硬件工程师必备知识

1、电感两端电压:U= 电容两端电压：LC高频、RC低频振荡器交流等效原则：（1）旁路电容器视为短路；（2）扼流电感等效为开路；（3）偏执电阻从电路中取消。射同它异晶闸管：通过对门极的控制能够使其导通，而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对于晶闸管电路的控制方式主要是相位控制方式，简称相控方式。门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极型晶体管（BJT）、电力场效应晶体管（Power-MOSFET）全空型器件绝缘栅型双极晶体管（IGBT）它是MOSFET和BJT的复合PN结电容：势垒电容（外加电压变化时起作用，外加电压频率越高，势垒电容作用越明显。正向偏置时，当正向电压较低时，势垒电容为主）、扩散电容

2、（仅在正向偏置时起作用，正向电压较高时，扩散电容为结电容主要部分）sense resister检测电阻在开关电源中L为了阻止电流I变化，故只有当L足够大时才不会使I突变为0。同时为了使输出电压的交流分量足够小，C的取值应足够大。低通滤波器：可作为直流电源整流后的滤波电路，以便得到平滑的直流电压。高通滤波电路：可以作为交流放大电路的耦合电路，隔离直流分量，削弱低频分量，只放大频率高于fp的信号。带通滤波器：载波通信或弱信号提取等场合，以提高信噪比。带阻滤波器：在已知干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过。称带通中输出电压与输入电压之比为通带放大倍数。使得频率为通带的截止频率fp，从fp到趋近于0的频

3、段称为过渡带。过渡带（0.707Aup）越窄，电路的选择性越好，滤波性能越理想。1、 带通滤波器频率从零到无穷大时的电压放大倍数： 令 则上式变换为当f=fp时，有 当f>>fp时，频率每升高10倍，下降10倍，即过渡带的斜率为-20dB/十倍频。 加上负载之后，通带频率变宽，放大倍数减小。有源滤波电路不适合于高电压大电流的负载，只适用于信号处理。通常，直流电源中整流后的滤波电路均采用无缘电路；且在大电流负载时，应采用LC电路。输出量与输入量之比成为传递函数。电路中RC环节愈多，阶数愈高，过渡带将愈窄。电解电容主要分两类，铝电解和钽电解。铝电解电容相对钽电解电容可以做大更大的电容量

4、和耐压值，可用于高压，高功率，低频的地方滤波。钽电解相对于铝电解有更小的寄生参数，更小的温飘在低压电路中钽电容优势比较明显。注意要滤除的干扰信号频率要进小不电容的自谐振频率容量是选择应用电容首要考虑的第一个因素从铝电容的 ESL 和 C 的分布范围，可以推算谐振频率从11kHz（Lmax30nH；Cmax6.8mF）到 2.5MHz（Lmin10nH；Cmin0.47uF ），电磁干扰的三要素是干扰源、干扰传输途径、干扰接收器。最基本的干扰抑制技术是屏蔽、滤波、接地。它们主要用来切断 干扰的传输途径一、总体概念及考虑 ：1、五一五规则，即时钟频率到 5MHz 或脉冲上升时间小于 5ns，则 P

5、CB 板须 采用多层板。2、 不同电源平面不能重叠。 3、公共阻抗耦合问题。由于地平面电流可能由多个源产生， 感应噪声可能高过模电的灵敏度或数电 的抗扰度。解决办法： 模拟与数字电路应有各自的回路，最后单点接地； 电源线与回线越宽越好； 缩短印制线长度；电源分配系统去耦4、 减小环路面积及两环路的交链面积。 5、 一个重要思想是：PCB 上的 EMC 主要取决于直流电源线的 Z 0 1、 晶振尽可能靠近处理器 2、 模拟电路与数字电路占不同的区域 3、 高频放在 PCB 板的边缘，并逐层排列 4、 用地填充空着的区域3、 布线 1、电源线与回线尽可能靠近，最好的方法各走一面。 2、为模拟电路提

6、供一条零伏回线，信号线与回程线小与 5：1。 3、针对长平行走线的串扰，增加其间距或在走线之间加一根零伏线。 4、手工时钟布线，远离 I/O 电路，可考虑加专用信号回程线。 5、关键线路如复位线等接近地回线。 6、为使串扰减至最小，采用双面字型布线。 7、高速线避免走直角。 8、强弱信号线分开。 高频射频屏蔽的关键是反射，吸收是低频磁场屏蔽的关键机理。射频模块：趋肤效应：在微波频率下，导线内部会产生很强的磁场，这种磁场迫使电子向导体的边缘聚集,这使导体电阻增加。直流电感：微波频率下的导线会呈现出电感的特性，这种电感称为直线电感电阻的等效电路电阻的等效电路如图2-1所示。其中R就是电阻在直流情况

7、下电阻自身的阻值，L是电阻的引脚，C因电阻结构的不同而不同。我们很容易就可以想到，在不同的频率下，同一个电阻会呈现出不同的阻值。想想平时在我们进行Wi-Fi产品的设计，几乎不用到直插的元件（大容量电解电容除外），一方面是为了减小体积，另一方面，也是更为重要的原因，减小元件引脚引起的电感。图2-1 电阻的等效电路图2-2定性的给出了电阻的阻值与频率的关系。图2-2 电阻的阻值与频率我们试着分析电阻具有这样的特性的原因。当频率为0时（对应直流信号），电阻呈现出的阻值就是其自身的阻值；当频率提高时，电阻呈现出的阻值是自身的阻值加上电感呈现出的感抗；当频率进一步提高时，电阻自身的阻值加上电感的感抗已经

8、相当的大，于是电阻表现出的阻值就是那个并联的电容的容抗，而且频率越高，容抗越小容的材料决定着电容的特性参数，电容的等效电路如图2-3所示。C是电容自身的容值，Rp为并联的绝缘电阻，Rs是电容的热损耗，L是电容的引脚的电感。图2-3 电容的等效电路一般来说，大容量的电容会比小容量的电容表现出更多的电感特性。因此，在250MHz的频率下，一个0.1uF的旁路电容不一定比100pF的电容效果更好。换句话说，容抗的经典公式在微波频率下，一个0.1uF的电容会表现出比100pF电容更大的阻抗，这也是我们在设计电源电路时为什么要在大容量的电解电容两端并联小容量的电容的原因，这些小容量的电容用于消除高频的噪

9、声信号。导线的本身存在一定的电阻，相邻两个线圈之前存在一定的电容，于是，我们得到如图2-5所示的电感的等效电路。其中Rs为导线存在的电阻，L为电感自身的感值，C是等效电容。图2-5 电感的等效电路共轭匹配传输功率最大IIC总线：空闲时SCL、SDA都处于高阻状态。SCL为高电平时：（1）SDA从高跳变到低作为开始信号。 （2）SDA从低跳变到高作为停止信号。开始信号后，传送的首字节的7位为从设备的地址，第8位为数据传送方向位，如果第8位是0，指示一次写操作，否则指示一次读数据的请求。每次传送都是8位，且是从最高位开始传送。每传送字节结束之后，都会有一个ACK应答位。 发送端在发送数据后，要在S

10、CL第9个脉冲来临前把SDA拉高，以等待接收端发来ACK信号，接收端在接收到数据后，会向发送端发出ACK信号在新的数据被写入之前，SCL 线都被拉低。新的数据写入之后，SCL 线被释放。 LCD显示器存在不同的型号，但真正对设计者有用的是LCD模块当中的驱动控制器型号以及驱动控制器和液晶屏的连接方法。实际上在液晶显示模块中游泳的显示RAM区为64X128个位；按byte为单位划分，共分为8个page，每个page为8行，而每一行为128个位（即128列）。如何得到显示位的页所在地址和怎么得到页中第几行彩色液晶显示（16位色，8位总线）：对MzT24-1模块的操作主要分为两种，一是对控制寄存器的

11、读写操作，二是对显存的读写操作；而这两种操作实际上都是通过对LCD控制器（SPFD5408）的寄存器（register）进行操作完成的，SPFD5408提供了一个索引寄存器（Index register），对该Index register寄存器的写入操作可以指定操作的寄存器索引，以便于完成控制寄存器、显存操作寄存器的读写操作。显存操作也是通过寄存器操作来完成的，即对0x22寄存器进行操作时，就是对当前位置点的显示进行读写操作。当RS为低电平时，首先向Index Register（索引寄存器：AC->显存地址、0X22->显存数据）写入2字节数据，第一字节零，第二

12、个字节为索引地址（即将要对哪一个显存地址进行操作）。若写的话需连续写入2byte的数据，首先写入高字节，后写入低字节。若为读的话需读三字节数据，第一字节为空，第二字节高八位，第三字节低八位。布局基本规则（1）时钟产生器尽量靠近使用该时钟的器件，石英晶体振荡器外壳应接地（2）I/O 驱动电路尽量靠近 PCB 的边缘。对进入PCB 的信号要加滤波，从高噪声区来的信号也要加滤波，同时，用串终端电阻方法减少信号反射（3）PCB 尽量使用 45 度折线，减少高频信号对外的反射与耦合（4）门电路输入端不用时不要悬空。闲置不用放大器正端接地，负端接输出端（5）PCB 按频率和电流开关特性分区，噪声元件与非噪声元件距离尽可能远（6）时钟、总线及片选信号要远离 I/O 及接插件（7）对于 A/D 类器件，数字部分与模拟部分宁可统一，也不要交叉（8）关键的线应尽量粗，并在两侧加上保护地。高速线要短且直（9）对噪声敏感的线不要与大电流、高速开关线平行（10）弱信号电路、低频电路周围不要形成电流环路（11）为每个集成电路添加一个去耦电容；每个电解电容旁边都要加一个小的高频旁路电容（12）石英晶体下面及对噪声敏感的器件下面不应走线。1、 布线的基本原则（1）合理选择层数（同种材料的 4 层板要比 2 层噪声低 20dB）（2）减少高速电路器件引脚