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关键词: 示波器，电压信号，测试测量

问：示波器的基本信息

1. 什么是示波器？

“示波器是一种电子测量装置，它可以显示电压随时间的函数图。 这使用户能够同时观察电压和时间的变化。许多示波器可以在其屏幕上显示多个电压信号，这使我们具有比较这些信号行为的能力。”

上图，我们可以看到两个观察结果:

1. 波形的峰对峰电压可以沿着纵轴测量。它是五个主要分区，垂直增益设置为200mv /分区(见黄色箭头)，这 给出了1伏峰对峰的信号幅度。
2. 横轴为时间，范围设置为200µs/分频(见白色箭头)。 正弦波的一个周期跨越五个主要部分，所以周期是1毫秒，这意味着频率是1千赫。 (这个特殊的示波器有一个计数器，在右上角显示信号的频率。)

示波器常用的功能：

1. 测量电压、电压差和时间间隔。
2. 测量重复信号的频率。
3. 比较两个或多个随时间变化的信号，并查看它们之间的关系(例如，一个波形上的特定特征是在另一个波形上的特征之前还是之后出现)。
4. 捕捉瞬变，故障等特别的行为。
5. 测量波形的直流和交流部分。
6. 测量波形的各种特性，如峰对峰电压、均方根电压、周期、上升时间、下降时间等。
7. 检查信号上的噪声，以及修改电路或电缆如何改变信号噪音。
8. 通过直观地比较电路的输入和输出波形来寻找电路中的失真——或者使用示波器将它们相减并查看数学差异。

2、读取示波器基本信息

信号与波形

就示波器而言，“信号”一词是指可能随时间变化的电压。其中一个区别是信号是否具有周期性。周期性意味着信号在不同的间隔内重复地取相同的一组值。 正弦波是周期性波形的一个例子。 让我们来看看它的一些特征:

正弦波

非正弦波形

A – 方波

B – 脉冲波

C – 三角波

D – 斜波（也叫锯齿波）

E – 整流正弦波

F – 平方根波（振幅与波周期开始时间的平方根成正比）

屏幕格线

最原始的测量技术是使用屏幕上的格线和计算格数。

举例：Teledyne的HDO4104A

下图显示了五个周期的正弦波

正弦波轨迹在垂直方向上覆盖六格，乘以每格 50 毫伏 (mV) 的垂直比例系数（见通道 1 描述符方框），即可算出正弦波振幅为 300 mV（峰峰值）。同样，正弦波的周期覆盖了两个水平的栅格，时基描述符方框中的每格为 100 纳秒 (ns)，因而周期为 200 ns。

计算格数的方法似乎有些原始，但它是进行基本测量的非常快捷的方法。

最后

掌握示波器的使用对于工程师来说具有重要的意义。通过示波器，工程师可以更加深入地了解电路的工作原理，提高故障排查的效率，优化电路性能。同时，示波器的自动测量功能能够大大节省工程师的时间和精力，使其更加专注于解决实际问题。因此，作为一名工程师，学会使用示波器是必备的技能之一。

更多测量工具相关技术内容, 请参考下面帖子

• 从电源获取正负电压输出 
• 同步 UART 日志和嵌入式设备的功率测量 
• 测量低阻值电阻时为什么测量结果会偏高 
• 通过探针测量电源噪声 
• 如何在 树莓派 以及流量测量 ( NAPT 模式) 上构建 Wi-Fi 接 入点 

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作者：Kevin Chow

关键词：电路设计，PCB，在线换算器

引言

电路设计可以是非常艰巨，因为现实中的事物与我们在书本上读到的事物有很大不同。不少的电路都是从RLC组合而成，例如滤波器、分压电路等，看似简单，而且都是一般方程式已经可以表达出功能，但其实在设计上包含很多学问。很明显，工程师需要不断练习电路设计，在过程中进行大量锻炼及纠正，才能更有效率完成电路设计工作。 DigiKey 的在线小工具，不只有关PCB走线设计、零件丝印确认（欢迎参阅上篇文章【从PCB制作到实践的好帮手 – DigiKey 的在线换算器】）等的超实用工具，同时亦有不少是电路设计。以下会介绍，都是工程所超受欢迎，看一看是否您的心水。

低通/高通滤波器计算器

无源滤波器用于衰减高于或低于确定频率的信号。这个无源滤波器计算器可以让您选择电路的组成（RC – 电阻/电容 或RL – 电阻/电感）并输入值来计算 -3dB 截止频率。根据元器件的配置，您可以构建出低通或高通滤波器。各组合类型对应的计算方式和线路图会显示在计算器界面内。各滤波器类型的描述于表一列出。

滤波器类型	线路图例	描述
RC低通滤波器		RC 滤波器是最基础的滤波器构建块，通常用于低功率信号滤波。由于负载与电容器并联，一般假设负载阻抗很高，所以电路没有负载。
RC 高通滤波器		低通滤波器可以转换为高通滤波器，透过交换电阻和电容进行滤波。亦可设为高负载阻抗电路。
RL低通滤波器		RL 滤波器是另一个一阶滤波器组合。由于包含电感，会产生相移。普遍用作射频放大器的直流电源，其中电感器用于传递直流偏压电流并阻止射频返回电源。
RL 高通滤波器		低通滤波器可以转换为高通滤波器，透过交换电阻和电感进行滤波。

表一 走线类型对应表

实例示范

ADI 的AD7980 PulSAR® ADC 系列，应用线路中使用一个以一个20Ω电阻器及一个2.7nF电容器组合而成的抗混叠滤波器（Antialiasing Filter）放置在 ADC 前面。由于理想的抗混叠滤波器的特征是通带内具有单位增益，没有增益变化，而且线路简单，因此RC滤波器是其中一个不错选择。图2 是AD7980 的应用线路图例。

想要找出这滤波器的 -3dB 截止频率，在工具中选择「低通滤波器」及「RC – 电阻器电容器」，输入R= 20 OHM 及C = 2.7nF， 得出 -3dB 截止频率2.9473 MHz。

分压器计算器

在不少工程师的概念中，分压器电路只是一个在书本上的电路，真实情况下较少机会用到，不太重视分压电路，与滤波器相比，滤波器是较重要，而且是两种不同电路设计，互无关系。但再细心分析，滤波器的工作就像电阻器电阻值（ R ）和电容器电抗1/2πfC （以RC电路为例）之间的分压器。其实，分压器在真实电路的应用不少，应用领域亦很广泛，例如ADC的逻辑电平转换、传感系统的环境测量及测量仪器等都是有应用到分压器的技术或概念，所以这工具是不少资深工程师所喜爱的。这工具的好处不单是提供基本的无负载分压计算、公式及线路图例程，同时亦有带负载时的情况以进行比较。

实例示范

利用分压电路加在保护元件输入前端，分压比率作为调节对隔离元件的允许输入范围是其中一个普遍的应用。图5是Broadcom 的 ACPL-C87作电路隔离元件，输入端需设定为一个分压电路，作为一个电压感测器，及跟据电压比率以控制光生成而成光学隔离放大器。虽然ACPL-C87拥有十分高的输入阻抗，但是在高度精密仪器的应用时，这误差是不可忽略。图5中，在R1/R2的分压器中，R2 和 RIN（ACPL-C87x 的输入电阻）亦视为立一个分流器，从而产生额外的测量误差分量。利用这工具，可很快得知带负载的误差值，从而考虑此误差值的接受程度而作出线路更改或调节电阻值。

规格书应用模例给出 R1 = 598kOHM, R2 = 2KOHM, 输入阻抗1000MOHM@2V。计算结果如图6所示：

并联和串联电阻器计算器

在电路的设计中，将同类元件并联和串联使用是十分普遍，例如上述的分压电路是电阻的串联，或是DAC 中的电阻的并联。现实中，并联和串联的应用还伸展到其他类型，例如LED 或电池等，这此元件的并联和或串联在设计上特别要考虑零件的内阻，经过运算后，再调节零件数值或对电路作出更改，所以善用这工具可节省费时的复杂运算。工具包括「并联电阻器」和「串联电阻器」两个选项，亦可添加电阻器，显示对应的公式或线路图例，十分方便。

实例示范

以下是如何计算串联和并联电阻的电阻总量。假设我们一开始有三个电阻，一个 1000ohm，一个 470ohm及一个680ohm。如果它们是并联的，其电阻值在工具输入，得出217.4741 ohm。图8 是结果显示。

如果它们是联的，其电阻值在工具输入，得出2150 ohm。图9 是结果显示。

总结

要设计一个电子产品的硬件电路，需要仔细的分析、学习及实践，在各类组件的领域上，这些组件中的细节每一个都是由工程师设计和开发的。在各领域不同的线路要求，在每个的专门中，亦离不开采用一些基础而实用的电路。我们介绍了低通/高通滤波器计算器、分压器计算器及并联和串联电阻器计算器三个实用而普及的线上工具，善用这些小工具，将会是一个好帮手！

福利活动最后一周

3月26日前，邀请您参加我们的福利活动【PCB设计必备工具大揭秘！】，只需要在DigiKey技术论指定专帖，分享您的PCB设计经验，告诉我们在使用以上介绍的工具后的感想。内容最精彩的，将有机会获得林超文老师的著作《PADS9.5实战攻略与高速PCB设计》（价值¥45.76）。

别忘了还可以留言并分享指定活动推文到100人以上的工程师交流群，赢取艾青春最新款电煮锅。

更多活动详情，立即到本周第二篇活动推文查看。

更多关与電路设计的技术信息, 请点击以下链接参阅，也欢迎大家在文末留言讨论。

• 频率滤波器的说明
• SAR ADC 驱动RC电路能否起到抗混叠的作用？
• 通过LC滤波器，来改善高速DAC电源相位噪声
• 产生更低电压的直流电源电压
• (Internal – Reference for this article)
• Analog Filters Introduction, ADI
• AD7980 Datasheet, ADI
• ACPL-C87AT/ACPL-C87BT Datasheet, Broadcom

小编的话

电路设计是一个复杂且精细的过程，工程师常常要要面对专业知识、复杂性管理、优化与验证、时间周期和成本等诸多挑战，而善于运用在线设计工具则可以提高效率、简化复杂性，并为优化与验证提供有力的支持。同时，通过访问和使用大量的在线资源，如元件库、设计模板等，能够极大地简化电路设计过程，进一步提高设计效率和质量。您在电路设计中会使用哪些在线工具？在使用过程中有哪些心得？欢迎留言，分享交流！

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关键词：遮阳板天线，5合1天线

本期DigiKey Daily 向大家推荐一款产品——Molex 的遮阳板5合1天线

Molex 的薄型遮阳板5 合 1 天线具有 LTE/5G 全频段蜂窝、Wi-Fi® 和 GNSS 功能，防护等级为 IP67，安装方便。它们是高级商用车辆和无线应用的理想选择。

具有内置蜂窝（LTE 和 5G）MIMO *2、Wi-Fi（三频）*2 和 GNSS 功能的5合1天线是各种高级应用的理想选择。背面粘合剂安装允许安装在任何类型的表面上，SMA 连接器有助于调整电缆长度，并且连接器可调整为 FAKRA 和 HFM 连接器。

产品特性

• 蜂窝 5G 频率：698 MHz 至 960 MHz；1,710 MHz 至 5 GHz
• Wi-Fi 频率：2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz
• GNSS 频率：1,561 MHz 至 1,602 MHz
• 射频功率：2 W

物理参数

• 尺寸：95 mm x 95 mm x 38 mm
• 材质：参考销售图纸
• 工作温度范围：-40°C 至 +85°C

适用范围

• 商用车辆
• 网络
• 智能汽车
• 远程信息处理盒
• 专用车辆
• 无线基础设施
• 物联网和 IT 基础设施
• 先进的工业物联网
• 电信/网络
• 基础设施/网络

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关键词: 开关,  规格

问：基本开关能用多久？

基本开关有电气寿命（电气耐久性）和机械寿命（机械耐久性）之分。

一般基本开关规格书會显示了电气和机械的耐久性，如欧姆龙Omron 极超小型扭子开关A9TS 系列产品。

1. 电气耐久性

将额定负载连接到具有规定工作频率行程的连接头之后，开关可操作的次数。

2. 机械耐久性

机械耐久性：在不给具有规定工作频率行程的连接头通电的情况下，开关可操作的次数。

开关寿命的计算应满足以下要求。如果产品不在此范围内使用，其寿命（电力和机械耐久性）可能会短于目录值。

• 操作速度：1 m/秒（最大值）。
• 操作频率：30次/分钟（最大值）。
• 低于额定电流（包括浪涌）的电力开关
• 在操作行程中按OT标准值的60% – 90%推入距OP点80%的OT（例如，当OT为2 mm时，从OP点推入1.2 – 1.8 mm的位置）

更多开关相关技术内容, 请参考下面帖子

• 磁簧开关中的开关电流与负载电流比较
• 概述：继电器、开关和一般电气连接 
• DIP 开关与微控制器接口的基本原理 
• 导航开关，操纵杆
• 哪些基本开关是防尘的？

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关键词: 连接器, 安装, 规格

问：电气设备接线贴士 : 善用端子块跳线

我们发现几乎每个工业控制面板上都有DIN导轨安装端子。在这篇短文中，我们重点关注可能用于将多个模块连接在一起的跳线。这提供了一种方便的方式来扩展连接到单个节点上的导线数量。这对于小电流应用中的功率分配特别有用。

让我们首先认识到，制造商提供了各“系列”的端子块，其组件被设计成无缝地协同工作。每个生态系统都包括端子本身、端板、隔板、端止点、跳线和标签。端子块可能具有螺纹端子或弹簧加载连接。跳线也可以是螺纹端子或弹簧负载的。多种颜色允许你对控制面板进行颜色编码。例如，图1所示的 Altech 公司产品具有 CY2.5 螺纹端子接线，弹簧加载的4个引脚的跳线，颜色为蓝色。

图1所示的配置为配电提供了很好的解决方案。总共有8个端子块。安装了橙色跳线后，它们有效地形成了一对街区，每个街区有8个可用连接点。如图2所示，电线从侧面进入。在这里我们可以看到侧对侧母线。我们也可以辨认出拉紧线的螺丝和夹子。

图2为端子块旁边的橙色弹簧加载跳线。跳线与母线的关系如图3特写图所示。跳线的弹簧张力为母线提供了牢固的电气连接。

技术贴士 :一定要查看制造商的数据，以确定端子块和跳线的最大电流额定值，因为额定值可能不同。在这个例子中，螺旋张紧夹和大母线提供了一个低电阻。这提供了一个 20 或 24A 的电流额定值，这取决于哪个机构正在进行批准。跳线不期望提供相同的额定值。在这种情况下，使用专门设计的配电块可能会更好。这可以提供一个大电流一对多的解决方案。

如前所述，找到端子块的数据手册很重要，因为有大量关于该组件的信息。你还可以找到相关设备的型号。图4为部分 Altech CY2.5 系列端子快。表格中包含了所有的颜色和配件。它还包括与端子块相关的数据，如 CY6，它可以处理高达 50A 的电流。

更多接线相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 如何将 DPDT 开关作为多路开关进行 4路接线 
• PNP 和 NPN 传感器的3线接线
• LED 的接线方式；串联，并联和串并联比较
• Delta Electronics DTB4824 警报功能对应的输出接线
• 使用和压接导线金属环 

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作者：Angus Lai / Kevin Chow

关键词：工具, 电路设计

引言

从产品构思、理论及线路设计、零件选择到制作实物等，每一个步骤都是环环相扣的，看似线路图设计完美及确定选料，最后在印刷电路板（PCB）制作时遇上不少限制和困难，到底是在哪步个骤出错呢？要重新选料还是重新设计呢？在DigiKey强大的工具库中，只要善用一些小工具，减少失误及烦恼，电子及工程学也变得得心应手。接下来，我们会介绍几个设计层面的小工具，可以帮您轻松制作产品。

[Video: 电子设计必备！PCB制作工具_VO_r1]

印刷电路板（PCB）设计

经过无焊试验板的线路模拟测试后，下一步便是PCB 的线路设计了。 PCB由绝缘层和导电铜层组成的夹层板，其中包含信号走线以及电源和接地层，走线布局设计与电路的设计一样要求严格，需要考虑系统的整体性，同时要了解线路特性从而作出对应的线路设计。了解走线特性可协助工程师很快决定PCB 的线路及板层要求。参考以下两个不同系统在PCB 设计时的检查表。

以下是一个使用12-BIT 微控制器感测系统，其线路中包含模拟数字（A/D）转换、LCD 显示及5V 外接电源。虽然载流不高，但模拟数字电路的走线设计需要独立分隔，其检查表以作参考。

1. 检查装置与连接器的位置。确保高速装置和数字装置靠近连接器。

2. 最少要有一个接地层（Ground Plane）在电路板上。

3. 让电源走线比电路板上的其他走线更宽。

4. 检查电流返回路径并寻找接地连接上可能的杂讯。

5. 正确绕过所有装置。将电容器尽可能放置靠近装置的电源引脚。

6. 让所有走线尽可能短。

7. 追踪所有高阻抗走线，寻找走线之间可能存在的电容耦合问题。

8. 确保混合信号电路中的信号经过正确过滤。

（资料来源: Microchip）

以及制作一个使用MOSFET的高电流电源控制器在PCB线路设计的一些基本规则。由于不同的线路区域有不同的载流要求，亦可在考虑成本效益作为分别不同区域的线路设计。

• 为插槽设计供电时，零件应集中放置在一起。
• 向负载提供足够的电流。
• 负载和检测电路的抗噪性。
• 电流感应的考虑。
• 升温考虑。
• 考虑走线阻抗，减少对高电流轨道组的降额影响。

（资料来源: Texas Instruments）

从以上两类完全不同类型的产品设计，可以看到对走线的宽度考虑，从温度变化、载流能力及阻抗值都是有一定的要求。接下来，我们会介绍以下一些关于PCB设计的小工具，分别协助您快速计算所需的走线宽度及走线阻抗。

PCB 印制线宽度计算器

此工具使用 IPC-2221 标准提供的公式计算铜印刷电路板导体或承载给定电流所需「印制线」的宽度，同时保持印制线的温升低于规定的极限值。 此外，如果印制线长度已知，还会计算总电阻、电压降和印制线电阻引起的功率损耗。首先，利用公式（1）计算面积（Ａ）：

IPC-2221 标准中，内层时，k = 0.024、b = 0.44、c = 0.725Z；外层时，k = 0.048、b = 0.44、c = 0.725其中 k、b 和 c 是由对 IPC-2221 曲线进行曲线拟合得出的常数。然后，利用公式（2）计算宽度（W）。（注意：与电路板表面上的印制线相比，电路板内层上的印制线所需的宽度大很多。）

只要在计算器上方输入所需数值，很快就会得出内层走线及裸露的外层走线设计时，所需的印制线宽度（W）、电阻值和电压降的功率损耗，两种走线设计的结果数值会并列对比。以上面提到的电源控制器作为例子，假如设定载流要求（I）为0.8A、环境温度为25°C、铜层厚度（t）为0.035mm （例如MG Chemicals的587型号原型板，1盎司双面包铜）、温升（T_Rise）为10°C，以及印制线长度则为10”（ 以在6”4” 的PCB 上走线未靠近或位于散热器区域上方的预计长度）。

计算结果如图3所示：

由此得出的结果只是估算值，实际结果可能会随着应用条件而发生变化。内层和外层两边同时显示，形成强烈对比，既方便工程师设计线路的同时，也可以为您提供经济效益的考虑，因为使用内层的电压降及功率损耗会较低，其宽度要求比较大，即成本会更高。您可以因应您的要求随时修改参数值，结果会即时更新，易于比较。

IPC 2141 走线阻抗计算器

另一个小工具就是IPC-2141 走线阻抗计算器，这个计算器将有助于简化初始设计，只需输入基本参数并根据 IPC-2141 标准计算出阻抗，为您减少复杂的计算。而且，这个计算器还有一个卖点，就是包含了「微带线」、「嵌入式微带线」、「边缘耦合微带线」、「带状线」、「非对称带状线」、「宽边耦合带状线」及「边缘耦合带状线」7种普遍的走线类型选项。各走线类型对应的计算方式和走线平面图会显示在计算器界面内。各走线类型的定义于表一列出。

走线类型	图例	描述
微带线		是指一个简单双面 PCB 设计，一面为接地层，中间是介质层，而另一面则是信号走线，用于控制阻抗。这种几何形状被称为表面微带，或更简单地称为微带。
嵌入式微带线		结构与微带线类似，只是将信号走线置于介质层中间。嵌入式有较高保护，低阻抗，但较难解耦，及阻抗值偏低，影响匹配。
边缘耦合微带线		普遍用于差分电路，例如低压差分信号。此走线设计具有降低电磁干扰的一些优势。相反的低压差分信号电流产生的电磁干扰场往往会相互抵消。
带状线		现时的PCB 设计多数都是多层 PCB。带状线这种布置是将信号走线嵌入电源层和接地层之间。低阻抗交流接地层和嵌入的信号走线形成对称带状线传输线。
非对称带状线		非对称带状线与带状线类似，只是将介质层中的信号走线靠近其中一面导电层，与接地层和电源层形成不对称的距离，一般会将信号走线靠近接地层。
宽边耦合带状线		普遍用于拥挤BGA区域，由两条平行的走线组合而成，具有相等的宽度、走线之间的距离和与导电层的距离。对于在相邻信号层上布线的差分对走线，如果存在任何走线重叠，则宽边耦合会更强。
边缘耦合带状线		由两条信号走线组成，两条信号走线都是对称带状线，走线之间存在一些耦合，指在同一信号层上布线的两个差分对。

表一 走线类型对应表

实例示范

在计算器上选定走线类型后，只需要输入所需参数，便可得出目标阻抗。当决定使用裸露外层走线时，如何求解「阻抗」。已知的参数如下：

• 走线宽度（w）= 8.693 mil、走线厚度（t） = 0.035 mm、板高度（h） = 0.79 mm
• 介电常数（ε_r）= 4.2（ 参考规格书，Dielectric Constant @1 GHz）

最后得出目标阻抗（Z_o） 为 = 114.0170 Ω

此工具还有另一好处，就是可以反向求解「走线宽度」。例如需要找出较易匹配的50 Ω的走线宽度，再配合使用PCB 印制线宽度计算器，便能有效找出最合适的走线类型及印刷电路板PCB的要求。

SMD/贴片代码计算器

当印刷电路板PCB设计完成，BOM物料亦选好后，购买零件是其中一个重要环节，但亦有不少工程师会沿用旧或原有零件以节省成本。但是，识别零件是一件相当麻烦及费时的工序，一般会利用表面标记／丝印作为辨别零件的方法。之前已为大家介绍了我们的《电阻器色码计算器》，这是专为轴向引线式／通孔色环电阻器设计的。相信这个工具已为不少工程师解决烦恼。这次我们会为大家介绍另外两款代码计算器，《SMD/贴片电阻代码计算器》和《SMD/贴片电容器代码计算器》。

这两款计算器都提供了3个代码格式（3位 EIA、4位 EIA 和 EIA-96或EIA-198）。您只需选择代码格式，然后选择电阻或电容器上的表面标记／丝印数字或字母，或者在下方直接输入电阻值或电容值， 反向搜索实际标记／丝印。谨记，在输入值后面选择正确的单位（例如电阻：Ω、kΩ 或MΩ和电容：mF、µF、 nF或pF）。

有关3位 EIA、4位 EIA及EIA-96的应用与示例，技术论坛中「SMD 电阻代码；表面安装电阻产品丝印」及「解读SMD电阻代码」已有详细描述，欢迎访问及重温。

EIA-198

由于势之所趋，零件的尺寸愈来愈小，甚至表面空间只能够容纳两个代码。所以，EIA-198 零件标记／丝印系统谨使用两个字符代码（一个字母和一个数字），字母代表数值，数字代表乘数。但是，有几项注意事项：

• 该代码系统会区分大小写。您会注意到，系统通过使用一些小写字母，减少混淆情况，例如 I 和 O，它们很容易与1 和 0混淆。
• 电容代码不像其他代码格式一样等同电容值。每个字母代码有相对应的数值，详情可参考下表。
• 请注意，虽然该代码系统仍然以「pF」为单位，但该乘数代码与其他两种格式中所使用的代码有所不同，例如代码 「9 」= 「0.1」。

例如：标记／丝印是 「G4」，代码 「G」= 1.8 和 「4」= 10⁴，其电容值就是 「1.8」x 10⁴ = 18000 pF 或 18 nF。

想了解代码数字和乘数字母的详细解释，可参考Knowles的EIA-198标准丝印与数值对照表。

总结

以上所介绍的小工具只是DigiKey 工具库中的一小部分，稍后仍然会为大家介绍不同种类的换算器或计算器。虽然这次所介绍的计算器，其表达出十分广泛的数据参考，但是并未有考虑真实的应用问题，例如散热器的电感或热影响、模拟/数位化的接地管理或信号衰减，以及损坏或陈旧的电阻电容识别等。但是在一般情况下，如果善用这些小工具，将会是一个好帮手。工具在手，烦恼没有！得捷电子永远都是您的好伙伴！

参加福利活动嬴精选实用好礼

现在起到3月26日，我们更有一个福利活动【PCB设计必备工具大揭秘！】，邀请您前往DigiKey技术论指定专帖，分享您的PCB设计经验，告诉我们在使用以上介绍的工具后的感想。内容最精彩的，更有机会获得林超文老师的著作《PADS9.5实战攻略与高速PCB设计》（价值¥45.76）。

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更多与PCB设计及电阻器电容器确认的技术信息, 请点击以下链接参阅。

• PCB铣削提示
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• 开关电源板布局的黄金法则
• 如何确定贴片式电解电容的额定电压

小编的话

正如文中设计案例所展示的，PCB设计工具在提升设计效率、精度和灵活性以及降低设计成本等方面都具有显著的价值。可以说，会用并且善用设计工具对PCB设计而言已经是工程师们一项必不可少的技能。您是否有用过DigiKey 工具库中的工具？您对这些PCB设计工具有哪些使用心得？欢迎留言，分享交流！

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关键词：高压转换器，eFuse IC

产品一：STMicroelectronics VIPERGAN50 高级准谐振离线高压转换器

STMicroelectronics VIPERGAN50高压转换器是一款先进的准谐振离线高压转换器，设有E-mode GaN HEMT。VIPERGAN50设计用于中等功率准谐振ZVS（开关导通时零电压开关）反激式转换器，能够在宽范围内提供高达50W输出功率。该高压转换器集成一整套特性，可提供极其灵活、简单易用的芯片，帮助设计高效离线电源。

ZVS准谐振操作具有动态消隐时间特性和谷值同步功能，可始终在漏极谐振的谷值开启电源开关。最终，运行和特性可降低开关损耗，并最大限度地提高任何输入线路和负载条件下的整体效率。高级电源管理功能具有低静态电流，实现低待机功耗。前馈补偿可降低整个输入电压范围内的最大输出峰值功率变化。

除了上述功能外，VIPERGAN50还支持保护特性，可大幅提高最终产品安全性和可靠性。这些保护包括输出过压保护、过热保护 (OTP)、过载保护 (OLP) 以及可设置输入电压电平以便为转换器上电和断电的上电/掉电保护。输入过压保护 (iOVP) 可在输入线路异常增加的情况下保护系统。所有保护功能都在自启动模式下实现。

产品特性

• 准谐振 (QR) 反激式控制器
• 650V E-mode功率GaN晶体管
• 嵌入式感应FET
• 动态消隐时间和可调节谷值同步延迟功能，可最大限度地提高任何输入线路和负载条件下的效率
• 谷值锁定，确保恒定谷值跳跃
• 先进的电源管理，具有自适应突发模式，待机功耗低于30mW
• 输出OVP保护
• 输入电压前馈补偿，用于独立于主电源的OPP稳压
• 上电和掉电保护
• 输入OVP保护
• 嵌入式热关断
• 频率抖动器，可抑制EMI辐射

适用范围

• 高效电源适配器
• 快速电池充电器
• 家电、工业、消费类、照明用辅助电源

产品二：Toshiba TCKE8xx和TCKE712BNL系列eFuse IC

Toshiba TCKE8xx和TCKE712BNL eFuse IC在单个紧凑型3x3mm WSON10B封装中集成了全面的高速、可复位和低导通电阻 (RON) 电路保护功能。这些 eFuse IC提供短路保护和可调节过流保护以及可调节浪涌电流压摆率。此外，TCKE8xx还具有热关断功能、固定过压钳位，配合使用外部MOSFET (TCKE8xx) 和内置FET (TCKE712BNL) 时还能提供反向电流阻断功能。因此，TCKE8xx非常适合用于各种工业应用、家用电器、办公自动化设备和电池供电物联网传感器设备。将eFuse集成到设计中，可确保产品符合IEC/UL 62368-1和UL 2367等国际安全标准规定的要求。

TCKE8xx和TCKE712BNL系列可通过使用外部电阻器来调整过流和输入欠压。欠压设置使用双电阻器阶梯实现，最大电源输入电压为18VDC (TCKE8xx) 和13.2VDC (TCKE712BNL)。过流箝位则是通过单一电阻器设置。如需短路功能和电流箝位精准度的详细信息，请参考数据手册。TCKE8xx和TCKE712BNL分别具有150ns和320ns的高速短路保护。

Toshiba TCKE805系专为5V电源轨应用而设计，具有6.04V的固定式输出过压箝位设置。TCKE812适用于12V设计，箝位为15.1V。TCKE800没有过压箝位功能。

Toshiba TCKE712BNL是一款纯闩锁型eFuse，使用内置FET执行反向电流闭塞，并通过外部电阻 (OCP) 提供0.51A至3.65A +20%的过流保护。其电流限制设置范围根据Vin工作而变化。该器件的输出具有FLAG功能（EN在“高”时为ON）。

eFuse IC提供短路保护和可调节过流保护以及可调节浪涌电流压摆率。eFuse IC适合各种工业应用、家电、办公自动化设备和电池供电的IoT传感器设备。

产品特性

• 固定过压钳位
• 可调节过流钳位
• 热关断
• 短路保护
• 可复位且可重复使用
• 浪涌电流保护
• TCKE8xx
• 工作电压范围：4.4V至18V
• 工作电流范围：0A至5.0A
• TCKE712BNL
• 工作电压范围：4.4V至13.2V
• 工作电流范围：0A至3.65A
• 通过IEC62368-1和UL2367认证

适用范围

• 工业
• 家用电器
• 办公自动化设备
• 电池供电的IoT传感器设备
• 移动设备
• 5V电源线

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关键词：线缆, 规格

问：多芯导线产品指南

本产品选择指南包含的相关信息有助于客户在DigiKey.cn上选择多芯导线类别产品。

多芯导线是由独立的单根电线组成的线缆，这些电线被捆绑在较大的外部绝缘护套中。多芯导线具有不同的线径、导体数和材料，可适用于从电力到电信数据传输等广泛的应用领域。该导线的可用长度范围从1英尺到5000英尺以上不等。

特性选择

• 导线类型： 用于表示导线的物理形式或结构。
• 导体数： 用于表示整个导线中的导体数，包括有多少个导体子组（即双线组、三线组或四线组），以及这些子组是否为绞接。
• 线规： 用于表示导线整体结构中的单个导体的规格评级。
• 导体股数： 用于表示每根导线/电线中的导体所包含的股数及其大小；例如，7/30表示每个导体由七股30 AWG导线组成。在其他条件相同的情况下，由更多较小股组成的导体通常更灵活。
• 导体材料： 用于表示导线导体的材料组成。
• 护套（绝缘）材料： 用于表示导线最外层护套的材料。
• 护套（绝缘）直径： 用于表示导线/电线产品最外层的直径，即产品的整体厚度。
• 屏蔽类型： 用于表示导线是否具有电绝缘屏蔽层（这有助于减少或消除电磁干扰），以及屏蔽层的类型（如有）。
• 长度： 用于表示导线的长度。
• 护套颜色： 用于表示电线或导线产品最外层绝缘层的颜色。
• 评级： 器件的最低性能标准，通常由第三方机构设定。
• 特性： 这些是器件的不同功能，比如耐磨、耐化学品或耐油、生物兼容性或加蔽线等。
• 电压： 通常表示器件能够满足指定规格的最大电压额定值。超过此电压额定值可能会损坏器件和其他系统组件。
• 工作温度： 推荐的工作温度，通常以范围或最大值给出。超过这些温度可能会影响性能或损坏器件和其他系统组件。
• 用途： 厂商设计导线的典型预期用途。
• 护套（绝缘）厚度： 表征电线或导线中绝缘材料外层的一般厚度。

产品示例

厂商零件编号	1592A 0061000
DigiKey零件编号	BEL1333-1000-ND
厂商	Belden Inc.
描述	8（4对）导体多对，Cat5e导线蓝色24 AWG 1000.0’ (304.8m)
规格书	点击此处

厂商零件编号	21458-24-2-0500-0104-1-TS
DigiKey零件编号	CN200BR-500-ND
厂商	CNC Tech
描述	双导体多芯导线黑色，红色24 AWG 500.0’ (152.4m)
规格书	点击此处

厂商零件编号	3644B/50 100SF
DigiKey零件编号	MB50T-100-ND
厂商	3M
描述	50（25对绞合）导体多对导线米色28 AWG箔片，吸锡带100.0’ (30.5m)
规格书	点击此处

厂商零件编号	1174C SL005
DigiKey零件编号	A122-100-ND
厂商	Alpha Wire
描述	4导体多芯导线板22 AWG 100.0’ (30.5m)
规格书	点击此处

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关键词: LED, 晶体管, 电路设计

问：设计一个提高 LED 亮度且一致的多路二进制时钟

这篇文章将帮助你提高LED阵列的亮度。它还将指导你选择组件，以在所有LED上提供一致的亮度，尤其是在激活了额外的LED段时。

在另一篇文章 “设计二进制时钟:理解多路复用约束”中，我们探索了一种具有“最低限度”显示亮度的功能性二进制时钟。那篇文章确定了多路复用显示器在微控制器当前处理方面的局限性，以及由于多路复用过程本身导致的亮度降低。它将多路复用与脉宽调制（PWM）信号进行了比较。6列4行 LED 矩阵中的每个LED都以总时间的1/6开启，相当于约17%的占空比。此外，由于所选微控制器的限制，LED 电流被限制为13mA。这些限制共同提供了一个不太理想的显示。

在本期中，我们保留了17%占空比的6列4行显示器。为了提高亮度，我们将使用行和列驱动晶体管来增加 LED 的电流。我们使用脉冲40mA电流代替13mA，这种谨慎实施的方法将 LED 的电流提高到约两倍于其连续电流。如图1所示，结果比原始设计有了显著改善。这是通过适度增加电路复杂性来实现的，如图2所示。

免责声明:

大多数 LED 灯有两个额定值。一种是连续电流，通常伴随着25°的温度规定。第二个额定值是较高的脉冲电流，通常适用于“闪烁”多路显示。

通过在更高的电流下操作 LED，我们可以回收在复用过程中失去的一些亮度。这可能是具有挑战性的设计过程，因为在可接受的操作和由于过度 LED 加热而导致的不可靠性之间存在细微的界限。通常，复用 LED 可以在满额定连续电流下工作，并且可能高达两到三倍。

你必须查阅并仔细解释数据手册。对于大批量生产，你可能需要咨询制造商的应用工程师之一。对于本文中介绍的一次性实验，请将其视为学习机会，并看看它将带你走向何方。

改进设计

在上一篇文章中，我们使用了 PNP晶体管列驱动器。这些晶体管将把一组公共阳极 LED 灯拉到正轨上。然后由微控制器直接驱动单独的行。微控制器将阴极拉向地，完成电路以打开 LED。在这种配置中，微控制器吸收电流的能力是限制因素。解决方案是同时使用行驱动和列驱动晶体管。

技术提示 :本应用程序中的行和列晶体管用作开关。重要的是要完全打开晶体管，使最大电压施加到LED。在“完全打开”的情况下，晶体管被驱动到饱和状态(闭合开关)。实现这一点的一种方法是将电路配置为强制beta状态。这可以通过假设 选择电阻来实现。这通常是，但并不总是足以，使晶体管进入饱和状态。请参阅文章正文了解例外情况。

复杂性

最初，我计划保留前一篇文章中介绍的 2N3906 PNP 列驱动程序。这是有效的，但是当多个LED在任何给定列中被激活时，LED亮度会变暗。审查表明，电阻器的计算是正确的。进一步研究表明，2N3906 不适合大电流操作。

问题在于大电流下的增益降低。回想一下，电阻器是为强制beta操作而选择的。在这种配置下，电阻器的选择使基极电流为集电极电流的十分之一。这种规定通常会使晶体管达到饱和。不幸的是，2N3906 的情况并非如此。我要求它在它的信封之外操作。

像许多晶体管一样，2N3906 数据手册 给出了各种集电极电流下的电流增益。一个应该引起我注意的数据点是集电极电流为100 mA时的30 (min)直流增益。与我们选择的强制beta值10相比，这并没有留下太多的空间。但是，当单个列中的所有LEDS被激活时，所选的160 mA会变得更糟。

图3给出了晶体管的归一化增益作为集电极电流的函数。在IC=10 mA，温度为25°时，我们看到峰值为1.0，可以近似为增益100。图表标记了与1、2、3和4个LED灯相关的电流。观察到增益明显下降。事实上，在4个LED灯活动的情况下，160 mA的增益低于我们选择的强制beta。晶体管不是处于饱和状态，而是在其线性范围内工作。增加(非饱和)VCE电压降表现为LEDS变暗。显示器是明亮的，每列一个LED灯，但随着移动LED灯被激活，逐渐变暗。

解决方案

解决方案是选择与应用更匹配的晶体管。其中一个不错的选择是MPSA56。这是一个很好的选择，因为该晶体管在集电极电流为100 mA时的最小增益为100，而原始 2N3906 的增益为30。有了这个改变，所有显示的数字的LED亮度是一致的。

接下来，我们考虑 LED 的电流限制。这是通过每一行的串联电阻(r11到R14)来控制的。这个电阻是在整个 LED 上施加完整的 5 VDC的情况下计算的。我们将使用40 mA电流，这大约是 LED 连续额定电流的两倍。如前所述，我们处于灰色地带。增加的电流可能导致 LED 寿命缩短。

我们可以计算列驱动器的电阻器。我们假设IB=40mA的强制beta条件。另外，请注意，在任何给定时间，可以驱动多达4个LED灯，产生160 mA的基极电流:

最后，我们计算行驱动晶体管的基极电阻:

这个计算出来的行驱动器基极电阻器被降低到680 Ω，将晶体管推向更深一点的饱和状态。这降低了VCE约0.5 VDC。这是一个微妙但明显的变化。

一些想法

列和行驱动器的增加减轻了微控制器的低电流能力。其结果是增加了显示亮度，而电路复杂性却略有增加。

当使用高于连续额定值的脉冲电流操作LED时，请务必仔细检查数据手册规格。在增加显示亮度和烧坏LED灯之间有一条细线。

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作者：Jeff Smoot，CUI Devices 应用工程和运动控制部门副总裁

关键词：散热, 风扇

电子系统的密度越来越大，温度也越来越高，这意味着许多系统将需要采用某种方法来管理热量。虽然并不是每项设计都需要开发热管理解决方案，但要避免关键部件因温度升高而损坏，设计人员对热量产生、移动和消除的基本理解是至关重要的。最后，热管理需要在早期设计阶段就加以考虑，而不是在最终设计中作为一个创可贴式的解决方案。

热管理基础知识

由于市场对电子系统的要求越来越高，理论上规定了用于部件冷却的三种热量传递方式：传导、对流和辐射。

在传导方式下，通过两个物体之间的物理接触转移热能，其中较冷的物体自然地从较热的物体中吸取能量，也许传导是最有效的能量传递方法。一般来说，这种方法只需要最小的表面积就能传递最大的能量。

第二，对流通过空气的运动重新分配热能。当较冷的空气流经较热的物体时，会从物体上吸收热量，并在继续流过设备时将热量带走。这种方法可以通过自然空气对流或风扇强制空气对流来完成。

第三，辐射是以电磁波形式的发射能量。相对而言，这种方法相当无效，而且在大多数热计算中都会被忽略，因为这种方式通常只适用于真空应用，真空条件下不可能选择传导或对流。从原理上讲，辐射是通过热粒子振动时产生的电磁波来传递热量的。

虽然不是上述三个基本热学概念之一，但也有必要提及热阻或热阻抗，这个参数可以用来量化物体之间的热传递效果，且在进行热管理解决方案设计时被广泛使用。简单地说，热阻抗越低，能量传递就越好。利用热阻抗和给定的环境温度，可以准确地计算出在达到一定温度之前能够耗散多少功率。

热管理基础组件

常见的电子系统冷却方法有三种：散热器、风扇和珀尔帖模块。以上每种器件都可单独使用，但如果组合使用时，可以达到更优的散热效果。

散热器有许多形状和尺寸选择。散热器用来提高对流冷却效果，具体方法是减少其所连接的设备和冷却介质（通常是空气）之间的热阻抗。散热器通过增加对流表面积来实现这一点，而且采用热阻抗低于典型半导体的材料制成。散热器成本很低，几乎从不发生故障或磨损，但往往会增加其所冷却的电子系统的体积。作为一种无源组件，散热器通常与风扇组合使用，以便更有效地将消散的热能从系统中移走。风扇或风机在散热器上形成稳定的新鲜冷空气流，以保持散热器和冷却空气之间的温差，从而确保持续有效的热传递。

风扇和风机有各种形状和尺寸，并提供各种不同的功率选择。产生气流的能力就是其关键的技术规格，通常以立方英尺/分钟 (CFM) 为单位。有些风扇和风机带有控制器，因此可以作为基于反馈的控制系统的一部分用来调节转速，以符合当前的冷却需求。风扇有助于改善冷却，但设计时要考虑风扇需要电源，有时还需要控制电路。与散热器相比，风扇也可能产生噪音，包含活动部件，因此更容易发生故障。

珀尔帖器件是利用珀尔帖效应将热量从模块的一侧传递到另一侧的半导体元件。为了移动热量，必须向珀尔帖设备提供能量，这实际上增加了系统的热量，所以它们最好与散热器和风扇一起使用。不过，珀尔帖模块可以实现精确的温度调节，可以将设备冷却到环境温度以下。像散热器一样，帕尔贴器件中没有活动部件，所以这种器件本身灵活、坚固，但同样可能需要与风扇、散热器和控制电路一起使用，从而增加成本和复杂性。由于这些原因，珀尔帖模块通常只用于最苛刻的应用，例如从元器件密集的电子系统中心吸收热能。

计算热能需求

无论最终的设计要求是什么，都可采用公认的方法为电子系统设计有效的冷却解决方案。为了方便说明工程师如何创建完整的热管理解决方案，本文采用了一个假设性问题和解决方案：

在本例中，我们将使用一个稳定状态下可产生 3.3 W 热量的 10 mm × 15 mm 封装器件。该器件的工作环境温度为 50℃，理想工作温度为 40℃。该系统任何部分的温度都不应超过 100℃。

这些技术规格意味着需要使用珀尔帖模块将设备温度降至环境温度以下。CUI Devices 提供 CP2088-219 器件，这是一种微型珀尔帖模块，可以消除 3.3 W 的热能并为设备降温，使其温度比环境温度低 10℃。珀尔帖模块使用 SF600G 固定到设备上，这是一种热界面材料 (TIM)，可以减少设备和冷却器之间的热阻抗。CP2088-219 的规格书（图 4）显示，珀尔帖模块在 2.5V 电压下需要 1.2 A 电流，这意味着该模块运行时会给系统增加 3W 的热能。

为了从珀尔帖模块中移除总共 6.3 W 的热能，在模块另一侧安装了散热器（HSS-B20-NP-12），同样使用 SF600G TIM 作为热界面。TIM 的面积为 8.8 mm × 8.8 mm，热阻略低于 1.08℃/W。

散热器的热阻为 3.47°C/W，假设该散热器上的气流为 200 直线英尺每分钟 (LFM)。

这将使得 TIM 和散热器组合的总热阻达到 4.55℃/W。

为了提供 200LFM 稳定气流，可使用 CFM-25B 系列 风扇。

该器件通过 TIM 将需要冷却的设备与珀尔帖模块连接。珀尔帖模块的上表面通过另一种 TIM 与散热器相连，整个组件都置于 200 LFM 的 50℃ 空气中。

利用这些数据，就可以计算出设备的稳态温度。珀尔帖模块将保持其冷端为 40℃——但代价是给组件增加 3.3 W 的热量。散热器必须将 6.3 W 的热量散发到 50℃ 的气流环境中，珀尔帖模块和环境空气之间的总热阻为 4.55℃/W。用 6.3 W 乘以 4.55°C/W，就能确定比环境温度高多少；在这种情况下，温度为 28.67°C 或者总温度为 78.67°C。这远远低于 100°C 的要求，从而构成了满足系统需求的热管理解决方案。

结论

在制冷、暖通空调、3D 打印和除湿机等消费类应用中，热管理已必不可少。热管理用于科学和工业应用，如 DNA 合成的热循环器和高精度激光器。散热器、风扇和珀尔帖模块有助于确保复杂的电子系统维持在其热设计极限之内。CUI Devices 提供了一系列热管理组件，以简化这一关键的选择过程。

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