技术

以太网在20世纪80年代早期被引入到办公室，那时由于其高达10Mb/s的吞吐量而广受业界欢迎。但在接下来的工业控制自动化领域，以太网却遇到了三个方面的挑战，即：实时性、标准化和可靠性。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2020-11/wen_zhang_/100058628-111901-1.j…; alt=“” width="600"></center>

大学时代第一次接触FPGA至今已有10多年的时间，至今记得当初第一次在EDA实验平台上完成数字秒表、抢答器、密码锁等实验时那个兴奋劲。当时由于没有接触到HDL硬件描述语言，设计都是在MAX+plus II原理图环境下用74系列逻辑器件搭建起来的。

后来读研究生，工作陆陆续续也用过Quartus II、FoundaTIon、ISE、Libero，并且学习了verilogHDL语言，学习的过程中也慢慢体会到verilog的妙用，原来一小段语言就能完成复杂的原理图设计，而且语言的移植性可操作性比原理图设计强很多。

覆铜作为PCB设计的一个重要环节，不管是国产的PCB设计软件，还是国外的一些Protel，PowerPCB都提供了智能覆铜功能，那么怎样才能敷好铜？

所谓覆铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。覆铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；与地线相连，还可以减小环路面积。

为了让PCB焊接时尽可能不变形，大部分PCB生产厂家也会要求PCB设计者在PCB的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线。覆铜如果处理的不当，那将得不偿失，究竟覆铜是“利大于弊”还是“弊大于利”？

电子元器件在使用过程中，常常会出现失效。失效就意味着电路可能出现故障，从而影响设备的正常工作。这里分析了常见元器件的失效原因和常见故障。

电子设备中大部分故障，究其最终原因都是由于电子元器件失效引起的。如果熟悉了元器件的失效原因，及时定位到元器件的故障原因，就能及时排除故障，让设备正常运行。

<strong>温度导致失效</strong>

元件失效的重要因素之一就是环境温度对元器件的影响。

<strong>温度变化对半导体器件的影响</strong>

蓝牙®通过智能手机将我们与世界相连。我们可与门锁、恒温器甚至我们的汽车对接。但是所有蓝牙都是一样的吗？您是否使用用于将音乐从手机流式传输到智能扬声器的蓝牙来解锁您的汽车？

如果要自己进行PCB布局，那么做好准备可能只是有助于组织和记住重要的设计细节。但是，如果将设计发送给其他人进行布局，那么这方面的准备不足可能会给完成设计带来很大的麻烦。

让我们看一下在原理图中应考虑哪些些事情，才能让转换PCB布局变得更简便。

<strong>如何转换PCB布局？第一条规则：整洁的文档</strong>

电路设计可能来自于纸上乱写的笔记，或者是黑板上匆匆绘制的原理图，但是这些当然不是正确的文档记录方式。目前很多医疗机构正迫使医生以电子档的方式取代用笔和纸记录处方，这是为了方便患者能轻松的阅读它们。

正如能够正确阅读处方的重要性一样，阅读原理图中的详细信息和说明也是如此。帮自己一个忙，花点时间确保原理图清晰易读。

在工业机器人和机床应用中，可能涉及在特定空间内精准协调多个轴的移动，以完成手头的工作。机器人一般有6个轴，这些轴必须协调有序，如果有时候机器人沿轨道移动，则会有7个轴。

在CNC加工中，5轴协调很常见，但是有些应用会用到多达12个轴，好让工具和工件在特定空间内相对移动。每个轴都包含一个伺服驱动器、一个电机。有时候，在电机和轴接头或者末端执行器之间会加装一个变速箱。然后，系统通过工业以太网互联，一般采用LINE型拓扑，具体如图1所示。电机控制器将所需的空间轨迹转换为每个伺服轴所需的单个位置基准，然后在网络上循环传输。

在负载点(POL)降压转换器领域，同步变化的高边和低边有源开关已被广泛使用。图1显示了具有理想开关的此类电路。与使用无源肖特基二极管作为低边开关的架构相比，此类开关稳压器具有多项优势。主要优势是电压转换效率更高，因为与采用无源二极管的情况相比，低端开关承载电流时的压降更低。

开关电源的纹波是指，叠加在开关电源输出电压上，频率与开关频率一致的交流量，其产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。而噪声一般是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。

测量纹波、噪声，需要使用隔直板+同轴电缆，而隔直板上的电容容量需要根据开关频率进行确定。

纹波测量：用同轴电缆从电源模块上引出输出，接到隔直板上，然后再通过同轴电缆接入示波器。示波器阻抗选择50欧姆，AC耦合，带宽限制在20MHz，然后进行测量与读数。测出的波形一般近似于三角波。

噪声测量：将示波器的带宽限制取消，其余配置相同，然后进行测量与读数。

我们在测试纹波的时候，希望能够测试准确，不希望其他频段的干扰引入导致测试数据异常。所以用同轴电缆或者探头测试纹波的时候，地线的处理都尤为关键，否则会通过地线引入不必要的噪声。

<strong><font color="#004a85">■ ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）</font> </strong>

ASIC 是为满足顾客特定需求而设计制造、面相特定用途的集成电路的总称。面向特定用途的集成电路分为全定制IC和半定制 IC。通常所说的ASIC主要指门阵列、嵌入式阵列、标准单元 ASIC、结构化 ASIC 等。

<strong><font color="#004a85">■ ASSP（Application Specific Standard Product，专用标准产品）</font> </strong>

Cadence Allegro现在几乎成为高速板设计中实际上的工业标准，最新版本是2011年5月发布的Allegro 16.5。和它前端产品 Capture 的结合，可完成高速、高密度、多层的复杂 PCB 设计布线工作。Allegro 有着操作方便、接口友好、功能强大(比如仿真方面，信号完整性仿真、电源完整性仿真都能做。)、整合性好等诸多优点，在做pcb高速板方面牢牢占据着霸主地位，这个世界上60%的电脑主板40%的手机主板可都是拿Allegro画的，广泛地用于通信领域和PC行业， 它被誉为是高端PCB工具中的流行者。

<strong>1、高频信号布线时要注意哪些问题？</strong>

答：1）信号线的阻抗匹配；2）与其他信号线的空间隔离；3）对于数字高频信号，差分线效果会更好。

对于正弦信号，流过一个元器件的电流和其两端的电压，它们的相位不一定是相同的。这种相位差是如何产生的呢？这种知识非常重要，因为不仅放大器、自激振荡器的反馈信号要考虑相位，而且在构造一个电路时也需要充分了解、利用或避免这种相位差。下面探讨这个问题。

首先，要了解一下一些元件是如何构建出来的；其次，要了解电路元器件的基本工作原理；第三，据此找到理解相位差产生的原因；第四，利用元件的相位差特性构造一些基本电路。

<strong>1、电阻、电感、电容的诞生过程</strong>

在高速PCB设计的学习中，有很多的知识点需要大家去了解和掌握，比如常见的信号完整性、反射、串扰、电源噪声、滤波等。本文就和大家分享10个和高速PCB设计相关的重要知识，希望对大家的学习有所帮助。

<strong>01、信号完整性</strong>

信号完整性（英语：Signal integrity，SI）是指信号在传输路径上的质量，传输路径可以是普通的金属线，可以是光学器件，也可以是其他媒质。

在短距离、低比特率的情况里，一个简单的导体可以忠实地传输信号。

而长距离、高比特率的信号如果通过几种不同的导体，多种效应可以降低信号的可信度，这样系统或设备不能正常工作。

随着集成电路输出开关速度提高以及PCB板密度增加，信号完整性已经成为高速数字PCB设计必须关心的问题之一。

线圈应该放在哪里？用于电压转换的开关稳压器使用电感来临时存储能量。这些电感的尺寸通常非常大，必须在开关稳压器的印刷电路板(PCB)布局中为其安排位置。这项任务并不难，因为通过电感的电流可能会变化，但并非瞬间变化。变化只可能是连续的，通常相对缓慢。

<strong>PoE技术简介</strong>

以太网供电（PoE）是一种标准以太网布线的双重功能技术，既作为数据传输设施，又作为向远程设备供电的手段。这项技术的出现在简化安装和提升互连效率方面提供了许多优势。应用于这项技术的常用设备包括：IP电话、安全摄影机、智能照明设备、现代智能办公设备等装置，它们都能采用PoE技术来完成设备供电。这样，就能省去配置电源线的费用，使整个装置更简洁，成本更低。

物联网的发展带旺了不少技术，其中无线通信技术应该是受益最多的，因为摆脱了线缆的牵绊，无线互连技术可以将物联网设备快捷地部署到任何地方。

不过，Wi-Fi、蓝牙这类无线局域网技术的兴盛，很大程度上也得益于蜂窝移动技术在物联网发展早期的缺位，而当5G来了，并且意欲通吃高速、低延时、低功耗等多个无线互连市场之后，这几个“老”技术身上的“鸭梨”，无疑会增大。

本文讨论了在电动汽车应用的功率转换器设计中选择CISSOID三相全桥1200V SiC MOSFET智能功率模块（IPM）体系所带来的益处，尤其表现在该体系是一个可扩展的平台系列。

现场可编程门阵列(FPGA)的起源可以追溯到20世纪80年代，从可编程逻辑器件(PLD)演变而来。自此之后，FPGA资源、速度和效率都得到快速改善，使FPGA成为广泛的计算和处理应用的首选解决方案，特别是当产量不足以证明专用集成电路(ASIC)的开发成本合理有效时。

FPGA取得快速发展，并广泛用于大规模部署。例如，继2013年试点项目中使用FPGA成功加快Bing搜索引擎的速度之后， Microsoft® 将配备FPGA的服务器使用范围扩展到云数据中心。

<strong>FPGA电源系统要求</strong>

单片射频器件大大方便了一定范围内无线通信领域的应用，采用合适的微控制器和天线并结合此收发器件即可构成完整的无线通信链路。它们可以集成在一块很小的电路板上，应用于无线数字音频、数字视频数据传输系统，无线遥控和遥测系统，无线数据采集系统，无线网络以及无线安全防范系统等众多领域。

<strong>1、数字电路与模拟电路的潜在矛盾</strong>

我们应该都清楚，MOSFET 的栅极和漏源之间都是介质层，因此栅源和栅漏之间必然存在一个寄生电容C_GS和C_GD，沟道未形成时，漏源之间也有一个寄生电容C_DS，所以考虑寄生电容时，MOSFET 的等效电路就成了图 2 的样子了。但是，我们从MOSFET 的数据手册中一般看不到这三个参数，手册给出的参数一般是 C_ISS、C_OSS和C_RSS（见图 1 ），