电气工程师

In PCB design, an Electrical Engineer is a highly skilled professional who specializes in designing electrical circuits using schematic capture software. They are responsible for researching, selecting, and procuring parts for circuits, as well as simulating results to ensure optimal performance. Depending on the size of their team, some Electrical Engineers may also handle PCB layout, create component libraries, and generate PCB documentation.

Electrical Engineers in PCB design may also be referred to by other job titles, such as Electronics Engineer, Senior Electrical Engineer, or Electronics Designer. These titles reflect the broad range of skills and expertise required for success in this role, from circuit design and simulation to PCB layout and documentation. Overall, Electrical Engineers play a critical role in the PCB design industry, ensuring that products meet necessary standards and are delivered to customers on time and with the highest level of quality and functionality.

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使用IPC-2221计算器进行高电压设计 使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反,其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具,例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。 在高压PCB设计中,重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面,其中一些归结为简单的数学公式。对于高压PCB,IPC-2221计算器可以帮助您快速确定PCB上导电元件之间的适当间距要求,这有助于确保您的下一块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时,您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。 什么是IPC-2221? IPC-2221(修订版B,2012年生效)是公认的行业标准,定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料(包括基板和镀层)的设计要求、可测试性、 热管理和散热装置以及 环形圈等。 某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如,IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过,IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板,通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距,旨在解决两点: 在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性 导电阳极丝化的可能性,有时称为 枝晶生长( 参见下文) 第一点最重要,因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制,即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中,防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。 下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意,IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V,则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后,所需的最小间距就会相对应增加,如表最下面一行所示。 电流过高时的温度上升 并非所有高压PCB都会在大电流下运行,但那些要求使用大电流的PCB在导体不够大时可能会出现高的温升。PCB中的温度升高是由于焦耳热引起的,这与导体的直流电阻有关。因此,当电流也很大时,承载高电流的导体的横截面积应较大。 要确定最佳横截面积,可以使用基于IPC-2221和IPC-2152标准中所发布数据的计算器。IPC-2152计算器中使用的数据集更复杂,但可以提供比IPC-2221计算器更准确的结果。 访问免费的在线IPC-2221计算器 了解IPC-2152和IPC-2221计算器之间的区别 阅读文章
高功率设计的PCB迹线宽度与电流的关系表 高功率设计的PCB走线宽度与电流的关系表 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 铜是一种具有高熔点的强导体,但您仍应尽力保持低温。在这里,您需要正确调整电源导轨宽度,使温度保持在一定限值内。不过,这时您需要考虑在给定走线中流动的电流。使用电源轨、高压元件和电路板的其他对热敏感的部分时,您可以使用PCB走线宽度与电流表来确定您需要在布局中使用的电源走线宽度。 另一种选择是使用基于IPC-2152或IPC-2221标准的计算器。有必要学会如何阅读IPC标准中的等效走线宽度与电流图表,因为PCB走线宽度与电流表并不总是全面的。我们将在本文中回顾您需要的资源。 在高电流设计中保持低温 在PCB设计和布线方面经常出现的一个难题是,确定在给定电流值的情况下将设备的温度保持在一定限度内所需的推荐电源线宽度,或相反。典型的操作目标是将电路板中的导体温升保持在10-20°C以内。高电流设计的目标是确定走线宽度和铜重量的大小,以便将温升保持在所需工作电流的某个限制范围内。 IPC制定了与适当方法相关的标准,以针对特定输入电流测试和计算PCB走线的温升。这些标准是IPC-2221和IPC-2152,包含有关这些主题的大量信息。显然,这些标准非常广泛,大多数设计人员没有时间解析所有数据以确定走线宽度与电流表的关系。值得庆幸的是,我们整理了一些资源来帮助您将电流与温升联系起来: 走线宽度与电流表 (参见下文) 用于跟踪温度上升的 IPC-2221计算器 用于跟踪温度上升的 IPC-2152计算器 下面的视频概述了相关的IPC标准,并解释了它们在预测能力和适用性方面的差异。该视频还提供了一些用于计算电流限制或给定输入电流的预期走线温度升高的资源。 PCB走线宽度与电流表 IPC 2152标准是确定走线和过孔大小时的起点。这些标准中指定的公式可直接用于计算给定温升的电流限制,但它们并未考虑受控阻抗布线。也就是说,在确定PCB走线宽度/横截面积时,使用PCB走线宽度与电流表对比是一个很好的起点。这使您可以有效地确定走线中允许电流的上限,然后您可以使用它来调整走线大小以进行受控阻抗布线。 当电路板在大电流下运行,温升达到非常大的值时,基板的电气性能会在高温下表现出相应的变化。基板的电气和机械性能会随温度变化,如果长时间在高温下运行,电路板会变色和变弱。这就是我认识的设计师会调整走线尺寸以使温升保持在10°C以内的原因之一。这样做的另一个原因是为了适应广泛的环境温度范围,而不是考虑特定的工作温度。 下面的PCB电源走线宽度与电流表显示了一些走线宽度和相应的电流值,它们将在1 oz./sq. ft.铜重量时将温度上升限制在10°C。这应该可以让您大致了解如何调整PCB中的走线尺寸。 电流(A) 阅读文章
在您的PCB中减少冷却风扇的电噪音 在您的PCB中减少冷却风扇的电噪音 1 min Blog 电气工程师 电气工程师 电气工程师 谁没有打开过自己的PC或笔记本电脑,仔细观察过它的风扇和散热片呢?如果你正在使用高速组件、高频组件或功率组件,那么你将需要设计一种冷却策略来将热量从这些组件中移除。除非你想使用核选项,安装一个蒸发冷却单元或构建一个水冷系统,否则当你使用冷却风扇时,你将获得最佳效果和最小的形状因子。将风扇加到散热片上以帮助对流散热是一个好主意。 风扇电噪声和辐射EMI 无论你使用哪种方法来冷却你的系统,或者如果你正在构建一个冷却系统,根据驱动风扇的方法,有一些特定的EMI/EMC点需要考虑。 交流驱动 交流驱动的风扇在紧凑系统中较少使用,因为没有频率控制就无法控制速度,而这些系统通常在高交流电压下运行。因此,它们更可能在工业系统中找到。这些风扇可以在基本频率和更高阶谐波处产生显著的传导EMI(共模和差模),然后通过电源/地线传播。这通常可以通过 共模滤波(LC网络)去除,接着是差模滤波(另一个LC网络),以及串联的RC滤波器。 直流驱动 TRANSLATE: 虽然直流风扇看起来可能在电气上没有噪声,但它们确实会产生声学和电气噪声。不同类型的风扇会产生它们自己的电磁干扰(EMI),这使得通过 EMC测试变得困难。即使是直流驱动的电机也会因为用于吸引和排斥转子的旋转磁体而产生EMI,这在换向时产生强烈的开关噪声。直流风扇产生的EMI通常限于风扇电源线中的传导EMI(对于2线直流风扇)。这种风扇电气噪声通常注入到公共地线中,在任何驱动风扇的放大器的输出处重新出现。 简单的单轴直流冷却风扇 这并不是说直流风扇不会产生辐射电磁干扰(EMI),但由于永磁体和定子绕组产生的未受限磁场(UMF)的存在,辐射EMI将与转速频率相同。几乎所有的风扇在某种程度上都存在UMF,但处理UMF的第一步是制造商的责任。一些制造商会在他们的风扇中放置一个薄钢制外壳,至少在两个安装平面上抑制UMF。这意味着辐射EMI在很大程度上依赖于风扇的方向。 UMF产生的辐射EMI可以在附近的高感抗电路中引起低频纹波电流。较大的风扇通常需要更强的磁场来驱动,因此它们在给定的转速下会展示出更强的EMI。然而,即使在数千RPM的转速下,这种辐射EMI的频率也只会在数百Hz的范围内。 PWM 驱动 PWM 驱动的风扇通过改变占空比和 PWM 信号来控制速度。使用 PWM 阅读文章
印刷电子技术:过去与未来的技术 印刷电子技术:过去与未来的技术 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 机械设计工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 机械设计工程师 机械设计工程师 印刷电子(PE)是一个新兴且迅速增长的互连业务。它起源于家电的印刷柔性键盘以及在花哨杂志和文献中不断扩展的技术。PE的讽刺之处在于,这项技术可能是二战期间首先被采用的,而所有的印刷电路板都源于PE。 应用 PE最令人兴奋的是它将开启的所有新应用和市场。图1仅展示了PE开发者当前正在追求的十个市场。对于这些市场的大多数应用来说,它们的寿命都很短,实际的PE基板可能是一次性的。一些应用已经确立,如柔性键盘、印刷葡萄糖传感器和印刷RFID标签。其他的,如由印刷电池和电泳电解质驱动的化妆品抗皱面膜,甚至没有出现在这个列表上。 材料 材料继续是PE开发者面临的主要挑战。由于许多PE应用对成本敏感,当前的导电墨水(银)和绝缘体(聚酰亚胺薄膜)对它们的应用来说太昂贵了。当前的绝缘体候选材料见表1,导体见表2。 研究似乎更青睐使用玻璃、塑化纸和PET作为基材,以及铜、石墨/石墨烯和碳纳米管(CNT)作为导体的纳米技术。 表2:适用于PE的导电材料和油墨 制造过程 印刷电子技术让人联想到像杂志那样的低成本印刷。这项技术是我们最古老和最自动化的技术之一。但其他印刷技术如图2所示。 油墨印刷的各种方法按其分辨率(以微米计)和每秒平方米的吞吐量来划分。 表3显示了更详细的印刷表格。它列出了速度、分辨率、薄膜厚度(以微米计)以及它可以使用的油墨的粘度。 设计工具 如果您已升级到Altium Designer® 19,您可能已经注意到它具有设计印刷电子产品的能力。这是幸运的,因为许多创意和创新电子产品可能会采用印刷电子基板的形式。3D打印现在可以使用银浆和各种绝缘材料、电阻和电容墨水来制造印刷电子产品。不久将会有半导体(P型和N型)墨水以及OLED浆料可用。随着技术变得更加流行,其他特殊墨水也将被开发,以及类似纸张的改进基板。 要全面而详细地了解印刷电子产品,请下载并阅读Joseph Fjelstad的电子书《Flexible Circuit Technology-Fourth Edition》中的第11章:印刷电子产品,第380-444页,网址为 阅读文章
PCB中的接地反弹以及信号完整性中的接地反弹 接地反弹减少技术可最大限度地减少信号完整性问题 1 min Blog 电气工程师 电气工程师 电气工程师 与我父亲学生时代在篮球队中生龙活虎不同,我在试训时几乎无法将球拍起。不言而喻,一切还没开始便已结束。在成为NBA职业球员的梦想破灭后,我发现了自己对武术的热情。我从来没有真正掌握篮球技术,但在武术中,至少我可以用脚掌弹跳起来迎击对手。 不会拍球无足轻重。然而,不了解电子设备中的接地反弹可能会给您的电路带来很大的难题。要成为一名出色的PCB布局工程师,了解接地反弹对电路和信号完整性的影响很有必要。通过考虑接地反弹降低技术,您可以最大限度地减少设计中PCB信号完整性中的接地反弹。 什么是接地反弹? 要了解接地反弹,您需要深入了解构成集成电路(IC)核心的休眠晶体管和接地引脚方面的基础知识。下图显示的是CMOS缓冲电路,该电路构成了微控制器和随机存取存储器(RAM)等IC中的典型I/O。 PCB中的接地反弹噪声是一个难以测量的问题,它对电源门控和信号完整性的影响与PCB中的迹线阻抗和PDN阻抗有关。在大多数高速设计中,驱动器电路的输出引脚通常连接到具有一些输入电容的负载。当输出引脚判断为逻辑电路“1”时,负载处的寄生电容被完全充电至VCC。当输出缓冲电路关闭至逻辑“0”时,电容负载放电,向驱动器提供浪涌电流;这种快速电流会流过驱动器的接地引脚。 在理想情况下,IC封装和电路板的接地电压保持一致。不过,在实际设计中,由于PDN中的接合线、引线框架和寄生电感,管芯接地和电路板接地之间存在一些寄生电感。来自这些元素的总封装电感可以建模为一组串联的电感器,如上图所示。 当电流冲过接合线/引线框架/PDN上的 电感时,管芯接地和电路板接地之间会产生反电动势。这会导致管芯接地和电路板接地在瞬间处于不同电压电平的现象,从而导致接地反弹噪声。然后,由于这些元件的直流电阻和IC封装/管芯中的寄生效应,这种积累会被抑制。更好地准确理解这如何影响信号行为,有助于理解这种寄生效应和迹线的排列形成了具有某些定义的阻抗和谐振频率的等效RLC电路。 PCB中的接地反弹如何影响电路和信号 当PCB中的接地反弹最小时,可能不会对管芯接地或信号行为造成任何干扰。它仍然会发生,但可能足够小以至于注意不到。不过,当接地反弹产生的反电动势较大时,尤其是同时切换多个输出时,器件的接地电平会上升到可能影响IC上其他引脚组的电平。 观察将驱动元件连接到电容负载的迹线时,您将发现迹线电感和电容也会影响接地反弹对信号的影响。请记住,由于其寄生电容和电感,所有迹线都具有一定的阻抗。由于真实迹线具有这些寄生效应,因此需要将其包含在由迹线、驱动器接地引脚处的电感以及负载电容形成的集总RLC网络中。 管芯上的电平位移 例如,遇到接地反弹的微控制器的接地电位可能会发生变化,使电源轨和接地之间测得的电压比没有接地反弹的情况高1.5V。换句话说,电源轨和管芯接地之间的电位差将比电源轨和电路板接地之间测得的电位高1.5V。说明这一点的另一种方式是,管芯接地和PCB接地平面之间存在瞬时1.5 V电位(即,在驱动器接地引脚上测量的值)。 在此示例中,连接到微控制器、工作电压为3.3 V的逻辑IC可能会将逻辑“0”信号解释为“1”,因为由于器件接地的电位电平发生偏移,它正在接收1.5 V逻辑“低”信号。继续此示例,遇到接地反弹的器件也可能误读来自其他元件的输入,因为输入电压电平是相对于管芯接地而言的。例如,逻辑“高” 信号可能会被误解为“低”,因为由于管芯接地电压升高,输入引脚上的电压为1.8 V,而不是3.3 V。该值低于2.31 阅读文章