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关键词: 继电器，遮蔽线圈故障，输出脉冲故障

问：什么原因会导致使用中的继电器发出异常声音？

交流继电器和直流继电器的原因可能有所不同。具体请参阅下面的说明部分。

一般原因

解决措施

• 可能需要更换。
• 考虑使用二极管的全波整流电路和直流线圈继电器。
• 施加继电器的额定电压。

注意

1. 继电器内部遮蔽线圈故障
2. 通常，交流操作继电器配备有遮蔽线圈以防止差拍。但是，如果有少量异物（例如灰尘）卡在铁芯和铁片的拾取表面上，就会影响其平衡，从而导致差拍。
3. 使用高频电源，如逆变器电源
4. 如果继电器由高频电源驱动，铁芯、铁片和横梁等磁路的铁损将增加，温度也将异常升高。遮蔽线圈设计为在50至60 Hz 时效果最佳，但它们的特性可能因高频分量而变化，进而导致差拍。
5. 施加的电压较低（仅限交流线圈）
6. 在交流线圈的情况下，当施加的电压较低时，就会产生差拍。这是因为交流电存在脉动，并且在与电源频率同步时存在电压变为0（零）的点。
7. 如果逐渐增加施加到继电器线圈上的电压，则在接近工作电压时会发生差拍（振动）。
8. 将交流电源施加到直流线圈的继电器
9. 由于直流线圈没有遮蔽线圈，因此随着交流电压的变化，会产生差拍。
10. 此外，即使交流完全整流并用作直流，如果纹波因数较高，也可能会导致差拍。
11. 交流线圈在铁芯的磁极表面上有一个凹槽，并在磁极表面的一侧安装了遮蔽线圈。遮蔽线圈（也称铜环）可以改变未遮蔽铁芯中磁通量引起的吸引力与遮蔽铁芯中磁通量引起的吸引力之间的相位。借助这种组合的吸引力，即使在电压与电源频率同步下降到零的交流电中，只要施加适当的线圈电压，就不会发生差拍。
12. （当直流电源因加到交流线圈的继电器时，不会发生差拍。但线圈电流会增加。）
13. 使用 IC 输出（比较器）驱动继电器时的输出脉冲故障
14. IC（比较器）需要偏移宽度，以检测温度并根据与设定温度的比较提供输出。
15. 如果没有偏移（IC开/关宽度），当IC输出连续开/关时，继电器将导致差拍。
16. 确保电路具有偏移。

1. 掉落造成的损坏
2. 当发生掉落等强烈冲击时，线圈部分的铁芯和横梁可能会变形或倾斜，导致铁芯和铁片的拾取精度发生扭曲。这会在施加电压到线圈时产生小间隙，并造成差拍（噪音）振动。（直流线圈不会产生差拍和振动。）

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关键词：评估板，开发板，扩充板，SoM，RTOS

加快新产品开发速度的评估板与开发板

在展开任何新产品的开发时，工程师会先开始思考系统的原型制作、功能改进和生产设计等阶段，为了帮助设计师完成此设计过程，便有一系列可供实验、开发和生产使用的电路板，来协助工程师进行开发工作。

电子产品设计中的评估板（Evaluation Board）和开发板（Development Board）是两个常见的工具，用于协助工程师评估和开发新的电子产品。此外，还有扩充板与模块系统（SoM）可用于提升开发的效率与扩充功能。

在电子产品设计的过程中，评估板和开发板可以一起使用，评估板用于快速评估硬件性能，而开发板则用于进行软件开发和集成，这样的组合有助于加快产品上市的速度，同时提高总体设计的可靠性和效能。

评估板

评估板是用于进行第一个原型或进行实验时采用的电路板，是供工程师评估特定芯片或器件性能的硬件平台，评估板上会有重点关注的相关芯片的基本电路，以及具有形成可执行电路所需的最少数量器件。

工程师可以使用评估板来快速评估目标器件的性能、测试其功能，并了解如何集成这些器件到最终的电子产品中，其设计虽然简单，但它们的面积通常会较大，可以提供空间来划分芯片的每条线路，从而使设计人员能够准确挑选启用或连接的电路。评估板通常提供了一个友好的接口，以方便工程师进行实验和评估。

开发板

开发板是用于原型开发和软件编写的硬件平台，通常会将正在试验的芯片与所有外部通信线路断开，以便于存取可用的接口和程序选项。电源由板上稳压器或其他功率器件控制，使开发人员能够专注于试验核心芯片功能，而不是其他的支持电路。开发板通常包含目标处理器、内存、端口和其他必要的硬件，使开发人员能够进行软件开发、测试和调试。

最受欢迎的开发板系列通常在制造商或产品线之间具有一定的交互兼容性，以便扩充板可以在多个设备上重复使用。Arduino系列就是这样的例子，其插头／插座的排列规范，已经成为许多开发板的标准。

扩充板

在大多数情况下，为了轻松集成传感器、显示器、电机驱动器或其他芯片，大多数制造商已经将外部芯片和所需器件放置在兼容的即插即用板上，称为扩充板。扩充板可以简单地安装在开发板的顶部，并提供可供下载的开发环境软件库。

Microchip的模块系统

模块系统

除了评估板与开发板之外，还有一种模块系统（SoM）是用于将项目从工作台转移到生产线的最后一步。SoM是电路板最重要的部分，被压缩到尽可能小的空间中，将可非常方便的直接集成到应用电路板上。

通常，SoM的占地面积非常小，最大的总体面积通常只有几平方英寸，并由表面贴装器件制成，大多数SoM都有一个开发平台，将SoM直接放置在分线板上，以供大规模使用和实验。

可以按需求选择的多样化扩充板

扩充板用于扩充系统的功能，通常这些扩充板会有一个系列名称或主题功能来将它们与主板联系起来，这里列出一些最受欢迎的开发板系列和扩充板的一小部分清单。

Arduino是一个开源电子原型平台，用于简化硬件和软件的原型开发。其扩充板有常规UNO R3格式或更大的MEGA R3格式，Arduino R3电路板布局已成为事实上的标准，许多公司和第三方制造商都使用相同的标准格式来生产电路板。

Beaglebone是一款由德州仪器与DigiKey和Newark element14合作生产的低能耗开源的单片机（Single Board Computer, SBC）。它也是为运行开源软件而构建的一个系统，其主板是以开源硬件／软件能力为导向而设计。

Raspberry Pi是一种廉价、小型、高性能的单片机，由英国的Raspberry Pi基金会开发。其HAT（Hardware Attached on Top）这个实体扩充模块可能有较旧的26引脚变体或较新的40引脚变体。pHAT（部分式HAT）是一种变体，旨在匹配Raspberry Pi Zero和Zero W板的形式。

Feather是Adafruit Feather开发的一个开源硬件平台，用于制作轻量、小型的嵌入式系统和可积木化的电子原型。其开发板系统的附加板和扩展板，允许添加原型、传感和电机控制、有线和无线连接选项、音频和显示，旨在提供灵活、可扩展和易于使用的解决方案。

STM32 Nucleo是由STMicroelectronics推出的一个开发板平台，旨在简化STM32微控制器的原型开发和应用开发。这些扩充板允许为基本STM32 Nucleo板新增附加功能，可以添加的功能包括传感、控制、连接、电源和音频。

MikroE的Click板（mikroBUS^™ Click^™）是MikroE的扩充板系列，具有超过1000种不同的选项，在添加传感器、通信、显示和数据存储时，可提供无可比拟的设计选择和速度。为了节省电路板更多空间，MikroE Shuttle和Click Ribbon电缆系统允许将最多四个不同的Click板添加到相同数据总线上。

MicroMod是一个由SparkFun Electronics推出的模块化嵌入式平台，旨在简化和加速嵌入式系统的原型开发，其中核心模块包含主要的处理器和基本外设，而功能扩展模块（Carrier Boards）则提供了额外的外设和连接选项，包含处理器、通信和传感器均可轻易的连接。

DigiKey的扩充板会根据功能进行分类，您通常可以在附件（开发板、套件、编程器）以及评估板、扩充板、子卡中找到这些电路板。具有无线通信功能的扩充板也可以在射频评估和开发工具包、电路板页面中找到。

实时操作系统满足计算资源有限系统的需求

实时操作系统（RTOS）是一种小型轻量级操作系统，通常设计为在计算资源有限的小型嵌入式系统上运行，是专门设计用于满足实时系统要求的操作系统。RTOS对任务的响应时间非常敏感，需要在规定的时间内完成任务的处理，因此RTOS被广泛应用于需要高度可靠性和确定性的领域，如航空航天、医疗设备、工业控制、汽车电子系统等。

RTOS注重任务的实时性，确保任务在规定的时间内完成，并要求能够提供任务执行的可预测性，即任务完成的时间可以在一定范围内被预测。RTOS使用一种特殊的调度算法，确保高优先级的任务能够在规定的时间内得到执行。由于实时系统需要对外部事件作出快速响应，RTOS通常具有高效率的中断处理机制。

RTOS会提供有效的资源管理机制，确保各个任务能够按照优先级和时间要求存取系统资源，包括共享内存、设备存取等。由于实时系统通常应用于嵌入式系统和资源受限的环境，因此RTOS通常具有可裁剪性，可以根据应用需求进行精简。

一些知名的RTOS包括FreeRTOS、Zephyr、VxWorks、RTOS-32、QNX等。选择适当的RTOS取决于具体应用的需求，例如实时性要求、系统资源限制、开发成本、系统的复杂性，以及可用的硬件资源等。

免费开源的Zephyr与FreeRTOS实时操作系统

Zephyr与FreeRTOS是目前最热门的RTOS选择，两者均是完全开源的系统，专为嵌入式系统和物联网（IoT）设备所设计。Zephyr是由Linux基金会所支持，采用Apache License 2.0许可，FreeRTOS则是采用MIT许可，这使得开发者可以免费获取、自由查看、修改和分发原始码。Zephyr与FreeRTOS均支持多种处理器架构，Zephyr支持ARM、x86、RISC-V等，FreeRTOS则支持ARM、MIPS、RISC-V等，使其可以在不同的硬件平台上运行，适用于各种不同类型的嵌入式系统和IoT设备。

相较之下，Zephyr RTOS支持较为完整的网络协议栈，内置了完整的TCP/IP网络协议栈，是方便实现网络连接的嵌入式系统。Zephyr注重安全性，提供了安全相关的特性，如TrustZone支持、加密库等，满足对物联网设备的安全需求，并提供了丰富的外设和驱动支持，包括传感器、通信总线等，使其更容易与各种硬件和外设设备集成。

不过由于Zephyr RTOS的功能较为丰富，Zephyr可能对初学者具有一定难度的学习曲线，且相较于一些轻量级RTOS，Zephyr的内核可能相对较大，可能不适用于资源极为有限的系统。

相关的Zephyr实时操作系统包括SparkFun WRL-17354、NXP MIMXRT1060-EVKB、Nordic半导体THINGY53、Raspberry Pi SC0915，Zephyr RTOS相容板的完整列表：https://docs.zephyrproject.org/latest/boards/index.html

FreeRTOS的设计注重轻量级，适用于资源受限的嵌入式系统，具有较小的存储空间和内存占用。FreeRTOS拥有广泛的硬件支持，可以运行在多种处理器架构上，使其在不同的硬件平台上具有通用性。FreeRTOS拥有庞大的群落支持，丰富的文件、示例程序代码和论坛资源，使得开发者能够轻松入手并解决问题。

不过，相对于Zephyr，FreeRTOS的网络支持相对较为有限，可能需要额外的工作来实现复杂的网络连接，且对于一些对功能要求较为复杂的应用，FreeRTOS可能在一些高级功能上不如一些更为全面的RTOS。

相关的FreeRTOS还包括STMicroelectronics NUCLEO-L476RG、Microchip Technology DM320003-3、Infineon KITXMC13BOOT001TOBO1，完整的FreeRTOS兼容产品线列表：https://www.freertos.org/RTOS_ports.html

选择使用Zephyr还是FreeRTOS取决于具体的应用需求、硬件平台以及开发者的经验和偏好。如果对网络支持、安全性和多架构支持有较高要求，Zephyr可能是更好的选择。如果注重轻量级、广泛硬件支持和简单的学习曲线，FreeRTOS可能更适合一些资源有限的应用。

实时操作系统	优点	缺点	选择建议
Zephyr	多架构支持，具有完整的网络协议栈，提供安全性功能与外设和驱动支持。	学习曲线较陡峭，具有相对较大的内核。	适合对网络支持、安全性和多架构支持有较高要求的应用。
FreeRTOS	轻量级内核，具有广泛的硬件支持和成熟的群落和生态系统。	网络支持较为有限，相对简化的功能。	轻量级与较轻易的学习曲线，适合一些资源有限的应用。

结语

嵌入式系统与微控制器的开发过程中需要通过评估板、开发板的协助来加快产品的开发速度，选择合适的实时操作系统也是系统开发过程的要素。DigiKey提供了多种评估板与开发板供客户选择，并提供实时操作系统的支持，设计师可以到DigiKey的应用与技术网页参考更详细的信息，若有更多需求，也可与DigiKey联系以获得更多详细的信息。

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精选产品

Microchip ATSAMA5D27-SOM1	SparkFun Electronics DEV-16771	Arduino ABX00033
Arduino A000005	Seeed 102010027	BeagleBoard 102110420
GHI Electronics BBB01-SC-505	Octavo Systems OSD3358-SM-RED	Raspberry Pi SC0915
STMicroelectronics NUCLEO-F401RE

小编的话

嵌入式系统开发资源的选择和利用可以显著提升开发效率，降低成本，优化资源，加速产品上市，并确保产品质量，从而为开发者和企业带来巨大的价值。这篇文章不仅是知识分享，也是一个实用的资源指南，相信能够为大家正在进行的工作提供有效的帮助。您在嵌入式系统开发过程中，对开发工具的使用有哪些心得或疑问？您最关心的问题是什么？欢迎留言，分享交流！

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关键词: 电容值, 毫法拉，微法拉

问：为何电容标记为 mFd 或 MFD ，但我只能找到μF电容值？

许多电容会在电容值后使用标记 MFD 或 mFd。

通常，电容上的这种标记实际上与 μF 相同。μF代表微法拉。

由于机器难以在外壳上印出μ符号或其他厂商的特定原因，旧版电容一般标记为MFD或mFd。

以下示例展示了目前仍然有效的电容——我们的产品页面 中将该产品列为330 uF，同时根据原厂规格书 ，该标签可能会在该值之后显示MFD。

由于mFd可能被解释为毫法拉而不是微法拉，因此会存在一些混淆。但毫微法拉并未广泛用于铝电解、薄膜或陶瓷电容及其所列值。

不过，在诸如此类 超级电容器中，毫法拉(mF)值非常常见。

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关键词：工业控制、继电器、浪涌抑制

问：选择工业控制继电器的初学者指南

DigiKey 提供广泛的继电器选择，适合在工业控制环境中使用。本简介将帮助你选择一组协同工作的组件。我们还将在此过程中提供一些贴士。

控制继电器示例

在这篇文章中，我们以 Phoenix Contact 的 RIFLINE 系列作为一个代表性的例子。像许多 DigiKey 的 DIN 安装继电器一样，它具有插座安装的继电器，可选的浪涌抑制组件，机械组件，标记和各种跳线，以方便与同一家族的其他继电器分组。这些跳线将不在本说明中讨论。

如下图所示的设备配置为使用SPDT机械继电器在 24 VDC系统中运行。其他选项包括继电器 12 VDC, 48 VDC, 60 VDC, 24 VAC, 120 VAC, 230 VAC, SPDT, DPDT，甚至固态继电器。适当的浪涌抑制器可用于每个线圈电压。

如下图所示的示例由以下组件组成:

• 继电器 插口 DIN 轨道:2900931 Phoenix Contact |继电器| DigiKey
• LED 和（或）保护 RIF 系列:2900939 Phoenix Contact |继电器| DigiKey
• 夹片和释放手柄 RIF-1 继电器基底: 2900953 Phoenix Contact |继电器| DigiKey
• 标签:0811972 Phoenix Contact |连接器，互连器| DigiKey
• SPDT继电器:2961312 Phoenix Contact |继电器| DigiKey

浪涌抑制

在直流系统中，一个“ freewheeling 二极管”与继电器的线圈平行放置。这可以防止继电器关断时自然产生的高电压尖峰。这减少了对敏感电子设备的应力/损坏。例如，该二极管是具有固态输出触点的可编程逻辑控制器( PLC )的必备组件。

技术贴士 :如果在排除 PLC 故障时，你注意到损坏的输出引脚。停!检查安装在相关继电器或接触器上的浪涌抑制二极管。短路或断路二极管可能损坏 PLC 输出触点。对于 24VDC 系统，你可以替换通用的 1N4002 二极管，直到适当的模块准备好安装。

如下图所示的浪涌抑制器需要额外考虑。注意，图中显示的是两个二极管。一个是浪涌抑制二极管，另一个是带随附限流电阻的 LED。注意 +A1 和 -A2 触点指示器。这些是继电器和插座的标识。正如上图所示，它们仅在插座的左侧可见。至关重要的是，电源的正极端要连接到 A1上。

就我个人而言，当我在控制面板上工作时，这感觉很尴尬，因为它打破了我思维中从左到右的流动。对于许多控制继电器来说，正极 A1 端子在右侧。A2 返回端子在左边。记住继电器极性的这个重要方面不需要很长时间，因为错误可能会触发电路保护或损坏 PLC 输出引脚。

技术贴士 :控制继电器，如在这个笔记中的一个，可以用作“插入”继电器。它们用作接口，允许具有固态输出的 24VDC PLC 控制更大的大电流负载或具有不同电压的负载。插入继电器也可以是一种安全功能，允许高压与控制面板的 24VDC 控制逻辑隔离。

选择

对于初学者来说，选择的过程可能会让人望而生畏。DigiKey 确实有一些工具使这更容易;通常位于产品页面的最后。如下图所示，你通常可以使用“关联产品”或“你可能也感兴趣”功能来定位部件。在这个特殊的例子中，我们发现这篇文章中介绍的继电器组件是以套件的形式提供的。你也可以在制造商的页面上找到相关信息。

总结

为你的工业应用选择控制继电器可能具有挑战性。这些继电器通常作为一系列相关组件提供，如本文所述，组件单独提供或作为套件提供。需要仔细注意规格，因为有许多选项需要考虑，例如线圈电压。最后，浪涌抑制装置的选择可能决定继电器连接的极性。

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作者： Bill Schweber

关键词：史密斯圆图，射频设计，阻抗匹配，最大功率传输

对于新手设计者来说，在进行射频设计并尝试在诸如压控振荡器 (VCO) 和混频器等两个器件之间建立直接连接时，总会遇到器件规格书中各种奇怪的圆形图，例如 Maxim Integrated MAX2472，这是一款 500-2500 MHz VCO 缓冲放大器（图 1）。这种圆形图被称为史密斯圆图，毫无疑问与我们在代数或统计课上看到的图形是不同的。

史密斯圆图的价值

这种图以贝尔电话实验室的工程师 Phillip Smith 命名，他在 1936 年至 1939 年期间设计并完善了这种图，当时他正致力于了解传输线路和当时被认为是高达 1MHz 的“高频”驻波（当时被称作兆周每秒）。他那张看起来有些怪异的圆形图已经成为处理和优化高频电路的输入和输出阻抗的唯一最有用、最强大的工具，即使在我们这个拥有强大的计算机和计算机辅助设计 (CAD) 工具的时代也是如此。

在众多用途中，史密斯圆图都是一种有效的方法，当尝试匹配级间源和负载阻抗时可将设计方案可视化，这在许多电路，尤其是射频设计中是非常重要的考虑因素。这种匹配之所以如此至关重要，具体原因如下：

• 首先，为了实现从源到负载的最大功率传输，源的复阻抗 RS + jXS 必须等于负载阻抗的共轭复数 RL – jXL。

其中 R 是阻抗的电阻（实数）部分，X 是无功（电感或电容）部分（图 2）。

• 其次，即使这种功率损失可忽略不计（尽管总是如此），也应进行阻抗匹配，以尽量减少能量从负载反射到源，否则可能会损坏源输出电路。

史密斯圆图包含哪些信息

史密斯圆图是复数反射系数（也叫伽玛，符号为 rho (Γ)）的极坐标图。这种图成功地展示了初看起来几乎不可能完成的任务：同时绘制复数阻抗的实部和虚部，其中实部 R 的范围为 0 到无穷大 (∞)，虚部 X 的范围为从负无穷大到正无穷大，而这一切都能在一张纸上显示。

在简化的史密斯圆图中，显示恒定电阻的圆和恒定电抗的弧线是理解其布局的最佳切入点（图 3）。这种图还提供了一种方法，可用来显示散射参数（S 参数）及其值与实际硬件测量、考虑因素之间的关系。这是史密斯圆图的又一优势。

只要在史密斯圆图上标记了这些复杂的阻抗值，就能确定许多参数，而这些参数对了解射频信号路径或传输线路的情况极为重要，具体包括：

• 复数电压和电流反射系数。
• 复数电压和电流传输系数。
• 功率反射和传输系数。
• 反射损耗。
• 回波损耗。
• 驻波损耗系数。
• 最大和最小电压和电流，以及驻波比 (SWR)。
• 形状、位置和相位分布，以及电压和电流驻波。

但这只是史密斯圆图强大功能的一部分。对设计者来说，了解上述参数虽然非常有用且往往是必要的，但史密斯圆图可用来指导分析和设计决策，具体包括：

• 显示复杂阻抗与频率的关系。
• 显示网络的 S 参数与频率的关系。
• 评估开路和短路短截线的输入电抗或电纳。
• 评估并联和串联阻抗对传输线路阻抗的影响。
• 用于显示和评估谐振和反谐振短截线的输入阻抗特性，包括带宽和 Q。
• 使用单根或多跟开路或短路短截线、四分之一波线段和块状的集中元件 LC 来设计阻抗匹配网络。

史密斯圆图的优势

详尽、标准的史密斯圆图乍看起来像一堆几乎难以理解的、杂乱无章的线（图 4），但它实际上只是上文所示简化图的更高分辨率、更详细的渲染图。您可以从在线 DigiKey 创新手册资源中下载打印版的史密斯圆图。

史密斯圆图所显示的不只是许多设计相关问题的单一解决方案：它显示的是许多可能的解决方案。然后，设计者可以决定哪些方案能为具体情况提供合适的元件值，如阻抗匹配电感器和电容器的实际值。大多数情况下，图中的数字刻度已“标准化”为 50 Ω 系统，因为这是射频设计中最常用的阻抗值。

史密斯圆图如此重要和有用，以至于如矢量网络分析仪 (VNA) 等许多用于射频和微波应用的测试仪器都能够绘制、显示史密斯圆图。例如，Teledyne LeCroy T3VNA VNA 提供这类模式（图 5）。

学习使用史密斯圆图有多难？与大多数此类问题一样，这与询问不同的学生对微积分或电磁场理论难度的感受是一样的：答案不尽相同。现在有许多在线文字和视频教程，所有教程都是从史密斯圆图的基础知识开始，然后加入传输线路方程和分析性视图。这些教程中包含了大量例子。当然，也有一些应用和程序，可以方便地使用史密斯圆图针对问题进行绘图、构思并评估选项。然而，在使用这些软件之前，首先要了解史密斯圆图的基本知识。

结论

令人吃惊的是，一个 80 多年前开发的图形工具，远在我们现在所知的射频设计出现之前，仍然是我们应对基于纸张和软件的射频设计挑战的关键资源之一。无论采用哪种使用方式，史密斯圆图都是显示和评估射频参数的利器，并能让设计者深入了解设计方案及其相关的权衡因素。为了了解史密斯圆图的强大功能及其能用来做什么，最好的方法是使用它并通过许多已发表的例子进行操作。

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关键词：DC/DC 转换器，超宽连续输入电压范围

RECOM Power 的转换器专为具有超宽连续输入电压范围的铁路机车车辆应用而设计。

它们具有 36 VDC 至 160 VDC 的超宽连续输入电压范围（200 VDC 耐受 1 秒），适用于 72 V、96 V 和 110 VDC 铁路系统，但也适用于非铁路高压电池应用。

它们提供 3.3 V 至 ±15 V 的单路或双路输出。高效率允许 -40°C 至 +90°C 的环境温度范围，无需降额、强制冷却或散热器。

该系列具有 UVLO、OVP、SCP 和 OLP，使其非常适合许多严苛的铁路和工业应用，例如为物联网传感器、电池管理系统或电动叉车供电。

它们采用行业标准的紧凑型 DIP24 封装，并提供 3 年保修。

产品特性

• 输入欠压锁定
• 输出 OVLO、短路和 OLP
• 3 kVAC/1 分钟的加强隔离
• 远程开/关
• 超宽 4:1 输入范围：36 VDC 至 160 VDC
• 通过铁路应用认证 (EN50155)
• 降额工作温度：-40°C 至 +105°C
• 无降额工作温度：
• RP03-RAW (3 W)：-40°C 至 +90°C
• RP06-RAW (6 W)：-40°C 至 +85°C
• RP10-RAW (10 W)：-40°C 至 +75°C

适用范围

• 铁路
• 工业
• 电动交通工具
• 严苛铁路和工业应用中的物联网传感器
• 电池管理系统
• 电动叉车

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关键词: 绕线式电阻，热电偶效应，穿过热传导

问：绕线式精密电阻的热电偶效应

绕线式精密电阻 存在一个问题——热电偶效应。

对于常规绕线电阻的标准“合金180”/镍铬合金结而言，电阻线和电阻引线的结会形成热电偶，其热电动势（EMF）为42µV/°C。如果选择具有（更昂贵的）铜/镍铬合金结的电阻，则此值为2.5µV/°C。（“合金180”是包含77%铜和23%镍的标准元件引线合金。）

这种热电偶效应在交流应用中并不重要。当电阻两端的温度相同时，它们会相互抵消；但是，如果一端的温度高于另一端，则由于电阻中的功耗或其相对于热源的位置，净EMF会将错误的直流电压引入电路。使用普通绕线电阻时，在温差仅为4°C的情况下，会产生168µV的直流差——在10 V/16位系统中将大于1 LSB！只需安装绕线电阻以确保温差最小化，即可解决此问题。

你可以通过确保任何气流（无论是人工还是自然对流）垂直于电阻本体（如图所示），来尝试确保两条长度相等的引线具有相同的穿过热传导。另请确保电阻两端与PCB上任何热源的热距离相同，以接收相等的热流。

更多电阻相关技术内容, 请参考下面帖子：

• Susumu RG系列电阻 – 电阻公差和电阻温度系数（TCR） 
• 薄膜电阻与厚膜电阻 – 电流噪声比较
• 薄膜电阻与厚膜电阻 – 精度与功率上的差异 
• 电阻基础概述
• 测量低阻值电阻时为什么测量结果会偏高

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作者：Bill Schweber

关键词：负载开关IC，直流电源轨，过流保护，静态电流

在几乎所有的系统设计中，管理直流电源轨以及保护它们免受各种内部和外部故障模式的影响都是至关重要的。当有多个电源轨时，挑战就变得复杂了。在今天的系统中，采用小型、低功耗和电池供电型设计这样的情况越来越多。

电源轨管理的挑战

电源轨的管理始于一个电源管理集成电路 (PMIC)，它根据需要指定开启和关闭流向电源轨的电流。PMIC 还负责管理多个电源轨之间的时间和顺序。然而，对电源轨的实际物理层面的控制是负载开关的任务，这是一种基于 MOSFET 的安排，可以接受允许电流通过或阻止电流的指示。

除了诸如浪涌电流压摆率控制和超温保护等基本要求外，现在越来越多地要求负载开关提供其他功能和特性，如受控掉电、快速输出放电和真正的反向电流阻断等，但所有这些都很难用基于分立式 FET 的设计来实现。

为了绕过这种复杂性，同时减少分立式实现方式所需的成本和电路板空间，设计人员可以选择负载开关 IC，将所需的功能与开关集成在一个封装中。这些集成式负载开关解决或避免了许多操作性的电源轨问题，也有助于满足许多移动或电池供电型设计要求。

负载开关基础知识

基本型负载开关只有四个引脚：输入电压、输出电压、使能和接地（图 1）。当一个逻辑电平控制信号施加到其 ON/OFF 控制引脚（可以是高电平有效或低电平有效）时，该器件即被启用，然后直通 FET 打开。这允许电流从输入引脚 VIN 流向输出引脚 VOUT，从而向负载电路提供电能。

负载开关不仅仅是一个封装的直通 FET。至少还包括控制逻辑、场效应管驱动器、电平移位器和各种电路保护功能，如过流保护和防回流（也称为反向电流），而过流和回流都会损坏系统及其元件。它们还可以实现其他有用的功能，如在电源轨开启时进行压摆率控制和超温保护。

在其最简单的应用中，负载开关用在电源和单个负载的电源轨之间，以便在需要时通过 PMIC 进行开启，或进入静态状态以节省电力（图 2）。

负载开关参数

负载开关有几个关键参数，设计人员必须评估。其中三个最重要的参数分别是最大输入电压、最大输出电流和“导通”电阻。其他参数可能也很关键，具体取决于应用需要，包括：

• 静态电流 (IQ)：为负载开关供电所需的电流，其输出端没有任何电流。
• 关断（待机）电流 (ISD)：器件被禁用时流入 VIN 的电流。
• ON 引脚输入泄漏电流 (ION)：器件启用时流入 ON/OFF 控制引脚的电流。

低静态电流和关断电流在电池供电型应用中越来越重要，如可穿戴设备、智能手机和物联网模块，它们对电池寿命和运行时间有很大影响。

过流保护

负载开关的过流保护功能不仅仅是为了保护明确的故障，如负载处的临时或永久短路。也可能需要缓解输出电压下降的结果，在某些情况下，当一个电源轨为几个负载供电时，就会出现输出电压下降，并且一个负载的开启速度会更快（图 3）。电流需求的突然增加会导致电源的输出瞬间下降到其额定值以下。这个延迟或恢复期是由电源的负载瞬态性能和负载的具体情况决定的。

反过来，这种下降可能导致第二个负载不能正常启动或行为不正常。由于这些原因，负载开关的限流功能是有用的，因为它可以缓和第一负载对电流需求增加所引起的输出电压下降。

许多系统需要确保其多个负载以特定的顺序通电，并在每个电源轨进入活动状态之间有确定的时间。在这些情况下，可以在 PMIC 控制下使用多个负载开关，管理它们的顺序和相对时间（图 4）。

反向电流阻断

负载开关的反向电流阻断正如其名称所述的那样：当输出侧的电压高于输入侧时，它可以防止电流反向流动。

这可能是由于两种常见的情况造成的。首先，由于断开的电缆意外擦到了电池端子，甚至在重新连接时出错，电源（如汽车电池）可能无意中被接反了。它甚至可能是像普通用户把电池插反了这样的基本错误。

第二种情况有些不太明显。考虑两个不同电压的电源被复用到一个负载上的情况（图 5）。共享输出侧的电压可以变得比低电压电源输入侧的电压高。在这种情况下，电流可以从高电压侧流向低电压侧，从而损坏低电压源。

有三种方法来处理反向电流阻断问题：

• 最简单的方法是在输出端串联一个二极管。但是二极管上的电压降（标准硅二极管为 0.6 伏至 0.8 伏）降低了供电轨电压，而且二极管必须有足够的额定功率来耗散相应的热量。
• 第二种方法是使用一个 MOSFET 与电源轨串联，但其导通电阻 (RON) 也会导致电压降，而且其热耗散要求必须得到满足。
• 第三种选择是使用具有反向电流阻断功能的负载开关，它可以实现所需的防倒流对策，而不需要进行折衷。

放电功能

通常情况下，当电源多路复用器关闭时，自动放电功能会连接 VOUT 和 GND。拥有这种快速输出放电功能有很多好处：

• 输出不是浮动的，总是处于一个已知的状态。
• 下游模块总被完全关闭。

然而，在有些情况下，快速输出放电是不可取的。

• 如果负载开关的输出连接到电池上，当负载开关通过 ON 引脚被禁用时，快速的输出放电会导致电池耗尽。
• 如果在一个两输入、一输出的多路复用器中使用两个负载开关（输出被绑在一起），那么通过快速输出放电就会不断地浪费功率，因为只要负载开关通过 ON 引脚被禁用，电流就会流经内部电阻到地。

因此，在配置功率复用器与负载开关 IC 时，有必要选择不具备放电功能的负载开关。这时就需要一个称为真正反向电流阻断的负载开关功能。它可以防止从输出端流向输入端的反向电流，而不管负载开关的 ON/OFF 状态如何。

具有这种功能的负载开关将输入电压 VIN 与 IC 中的输出电压 VOUT 进行比较，当 VOUT>VIN 时，防倒流电路启动（图 6）。

与真正的反向电流阻断和自动放电功能相关的微妙之处还有更多；在 Toshiba 应用说明“负载开关 IC 的过流保护功能和反向电流防止功能”中对这些微妙之处进行了更详细的讨论。

新型 IC 针对高增长应用

负载开关并不新鲜，但它们越来越多地要根据特定应用的要求来进行定制。Toshiba TCK12xBG 系列下一代负载开关明确地证明了这一点，该系列包括三个器件：TCK126BG、TCK127BG 和 TCK128BG（图 7）。

这三个 IC 的额定工作电压为 1.0 至 5.5 伏，电流为1 A，它们非常相似，但有些地方稍有不同，以便其以最佳方式匹配特定应用的优先顺序和需求。它们的许多规格都优于其前代产品和现有的竞争设备。

最突出的是静态电流 (IQ) 的减少，从 110 纳安 (nA) 降至仅 0.8 nA，减少了 99.9%，提升超过两个数量级。此外，待机电流仅为 13 nA。典型导通电阻 RON 在 5.0 伏时为 46 mΩ，3.3 伏时为 58 mΩ，1.8 伏时为 106 mΩ，1.2 伏时为 210 mΩ。

这些负载开关的其他属性均实现了电气规格超越。它们也远远小于 Toshiba 和其他供应商提供的相同电压/电流等级的其他可用器件。它们采用四引线 WCSP4G 封装，尺寸为 0.645 × 0.645 × 0.465 mm，焊球间距为 0.35 mm。这意味着相比前代间距为 0.4 mm 的 0.79 × 0.79 × 0.55 mm 封装，该负载开关减少了 34% 空间需要（图 8）。

这种小尺寸为设计人员节省了很大电路板空间，而这一点对于可穿戴设备等超小型应用来说至关重要。此外，该封装有一个 25 微米 (μm) 的背面涂层，可以减少物理冲击和损坏，防止崩裂。

该系列中的三个负载开关具有内置压摆率控制驱动器，在 3.3 伏时上升时间为 363 微秒 (µs)。这些开关之间的区别在于是否有快速输出放电功能，以及 ON/OFF 引脚的有效状态（图 9）。

结语

如果设计人员要满足小型电池供电型设备（如可穿戴设备和智能手机）以及物联网设备对低能耗、小尺寸和低成本的需求，具有高度集成功能的负载开关就显得至关重要。如上所述，Toshiba 的 TCK12xBG 系列负载开关具有静态电流低和尺寸更小的优势，带有满足功能和保护要求的集成元件，并简化了设计。

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关键词: 双缓冲器，FPGA SPI，MCU，PWM

问：实现稳健的微控制器到 FPGA SPI 接口: 双缓冲区

在介绍双缓冲器之前，我们将简要探讨 Verilog 脉宽调制器 (PWM) 的工作原理。这一点很重要，因为双缓冲区最好被看作是硬件模块 (如 PWM) 的可寻址接口。

PWM 的回顾

PWM 模块的顶层接口在这个 Verilog 代码片段中描述。观察该模块使用了位宽参数，并建立了最小和最大占空比限制。最后，观察PWM模块有一个[B – 1:0]输入矢量来设置占空比。没有显示的是在每个 PWM 占空比开始时读取输入的事实。

module PWM #(parameter 
    B = 12,                             // implies a 24.4 kHz PWM assuming a 100 MHz system clock
    D_MIN_PERCENT = 0,
    D_MAX_PERCENT = 95
)
(
    input wire clk,
    input wire enable,
    input wire [B - 1:0] d_in,
    output reg PWM,
    output reg [B - 1:0] cnt
);

同步数据呈现

PWM 设计用于在更大的 uC 到 FPGA SPI 系统中工作。回想一下，SPI自然地使用字节宽度的数据元素进行操作。这与使用B定义的数据宽度操作的PWM形成鲜明对比。为了方便，我们假设 PWM 以16位的位宽度(B)实例化。

当系统更新与 PWM 输入相关的寄存器时，会出现一个问题。如果没有适当的注意，PWM 可能会在更新过程中执行读取操作。其结果是驱动器字节被分割成一个旧字节和一个新字节。这可能导致占空比的显著跃升，持续一个 PWM 周期。如果 PWM 用于 LED 指示灯，则可能不会注意到这一点。在更复杂的系统中，故障相当于一个强脉冲，并可能导致系统响铃或变得不稳定，具体取决于错误发生的时间和频率。

解决方案是实现以下三篇文章中提到的双缓冲方案，后面将进行深入讨论。

• 第1 部分 介绍了指导大型系统开发的 Verilog 设计理念。这是介绍寄存器传输电平 (RTL) 设计准则的关键部分，如时钟边界、频闪器的使用和双缓冲区的必要性。
• 第2部分 介绍了 SPI 协议。回想一下，所选协议改编自802.3以太网帧，具有可变有效载荷长度和循环冗余校验 (CRC) 等概念，以提供数据完整性的度量。
• 第3部分 介绍了 uC 到 FPGA 接口的高级视图。那篇文章中最重要的部分是这里重复的框图。

使用一组寄存器来捕获单个字节。当收集到完整的n字节数据时，更新第二个更宽的寄存器。第二个寄存器-双缓冲区-然后用于驱动其他模块，如代表性的 PWM。

双缓冲模块

双缓冲模块的框图如图1所示。在内部，它由四个主要部分组成。最重要的是输出寄存器。在这个例子中，它是16位宽，使其适合驱动16位 PWM。输出寄存器由单个8位寄存器驱动，在本例中它们被标记为 LSB 和 MSB。注意，所有的寄存器更新都是由双缓冲区的控制部分发起的。这是一个同步操作，其中所有元素响应主 100mhz时钟的滴答声。

重要的是要理解，每个双缓冲区模块都是用特定的地址和特定的字节宽度实例化的，如下面的代码清单所示。注意，16位地址、8位数据和写频闪都涉及到加载缓冲区。当16位地址输入与实例化地址匹配时，数据传输就开始了。

module double_buffer #(
    parameter BYTE_WIDTH = 2,
    parameter BASE_ADDRESS = 16'h0200  // Starting address for the MSB
) (
    input wire clk,
    input wire [7:0] data,
    input wire [15:0] address,
    input wire write_strobe,
    output reg [((8 * BYTE_WIDTH) - 1): 0] double_buffer_out,
    output reg new_data_strobe
);

如图1所示，这个 uC 到 FPGA 接口有一个底层的8位传输过程。在这文章中首先介绍的命令帧中也隐含了一个连续写入操作。为了方便起见，这里将命令帧重复为图2。作为一个例子，让我们假设 PWM 和相关的双缓冲区以地址0x0200实例化。命令帧的写地址将被设置为0x0200，负载的前两个字节将保持所需的16位 PWM 值。

当接收并验证命令帧时，MSG 写块将断言地址0x0200，该地址指向 PWM 的双缓冲区。它将把第一个有效载荷字节放到数据总线上。最后，它将为一个时钟周期断言写频闪。这将加载如图1所示的 MSB (大端)。

继续进行连续写入，MSG 写入器向前推进地址，断言下一个数据字节，然后脉冲写入频闪，从而将 LSB 加载到双缓冲区中。这个过程对命令帧中的每个字节继续进行，由帧的字节长度字段控制。

从本质上讲，消息编写器并不了解相关的双缓冲区的长度。它只关心断言地址、数据和写频闪的三步过程。这取决于双缓冲区模块来理解它们何时被寻址，以及何时接收到 BYTE_WIDTH 参数指定的必要字节数。

由于双级缓冲区的基址和字节宽度在实例化时是已知的，因此很容易确定何时接收到所有字节。在这个 PWM 示例中，双缓冲器计数到2，然后发送一个频闪来加载输出寄存器。

技术贴士 :数据可能首先访问最高有效字节 (MSB) 或最低有效字节 (LSB)。描述顺序的术语是“端序” (endian)。如果 MSB 先出现，则系统为大端序。如果 LSB 是第一个，则系统是小端序的。本文描述的双缓冲区和关联帧是大端序。

双缓冲区代码

双缓冲区的 Verilog 代码附在本注释的末尾。代码紧跟图2的框图，理解它可以扩展到n字节的宽度。这可以通过更改 BYTE_WIDTH 参数来实现。

这段代码的关键是 Verilog 生成操作符的使用。回想一下，generate 特性允许迭代地生成硬件。它的运作方式就像一个制造小部件的工厂。除了，在这种情况下，我们正在制作8位寄存器，其程序集的总数等于 BYTE_WIDTH 参数。我们可以在 Vivado 分层设计窗口中看到这一点，如图3所示。这些“制造”的块与它们在生成循环中定义的连续命名方案一起出现。

观察每个生成的9位寄存器都包含一个对应的 local_write_strobe。这是一个重要的设计方面，因为 “control” 部分使用它来加载相关的8位寄存器。

除了寄存器之外，生成循环还制造一个8位矢量，每个8位寄存器的输出都连接到这个矢量上。然后将这些N × 8位的包连接起来并传递到n字节输出寄存器。

代码的最后一部分确定n字节何时被收集。然后它更新输出寄存器并发送一个new_data_strobe。

控制部分有三个基本功能:

1. 当基址与实例化地址匹配时激活模块。
2. 维护一个计数器指向“制造的”8位寄存器。这个计数器对于连续写入是必不可少的。
3. 对相关的8位寄存器进行频闪。
4. 当N个8位寄存器被填满时，对输出缓冲区进行频闪。

技术贴士 :矢量是导线的一维数组。一个例子是“input wire [15:0] address”，它定义了一个16位的名为 address 的矢量。

第4部分结束

最后，虽然这段代码确实很复杂，但 Verilog 生成操作符提供了很大的灵活性。它消除了为每个期望的字节宽度构建独立模块的需要。

更多FPGA相关技术内容, 请参考下面帖子：

• FPGA 最新发展：加速机器人智能化 
• 利用非对称多核RISC-V SoC FPGA实现AI边缘计算，保姆级攻略在此！
• RVfpga：了解 FPGA 上的 RISC-V 架构和实施
• 实现一个健壮的微控制器到 FPGA SPI 接口: 第1部分 – FPGA 的挑战
• 实现稳健的微控制器到 FPGA SPI 接口: 第2部分 – 协议定义

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作者：Alan Yang

关键词：面包板，电源轨，接地，旁路电容

面包板 ，又叫无焊面包板 。在当今的电子爱好者和工程师社区中，面包板已经成为原型设计和实验验证电路的常用工具。这种简单而灵活的设备提供了一个方便的方式来连接电子元件，而无需焊接。

但随着电路复杂性的增加和性能要求的提高，面包板的局限性也逐渐显露出来。本文将深入探讨面包板的结构以及可能遇到的问题，并提供一些解决方案来改善面包板电路的性能，以及一些设计使用上的小技巧，希望对大家有所帮助。

1. 什么是面包板？

面包板结构：

面包板由一系列U形金属触点组成，这些触点位于电绝缘外壳中的孔网格下方。元件引线和通过孔插入的线段由下面的触点在弹簧张力下保持。

面包板是理想的实验，然而，他们不提供一个机械坚固的互连。电源处理能力有限。此外，电容使得这种设计不适合高速电路。

• 配电电源轨

配电电源轨，也叫配电总线，是一个方便的面包板功能。这些“电源轨”在面包板的长度上运行，以便电路元件的电源和接地总是近在咫尺。在这篇简短的文章中，我们将探讨2电源轨和4电源轨面包板之间的区别。

当并排查看时，2电源轨和4电源轨面包板看起来几乎相同，如图所示。然而，仔细检查会发现蓝色和红色电源轨标记中有一个断裂。

正如蓝色和红色丝印所暗示的那样，连续性测试将显示4电源轨面包板中间有一个中断，而2电源轨选项扩展了面包板的整个长度。

如下所示的是一个建议。只需在面包板上插入一个0.3英寸(7.62毫米)的跳线，这样4电源轨就有效地变成了2电源轨。这允许您的逻辑电路被接地和3.3或5.0 VDC包围。

技术小贴士 :不要忘记包括旁路电容，以提高电路性能，在这篇文章中描述的关于面包板稳定性。

• 混合电路的适用性

“混合”可用于描述以模拟和数字元件混合为特征的电路。使用4电源轨设计，我们可以使用如下所示的技术，在面包板的一侧使用微控制器，在另一侧使用模拟电路。电源轨适应电路的需要。模拟端为运算放大器提供+/- 12 VDC，而数字端为数字电路提供3.3或5.0 VDC。

除了提供一种清洁的方式来为电路供电外，它还具有提高电路性能的潜力。部分之间的物理距离可能会提供一些抗噪声能力。电源轨一般更容易解耦。此外，单地连接可能有助于降低噪音。

技术小贴士 :可以使用稳压器从+12 VDC电源轨向数字逻辑提供电源。一个经典的解决方案是使用7805稳压器5.0 VDC逻辑电压。为了提高效率，可以考虑使用DC-DC直流转换器。器件可作为7805稳压器的插入式替代品。

1. 设计面包板电路，可能遇到的问题

• 接地问题

应用于面包板时，接地是许多电路元件共享的共同连接。在理想的情况下，它提供了一个零电阻节点。在生产印刷电路板(PCB)中，设计人员可以自由地使用连续的铜段作为接地。例如，在双面PCB板中，设计人员可以使用PCB板的整个底部。对于更复杂的电路板，可能会使用其中一个内层作为接地平面。不幸的是，面包板不能使用这个选项。

• 接触电阻

更糟糕的是，我们知道面包板的连接不太理想。实验表明，每个接触的电阻为50 mΩ，每英寸线性电阻为11 mΩ。从这个角度来看，用30 AWG细线构造的电路可能比面包板的电阻低。

• 寄生参数

电阻并不是面包板唯一的问题。各种元件之间还有电容。由于电线的长度长，还有电感。综上所述，我们可以开始理解为什么面包板的声誉如此之差。我们冒着构建电路的风险，这些电路容易产生高频振荡、噪音、充当天线接收和广播能量的长导线，以及不稳定的逻辑转换。

那么，我们能做些什么来让事情变得更好呢? 我们可以使用一些技巧来提高原型电路的性能。

1. 逻辑电路缓解方案

对于逻辑电路。假设频率为1 MHz的电路。方波可以被描述为奇数次谐波的总和。这意味着一个相对低频的方波会有高频谐波。例如，1 MHz方波在3、5和7 MHz处具有很强的频谱成分。

有几种方式来看待这个问题：

• 高频成分消除

一种观点将关注整个面包板的电阻和分布电容。这将倾向于衰减高频信号成分。可以把它想象成一个适用于所有信号的低通滤波器。这就产生了边缘圆润的方波，从而消除了高频成分。

• 地反弹

从另一个角度来看，我们看到了与长导线相关的电感。这是与电容相反的问题。而不是减慢信号(四舍五入，或低通滤波)，电感导致电压尖峰。在极端情况下，这可能导致一种称为地反弹的情况。这是一种电感相关现象，与集成电路(IC)相关的地相对于真实地跳变。它可以移动到这样一个程度，它会导致IC触发。其结果是一个不稳定的数字系统，很难排除故障。

• 如何解决

适当的接地和旁路技术可以缓解这两个问题。让我们用下图所示的面包板来说明。我们假设这两组电源轨都将用于Vcc和接地。然后我们可以安装跳线，如图所示。虽然不太理想，但是可以看到Vcc和接地都形成了一个数字8。这种并联结构降低了电源轨之间的电阻并降低了电感，因为任何给定连接的引线长度都较短。

接下来，我们在电源轨上添加低频旁路电容。10到100 uF范围内的电解电容适用于大多数电路。然后我们添加高频旁路电容。这些电容安装在尽可能靠近每个IC的电源引脚的地方。在我看来，这些是少数几个可能直接飞过IC顶部的组件之一。实际值并不重要，传统上使用0.1 uF值。

完成这些初步步骤后，现在就可以构建逻辑电路了。尽量保持所有的电线都很短。不幸的是，会有一些妥协，因为短线不一定是整齐的线。

1. 缓解模拟和混合信号电路

数字逻辑电路管理的所有规则都适用于具有数字和模拟组件的模拟电路和“混合”电路。 “混合”即为具有数字设备(如微控制器)和几个模拟设备(如运算放大器)的电路。这种电路通常包括多个电源，包括3.3、-12和12 VDC。之前说的逻辑电路解决方案可能不够用了。进一步的缓解方案：

• 添加低频旁路电容

通常适用于10至100 uF范围的电容。一定要选择额定电压合适的电容，然后注意极性。如前所述，安装0.1 uF高频旁路电容，尽可能靠近电源进入每个IC。

技术小贴士 :旁路这个术语在我们的日常语言中是常用的。例如，旁路高速公路带你在大城市的一条路线上行驶。这种可视化同样适用于旁路电容。在这种情况下，电容正在绕过任何AC信号。这包括来自IC内部或IC外部的AC噪声。理想的结果是所有电路的电源轨上都是纯直流。

• 高频噪声的影响

高频噪声通常需要在靠近IC的地方使用一个小电容，而低频则使用较大的电容。这里较低的频率不受导线电感的影响。

模拟电路确实具有与小信号相关的另一层次的复杂性。电噪声可以进入电路，然后与小模拟信号一起被放大。这种增加的噪声会影响ADC执行的测量。它还可以在音频系统中表现为令人反感的嘶嘶声或咔哒声。

如前所述的绕过将大大减轻这个问题。然而，这可能还不够。特别是当使用多个面包板时，接地回路可能会遇到具有挑战性的问题。电源注入也可能存在问题。回想一下，面包板的电阻比较高。一个小的AC信号在整个电源轨的长度上发展并不罕见。虽然这个模拟信号可能只有几毫伏，但它可以与ADC输入或DAC输出的毫伏级信号相互作用。在放大器电路中，可能存在足够的相互作用，导致不稳定甚至完全振荡。

• 旁路电容的重要性

此时，旁路电容的位置就变得很重要了。一般来说，它们应该安装在尽可能靠近低电平模拟信号的地方。同样，所有连接面包板和从面包板的连接都应该尽可能靠近低电平信号。一定要研究一下“星地”和“地环路”的概念，了解更多的信息。

如果这还不够，可能有必要找到面包板以外的解决方案。对于电路的高级原型，可能是时候为你的电路构建一个完整的PCB了。例如，面包板电路设计可以转移到有孔原型板。

1. 面包板小技巧: 使用简单的 LED 来替代逻辑探针

LED是一个有价值的故障排除工具，特别是在数字电路原型设计时。下面介绍了一种简单的施工技术，可以节省你宝贵的时间。

所需要的只是一个方体LED和一个1 kΩ电阻。将电阻焊接到阴极腿上，你就有了一个视觉指示器，可以在几秒钟内安装到面包板上。由于电阻与LED集成，我们不再需要使用单独的面包板连接点。

• 逻辑探针制作

下图展示了使用SSL-LX2573GD （绿色 LED）和CFR-25JB-52-1K（1K ）电阻构建的逻辑探针。电阻安装在LED的阴极腿上。

• 面包板上放置逻辑探针

放置在微控制器电路中的几个LED灯。请注意，方形LED是此应用的首选，因为它们可以在面包板的0.1英寸(2.54毫米)间距内彼此相邻安装，如下图左下角所示。

技术小贴士:对于一个新的LED，阴极可能被认为是两个腿中较短的那个。阴极也可以通过观察LED的结构来识别。LED的半导体芯片通常安装在两个元件中较大的一个上。较大的铁砧(阴极线)在这张图中很容易被视为上部元件。

总结：

无论是初学者还是经验丰富的工程师，面包板都是一个不可或缺的工具，用于快速搭建原型电路和验证设计概念。尽管面包板存在一些限制和挑战，但通过理解其结构、功能以及可能遇到的问题，并采取相应的解决方案，我们可以最大限度地发挥其作用，并在电子设计和实验中取得更好的效果。希望本文提供的技巧和建议能够帮助读者更好地利用面包板，为创新和实验提供更广阔的空间。

更多有关面包板技术文章，请点击以下链接，也欢迎大家在文未留言讨论。

• 无焊面包板 (又叫无焊试验板)
• 面包板电路稳定性
• 面包板使用技巧: 配电电源轨数量选择
• 面包板小技巧: 使用简单的 LED 来替代逻辑探针

小编的话

对于电子工程师来说，用好面包板具有重要的价值，不仅提高了工作效率，降低了成本，还拥有了一个创新和实践的平台。但正如文章所言，在面包板电路设计中，需要克服一些常见问题。相信通过本文介绍的方法，大家能够有所收获，为之后的设计开发积累实战经验。您在面包板的设计开发中遇到过哪些问题？有哪些使用技巧？欢迎留言，分享交流！

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