时候,你去偷看,等狗发现了你在偷看,它会害羞的,就再也不敢到你家门口拉屎了。
  回答二:给它买一台计算机,然后教它上网,它就没空去你家门口了。
  
  提问:怎么样才能在街上捡到更多的钱?
  回答一:把自己的钱包丢在地上就可。
  回答二:最好当垃圾清扫员。这样拾零钱几率大。
  回答三:钱不是捡来的,也不要低头走,钱是天上掉下来的,要时刻抬头看。
  
  提问:最简单的长寿秘诀是什么?
  回答:保持呼吸,不要断气。      
  
  提问:为什么月亮不围着太阳转?
  回答:因为月亮已经围着地球转了。   
  
  提问:刘关张三结义供的是谁?
  回答一:皇天后土。
  回答二:炎黄二帝。
  回答三:桃子。   
  
  提问:“实在难以置信”用英语怎么说?经常在电影里听到,“安宝累宝宝”或者“挠怕司宝”这两句怎么写?准确的意思是什么?
  回答:应该是这样才对: unbelievable(安宝累宝宝)难以置信!notpossible(挠怕司宝)不可能!这一句的语气比上面那个更强烈些。   
  
  提问:跷二郎腿的危害?
  回答:屁股会一半大一半小。   
  
  提问:为什么人会怕高,而鸟却不会?
  回答一:人知道掉下来是什么滋味,但鸟不知道。
  回答二:鸟在飞翔的时候,从来没有顾虑,它不会惦记自己的翅膀。而人总是想得太多,负重太大。
  
  提问:巫师为什么要骑扫把不骑板凳呢?
  回答:因为骑扫把比骑板凳帅多了,而且遇到敌人(强大的,自己打不过)就可以伪装成扫地工。

  提问:超人的***为什么总是穿在外面?
  回答一:穿在里面了,谁知道你是超人?
  回答二:蝙蝠侠,***套头了;蜘蛛侠,内衣外穿了;超人怎么能不走时尚路线呢?他就***外穿了……   
  
  提问:我的电脑里有病毒我应该买什么杀虫剂好?
  回答一:什么都不用,你可以一个月不开机,把病毒饿死在里面。
  回答二:光饿死还不够,万一病毒太饿了爬出来感染别人的电脑怎么办!不光要不开机饿死它还要拿个袋子把电脑密封起来给它断水断粮断空气才行。
  回答三:用妇炎洁吧,洗洗更健康。
  回答四:用妇炎洁不行啊,楼上的。如果电脑是男性怎么办?其实用汰渍最好了。不伤手,除菌。
  回答五:楼上的全都不厚道,电脑病毒是不能用杀虫剂的,你把电脑带到防疫站给医生去打一针就行了,以后每年打一针就能彻底防止病毒入侵了。
  
  提问:我的电脑中病毒,我用杀虫剂喷在主机上,怎么不管事? "
  回答一:可以找杀虫剂厂家理论啊,再不你可以告到消费者协会去
  回答二:没事,你喷得不够多,多喷一点就好了。
  最佳答案:中病毒应该是软件的问题,不是硬件问题,所以,你喷在主机上是没用的,你应该打开电脑,拆下硬盘,再拆开硬盘进行喷射即可解决你的问题! (不许笑,严肃点)
  
  提问:市场上有增肥药吗?吃什么东西能胖一点?越简单越好!
  回答:有,只要一会儿就马上变肥。方法是找个马蜂窝,用手伸进去搅拌两下,呵,只要一会儿,保证肥得连老妈都不认识你了。

  提问:向高手请教,抢银行什么枪合适,还有枪在哪儿买,AK-47多少钱一把?知道的说一下。谢谢!
  回答:有经验的都不在这里,不过你试着抢一下就会见到他们。   
  提问:请举一些化学造福人类的例子。
  回答一:近一个世纪以来,化学对人类社会所作出的最卓越的贡献大约有:合成纤维、染料、石化、制药、化肥、合成材料等。
  回答二:原子弹。没有不“服”的。  
  
  提问:一个智力问题。228的后面是什么?103的后面是什么?85的后面是什么?3个答案都一样!给我答案就好。
  回答:的。   
  
  提问:明星要吃饭上厕所吗?
  回答一:当然不用,明星吃饭叫“用餐”。明星上厕所叫上“洗手间”。所以不用“吃饭”和“上厕所”。
  回答二:没看见的就当没发生。

  提问:怎样洗衣服干净
  答:勤洗      
  
  提问:为虾米稀饭一个人那么难???
  1答:锻鍊一下口齿吧,说的清楚就不难了
  2答: 稀饭是个人?用的拟人手法??
  3答: 给稀饭个包子……它就不难了。
  
  提问: 我不慎吞入一只飞虫,是否会出事?
  回答:当然是好事了,能品尝到世间少有的野味,而且那些东西还有丰富蛋白质,有许多微量元素,肯定能增加你的功力的。   
  
  提问: 求助!我电脑开不了机了!风扇都不转,主板灯也不亮啊!
  最佳回答: 插线了么?
  对最佳答案的补充:没!   
  
  提问:我是计算机网络班的学生。我们要开运动会了,老师要我们为班级说一个口号?要新奇,有创新,跟我们所学的计算机网络有关。
  回答1:最大的流量,最快的速度!
  回答2:我们保证不卡
  回答3:XX班,电话线,我们班小光纤!   
  
  提问:谁能形容一下CPU,内存和硬盘的关系??
  回答:你是cpu内存是碗硬盘是锅,你吃饭时直接用碗,但是东西是从锅里盛出来的  
  
  提问:宝宝将在2007年2月诞生,爸姓章,妈姓王,请大家起个名,男女孩什么?最好是双字名,且是动宾结构的.
  回答:章鱼王   
  
  提问:我爱的人名花有主!爱我的人残不忍睹!!为什么会这样啊!
  回答:虽然名花已有主,偶尔也可去松松土 。虽然看来不忍睹,闷热也可来解解暑 。
  
  提问:如何抵挡美色的***??
  回答:糖衣吃了,炮弹打回去!   
    
  提问:为什么天津工业大的上空那么多乌鸦啊?   
  回答:因为乌鸦也要混文凭。

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发表于:2008-4-29 11:01:19
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[转]怎样做一块好的PCB板

大家都知道理做pcb板就是把设计好的原理图变成一块实实在在的PCB电路板,请别小看这一过程,有很多原理上行得通的东西在工程中却难以实现,或是别人能实现的东西另一些人却实现不了,因此说做一块PCB板不难,但要做好一块PCB板却不是一件容易的事情。

  微电子领域的两大难点在于高频信号和微弱信号的处理,在这方面PCB制作水平就显得尤其重要,同样的原理设计,同样的元器件,不同的人制作出来的PCB就具有不同的结果,那么如何才能做出一块好的PCB板呢?根据我们以往的经验,想就以下几方面谈谈自己的看法:

  一:要明确设计目标

  接受到一个设计任务,首先要明确其设计目标,是普通的PCB板、高频PCB板、小信号处理PCB板还是既有高频率又有小信号处理的PCB板,如果是普通的PCB板,只要做到布局布线合理整齐,机械尺寸准确无误即可,如有中负载线和长线,就要采用一定的手段进行处理,减轻负载,长线要加强驱动,重点是防止长线反射。 当板上有超过40MHz的信号线时,就要对这些信号线进行特殊的考虑,比如线间串扰等问题。如果频率更高一些,对布线的长度就有更严格的限制,根据分布参数的网络理论,高速电路与其连线间的相互作用是决定性因素,在系统设计时不能忽略。随着门传输速度的提高,在信号线上的反对将会相应增加,相邻信号线间的串扰将成正比地增加,通常高速电路的功耗和热耗散也都很大,在做高速PCB时应引起足够的重视。

  当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时,对这些信号线就需要特别的关照,小信号由于太微弱,非常容易受到其它强信号的干扰,屏蔽措施常常是必要的,否则将大大降低信噪比。以致于有用信号被噪声淹没,不能有效地提取出来。

  对板子的调测也要在设计阶段加以考虑,测试点的物理位置,测试点的隔离等因素不可忽略,因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。

  此外还要考虑其他一些相关因素,如板子层数,采用元器件的封装外形,板子的机械强度等。在做PCB板子前,要做出对该设计的设计目标心中有数。

  二。了解所用元器件的功能对布局布线的要求

  我们知道,有些特殊元器件在布局布线时有特殊的要求,比如LOTI和APH所用的模拟信号放大器,模拟信号放大器对电源|稳压器要求要平稳、纹波小。模拟小信号部分要尽量远离功率器件。在OTI板上,小信号放大部分还专门加有屏蔽罩,把杂散的电磁干扰给屏蔽掉。NTOI板上用的GLINK芯片采用的是ECL工艺,功耗大发热厉害,对散热问题必须在布局时就必须进行特殊考虑,若采用自然散热,就要把GLINK芯片放在空气流通比较顺畅的地方,而且散出来的热量还不能对其它芯片构成大的影响。如果板子上装有喇叭或其他大功率的器件,有可能对电源造成严重的污染这一点也应引起足够的重视.

  三. 元器件布局的考虑

  元器件的布局首先要考虑的一个因素就是电性能,把连线关系密切的元器件尽量放在一起,尤其对一些高速线,布局时就要使它尽可能地短,功率信号和小信号器件要分开。在满足电路性能的前提下,还要考虑元器件摆放整齐、美观,便于测试,板子的机械尺寸,插座的位置等也需认真考虑。

  高速系统中的接地和互连线上的传输延迟时间也是在系统设计时首先要考虑的因素。信号线上的传输时间对总的系统速度影响很大,特别是对高速的ECL电路,虽然集成电路块本身速度很高,但由于在底板上用普通的互连线(每30cm线长约有2ns的延迟量)带来延迟时间的增加,可使系统速度大为降低.象移位寄存器,同步计数器这种同步工作部件最好放在同一块插件板上,因为到不同插件板上的时钟信号的传输延迟时间不相等,可能使移位寄存器产主错误,若不能放在一块板上,则在同步是关键的地方,从公共时钟源连到各插件板的时钟线的长度必须相等。

  四,对布线的考虑

  随着OTNI和星形光纤网的设计完成,以后会有更多的100MHz以上的具有高速信号线的板子需要设计,这里将介绍高速线的一些基本概念。

  1.传输线

  印制电路板上的任何一条“长”的信号通路都可以视为一种传输线。如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多,那么信号上升期间所产主的反射都将被淹没。不再呈现过冲、反冲和振铃,对现时大多数的MOS电路来说,由于上升时间对线传输延迟时间之比大得多,所以走线可长以米计而无信号失真。而对于速度较快的逻辑电路,特别是超高速ECL

  集成电路来说,由于边沿速度的增快,若无其它措施,走线的长度必须大大缩短,以保持信号的完整性。

  有两种方法能使高速电路在相对长的线上工作而无严重的波形失真,TTL对快速下降边沿采用肖特基二极管箝位方法,使过冲量被箝制在比地电位低一个二极管压降的电平上,这就减少了后面的反冲幅度,较慢的上升边缘允许有过冲,但它被在电平“H”状态下电路的相对高的输出阻抗(50~80Ω)所衰减。此外,由于电平“H”状态的抗扰度较大,使反冲问题并不十分突出,对HCT系列的器件,若采用肖特基二极管箝位和串联电阻端接方法相结合,其改善的效果将会更加明显。

  当沿信号线有扇出时,在较高的位速率和较快的边沿速率下,上述介绍的TTL整形方法显得有些不足。因为线中存在着反射波,它们在高位速率下将趋于合成,从而引起信号严重失真和抗干扰能力降低。因此,为了解决反射问题,在ECL系统中通常使用另外一种方法:线阻抗匹配法。用这种方法能使反射受到控制,信号的完整性得到保证。

  严格他说,对于有较慢边沿速度的常规TTL和CMOS器件来说,传输线并不是十分需要的.对有较快边沿速度的高速ECL器件,传输线也不总是需要的。但是当使用传输线时,它们具有能预测连线时延和通过阻抗匹配来控制反射和振荡的优点。1

  决定是否采用传输线的基本因素有以下五个。它们是: (1)系统信号的沿速率, (2)连线距离 (3)容性负载(扇出的多少), (4)电阻性负载(线的端接方式); (5)允许的反冲和过冲百分比(交流抗扰度的降低程度)。

  2.传输线的几种类型

  (1) 同轴电缆和双绞线:它们经常用在系统与系统之间的连接。同轴电缆的特性阻抗通常有50Ω和75Ω,双绞线通常为110Ω。

  (2)印制板上的微带线

  微带线是一根带状导(信号线).与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的,则它的特性阻抗也是可以控制的。微带线的特性阻抗Z0为:

式中:【Er为印制板介质材料的相对介电常数

  6为介电质层的厚度

  W为线的宽度

  t为线的厚度

  单位长度微带线的传输延迟时间,仅仅取决于介电常数而与线的宽度或间隔无关。

  (3)印制板中的带状线

  带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的,那么线的特性阻抗也是可控的,带状线的特性阻抗乙为:

式中:b是两块地线板间的距离

  W为线的宽度

  t为线的厚度

  同样,单位长度带状线的传输延迟时间与线的宽度或间距是无关的;仅取决于所用介质的相对介电常数。

  3.端接传输线

  在一条线的接收端用一个与线特性阻抗相等的电阻端接,则称该传输线为并联端接线。它主要是为了获得最好的电性能,包括驱动分布负载而采用的。

  有时为了节省电源消耗,对端接的电阻上再串接一个104电容形成交流端接电路,它能有效地降低直流损耗。

  在驱动器和传输线之间串接一个电阻,而线的终端不再接端接电阻,这种端接方法称之为串联端接。较长线上的过冲和振铃可用串联阻尼或串联端接技术来控制.串联阻尼是利用一个与驱动门输出端串联的小电阻(一般为10~75Ω)来实现的.这种阻尼方法适合与特性阻抗来受控制的线相联用(如底板布线,无地平面的电路板和大多数绕接线等。

  串联端接时串联电阻的值与电路(驱动门)输出阻抗之和等于传输线的特性阻抗.串联联端接线存在着只能在终端使用集总负载和传输延迟时间较长的缺点.但是,这可以通过使用多余串联端接传输线的方法加以克服。

  4.非端接传输线

  如果线延迟时间比信号上升时间短得多,可以在不用串联端接或并联端接的情况下使用传输线,如果一根非端接线的双程延迟(信号在传输线上往返一次的时间)比脉冲信号的上升时间短,那么由于非端接所引起的反冲大约是逻辑摆幅的15%。最大开路线长度近似为:

  Lmax<tr/2tpd

  式中:tr为上升时间

  tpd为单位线长的传输延迟时间

  5.几种端接方式的比较

  并联端接线和串联端接线都各有优点,究竟用哪一种,还是两种都用,这要看设计者的爱好和系统的要求而定。 并联端接线的主要优点是系统速度快和信号在线上传输完整无失真。长线上的负载既不会影响驱动长线的驱动门的传输延迟时间,又不会影响它的信号边沿速度,但将使信号沿该长线的传输延迟时间增大。在驱动大扇出时,负载可经分支短线沿线分布,而不象串联端接中那样必须把负载集总在线的终端。

  串联端接方法使电路有驱动几条平行负载线的能力,串联端接线由于容性负载所引起的延迟时间增量约比相应并联端接线的大一倍,而短线则因容性负载使边沿速度放慢和驱动门延迟时间增大,但是,串联端接线的串扰比并联端接线的要小,其主要原因是沿串联端接线传送的信号幅度仅仅是二分之一的逻辑摆幅,因而开关电流也只有并联端接的开关电流的一半,信号能量小串扰也就小。

  二PCB板的布线技术

  做PCB时是选用双面板还是多层板,要看最高工作频率和电路系统的复杂程度以及对组装密度的要求来决定。在时钟频率超过200MHZ时最好选用多层板。如果工作频率超过350MHz,最好选用以聚四氟乙烯作为介质层的印制电路板,因为它的高频衰耗要小些,寄生电容要小些,传输速度要快些,还由于Z0较大而省功耗,对印制电路板的走线有如下原则要求

  (1)所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔,以减少串扰。如果有两条相距较近的信号线,最好在两线之间走一条接地线,这样可以起到屏蔽作用。

  (2) 设计信号传输线时要避免急拐弯,以防传输线特性阻抗的突变而产生反射,要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。

  印制线的宽度可根据上述微带线和带状线的特性阻抗计算公式计算,印制电路板上的微带线的特性阻抗一般在50~120Ω之间。要想得到大的特性阻抗,线宽必须做得很窄。但很细的线条又不容易制作。综合各种因素考虑,一般选择68Ω左右的阻抗值比较合适,因为选择68Ω的特性阻抗,可以在延迟时间和功耗之间达到最佳平衡。一条50Ω的传输线将消耗更多的功率;较大的阻抗固然可以使消耗功率减少,但会使传输延迟时间憎大。由于负线电容会造成传输延迟时间的增大和特性阻抗的降低。但特性阻抗很低的线段单位长度的本征电容比较大,所以传输延迟时间及特性阻抗受负载电容的影响较小。具有适当端接的传输线的一个重要特征是,分枝短线对线延迟时间应没有什么影响。当Z0为50Ω时。分枝短线的长度必须限制在2.5cm以内.以免出现很大的振铃。

  (4)对于双面板(或六层板中走四层线).电路板两面的线要互相垂直,以防止互相感应产主串扰。

  (5)印制板上若装有大电流器件,如继电器、指示灯、喇叭等,它们的地线最好要分开单独走,以减少地线上的噪声,这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去,而且这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接。

  (6)如果板上有小信号放大器,则放大前的弱信号线要远离强信号线,而且走线要尽可能地短,如有可能还要用地线对其进行屏蔽。

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[转]PCB印刷线路板入门知识简要介绍

转自:http://www.ic37.com/htm_news/2008-1/1410_726965.htm

PCB是英文(Printed Circuie Board)印制线路板的简称。通常把在绝缘材上,按预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。

PCB几乎我们能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表、计算器、通用电脑,大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统,只要有集成电路等电子无器件,它们之间电气互连都要用到PCB。它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

PCB是如何制造出来的呢?我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜(挠性的绝缘基材),印上有银白色(银浆)的导电图形与健位图形。因为通用丝网漏印方法得到这种图形,所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。它所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层),预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种线路板覆铜簿板材,我们就称它为刚性板。再制成印制线路板,我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形我们称单面印制线路板,双面有印制线路图形,再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板,我们就称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了,也称为多层印制线路板。现在已有超过100层的实用印制线路板了。

PCB的生产过程较为复杂,它涉及的工艺范围较广,从简单的机械加工到复杂的机械加工,有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺,计算机辅助设计CAM等多方面的知识。而且在生产过程中工艺问题很多而且会时时遇见新的问题而部分问题在没有查清原因问题就消失了,由于其生产过程是一种非连续的流水线形式,任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果,印刷线路板如果报废是无法回收再利用的,工艺工程师的工作压力较大,所以许多工程师离开了这个行业转到印刷线路板设备或材料商做销售和技术服务方面的工作。

为进一认识PCB我们有必要了解一下通常单面、双面印制线路板及普通多层板的制作工艺,于加深对它的了解。

单面刚性印制板:→单面覆铜板→下料→(刷洗、干燥)→钻孔或冲孔→网印线路抗蚀刻图形或使用干膜→固化检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料、干燥→刷洗、干燥→网印阻焊图形(常用绿油)、UV固化→网印字符标记图形、UV固化→预热、冲孔及外形→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂助焊防氧化剂(干燥)或喷锡热风整平→检验包装→成品出厂。

双面刚性印制板:→双面覆铜板→下料→叠板→数控钻导通孔→检验、去毛刺刷洗→化学镀(导通孔金属化)→(全板电镀薄铜)→检验刷洗→网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影)→检验、修板→线路图形电镀→电镀锡(抗蚀镍/金)→去印料(感光膜)→蚀刻铜→(退锡)→清洁刷洗→网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油)→清洗、干燥→网印标记字符图形、固化→(喷锡或有机保焊膜)→外形加工→清洗、干燥→电气通断检测→检验包装→成品出厂。

贯通孔金属化法制造多层板工艺流程→内层覆铜板双面开料→刷洗→钻定位孔→贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂→曝光→显影→蚀刻与去膜→内层粗化、去氧化→内层检查→(外层单面覆铜板线路制作、B—阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔)→层压→数控制钻孔→孔检查→孔前处理与化学镀铜→全板镀薄铜→镀层检查→贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂→面层底板曝光→显影、修板→线路图形电镀→电镀锡铅合金或镍/金镀→去膜与蚀刻→检查→网印阻焊图形或光致阻焊图形→印制字符图形→(热风整平或有机保焊膜)→数控洗外形→清洗、干燥→电气通断检测→成品检查→包装出厂。

从工艺流程图可以看出多层板工艺是从双面孔金属化工艺基础上发展起来的。它除了继了双面工艺外,还有几个独特内容:金属化孔内层互连、钻孔与去环氧钻污、定位系统、层压、专用材料。

我们常见的电脑板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板,其中有一面是插装元件另一面为元件脚焊接面,能看出焊点很有规则,这些焊点的元件脚分立焊接面我们就叫它为焊盘。为什么其它铜导线图形不上锡呢。因为除了需要锡焊的焊盘等部分外,其余部分的表面有一层耐波峰焊的阻焊膜。其表面阻焊膜多数为绿色,有少数采用黄色、黑色、蓝色等,所以在PCB行业常把阻焊油叫成绿油。其作用是,防止波焊时产生桥接现象,提高焊接质量和节约焊料等作用。它也是印制板的永久性保护层,能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。从外观看,表面光滑明亮的绿色阻焊膜,为菲林对板感光热固化绿油。不但外观比较好看,便重要的是其焊盘精确度较高,从而提高了焊点的可靠性。

我们从电脑板卡可以看出,元件的安装有三种方式。一种为传动的插入式安装工艺,将电子元件插入印制线路板的导通孔里。这样就容易看出双面印制线路板的导通孔有如下几种:一是单纯的元件插装孔;二是元件插装与双面互连导通孔;三是单纯的双面导通孔;四是基板安装与定位孔。另二种安装方式就是表面安装与芯片直接安装。其实芯片直接安装技术可以认为是表面安装技术的分支,它是将芯片直接粘在印制板上,再用线焊法或载带法、倒装法、梁式引线法等封装技术互联到印制板上。其焊接面就在元件面上。

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PCB是英文(Printed Circuie Board)印制线路板的简称。通常把在绝缘材上,按预定设计,制成印制线路、印制元件或两者组合而成的导电图形称为印制电路。而在绝缘基材上提供元器件之间电气连接的导电图形,称为印制线路。这样就把印制电路或印制线路的成品板称为印制线路板,亦称为印制板或印制电路板。

PCB几乎我们能见到的电子设备都离不开它,小到电子手表、计算器、通用电脑,大到计算机、通迅电子设备、军用武器系统,只要有集成电路等电子无器件,它们之间电气互连都要用到PCB。它提供集成电路等各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性,如特性阻抗等。同时为自动锡焊提供阻焊图形;为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

PCB是如何制造出来的呢?我们打开通用电脑的健盘就能看到一张软性薄膜(挠性的绝缘基材),印上有银白色(银浆)的导电图形与健位图形。因为通用丝网漏印方法得到这种图形,所以我们称这种印制线路板为挠性银浆印制线路板。而我们去电脑城看到的各种电脑主机板、显卡、网卡、调制解调器、声卡及家用电器上的印制电路板就不同了。它所用的基材是由纸基(常用于单面)或玻璃布基(常用于双面及多层),预浸酚醛或环氧树脂,表层一面或两面粘上覆铜簿再层压固化而成。这种线路板覆铜簿板材,我们就称它为刚性板。再制成印制线路板,我们就称它为刚性印制线路板。单面有印制线路图形我们称单面印制线路板,双面有印制线路图形,再通过孔的金属化进行双面互连形成的印制线路板,我们就称其为双面板。如果用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印制线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板了,也称为多层印制线路板。现在已有超过100层的实用印制线路板了。

PCB的生产过程较为复杂,它涉及的工艺范围较广,从简单的机械加工到复杂的机械加工,有普通的化学反应还有光化学电化学热化学等工艺,计算机辅助设计CAM等多方面的知识。而且在生产过程中工艺问题很多而且会时时遇见新的问题而部分问题在没有查清原因问题就消失了,由于其生产过程是一种非连续的流水线形式,任何一个环节出问题都会造成全线停产或大量报废的后果,印刷线路板如果报废是无法回收再利用的,工艺工程师的工作压力较大,所以许多工程师离开了这个行业转到印刷线路板设备或材料商做销售和技术服务方面的工作。

为进一认识PCB我们有必要了解一下通常单面、双面印制线路板及普通多层板的制作工艺,于加深对它的了解。

单面刚性印制板:→单面覆铜板→下料→(刷洗、干燥)→钻孔或冲孔→网印线路抗蚀刻图形或使用干膜→固化检查修板→蚀刻铜→去抗蚀印料、干燥→刷洗、干燥→网印阻焊图形(常用绿油)、UV固化→网印字符标记图形、UV固化→预热、冲孔及外形→电气开、短路测试→刷洗、干燥→预涂助焊防氧化剂(干燥)或喷锡热风整平→检验包装→成品出厂。

双面刚性印制板:→双面覆铜板→下料→叠板→数控钻导通孔→检验、去毛刺刷洗→化学镀(导通孔金属化)→(全板电镀薄铜)→检验刷洗→网印负性电路图形、固化(干膜或湿膜、曝光、显影)→检验、修板→线路图形电镀→电镀锡(抗蚀镍/金)→去印料(感光膜)→蚀刻铜→(退锡)→清洁刷洗→网印阻焊图形常用热固化绿油(贴感光干膜或湿膜、曝光、显影、热固化,常用感光热固化绿油)→清洗、干燥→网印标记字符图形、固化→(喷锡或有机保焊膜)→外形加工→清洗、干燥→电气通断检测→检验包装→成品出厂。

贯通孔金属化法制造多层板工艺流程→内层覆铜板双面开料→刷洗→钻定位孔→贴光致抗蚀干膜或涂覆光致抗蚀剂→曝光→显影→蚀刻与去膜→内层粗化、去氧化→内层检查→(外层单面覆铜板线路制作、B—阶粘结片、板材粘结片检查、钻定位孔)→层压→数控制钻孔→孔检查→孔前处理与化学镀铜→全板镀薄铜→镀层检查→贴光致耐电镀干膜或涂覆光致耐电镀剂→面层底板曝光→显影、修板→线路图形电镀→电镀锡铅合金或镍/金镀→去膜与蚀刻→检查→网印阻焊图形或光致阻焊图形→印制字符图形→(热风整平或有机保焊膜)→数控洗外形→清洗、干燥→电气通断检测→成品检查→包装出厂。

从工艺流程图可以看出多层板工艺是从双面孔金属化工艺基础上发展起来的。它除了继了双面工艺外,还有几个独特内容:金属化孔内层互连、钻孔与去环氧钻污、定位系统、层压、专用材料。

我们常见的电脑板卡基本上是环氧树脂玻璃布基双面印制线路板,其中有一面是插装元件另一面为元件脚焊接面,能看出焊点很有规则,这些焊点的元件脚分立焊接面我们就叫它为焊盘。为什么其它铜导线图形不上锡呢。因为除了需要锡焊的焊盘等部分外,其余部分的表面有一层耐波峰焊的阻焊膜。其表面阻焊膜多数为绿色,有少数采用黄色、黑色、蓝色等,所以在PCB行业常把阻焊油叫成绿油。其作用是,防止波焊时产生桥接现象,提高焊接质量和节约焊料等作用。它也是印制板的永久性保护层,能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用。从外观看,表面光滑明亮的绿色阻焊膜,为菲林对板感光热固化绿油。不但外观比较好看,便重要的是其焊盘精确度较高,从而提高了焊点的可靠性。

我们从电脑板卡可以看出,元件的安装有三种方式。一种为传动的插入式安装工艺,将电子元件插入印制线路板的导通孔里。这样就容易看出双面印制线路板的导通孔有如下几种:一是单纯的元件插装孔;二是元件插装与双面互连导通孔;三是单纯的双面导通孔;四是基板安装与定位孔。另二种安装方式就是表面安装与芯片直接安装。其实芯片直接安装技术可以认为是表面安装技术的分支,它是将芯片直接粘在印制板上,再用线焊法或载带法、倒装法、梁式引线法等封装技术互联到印制板上。其焊接面就在元件面上。

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发表于:2008-4-26 21:40:49
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[转贴]硬件设计鸡毛蒜皮

 

鸡毛蒜皮之一:

成本节约
 
现象一:这些拉高/拉低的电阻用多大的阻值关系不大,就选个整数5K吧
点评:市场上不存在5K的阻值,最接近的是4.99K(精度1%),其次是5.1K(精度5%),其成本分别比精度为20%的4.7K高4倍和2倍。20%精度的电阻阻值只有1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8几个类别(含10的整数倍);类似地,20%精度的电容也只有以上几种值,如果选了其它的值就必须使用更高的精度,成本就翻了几倍,却不能带来任何好处。
 
现象二:面板上的指示灯选什么颜色呢?我觉得蓝色比较特别,就选它吧
点评:其它红绿黄橙等颜色的不管大小(5MM以下)封装如何,都已成熟了几十年,价格一般都在5毛钱以下,而蓝色却是近三四年才发明的东西,技术成熟度和供货稳定度都较差,价格却要贵四五倍。目前蓝色指示灯只用在不能用其它颜色替代的场合,如显示视频信号等。
 
现象三:这点逻辑用74XX的门电路搭也行,但太土,还是用CPLD吧,显得高档多了
点评:74XX的门电路只几毛钱,而CPLD至少也得几十块,(GAL/PAL虽然只几块钱,但公司不推荐使用)。成本提高了N倍不说,还给生产、文档等工作增添数倍的工作。
 
现象四:我们的系统要求这么高,包括MEM、CPU、FPGA等所有的芯片都要选最快的
点评:在一个高速系统中并不是每一部分都工作在高速状态,而器件速度每提高一个等级,价格差不多要翻倍,另外还给信号完整性问题带来极大的负面影响。
 
现象五: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。
 
现象六:程序只要稳定就可以了,代码长一点,效率低一点不是关键
点评:CPU的速度和存储器的空间都是用钱买来的,如果写代码时多花几天时间提高一下程序效率,那么从降低CPU主频和减少存储器容量所节约的成本绝对是划算的。CPLD/FPGA设计也类似。
 
 
硬件设计鸡毛蒜皮之二
 
功耗问题
 
现象一:我们这系统是220V供电,就不用在乎功耗问题了
点评:低功耗设计并不仅仅是为了省电,更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低,器件寿命则相应延长(半导体器件的工作温度每提高10度,寿命则缩短一半)
 
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(不要用8毛钱一度电的观念来对待这几瓦的功耗)。
 
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)
 
现象四:这款FPGA还剩这么多门用不完,可尽情发挥吧
点评:FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比,所以同一型号的FPGA在不同电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根本方法。
 
现象五:这些小芯片的功耗都很低,不用考虑
点评:对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的,它主要由引脚上的电流确定,一个ABT16244,没有负载的话耗电大概不到1毫安,但它的指标是每个脚可驱动60毫安的负载(如匹配几十欧姆的电阻),即满负荷的功耗最大可达60*16=960mA,当然只是电源电流这么大,热量都落到负载身上了。
 
现象六:存储器有这么多控制信号,我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了,片选就接地吧,这样读操作时数据出来得快多了。
点评:大部分存储器的功耗在片选有效时(不论OE和WE如何)将比片选无效时大100倍以上,所以应尽可能使用CS来控制芯片,并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的宽度。
 
现象七:这些信号怎么都有过冲啊?只要匹配得好,就可消除了
点评:除了少数特定信号外(如100BASE-T、CML),都是有过冲的,只要不是很大,并不一定都需要匹配,即使匹配也并非要匹配得最好。象TTL的输出阻抗不到50欧姆,有的甚至20欧姆,如果也用这么大的匹配电阻的话,那电流就非常大了,功耗是无法接受的,另外信号幅度也将小得不能用,再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同,也没办法做到完全匹配。所以对TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。
 
现象八:降低功耗都是硬件人员的事,与软件没关系
点评:硬件只是搭个舞台,唱戏的却是软件,总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的翻转差不多都由软件控制的,如果软件能减少外存的访问次数(多使用寄存器变量、多使用内部CACHE等)、及时响应中断(中断往往是低电平有效并带有上拉电阻)及其它争对具体单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的贡献。
 
鸡毛蒜皮之三:
 
系统效率
 
现象一:这主频100M的CPU只能处理70%,换200M主频的就没事了
点评:系统的处理能力牵涉到多种多样的因素,在通信业务中其瓶颈一般都在存储器上,CPU再快,外部访问快不起来也是徒劳。
 
现象二:CPU用大一点的CACHE,就应该快了
点评:CACHE的增大,并不一定就导致系统性能的提高,在某些情况下关闭CACHE反而比使用CACHE还快。原因是搬到CACHE中的数据必须得到多次重复使用才会提高系统效率。所以在通信系统中一般只打开指令CACHE,数据CACHE即使打开也只局限在部分存储空间,如堆栈部分。同时也要求程序设计要兼顾CACHE的容量及块大小,这涉及到关键代码循环体的长度及跳转范围,如果一个循环刚好比CACHE大那么一点点,又在反复循环的话,那就惨了。
 
现象三:这么多任务到底是用中断还是用查询呢?还是中断快些吧
点评:中断的实时性强,但不一定快。如果中断任务特别多的话,这个没退出来,后面又接踵而至,一会儿系统就将崩溃了。如果任务数量多但很频繁的话,CPU的很大精力都用在进出中断的开销上,系统效率极为低下,如果改用查询方式反而可极大提高效率,但查询有时不能满足实时性要求,所以最好的办法是在中断中查询,即进一次中断就把积累的所有任务都处理完再退出。
 
现象四:存储器接口的时序都是厂家默认的配置,不用修改的
点评:BSP对存储器接口设置的默认值都是按最保守的参数设置的,在实际应用中应结合总线工作频率和等待周期等参数进行合理调配。有时把频率降低反而可提高效率,如RAM的存取周期是70ns,总线频率为40M时,设3个周期的存取时间,即75ns即可;若总线频率为50M时,必须设为4个周期,实际存取时间却放慢到了80ns。
 
现象五:一个CPU处理不过来,就用两个分布处理,处理能力可提高一倍
点评:对于搬砖头来说,两个人应该比一个人的效率高一倍;对于作画来说,多一个人只能帮倒忙。使用几个CPU需对业务有较多的了解后才能确定,尽量减少两个CPU间协调的代价,使1+1尽可能接近2,千万别小于1。
 
现象六:这个CPU带有DMA模块,用它来搬数据肯定快
点评:真正的DMA是由硬件抢占总线后同时启动两端设备,在一个周期内这边读,那边些。但很多嵌入CPU内的DMA只是模拟而已,启动每一次DMA之前要做不少准备工作(设起始地址和长度等),在传输时往往是先读到芯片内暂存,然后再写出去,即搬一次数据需两个时钟周期,比软件来搬要快一些(不需要取指令,没有循环跳转等额外工作),但如果一次只搬几个字节,还要做一堆准备工作,一般还涉及函数调用,效率并不高。所以这种DMA只对大数据块才适用。
 
 
硬件设计鸡毛蒜皮之四
 
信号完整性
 
现象一:这些信号都经过仿真了,绝对没问题
点评:仿真模型不可能与实物一模一样,连不同批次加工的实物都有差别,就更别说模型了。再说实际情况千差万别,仿真也不可能穷举所有可能,尤其是串扰。曾经有一教训是某单板只有特定长度的包极易丢包,最后的原因是长度域的值是0xFF,当这个数据出现在总线上时,干扰了相邻的WE信号,导致写不进RAM。其它数据也会对WE产生干扰,但干扰在可接受的范围内,可是当8位总线同时由0边1时,附近的信号就招架不住了。结论是仿真结果仅供参考,还应留有足够的余量。
 
现象二:100M的数据总线应该算高频信号,至于这个时钟信号频率才8K,问题不大
点评:数据总线的值一般是由控制信号或时钟信号的某个边沿来采样的,只要争对这个边沿保持足够的建立时间和保持时间即可,此范围之外有干扰也罢,过冲也罢都不会有多大影响(当然过冲最好不要超过芯片所能承受的最大电压值),但时钟信号不管频率多低(其实频谱范围是很宽的),它的边沿才是关键的,必须保证其单调性,并且跳变时间需在一定范围内。
 
现象三:既然是数字信号,边沿当然是越陡越好
点评:边沿越陡,其频谱范围就越宽,高频部分的能量就越大;频率越高的信号就越容易辐射(如微波电台可做成手机,而长波电台很多国家都做不出来),也就越容易干扰别的信号,而自身在导线上的传输质量却变得越差,因此能用低速芯片的尽量使用低速芯片。
 
现象四:为保证干净的电源,去偶电容是多多益善
点评:总的来说去偶电容越多电源当然会更平稳,但太多了也有不利因素:浪费成本、布线困难、上电冲击电流太大等。去偶电容的设计关键是要选对容量并且放对地方,一般的芯片手册都有争对去偶电容的设计参考,最好按手册去做。
 
现象五:信号匹配真麻烦,如何才能匹配好呢?
点评:总的原则是当信号在导线上的传输时间超过其跳变时间时,信号的反射问题才显得重要。信号产生反射的原因是线路阻抗的不均匀造成的,匹配的目的就是为了使驱动端、负载端及传输线的阻抗变得接近,但能否匹配得好,与信号线在PCB上的拓扑结构也有很大关系,传输线上的一条分支、一个过孔、一个拐角、一个接插件、不同位置与地线距离的改变等都将使阻抗产生变化,而且这些因素将使反射波形变得异常复杂,很难匹配,因此高速信号仅使用点到点的方式,尽可能地减少过孔、拐角等问题。

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发表于:2008-4-18 11:26:35
标签:布线&PCB  

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转贴:怎样做一块好的PCB板?

:要明确设计目标 接受到一个设计任务,首先要明确其设计目标,是普通的PCB板、高频PCB板、小信号处理PCB板还是既有高频率又有小信号处理的PCB板,如果是普通的PCB板,只要做到布局布线合理整齐,机械尺寸准确无误即可,如有中负载线和长线,就要采用一定的手段进行处理,减轻负载,长线要加强驱动,重点是防止长线反射。 当板上有超过40MHz的信号线时,就要对这些信号线进行特殊的考虑,比如线间串扰等问题。如果频率更高一些,对布线的长度就有更严格的限制,根据分布参数的网络理论,高速电路与其连线间的相互作用是决定性因素,在系统设计时不能忽略。随着门传输速度的提高,在信号线上的反对将会相应增加,相邻信号线间的串扰将成正比地增加,通常高速电路的功耗和热耗散也都很大,在做高速PCB时应引起足够的重视。 当板上有毫伏级甚至微伏级的微弱信号时,对这些信号线就需要特别的关照,小信号由于太微弱,非常容易受到其它强信号的干扰,屏蔽措施常常是必要的,否则将大大降低信噪比。以致于有用信号被噪声淹没,不能有效地提取出来。 对板子的调测也要在设计阶段加以考虑,测试点的物理位置,测试点的隔离等因素不可忽略,因为有些小信号和高频信号是不能直接把探头加上去进行测量的。 此外还要考虑其他一些相关因素,如板子层数,采用元器件的封装外形,板子的机械强度等。在做PCB板子前,要做出对该设计的设计目标心中有数。 
二。了解所用元器件的功能对布局布线的要求 我们知道,有些特殊元器件在布局布线时有特殊的要求,比如LOTI和APH所用的模拟信号放大器,模拟信号放大器对电源要求要平稳、纹波小。模拟小信号部分要尽量远离功率器件。在OTI板上,小信号放大部分还专门加有屏蔽罩,把杂散的电磁干扰给屏蔽掉。NTOI板上用的GLINK芯片采用的是ECL工艺,功耗大发热厉害,对散热问题必须在布局时就必须进行特殊考虑,若采用自然散热,就要把GLINK芯片放在空气流通比较顺畅的地方,而且散出来的热量还不能对其它芯片构成大的影响。如果板子上装有喇叭或其他大功率的器件,有可能对电源造成严重的污染这一点也应引起足够的重视. 
三. 元器件布局的考虑 元器件的布局首先要考虑的一个因素就是电性能,把连线关系密切的元器件尽量放在一起,尤其对一些高速线,布局时就要使它尽可能地短,功率信号和小信号器件要分开。在满足电路性能的前提下,还要考虑元器件摆放整齐、美观,便于测试,板子的机械尺寸,插座的位置等也需认真考虑。 高速系统中的接地和互连线上的传输延迟时间也是在系统设计时首先要考虑的因素。信号线上的传输时间对总的系统速度影响很大,特别是对高速的ECL电路,虽然集成电路块本身速度很高,但由于在底板上用普通的互连线(每30cm线长约有2ns的延迟量)带来延迟时间的
增加,可使系统速度大为降低.象移位寄存器,同步计数器这种同步工作部件最好放在同一块插件板上,因为到不同插件板上的时钟信号的传输延迟时间不相等,可能使移位寄存器产主错误,若不能放在一块板上,则在同步是关键的地方,从公共时钟源连到各插件板的时钟线的长度必须相等。
四,对布线的考虑 随着OTNI和星形光纤网的设计完成,以后会有更多的100MHz以上的具有高速信号线的板子需要设计,这里将介绍高速线的一些基本概念。 
  1.传输线 印制电路板上的任何一条“长”的信号通路都可以视为一种传输线。如果该线的传输延迟时间比信号上升时间短得多,那么信号上升期间所产主的反射都将被淹没。不再呈现过冲、反冲和振铃,对现时大多数的MOS电路来说,由于上升时间对线传输延迟时间之比大得多,所以走线可长以米计而无信号失真。而对于速度较快的逻辑电路,特别是超高速ECL 集成电路来说,由于边沿速度的增快,若无其它措施,走线的长度必须大大缩短,以保持信号的完整性。 有两种方法能使高速电路在相对长的线上工作而无严重的波形失真,TTL对快速下降边沿采用肖特基二极管箝位方法,使过冲量被箝制在比地电位低一个二极管压降的电平上,这就减少了后面的反冲幅度,较慢的上升边缘允许有过冲,但它被在电平“H”状态下电路的相对高的输出阻抗(50~80Ω)所衰减。此外,由于电平“H”状态的抗扰度较大,使反冲问题并不十分突出,对HCT系列的器件,若采用肖特基二极管箝位和串联电阻端接方法相结合,其改善的效果将会更加明显。 当沿信号线有扇出时,在较高的位速率和较快的边沿速率下,上述介绍的TTL整形方法显得有些不足。因为线中存在着反射波,它们在高位速率下将趋于合成,从而引起信号严重失真和抗干扰能力降低。因此,为了解决反射问题,在ECL系统中通常使用另外一种方法:线阻抗匹配法。用这种方法能使反射受到控制,信号的完整性得到保证。 严格他说,对于有较慢边沿速度的常规TTL和CMOS器件来说,传输线并不是十分需要的.对有较快边沿速度的高速ECL器件,传输线也不总是需要的。但是当使用传输线时,它们具有能预测连线时延和通过阻抗匹配来控制反射和振荡的优点。
1 决定是否采用传输线的基本因素有以下五个。它们是: (1)系统信号的沿速率, (2)连线距离 (3)容性负载(扇出的多少), (4)电阻性负载(线的端接方式); (5)允许的反冲和过冲百分比(交流抗扰度的降低程度)。
2.传输线的几种类型 (1) 同轴电缆和双绞线:它们经常用在系统与系统之间的连接。同轴电缆的特性阻抗通常有
50Ω和75Ω,双绞线通常为110Ω。 (2)印制板上的微带线 微带线是一根带状导(信号线).与地平面之间用一种电介质隔离开。如果线的厚度、宽度以及与地平面之间的距离是可控制的,则它的特性阻抗也是可以控制的。(3)印制板中的带状线 带状线是一条置于两层导电平面之间的电介质中间的铜带线。如果线的厚度和宽度、介质的介电常数以及两层导电平面间的距离是可控的,那么线的特性阻抗也是可控的 
3端接传输线 在一条线的接收端用一个与线特性阻抗相等的电阻端接,则称该传输线为并联端接线。它主要是为了获得最好的电性能,包括驱动分布负载而采用的。 有时为了节省电源消耗,对端接的电阻上再串接一个104电容形成交流端接电路,它能有效地降低直流损耗。
4 在驱动器和传输线之间串接一个电阻,而线的终端不再接端接电阻,这种端接方法称之为串联端接。较长线上的过冲和振铃可用串联阻尼或串联端接技术来控制.串联阻尼是利用一个与驱动门输出端串联的小电阻(一般为10~75Ω)来实现的.这种阻尼方法适合与特性阻抗来受控制的线相联用(如底板布线,无地平面的电路板和大多数绕接线等。 串联端接时串联电阻的值与电路(驱动门)输出阻抗之和等于传输线的特性阻抗.串联联端接线存在着只能在终端使用集总负载和传输延迟时间较长的缺点.但是,这可以通过使用多余串联端接传输线的方法加以克服。 
4.非端接传输线 如果线延迟时间比信号上升时间短得多,可以在不用串联端接或并联端接的情况下使用传输线,如果一根非端接线的双程延迟(信号在传输线上往返一次的时间)比脉冲信号的上升时间短,那么由于非端接所引起的反冲大约是逻辑摆幅的15%。最大开路线长度近似为: Lmax<tr/2tpd 式中:tr为上升时间 tpd为单位线长的传输延迟时间 5.几种端接方式的比较 并联端接线和串联端接线都各有优点,究竟用哪一种,还是两种都用,这要看设计者的爱好和系统的要求而定。 并联端接线的主要优点是系统速度快和信号在线上传输完整无失真。长线上的负载既不会影响驱动长线的驱动门的传输延迟时间,又不会影响它的信号边沿速度,但将使信号沿该长线的传输延迟时间增大。在驱动大扇出时,负载可经分支短线沿线分布,而不象串联端接中那样必须把负载集总在线的终端。 串联端接方法使电路有驱动几条平行负载线的能力,串联端接线由于容性负载所引起的延迟时间增量约比相应并联端接线的大一倍,而短线则因容性负载使边沿速度放慢和驱动门延迟时间增大,但是,串联端接线的串扰比并联端接线的要小,其主要原因是沿串联端接线传送的信号幅度仅仅是二分之一的逻辑摆幅,因而开关电流也只有并联端接的开关电流的一半,信号能量小串扰也就小。 
五.PCB板的布线技术 做PCB时是选用双面板还是多层板,要看最高工作频率和电路系统的复杂程度以及对组装密度的要求来决定。在时钟频率超过200MHZ时最好选用多层板。如果工作频率超过350MHz,最好选用以聚四氟乙烯作为介质层的印制电路板,因为它的高频衰耗要小些,寄生电容要小些,传输速度要快些,还由于Z0较大而省功耗,对印制电路板的走线有如下原则要求 (1)所有平行信号线之间要尽量留有较大的间隔,以减少串扰。如果有两条相距较近的信号
线,最好在两线之间走一条接地线,这样可以起到屏蔽作用。 (2) 设计信号传输线时要避免急拐弯,以防传输线特性阻抗的突变而产生反射,要尽量设计成具有一定尺寸的均匀的圆弧线。 印制线的宽度可根据上述微带线和带状线的特性阻抗计算公式计算,印制电路板上的微带线的特性阻抗一般在50~120Ω之间。要想得到大的特性阻抗,线宽必须做得很窄。但很细的线条又不容易制作。综合各种因素考虑,一般选择68Ω左右的阻抗值比较合适,因为选择68Ω的特性阻抗,可以在延迟时间和功耗之间达到最佳平衡。一条50Ω的传输线将消耗更多的功率;较大的阻抗固然可以使消耗功率减少,但会使传输延迟时间憎大。由于负线电容会造成传输延迟时间的增大和特性阻抗的降低。但特性阻抗很低的线段单位长度的本征电容比较大,所以传输延迟时间及特性阻抗受负载电容的影响较小。具有适当端接的传输线的一个重要特征是,分枝短线对线延迟时间应没有什么影响。当Z0为50Ω时。分枝短线的长度必须限制在2.5cm以内.以免出现很大的振铃。 (4)对于双面板(或六层板中走四层线).电路板两面的线要互相垂直,以防止互相感应产主串扰。 (5)印制板上若装有大电流器件,如继电器、指示灯、喇叭等,它们的地线最好要分开单独走,以减少地线上的噪声,这些大电流器件的地线应连到插件板和背板上的一个独立的地总线上去,而且这些独立的地线还应该与整个系统的接地点相连接。 (6)如果板上有小信号放大器,则放大前的弱信号线要远离强信号线,而且走线要尽可能地短,如有可能还要用地线对其进行屏蔽

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