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电源反射的影响及电源设计简要分析

时间:2019-07-20 来源:meanwellpower.net浏览次数:61

  如果阻抗变化只发生一次,例如线宽从8mil变到6mil后,一直保持6mil宽度这种情况,要达到突变处信号反射噪声不超过电压摆幅的5%这一噪声预算要求,阻抗变化必须小于10%.这有时很难做到,以FR4板材上微带线的情况为例,我们计算一下。

  如果线宽8mil,线条和参考平面之间的厚度为4mil,特性阻抗为46.5欧姆,线宽变化到6mil后特性阻抗变成54.2欧姆,阻抗变化率达到了20%.反射信号的幅度必然超标,至于对信号造成多大影响,还和信号上升时间和驱动端到反射点处信号的时延有关,但至少这是一个潜在的问题点,幸运的是这时可以通过阻抗匹配端接解决问题。

  如果阻抗变化发生两次,例如线宽从8mil变到6mil后,明纬电源拉出2cm后又变回8mil.那么在2cm长6mil宽线条的两个端点处都会发生反射,一次是阻抗变大,发生正反射,接着阻抗变小,发生负反射,如果两次反射间隔时间足够短,两次反射就有可能相互抵消,从而减小影响。

  假设传输信号为1V,第一次正反射有0.2V被反射,1.2V继续向前传输,第二次反射有-0.2*1.2=0.24v被反射回,再假设6mil线长度极短,两次反射几乎同时发生,那么总的反射电压只有0.04V,小于5%这一噪声预算要求,因此,这种反射是否影响信号,有多大影响,和阻抗变化处的时延以及信号上升时间有关,研究及实验表明,只要阻抗变化处的时延小于信号上升时间的20%,反射信号就不会造成问题。

  如果信号上升时间为1ns,那么阻抗变化处的时延小于0.2ns对应1.2英寸,反射就不会产生问题,也就是说,对于台湾明纬本例情况,6mil宽走线的长度只要小于3cm就不会有问题。

  当PCB走线线宽发生变化时,要根据实际情况仔细分析,是否造成影响,需要关注的参数由三个:阻抗变化有多大,信号上升时间是多少,线宽变化的颈状部分有多长,根据上面的方法大致估算一下,适当留出一定的余量,如果可能的话,尽量让减小颈状部分长度。

  需要指出的是,实际的PCB加工中,参数不可能像理论中那样精确,理论能对我们的设计提供指导,但不能照搬照抄,不能教条,毕竟这是一门实践的科学,估算出的值要根据实际情况做适当的修订,再应用到设计中。

  通常情况下,在实现多个DC-DC电源模块的并联均流输出过程中,该供电系统的效率最少需要达到60%及以上,针对这种情况,我们可以设计一种电流检测电路,在该电路中AD62meanwell0是一个高精度低失调电压的仪表放大器,只需要一个外部电阻来设置增益,增益范围为1至10000,并且AD620功耗很低,非常适合电池供电及便携式应用,而LM393是由两个独立的,高精度电压比较器组成的集成电路,它的失调电压很低,只有2.0mV,而且即使单电源供电,比较器的共模输入电压范围接近地电平,这里我们只作为基本的比较器来应用。

  在设计的电流检测模块并联系统中,我们可以看到LM393为电压比较器,因此在每一路DC-DC电路上都串联了一个1Ω的采样电阻,并且为了实现过流保护功能,在负载上也串联了一个1Ω的采样电阻,以供以后采样使用,两路采样得到的电压值,都经过AD620放大后,送给比较器LM393,最终将比较结果反馈给一路LM2596的反馈端,以便其对电流创联电源进行调整,在这里负载接的是可调的变阻器,为以后的测试做准备。

  在完成了电流检测模块的设计后,接下来我们需要进行整个系统的控制电路设计,其设计的结果如图2所示,可以看到,在该控制电路中主要采用的是STC12C5A32S2作为控制模块核心,单片机最小系统简单,容易制作PCB,算术功能强,软件编程灵活,可以通过串口方式将程序快速下载到芯片,方便的实现程序的更新,自由度大,较好的发挥C语言的灵活性,可用编程实现各种算法和逻辑控制,且STC12C5A32S2系列单片机的工作电压为2.0V—3.8V,正常工作电流值<2.7mA,空闲模式电流<1.3mA,掉电模式电流0.1μA,所以采用STC12C5A32S2作为控制模块核心具有功耗低,体积小,技术成熟和成本低等优点。

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