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如何为降压转换器选择电感器 如何为降压转换器选择电感器 1 min Thought Leadership 开关电源（SMPS）是那种在安静中（尽管在电气上很嘈杂）确保你最喜爱的电子设备平稳运行的设备。它们默默地在背后执行着它们的职责，然而没有它们你的电路板就无法运作。作为为功率需求大的应用设计直流-直流转换器的一部分，组件选择对于确保向负载稳定供电并且高效率至关重要。 在众多直流-直流转换器拓扑结构中，降压转换器（buck converter）因其在降低输入电压至较低水平时提供高效率的电力转换而被广泛应用。关于这些电源转换器的组件选择的一个常见问题是如何为降压转换器选择一个电感器。在降压转换器中使用电感器和其他组件的目标是限制电力损失转化为热量，同时最小化电流涟漪。 降压转换器中的电感器 以下展示了SMPS的基本降压转换器拓扑结构。在此图中，MOSFET的输出通过PWM信号驱动，该信号以用户选择的占空比开关MOSFET。当PWM信号切换时，电感和电容在提供稳定电流给负载中起着关键作用。最终，PWM信号的占空比是允许用户控制输出到负载的电压的主要功能。 电感将以与PWM信号相同的速率不断切换，因此它负责在发送到输出的电流上叠加一些轻微的纹波。电感和电容形成了一个L滤波器，基本上是一个二阶带通滤波器。假设您使用了一个足够 大的低ESR电容，电容将提供低阻抗，构成纹波的高频分量将被大量移除。 如何为您的降压转换器选择电感 电感器的适当值取决于您的设计能够容忍的期望纹波电流，以及您计划用于PWM信号的占空比。下面的方程显示了输出电压作为二极管正向电压降和MOSFET上状态电压降的函数。在考虑了这些电压后，输出电压是： 我将跳过一些数学计算，直接得出重要结果。首先，电感和PWM频率与纹波电压成反比。其次，纹波还是PWM占空比的二次函数。降压转换器中的纹波电流是： 注意，PWM信号的上升时间在任一方程中都没有出现。然而，上升时间很重要，因为它在确定 转换器发出的噪声和损耗方面（见下文更多详情）起着作用。重要结果可以总结如下： 增加占空比将减少纹波，但也会使输出电压更接近输入。 提高PWM频率会减少纹波，但这将 增加MOSFET的散热量。然而，这里有一个需要注意的地方：使用边沿速率更快的PWM信号会减少因高PWM频率而产生的损失（再次见下文）。 使用更大的输入电压需要使用更大的电感器以将纹波降低到可接受的水平。通常，使用更大的电感器来减少纹波。 为什么PWM上升时间很重要 电感器负责创建并同时抑制输出电流上的纹波，尽管这可以作为设计目标在设计中设置，遵循上述指导方针。然而，有一些关于任何开关调节器的重要方面是电感器无法控制的： 来自开关元件的辐射EMI：晶体管的这种开关噪声可以在下游电路中引入一些噪声。 由于皮肤效应而导致的热损失：这是电感器的几何形状而非电感值的函数。如果电感器具有更大的横截面积和更高的热导率，热量可以以更高的速率从电感器中散发出去。 阅读文章
如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么 如何设计您的PCB测试券以及您可以测试什么 1 min Thought Leadership 随着组件的操作速度增加，受控阻抗在数字、模拟和混合信号系统中变得越来越常见。如果互连的受控阻抗值不正确，那么在电路测试期间识别这个问题可能非常困难。轻微的不匹配可能不会导致板失败，但如果没有在板上放置正确的测试点和测试结构以便进行裸板阻抗测试，那么很难确定不正确的阻抗是任何测试失败的原因。 由于阻抗取决于许多参数（走线几何形状、层压板厚度和层压板Dk值），因此目前大多数PCB都进行受控阻抗测试。然而，测试通常是在PCB测试优惠券上进行的，该测试优惠券是在与PCB相同的面板上制造的（通常沿着边缘）。如果你想快速完成板旋转并帮助未来的设计，你可能会考虑设计一个测试优惠券，并为未来的设计保留它。此外，为您的制造商提供有关您建议的互连几何形状的充分文档，对于确保您的制造商创建正确的测试优惠券非常有帮助。 单独或集成的PCB测试券？ 任何测试优惠券的目标都是准确捕捉您的电路板预期的堆叠结构，并促进准确的互连阻抗测试。有许多方法可以做到这一点。在一个用于控制阻抗的测试优惠券中，制造商可能会在面板边缘留出一些空间，放置一些用于控制阻抗测试的测试结构。测试优惠券也可以从供应商库中选择，按照行业标准设计（例如， IPC 2221B 附录A的D优惠券），或使用一些软件生成（例如， IPC 2221B Gerber 优惠券生成器）。 有时，测试优惠券会被集成到实际的PCB中，而不是作为同一面板上的单独部分创建。在这种情况下，测试优惠券可能不会有人们期望的典型外观，这种外观通常是由生成的或供应商提供的测试优惠券所具有的。Kella Knack在 最近的一篇文章中描述了在单独的测试优惠券中包含的常见测试结构（如果你是制造商）或直接在原型板上（如果你是设计师）。 将测试结构直接放置在电路板上可能看起来像是浪费空间，但它极大地帮助了电路测试，无论是在原型设计阶段还是在全面生产阶段。如果您正在设计不常见的互连几何形状，您需要在大规模生产前评估阻抗。设计一个带有您的互连设计的单板并在内部测试它们并无妨。您需要为测试板预付费用，但如果您能在生产前获得所需的测量数据，可能会省下一次板子旋转的费用。 超越阻抗 互连阻抗、PDN电容、导体损耗和传播延迟都可以通过正确的测试结构来测量。放置在定制测试优惠券上的其他测试结构对于确定基板层压板的 介电常数也很有用。一旦进入微波/mmWave领域，就应该测试插入损耗和腔体辐射，以确保受控阻抗线上的模拟信号不会经历显著的退化。 测试优惠券还可以通过热冲击测试、回流模拟、玻璃转变温度测量、导体直流电阻测量或您能想象的任何其他测试。测试优惠券还给制造商一个机会来验证制造过程和质量，确保您的新板符合可靠性标准。面板的结果应该在规格值的5%以内。 在高频下的创新 阅读文章
在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈 在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈 1 min Thought Leadership 增强现实、虚拟手术、肢体替换、医疗设备以及其他新技术需要结合触觉振动电机和反馈，以便让佩戴者充分感受到他们与环境的互动方式。除非这些尖端应用包含了触觉振动和反馈，否则用户将被迫依赖其他四种感官来理解真实或虚拟环境。自从翻盖手机时代以来，支持触觉反馈的低成本组件就已经可用，设计师们的想象力是唯一的限制。 最近一个新客户的询问让我不得不深入了解触觉振动和反馈的世界。如果你是一名音频电子设计师，那么你可能已经熟悉了传感器以及如何将它们与放大器、MCU或其他组件配对。无论你是否熟悉传感器，都存在一个嵌入式软件问题需要解决，特别是当你考虑到用于触发触觉反馈的传感器时。 选择触觉振动电机 触觉振动电机有两种类型：可变幅度和可变频率。显然，这些电机可以细分为不同的电机结构，如垂直振荡、直线和偏心旋转质量（ERM）振动电机。ERM电机在旧寻呼机和早期手机中很常见。垂直振荡电机和直线电机在它们对包装施加力的方式上相似。这些电机可以通过一对线路安装到板上或包装上。 上面展示的硬币/煎饼式电机基本上是一个幅度控制的直流电机，其频率可以通过改变电机看到的直流电压从约10000转每分钟变化到约15000转每分钟。驱动这些电机所需的直流电压通常在2到5伏之间，设备需要的电流在约50到约100毫安之间。过去20年的许多研究发现，用于触觉反馈的最佳振动频率范围在150赫兹到180赫兹之间。也有交流版本可用（见下表）。 另一种触觉振动电机是线性谐振执行器（LRA）。这种类型的电机在狭窄的带宽内有强烈的共振。这些设备不应该用于频率控制的触觉反馈，但它们对于电压控制的触觉反馈非常有用，因为它们会在驱动频率下响应（即，它们是交流电机）。 阻抗匹配还是阻抗桥接？ 将这些电机引入实际系统并不是什么大挑战，因为它们不会像较大的电机那样产生相同的 传导和辐射EMI问题。如果将它们放置在电路板上（即作为SMD组件），应该将它们放置在电路板边缘附近以及能让用户最好感知到振动的区域附近。为这些组件布局电路板时，应像布局任何其他 小型直流/交流电机一样。 由于电压和电流要求，将振动电机连接到驱动器时，总是存在 阻抗匹配与阻抗桥接之间的问题。触觉振动电机本质上是一种传感器，它能够响应低频电信号输出特定的低频机械振动。 如果你阅读了一些关于传感器的教程，即使是在一些技术性很强的流行网站上，你也会发现一些建议称源IC与传感器之间需要阻抗匹配。这正是人们在EDN和Hyperphysics上找到的建议，直到多次投诉迫使网站所有者更改他们的内容。是否应该使用阻抗匹配或阻抗桥接取决于驱动器的性质。 如果驱动器实质上是一个电流控制的电压源（即，输出阻抗低），那么应该使用阻抗桥接来将高输出电压传输到电机。这基本上是现代音频设备所做的。然而，如果驱动器具有相反的功能，应该选择其阻抗远低于源阻抗的电机。传输线效应在这里不相关，因为我们操作在数百赫兹的范围内。 触觉反馈算法 触觉反馈的一个重要部分是随着系统中其他输入的变化而改变振动感觉。数据可以与外部传感器的一些测量结果一起输入系统，并用于控制触觉振动强度。这些系统可以是开环系统或闭环系统，它们类似于工业控制系统中使用的控制策略。 触觉反馈算法足够轻量，可以嵌入到MCU或小型FPGA中，只要设备有足够的输入来支持产品中的其他功能。触觉反馈算法仍然需要针对特定产品进行设计，这些算法仍然是科学和工程研究的活跃领域。 如果您计划在新的PCB中加入触觉振动和反馈，您应该使用 Altium Designer®中的CAD工具来布局您的新电路板并放置触觉振动电机的组件模型。MCAD工具可以帮助您设计电路板，使其整齐地适应其外壳并为制造做好准备。 阅读文章
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