就单片机学习过程中硬件设计方面的几个基本问题一起分享 1、电阻电容的封装形式如何选择,有没有什么原则?比如,同 样是 104 的电容有 0603、0805 的封装,同样是 10uF 电容有 3216、0805、3528 等封装形式,选择哪种封装形式比较合适呢 ? 2、有时候两个芯片的引脚(如芯片A 的引脚 1,芯片B 的引脚 2)可以直接相连,有时候引脚之间(如A-1 和 B-2)之间却要加 上一片电阻,如 22欧,请问这是为什么?这个电阻有什么作用 ?电阻阻值如何选择? 3、藕合电容如何布置?有什么原则?是不是每个电源引脚布置 一片 0.1μF?有时候看到 0.1μF 和 10μF 联合起来使用, 为什么? 4、所谓 5V TTL 器件、5V CMOS 器件是指什么含义?是不是说 该器件电源接上 5V,其引脚输出或输入电平就是 5V TTL 或者 5v CMOS? [答]:1、电阻电容的封装与元件的规格有关,简而言之,对于 电阻,封装与阻值(容值)和功率有关,功率越大,封装尺寸 越大;对于电容,封装与容值和耐压有关,容值和耐压越高, 封装尺寸越大。经验之谈,0603 封装的电容,容值最大为 225 (2.2μF),10μF 的电容,应该没有 0805 的封装,而 3216 ,3528 的封装与耐压和材料有关,建议你根据具体元件参考相 应的 Datasheet。 2、在芯片的引脚连线之间串入电阻,多见于信号传输上,电阻
的作用是防止串扰,提高传输成功率,有时也用来作为防止浪 涌电流。电阻值一般较小,低于 100 欧姆。 3、藕合电容应尽可能靠近电源引脚。耦合电容在电源和地之间
的有两个作用:一方面是蓄能电容,避免由于电流的突变而使 电压下降,相当于滤纹波,故又称为去藕。另一方面旁路掉该 器件的高频噪声,故又称为旁路。数字电路中典型的去耦电容 值是 0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是 5μH。0.1μF 的去耦电容有 5μH 的分布电感,它的并行共振频率大约在 7MHz 左右,也就是说,对于 10MHz 以下的噪声有较好的去耦 效果,对 40MHz 以上的噪声几乎不起作用。0.1μF、10μF 的 电容并联使用,共振频率在 20MHz 以上,去除高频噪声的效果 要好一些,较好的兼顾了去藕和旁路。经验上,每 10 片左右 IC 要加一片 1 个耦合电容,可选 1μF 左右。最好不用铝电 解电容,电解电容是两层薄膜卷起来的,这种卷起来的结构在 高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容 的选用,可按 C="1"/F, 10MHz 取 0.1μF,100MHz 取 0.01 μF。 4、泛泛地讲,5V TTL 器件和 5V CMOS 器件统称为 5V 器件,
可以讲该器件电源接上 5V,其引脚输出或输入电平就是 5V TTL 或者 5V CMOS。但 TTL 和 CMOS 器件由于材料的不同,导 致其驱动能力、功耗、上升时间、开关速度等参数迥异,分别 适用不同的场合。 [问]:1、我是刚学习单片机系统设计的,感觉有很多地方都是 按经验值来选择电阻电容的。比如,去藕电容一般是 0.1μF, 上下拉电阻一般是 4.7K--10K,晶振起振电路电容好像一般为 22pF;还有,电阻的封装选择说是要按功率来说,可是怎么计 算具体需要多大功率的电阻呢?我看很多设计中好像就是经验, 大多使用 0805 或者 0603,电容好像也差不多,耐压电压稍微 选大点应该就没问题? 2、USB 插座电路,有一个电容:0.01μF/2KV,有这么高的耐
压电压电容吗?为什么在这里需要使用这么高的耐压电容? 3、何谓扇入、扇出、扇入系数及扇出系数?
[答]:1、关于电容的选择,与频率关系较为密切。以晶振的匹 配电容为例,主要用来匹配晶体和振荡电路使电路易于启振并 处于合理的激励态下,对频率也有一定的“微调”作用,若频 率为 11.0592MHz,则该电容取30pF;当频率为 22.0184MHz, 则取 22pF。另外,上拉电阻一般取值是4.7--10K,而下拉电阻 一般取值是 10K--100K。 至于电阻的额定功率的选择,一般取 0.25W 或 0.125W,此时 封装多为 0805 或者 0603;但若用于电流检测或限流作用时, 需取 0.5W--3W,封装尺寸肯定大了,3216,3528 都有可能。 2、0.01μF/2KV,多数为陶瓷电容或聚丙烯电容,应是安规电 容,用于电源滤波器,起EMC及滤波作用。所谓的安规电容,是 指用于这样的场合:即电容器失效后,不会导致电击,不危及 人身安全。 3、扇入系数,是指门电路允许的输入端数目。一般门电路的扇 入系数 Nr 为 1--5,最多不超过 8。若芯片输入端数多于实际 要求的数目,可将芯片多余输入端接高电平(+5V)或接低电平 (GND)。扇出系数,是指一个门的输出端所驱动同类型门的个数 ,或称负载能力。一般门电路的扇出系数 Nc 为 8,驱动器的 扇出系数 Nc 可达 25。Nc 表征了门电路的负载能力。 |