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硬件电路常用设计摘要

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硬件电路常用设计摘要

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硬件设计是电路设计的基础，这里整理一些平常设计时的一些技巧和摘要，常用的参数等，方便日后索引查找 。

1. STM32芯片中不使用的晶振引脚OSC_IN和OSC_OUT接法

STM32上不使用外部晶振时，OSC_IN和OSC_OUT的接法

1、对于100脚或者144脚的产品，OSC_IN应接地，OSC_OUT应悬空。

2、对于少于100脚的产品，有两种接法：

（1）OSC_IN和OSC_OUT分别通过10K电阻接地。此方法可提高EMC性能。

（2）分别重映射OSC_IN和OSC_OUT到PD0和PD1，再配置PD0和PD1为推挽输出，并输出置0。可以减小功耗，节省电阻。

2. 电源LDO输出 3.3V 选择

RT9013-33GB 3.3V固定输出，低压差400mV@Iout=500mA，Vin=5.5V(Max) SOT-23-5  扩展库

ME6203A33PG 输入可达 30 V LDO ，0.59元 3.3V固定输出，Iout=100mA，Vin=30V(Max) 扩展库

MIC5205-3.3YM5-TR 1.4元  3.3V固定输出，Iout=150mA，Vin=16V(Max)  扩展库

XC6206P332MR 输入6V ,输出200mA 丝印

是

662K

HT75XX-1 , 输入可达 30 V, 输出 100mA

AMS1117-X.X  • Operates Down to 1V Dropout 输入要大于输出1V，如输出 3.3 输入要5V 输出电流 1A

3. 电流大小与宽度

线宽的单位是：Inch（1inch=2.54cm=25.4mm） 100mil = 2.54mm

电流 = 0.15×线宽(W)=A ， 默认常规电路板外层铜箔线路厚度为1oz（35um)

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/07e4f8f1b2b5a3a517519a3d23dc7c12.png

绝缘导线载流量估算如下:

导线截面(mm2 ) 1 1.5 2.5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120

载流是截面倍数 9 8 7 6 5 4 3.5 3 2.5

载流量(A) 9 14 23 32 48 60 90 100 123 150 210 238 300

一般铜线安全计算方法是:

2.5平方毫米铜电源线的安全载流量–28A.

4平方毫米铜电源线的安全载流量–35A .

6平方毫米铜电源线的安全载流量–48A .

10平方毫米铜电源线的安全载流量–65A.

16平方毫米铜电源线的安全载流量–91A .

25平方毫米铜电源线的安全载流量–120A.

如果是铝线,线径要取铜线的1.5-2倍.

如果铜线电流小于28A,按每平方毫米10A来取肯定安全.

如果铜线电流大于120A,按每平方毫米5A来取.

4. 常用过孔参数

  1. 全通过孔内径要求0.2mm（8mil）及以上，外径的是0.4mm(16mil)以上;
  2. 要求孔间距0.5mm及以上；过孔不能放置在小于0402电阻容焊盘大小的焊盘上，一般推荐间距为4-8mil；

按照经验PCB常用过孔尺寸的内径和外径的大小一般遵循X*2±2mil（X表示内径大小）。

比如8mil内径 ,可以设计成8/14mil、8/16mil或者8/18mil；

比如12mil的过孔可以设计为12/22mil、12/24mil、12/26mil；

常见尺寸 - 孔径：  24mil 20mil 16mil 12mil 8mil

焊盘直径：40mil 35mil 28mil 25mil 20mil

； 12/24；16/28；20/35

5. 关于光耦

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c5afde486a93406150216534d7093bd7.png

该逻辑表中的LED是指发光二级管的状态。

发光二级管压降1.4-1.8v

发光二级管的驱动电流，为If=10-15mA。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/46b38549989b04f798049fb216439c28.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/dd377c239b424d0451394cb42a40d332.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/35f22da4a8d60c76cc08d4308e0eba01.png

两种接法：A.不改变逻辑状态：2引脚接VCC;3引脚接输入信号。

B.逻辑状态相反：2接输入信号，3接地。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/09c7fb45573c8359f19729865752952d.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/7f856b3ce5a7e2704166f7ea2b6c4d3c.png

其中R的确定方法为：

接法A：,Vcc应该与Vin的高电平相同；其中Vf为发光二极管压降1.4-1.8v，If为发光二级管导通电压10-15mA。

接法B：Vinl为输入信号Vin的高电平电压。

R的取值范围：200-500 ；RL的取值范围：330-4k欧姆。

6.关于旋转编码器EC11

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/f3f538c07cce27c4f4c02c191e815a27.jpeg

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/400256d531da1e1febaeb3bb394fdef8.png

7. 常用MOS管参数

SI2302 N沟道,20V,2.1A,72mΩ@4.5V 1.2V

SI2301CDS P沟道,-20V,-3.1A,112mΩ@4.5V -1V  基础库

2N7002 N沟道,60V,0.5A,7Ω@10V 2.5V  基础库

AO3401A P沟道,-30V,-4.1A,165mΩ@4.2V -1.3V 基础库

FDN335N N沟道,20V,1.7A,70mΩ@4.5V 1.5V

FDN338P P沟道,-2V,-2.8A,112mΩ@4.5V -1V

2SK425 NEC N沟道,15V,18 A,24mΩ@10V

用2301可进行电源控制

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/f41b568d78af95151c84e04feeea25b2.png

双MOS管组成电子开关：

R2, R1: 47kΩ

C1,: 0.1μF / 6.3V, X5R

C2: 4.7μF / 6.3V, X5R

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/b26b1cd3f04f795c59070e0ccd156f7a.png

8. 电容材料

  • X7R 电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。
  • X5R 适合做大容量电容。
  • X5R、X7R或Y5P都属于Ⅱ类（与Ⅲ类统称为低频陶瓷电容器，国内叫CT型），是用铁电陶瓷做介质的电容器，这类电容比容大，损耗比较大，电气性能较稳定，随温度、电压和时间的变化并不显著，适用于隔直、耦合、旁路与对容量要求不高的电路。

9. 电池

镍镉电池能量比率低，电压低，有记忆效应，对环境有很大污染。但耐高温性能好，生产要求相对更低，价格便宜。寿命一般在充放电500次左右，如果是应急灯等应用（不常用），最少4年可不更换电池。日常生活中的剃须刀，电动理发器，应急灯大部分使用镍镉电池。

镍氢电池是镍镉下一代的充电电池，能量比率相对镍镉有所提升，电压低，略微有记忆效应，对环境有一定污染。价格适中（介于锂电和镍镉之间）。电池寿命在1000次左右。周边的镍氢混合动力汽车，电动模型很多使用镍氢电池。

锂电是目前充电电池的最高水平，但诞生10年，单位材料能量比只提升了10％，一直没有重大突破。锂电池能量比率相对更高，电压高（3.2V/3.7V），没有记忆效应，无污染。价格更高。电池寿命：磷酸铁锂（大部分的电动汽车）在2000次以上。锰酸锂（如大部分的3C电器）大概在500次左右。

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水bai电解质溶液的电池。锂电池并非是单一的种类，而是锂金属电池和锂离子电池的统称。由于锂金属电池现在已不再被应用，所以我们平常说的锂电池一般指的是锂离子电池。

锂电池分类：聚合物锂电池、三元锂电池、铁锂电池等、型号常见的有，圆柱：18650.26650.32650.21700.14500.14250…..等等型号

分析锂离子电池的性能应该从以下几个方面：（1）容量（续航里程）；（2）功率密度（动力性）；（3）一致性（工作性能）；（4）安全性比如散热性，熔点；（5）循环次数（相对使用寿命）；（6）内部阻抗，比如欧姆电阻和极化电阻（内部损耗）；（7）自放电。

锂电池需带有线路保护板，带有防过充保护板，安全防爆，如果没有，锂电池就会有变形、漏液、爆炸的危险!

从形体上分：圆柱形（Tesla采用松下的NCR18650B，直径18cm长度65cm，0代表圆柱形，不过博主特指出这是消费类电池以及未来可能搞得21700，三星也有一批，还有比较多的是26650，国内最大的圆柱型电池是比克，方壳（比如宁德ATL，目前国内很多都在做），软包（贬褒不一，比上述两个所占市场份额要小很多）；

10. AD15中3D封装库制作

11. 美制电线标准AWG与公制英制对照表

AWG美国线规，下面介绍一下几个常用的AWG，如何对比表格找到美标AWG相应的导线截面积，AWG美国线规代号，指的是导体截面积mm²大小，数值越大，面积越小。

常用的AWG线材规格有18#-33#的线材，如果电机驱动线用14就够了，普通电源用16。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/3b60212c371c832206f44566c77ae001.png

12. MOS管的原理和使用

12.1 PN二极管

加入磷为N型材料，磷原子在其价壳层中有 5 个电子。因此，当硅原子共享电子以获得所需的 8 个电子时，它们不需要这个额外的电子，因此材料中现在有额外的电子，因此这些电子可以自由移动。

加入三价铝或者硼等为P 型掺杂。这个原子在其价壳中只有 3 个电子，所以它不能为它的 4 个邻居提供一个电子来共享，所以其中一个将不得不离开。因此，在电子可以坐下和占据的地方产生了一个空穴。

当在二极管上连接一个电压源时，阳极（P 型）连接到正极，阴极（N）连接到负极，这将产生正向偏置并允许电流流动。电压源必须大于 0.7V 势垒，否则电子无法跳线。

12.2 MOS

MOS

管，即在集成电路中绝缘性场效应管。

MOS

英文全称为

Metal-Oxide-Semiconductor

即金属

氧化物

半导体，确切的说，这个名字描述了集成电路中

MOS

管的结构，即：在一定结构的半导体器件上，加上二氧化硅和金属，形成栅极。

MOS

管的

source

和

drain

是可以对调的，都是在

P

型

backgate

中形成的

N

型区。在多数情况下，两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能

,

这样的器件被认为是对称的。

N沟道 耗尽型

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/29ab3759b4d7798cb83e06a9becd57ac.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/da978213e295bba775e25fb91c76009c.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d351c44ed878f71f0331796b9a36d48e.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/baaa8cfaf6a660fcb96f5d724cd709ed.png

NMOS

增强型管构成的开关电路

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/2ff88d9bc98d6e497d1a86352333687c.png

PMOS

的特性，

Vgs

小于一定的值就会导通，适合用于源极接

VCC

时的情况

(

高端驱动

)

。但是，虽然

PMOS

可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用

NMOS

。

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/a071947e1d22d597179bc93adaf7a50b.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/a05dc088cf794fa76df5f9944d7054d8.png

12.3 MOS管的分类

12.4 MOS 管的应用 - 门电路

非门(反向器)是一对最简单的门电路CMOS管组成。其工作原理如下：

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d6c3ea36e5c37cd5b46e0a300e6010d1.jpeg

A端为高电平时，P型管截止，N型管导通，输出端C的电平与Vss保持一致，输出低电平；A端为低电平时，P型管导通，N截止型管，输出端C的电平与VDD一致，输出高电平。

13 稳压二极管的使用

13.1 参数

1.Vz— 稳定电压。

指稳压管通过额定电流时两端产⽣的稳定电压值。

2. .IzT— 稳定电流

指稳压管产⽣稳定电压时通过该管的电流值。

3.rzJ— 动态电阻。

指稳压管两端电压变化与电流变化的⽐值。

4.稳压⼆极管电路限流电阻的选取

R太⼤， 则Ir很⼩， 当Il增⼤时， 稳压管的电流可能减⼩到临界值以下， 失去稳压作⽤；

R太⼩， 则Ir很⼤， 当Rl很⼤或开路时， Ir都流向稳压管， 可能超过其允许定额⽽造成损坏。

公式：

(Uimin-Uz)/(Izmin+Ilmax) > R > (Uimax-Uz)/(Izmax+Ilmin)

当两者不能同时满⾜时， 说明在给定条件下已超出稳压管的⼯作范围， 需限制输⼊电压Ui或负

载电流Il的变化范围， 或选⽤更⼤容量的稳压管。

Izmax： 稳压管允许的最⼤⼯作电流

Uzmax： 电⽹电压最⾼时的整流输出电压

Ilmax： 负载电流的最⼤值

11.2 IN4728举例

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/cc4a4229fcddcfd325a8c4ce83d777b2.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/5ce8deae2bdc1c74bbe3e8e3c08ddca6.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0b7ba419cd0fae104e88071b2cc41047.png

限流电阻R1最好⼤于31.6Ω， 不然流过稳压⼆极管的电流过⼤， 会烧毁稳压⼆极管。

1N4728的稳定电压为3.3V， 稳定电流为76mA， 因此限流电阻R1的取值为114.4Ω

12 . 常用三极管及其替换

S9013 9014属于低频放大三极管（50V 0.1A 0.4W）
S8050         属于高频放大三极管（40V 0.5A 0.6W)

都是前级放大管，两者可以互换.9013/9014/8050的基本参数：最大功耗Pcm为0.6/0.4/1W，最高工作电压Uceo为25/45/25V，最大工作电流Icm为0.5/0.1/0.8(1.5)A。

8050属于低频三极管，其工作频率不会超过9013和9014。
9011 NPN 30V 30mA 400mW 150MHz 放大倍数20-80 
9012 PNP 50V 500mA 600mW 低频管 放大倍数30-90 
9013 NPN 20V 625mA 500mW 低频管 放大倍数40-110 
9014 NPN 45V 100mA 450mW 150MHz 放大倍数20-90 
8050 NPN 25V 700mA 200mW 150MHz 放大倍数30-100 
8550 PNP 40V 1500mA 1000mW 200MHz 放大倍数40-140

13. LM2940与LM7805

LM2940与LM7805的主要区别是：LM2940最大输出电流1A。LM7805最大输出电流1.5A。其它都很接近，所以，如果电路只要求1A或以下的，可用LM2940代替。

更新于 2020-09-19
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