电子设计可靠性工程6-重要元器件防护设计.pdf
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1 第6章 重要电路与元器件的防护设计 主讲:庄奕琪 电子设计可靠性 电子设计可靠性 工程 工程 2 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 本章目次 6.1 高速数字IC防护设计 6.1.1 去耦电容设计 6.1.2 PCB去耦设计 6.1.3 时钟电路考虑 6.1.4 接口电路考虑 6.2 感性负载开关电路防护设计 6.3 数模混合电路防护设计 6.3.1 可靠性设计要点 6.3.2 数模混合芯片的接地 6.4 微处理器防护设计 6.4.1 概述 6.4.2 看门狗 6.4.3 过压欠压控制 6.4.4 软件防护设计 6.5 电源防护设计 6.5.1 概述 6.5.2 线性电源防护 6.5.3 开关电源防护 6.5.4 电源通断防护 6.6 放大器防护设计 6.6.1 概述 6.6.2 过压过流保护 6.6.3 隔离与屏蔽 6.6.4 接地与去耦 6.6.5 其它 6.7 接口防护设计 6.7.1 网络接口防护 6.7.2 串行接口防护 6.7.3 ADSL接口防护 6.7.4 USB接口防护 6.8 继电器防护设计 3 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 6.1 高速数字IC防护设计 6.1.1 去耦电容设计 6.1.2 PCB去耦设计 6.1.3 时钟电路考虑 6.1.4 接口电路考虑 4 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 6.1.1 去耦电容设计 去耦电容的作用 去耦 增加电源和地的交流耦合,抑 制数字电路开关工作时出现在电源与 地线上的穿通浪涌和负载浪涌,需具 备足够的瞬态电流容量,因此容值相 对偏大,用于可靠性防护 旁路 电容给高频交流信号提供低阻 抗通路,缩小高频环路面积,需具备 足够的高频上限频率,无需具备足够 的瞬态电流容量,因此容值相对偏 小,用于电磁兼容性加固 去耦+旁路 一般情况下,电源-地的 去耦电容和旁路电容可合二为一 去耦电容 为高频穿 通电流提 供泄放通 道 去耦电容 为负载电 流提供电 荷(充电 时)或接 收电荷 (放电 时) 2 5 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 6.1.1 去耦电容设计 效果比较 无去耦电容:电源电流中的直流成分与瞬变成分均通过电源线和地线,形成浪涌电压,并构成大面积的 高频电流环路 有去耦电容:电源电流中的瞬变成分均通过去耦电容旁路,不再通过电源线和地线,并大大缩小了高频 电流环路面积 6 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 接去耦电容后(电压波动±0.3V) 未接去耦电容(电压波动±0.8V) 6.1.1 去耦电容设计 效果比较(续) 1.5V电源的数字IC的电压波动统 计分布 5V电源的数字IC的电压时间波形 7 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 6.1.1 去耦电容设计 图解 为数字IC的电源端加去耦电容 银行太远,一定要有自己随身携 带的零用钱盒子(数字IC一定要 有自己的去耦电容) 钱 盒 子 要 能 很 快 地 打 开 (去耦电容在与开关浪涌 对应的频率范围内具有足 够低的阻抗) 钱盒子里的钱要足够多才 够用(去耦电容要有足够 的数量和容量) 8 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 Copyright by Yiqi Zhuang 2013 V1.0 6.1.1 去耦电容设计 容值估算:公式 t V I C Δ Δ Δ 压变化最大值 正常工作允许的电源电 是数字 上升沿或下降沿宽度) 的开关时间(输出信号 是数字 差 开关电流
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