技术

摘要：灯具设计需要针对过电流保护设计安全断开的小尺寸保险丝，本文介绍了室内LED灯具保护电路设计的相关要求及设计人员需要考虑的问题。

<strong>引言</strong>

最初设计的室内LED灯具，设计人员面临着各种各样的技术挑战。这些瓶颈包括交直流逆变电路的功率转换、热功耗考虑/散热、当前灯泡尺寸的物理空间限制、瞬态电气脉冲，这些都是除了驱动LED发光的基本电路设计之外的技术瓶颈。

这些挑战中最重要的一个是针对LED颗粒以及其上游电路中的所有主被动元件提供瞬态脉冲保护。这些瞬态脉冲通常是交流输入电路中的雷击感应浪涌。这些浪涌意味着LED灯具需要过流及过压保护。

<strong>01、LED灯具结构</strong>

在提高硬件系统抗干扰能力的同时，软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视。下面以MCS-51单片机系统为例，对微机系统软件抗干扰方法进行研究。

<strong>1 软件抗干扰方法的研究</strong>

在工程实践中，软件抗干扰研究的内容主要是：一、消除模拟输入信号的噪声（如数字滤波技术）；二、程序运行混乱时使程序重入正轨的方法。本文针对后者提出了几种有效的软件抗干扰方法。

1.1 指令冗余

CPU取指令过程是先取操作码，再取操作数。当PC受干扰出现错误，程序便脱离正常轨道“乱飞”，当乱飞到某双字节指令，若取指令时刻落在操作数上，误将操作数当作操作码，程序将出错。若“飞” 到了三字节指令，出错机率更大。

目前的工业系统朝着电气化方向发展，且随着电压等级不断攀升、峰值电流增至几百安培，所以启用这些系统的时间也必需尽可能快，同时车载系统的性能也要不断提高。

而日益提升的可靠性促使制造商也减少了机械系统和增加固态系统，包括针对电源、负载和固态功率器件的保护电路……那么到底该怎么来解决汽车和工业应用中的电设计问题呢？

随着通信和数据中心应用升级至更高的数据传输率以支持迅速增长的互联网流量需求，SerDes 参考时钟的性能正变得日益重要。如果参考时钟抖动太高，会导致比特误码率 (BER) 过高、流量丢失或系统通信丢失。此外，56G PAM4 PHY、100G/200G/400G 以太网和 100G/400G OTN 需要多种频率组合，进一步增加了时序的复杂性。

<strong><font color="#FF0000">作者：JPaul Carpenter</font> </strong>

我是MCU的长期用户和狂热者，特别是对多功能低成本MCU上有着浓厚的兴趣，这种MCU模块能够通过单芯片实现优秀的通信能力。我做过很多有意思的小玩意，包括：MP3播放器、闹钟、无线地面湿度控制系统、宠物活动监视器、低功耗蓝牙姿态控制等。在这些小项目中，MCU实现信息的收集和传输，用起来十分方便。

<strong>1、首先给出异步复位信号亚稳态的原因：</strong>
　　
复位结束也就是释放的时刻恰在时钟上升沿的建立时间和保持时间之间时无法决定现在的复位状态是1还是0，造成亚稳态。
　　
<strong>下面是具体解释：</strong>
　　
在带有复位端的D触发器中，当reset信号“复位”有效时，它可以直接驱动最后一级的与非门，令Q端“异步”置位为“1”or“0”。这就是异步复位。当这个复位信号release时，Q的输出由前一级的内部输出决定。

稳压器在想要从不稳定或可变的电源中获得稳定电源电压的应用至关重要。这类电源包括逐渐放电式的电池或整流后的交流电压等。而对开关稳压器产生的噪声或残留交流纹波较敏感的应用，包括射频收发器、Wi-Fi 模块和光学图像传感器，采用线性稳压器来可最大限度地减少整个系统的错误和误差。

能够在电源输入和输出端之间保持低压差的线性稳压器通常称为低压降（LDO）稳压器。其基本特点是无论输出电流、输入电压、热漂移或工作寿命（老化）如何变化，都能保持恒定的输出电压。这些是理想条件，但现实世界中的情况却有些不同。由于 LDO 输出电压并非绝对稳定，因此主要会影响以下操作功能：

a）由于有限的控制回路速度，负载电流的快速变化会导致输出电压的变化。有时内部调节回路无法对电流的快速变化（由于时间延迟）作出反应，就会导致通常约为几十毫伏（mV）的下冲/过冲。

单片机在正常工作时，因某种原因造成突然掉电，将会丢失数据存储器(RAM)里的数据。在某些应用场合如测量、控制等领域，单片机正常工作中采集和运算出一些重要数据，待下次上电后需要恢复这些重要数据。因此，在一些没有后备供电系统的单片机应用系统中，有必要在系统完全断电之前，把这些采集到的或计算出的重要数据存在在EEPROM中。为此，通常做法是在这些系统中加入单片机掉电检测电路与单片机掉电数据保存。

球栅阵列(BGA)封装是目前FPGA和微处理器等各种高度先进和复杂的半导体器件采用的标准封装类型。用于嵌入式设计的BGA封装技术在跟随芯片制造商的技术发展而不断进步，这类封装一般分成标准和微型BGA两种。这两种类型封装都要应对数量越来越多的I/O挑战，这意味着信号迂回布线(Escaperouting)越来越困难，即使对于经验丰富的PCB和嵌入式设计师来说也极具挑战性。

嵌入式设计师的首要任务是开发合适的扇出策略，以方便电路板的制造。在选择正确的扇出/布线策略时需要重点考虑的因素有：球间距，触点直径，I/O引脚数量，过孔类型，焊盘尺寸，走线宽度和间距，以及从BGA迂回出来所需的层数。

和嵌入式设计师总是要求使用最少的电路板层数。为了降低成本，层数需要优化。但有时设计师必须依赖某个层数，比如为了抑制噪声，实际布线层必须夹在两个地平面层之间。

<strong>应用实例（1）：</strong>

一种简单的三段式铅酸电池充电器控制电路

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一种简单的三段式铅酸电池充电器控制电路

<strong>电路评估板</strong>

CN-0292电路评估板(EVAL-CN0292-SDZ)
系统演示平台SDP-B (EVAL-SDP-CB1Z)

<strong>电路功能与优势</strong>

图1中的电路是一个完全隔离、鲁棒、4通道数据采集系统，提供16位、无噪声代码分辨率和高达42 kSPS的自动通道开关速率。由于在多路复用信号链上选择了独特的快速建立时间元件，因而42 kSPS开关速率下的通道间串扰低于15 ppm FS(低于−90 dB)。

该电路获取并数字化标准工业信号电平，包括：±5 V、±10 V、0 V至10 V和0 mA至20 mA。输入缓冲器还提供过
压保护，从而消除了传统肖特基二极管保护电路的相关漏电流误差。

<font color="#FF0000">作者：Tim Claycomb</font>

需要控制电机的应用通常包含某种类型的电流感应电路。感应通过电机电流的能力可以帮助设计师根据电机电流状态做出如速度之类的调整。

例如，在无人机的应用中，每个控制螺旋桨的电机通常使用低侧电流感应电路，操控无人机在空中行进、停留或上升。在钻机和往复锯等电动工具中，低侧电流感应根据用户按动扳机的力度来控制工具的速度。这些产品通常需要成本敏感型设计，因为这些产品面对消费者市场。在这篇博文中，我将介绍如何为成本敏感型应用设计低侧电流感应电路。

在设计低侧电流感应电路时，高性价比的方法之一是使用非反相配置运算放大器（op amp）。图1是使用运算放大器的典型低侧电流感应电路原理图。

在嵌入式产品中有时候需要实现对外部的模拟量进行采样处理和记录，而这就需要使用到ADC功能，将外部的模拟量转换成数字量。而在复杂的嵌入式产品中，往往需要使用多路AD采样，例如在智能家居产品，电池电量检测，热敏温度传感器，烟雾传感器，气敏传感器等都是可以使用ADC来实现采样的。在本文章，将会介绍如何通过意法的STM32 MCU实现用DMA完成多通道的AD采样功能。

<strong>什么叫ADC</strong>

ADC即模拟数字转换器（英语：Analog-to-digital converter）是用于将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号的一类设备。一个模拟数字转换器可以提供信号用于测量。与之相对的设备成为数字模拟转换器。

<strong>影响AD采样的因素有哪些</strong>

信号源测量单元 (SMU) 是一种将信号源功能和测量功能结合在同一引脚或连接器上的仪器。它可以提供电压或电流，并同时测量电压和/或电流。它将电源或函数发生器、数字万用表 (DMM) 或示波器、电流源及电子负载的功能集成到单个紧密同步的仪器中。

<strong>电容的安装方法 </strong>

<strong>电容的摆放</strong>

对于电容的安装，首先要提到的就是安装距离。容值最小的电容，有最高的谐振频率，去耦半径最小，因此放在最靠近芯片的位置。容值稍大些的可以距离稍 远，最外层放置容值最大的。但是，所有对该芯片去耦的电容都尽量靠近芯片。另外的一个原因是：如果去耦电容离IC电源引脚较远，则布线阻抗将减小去耦电容 的效力。 还有一点要注意，在放置时，最好均匀分布在芯片的四周，对每一个容值等级都要这样。通常芯片在设计的时候就考虑到了电源和地引脚的排列位置，一般都 是均匀分布在芯片的四个边上的。因此，电压扰动在芯片的四周都存在，去耦也必须对整个芯片所在区域均匀去耦。

有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播，和将噪声引导到地。

<strong>去耦电容的容值计算 </strong>

去耦的初衷是：不论IC对电流波动的规定和要求如何都要使电压限值维持在规定的允许误差范围之内。 使用表达式：

<center> C⊿U=I⊿t </center>

由此可计算出一个IC所要求的去耦电容的电容量C。
⊿U是实际电源总线电压所允许的降低，单位为V。
I是以A（安培）为单位的最大要求电流；
⊿t是这个要求所维持的时间。

去耦电容容值计算方法： 推荐使用远大于1/m乘以等效开路电容的电容值。

二十多年来，电机电能效率一直是全球能源监管机构关注的重点。这是全球共同努力的一部分，旨在通过增加电能利用率以及使用可再生源发电，达到最大程度减少碳排放的目的。早期的电机效率法规是自愿的，但很快这些法规就变成强制性的了，并且每5至10年就会提高最低能效水平要求。鼠笼式感应电机(SQIM)自人类普及用电之后便一直是工业的主力军，因为它在直接连接三相交流电源后便可开始工作。当前的IEC标准依据功率额定值将这些电机的效率分为各种等级，范围从标准效率(IE1)到超顶级效率(IE4)。今天，IE3顶级效率在世界上最大的工业区内是强制标准，这些地区包括欧盟、美国、中国和日本。厂商并没有抗拒这一变化，因为在电机的寿命期间，电机的资本投入只是电费的一小部分。哪怕将顶级效率电机替换为15 kW超顶级效率IE4电机，其额外的成本也会在两年内通过节约的电费收回。

<strong>一：综述</strong>

STM32 目前支持的中断共为 84 个（16 个内核+68 个外部）， 16 级可编程中断优先级 的设置（仅使用中断优先级设置 8bit 中的高 4 位）和16个抢占优先级（因为抢占优先级最多可以有四位数）。

<strong>二：优先级判断</strong>

STM32（Cortex-M3）中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级，有人把响应优先级称作‘亚优先级’或‘副优先级’，每个中断源都需要被指定这两种优先级。

具有高抢占式优先级的中断可以在具有低抢占式优先级的中断处理过程中被响应，即中断嵌套，或者说高抢占式优先级的中断可以嵌套低抢占式优先级的中断。

<strong>认识特性阻抗</strong>

人认识事物总是有一个过程，一般都是从具体到抽象。认识特性阻抗也是一样的，在我们认识特性阻抗之前，先认识跟特性阻抗比较相关的一个物理量—电阻。

电阻是一个实实在在的物理元器件，通过欧姆定律我们可以知道，电压、电流和电阻三者之间的关系，U=I*R

我们通过一个具体的电路来分析这三者之间的具体关系，请看下面的一张最简单的电路图。这个电路图只有一个电源一个电阻和一些导线组成。

在评估纹波时，通常围绕纹波电压和纹波电流这两个组成部分来进行。在大多数应用中，纹波是工程师要最大限度抑制的一种电路状态。例如，在将交流电源转换成稳定直流输出的AC-DC转换器中，要竭力避免AC电源会以一种小幅、根据频率的变化信号叠加在DC输出之上的一种现象。然而，在其它情况下，波纹可以是种必要的设计功能，例如，时钟信号或数字信号就可利用电压电平的变化来切换器件的状态。

在后一种情况，对波纹的考量可以说相当简单：不要让峰值电压超过电容的额定电压。然而，重要的是要牢记：峰值电压是最高纹波电压与电路中直流偏置电压之和。另外，对采用钽、铝和铌氧化物技术的电解电容来说，还有另一个需特别注意的地方：不要让纹波电压的最小值掉到零电位以下，因为这将导致电容工作在反向偏压条件。这一要求也适用于低频应用的II类陶瓷电容。