防雷電路設計的案例
干貨 | 電源口防雷電路設計要注意什么？
電源口防雷電路設計需要注意的因素
防雷電路的設計應滿足規定的防護等級要求，且防雷電路的殘壓水平應能夠保護后級電路免受損壞。
在遇到雷電暫態過電壓作用時，保護裝置應具有足夠快的動作響應速度，即能盡早的動作限壓和旁路泄流。
防雷電路加在饋電線路上，不應影響設備的正常饋電。例如，采用串聯式電源防雷電路時，防雷電路應可通過設備滿負荷工作時的電流并有一定的裕量。
防護電路在系統的最高工作電壓時不應動作。通常在交流回路中，防護電路的動作電壓是交流工作電壓有效值的2.2～2.5倍，在直流回路中，防護電路的動作電壓是直流額定工作電壓的1.8～2倍。
防雷電路加在饋電線路上，不應給設備的安全運行帶來隱患。例如，應避免由于電路設計不當而使防雷電路存在著火等安全隱患。
在整個饋電通路上存在多級防雷電路時，應注意各級防雷電路間有良好的配合關系，不應出現后級防雷電路遭到雷擊損壞而前級防雷電路完好的情況。
防雷電路應具有損壞告警、遙信、熱容和過流保護功能，并具有可替換性。
下面分別給出交流電源口和直流電源口的防雷電路設計指導。
交流電源口防雷電路設計
1
交流電源口防雷電路
交流電源口防雷電路
上圖是一個兩級的交流電源口防護電路：
G1和G2為氣體放電管
Rvz1～Rvz6為壓敏電阻
F1和F2為空氣開關
F3和F4為保險
L1和L2是退耦電感。
電路原理簡述如下：
第1級防雷電路為具有共模和差模保護的電路，差模保護采用的壓敏電阻。共模保護采用壓敏電阻和氣體放電管串聯。第1級防雷電路的通流能力較高，通常在幾十kA（8/20us）。
展開 弱電機房防雷接地系統的原理、組成及其設計
現在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的。同時防雷主要是從電源以及信號系統兩大方面進行。
1、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建筑物的導體型線路（如電源線、信號線等）侵入設備，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提；直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑外部不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
2、電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網絡系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3、信號系統的防護
盡管在電源和通信線路等外接引入線路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發生在網絡線（如雙絞線）感應到過電壓，仍然會影響網絡的正常運行，甚至徹底破壞網絡系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內的金屬線路，如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊；另外，當電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時，或建筑物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對于網絡傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網絡。即使不是特別高的過電壓，不能夠一次性破壞設備，但是每一次的過電壓沖擊都加速了網絡設備的老化，影響數據的傳輸和存儲，甚至死機，直至徹底損壞。所以網絡信號線的防宙對于網絡集成系統的整體防宙來說。是非常重要的環節。
展開 弱電機房防雷接地系統的原理、組成及其設計
現在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的。同時防雷主要是從電源以及信號系統兩大方面進行。
1、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建筑物的導體型線路（如電源線、信號線等）侵入設備，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提；直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑外部不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
2、電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網絡系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3、信號系統的防護
盡管在電源和通信線路等外接引入線路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發生在網絡線（如雙絞線）感應到過電壓，仍然會影響網絡的正常運行，甚至徹底破壞網絡系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內的金屬線路，如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊；另外，當電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時，或建筑物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對于網絡傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網絡。即使不是特別高的過電壓，不能夠一次性破壞設備，但是每一次的過電壓沖擊都加速了網絡設備的老化，影響數據的傳輸和存儲，甚至死機，直至徹底損壞。所以網絡信號線的防宙對于網絡集成系統的整體防宙來說。是非常重要的環節。
展開 常用外圍電路設計，硬件電路設計參考及注意事項
(這個根據PCB的成本及防護級別要求來決定添加與否)
三、輸出電路繼電器設計參考
1、U1光耦分離高低壓，防止高壓干擾，實現電氣隔離
2、D5 1N4148續流二極管bai保護元件不被感應電壓擊du穿或燒壞，以并聯的方式接到產生感應電動勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產生的高電動勢在回路以續電流方式消耗，從而起到保護電路中的元件不被損壞的作用。
四、達林頓晶體管設計參考應用
達林頓晶體管，小伙伴們一般常用于步進電機驅動，其實可以用于電機調速，大功率開關電路，驅動繼電器，驅動功率比較大的LED光源，利用PWM來調節亮度哦。
1、R6 R7 R8電阻用于限流，防止ULN2001損壞，導致高壓直接輸入到MCU的IO（由于ULN2001D本身自帶2.7K電阻，這里的R6 R7 R8可以省略,如果某些驅動芯片沒帶電阻最好自己加上,具體情況可以查看選用芯片的數據手冊作決定）
2、COM 端接電源當輸出端接感性負載的時候，負載不需要加續流二極管，芯片內部設計有二極管，只需COM口接負載電源即可，當接其他負載時，COM口可以不接。
3、在使用阻容降壓電路為 ULN2001D 供電時，由于阻容降壓電壓無法阻止電網上的瞬態高壓波動，必須在 ULN2001D 的 COM 端與地端就近接一個104 電容，其余應用場合下，該電容可以不添加。
五、運算放大器設計參考應用
利用運放巧妙采集負載的當前電流，可以準確知道當前負載運行情況，有沒有正常工作，非常好用哦。運算放大器還有很多很精妙很實用的電路，以后會一一跟大家分享，大家有空也可以網上搜一搜運放的一些經典電路，很多可以參考的地方。
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弱電機房防雷接地系統的原理、組成及其設計
現在都采取綜合防雷，綜合防雷設計方案應包括兩個方面：直擊雷的防護和感應雷的防護，缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潛在危險的。同時防雷主要是從電源以及信號系統兩大方面進行。
1、直擊雷的防護
如果無直擊雷防護，按IEC1312的估算幾乎所有雷電流都流經進出建筑物的導體型線路（如電源線、信號線等）侵入設備，這樣的損害就非常之嚴重，因此做好直接雷擊防護是做感應雷擊防護的前提；直擊雷防護按照國標GB50057《建筑物防雷設計規范》設計和施工，主要使用避雷針、網、線、帶及良好的接地系統，其目的是保護建筑外部不受雷擊的破壞，給建筑物內的人或設備提供一個相對安全的環境。
2、電源系統的防護
統計數據資料表明，微電子網絡系統80%以上的雷害事故都是因為與系統相連的電源線路上感應的雷電沖擊過電壓造成的。因此，做好電源線的防護是整體防雷中不容忽視的一環。
3、信號系統的防護
盡管在電源和通信線路等外接引入線路上安裝了防雷保護裝置，由于雷擊發生在網絡線（如雙絞線）感應到過電壓，仍然會影響網絡的正常運行，甚至徹底破壞網絡系統。雷擊時產生巨大的瞬變磁場，在1公里范圍內的金屬線路，如網絡金屬連線等都會感應到極強的感應雷擊；另外，當電源線或通信線路傳輸過來雷擊電壓時，或建筑物的地線系統在瀉放雷擊時，所產生強大的瞬變電流，對于網絡傳輸線路來說，所感應的過電壓已經足以一次性破壞網絡。即使不是特別高的過電壓，不能夠一次性破壞設備，但是每一次的過電壓沖擊都加速了網絡設備的老化，影響數據的傳輸和存儲，甚至死機，直至徹底損壞。所以網絡信號線的防宙對于網絡集成系統的整體防宙來說。是非常重要的環節。
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電路設計與電路工程明確用電需求，出設計圖紙。
所有線路應遵循平豎直，最短原則，減少彎線避免后期維修困難。
空調，廚房，衛生間，客廳，臥室，電腦及大功率電器等用專有的回路及相應漏電保護器。
電源線與暖氣，熱水，煤氣管平行間距應大于300cmmm，交叉間距大于10cmmm。
強電插座與弱電插座間距應保證大于500mm
插座離地面一般為30CM，開關一般距地130CM，插座開關在統一水平線上。
考慮家電家具位置及尺寸，常用插座正好位于床頭柜后邊，造成柜子不能靠墻的情況發生。
電視墻用電多，但后面沒必要設置太多插座，可以連一個插線板放在電視機側面。
保護措施包括接地保護（常見）和接零保護，統一系統中，嚴禁同時采取兩種保護方式。
展開 中國集成電路設計業2017年會暨北京集成電路產業創新發展高峰論壇
“中國集成電路設計業2017年會暨北京集成電路產業創新發展高峰論壇”于2017年11月16日-17日在北京稻香湖景酒店隆重召開。歡迎光臨ANSYS 27號展位技術交流、現場抽獎。
熱設計的重要性以及PCB電路板散熱設計技巧
5 同一塊印制板上的器件應盡可能按其發熱量大小及散熱程度分區排列，發熱量小或耐熱性差的器件（如小信號晶體管、小規模集成電路、電解電容等）放在冷卻氣流的最上流（入口處），發熱量大或耐熱性好的器件（如功率晶體管、大規模集成電路等）放在冷卻氣流最下游。
6 在水平方向上，大功率器件盡量靠近印制板邊沿布置，以便縮短傳熱路徑；在垂直方向上，大功率器件盡量靠近印制板上方布置，以便減少這些器件工作時對其他器件溫度的影響。
7 設備內印制板的散熱主要依靠空氣流動，所以在設計時要研究空氣流動路徑，合理配置器件或印制電路板。空氣流動時總是趨向于阻力小的地方流動，所以在印制電路板上配置器件時，要避免在某個區域留有較大的空域。整機中多塊印制電路板的配置也應注意同樣的問題。
8 對溫度比較敏感的器件最好安置在溫度最低的區域（如設備的底部），千萬不要將它放在發熱器件的正上方，多個器件最好是在水平面上交錯布局。
9 將功耗最高和發熱最大的器件布置在散熱最佳位置附近。不要將發熱較高的器件放置在印制板的角落和四周邊緣，除非在它的附近安排有散熱裝置。在設計功率電阻時盡可能選擇大一些的器件，且在調整印制板布局時使之有足夠的散熱空間。
10 射頻功放或者LED PCB采用金屬底座基板。
11避免PCB上熱點的集中，盡可能地將功率均勻地分布在PCB板上，保持PCB表面溫度性能的均勻和一致。往往設計過程中要達到嚴格的均勻分布是較為困難的，但一定要避免功率密度太高的區域，以免出現過熱點影響整個電路的正常工作。如果有條件的話，進行印制電路的熱效能分析是很有必要的，如現在一些專業PCB設計軟件中增加的熱效能指標分析軟件模塊，就可以幫助設計人員優化電路設計。
展開 資料包精選：PCB仿真設計、HyperLynx、Xpedition、電路設計、信號完整性...你要的都有！
隨著PCB高速信號設計越發普遍，電子電路的設計越發面臨信號完整性、電源完整性、熱、電磁兼容等問題挑戰。在設計中引入仿真驗證手段，將大大提升產品開發效率，設計正確性，實現產品最快的推向市場。
其中PCB仿真設計、Mentor、HyperLynx、Altium Designer、SI/PI、Xpedition、PDN噪聲分析因為代表了未來發展趨勢，所以廣受電子工程師歡迎。
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同時，歡迎報名《PDN噪聲分析和優化》直播，主要講述了嘗試對 Die 到穩壓模塊的完整PDN 進行建模，并對芯片電源域進行瞬態紋波仿真、討論時域和頻域仿真對于PDN噪聲分析的適用范圍，并闡述PDN 設計與優化的實用方法。
展開 集成電路器件與設計的橋梁
主要研究方向為模擬射頻集成電路：適用于5/6G毫米波通信的相控陣收發機芯片、鎖相環PLL芯片、毫米波功率放大器芯片、77GHz FMCW 雷達芯片、高速有線通信芯片、新型MoS2芯片設計等。
集成電路通常采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在半導體襯底中。無論新型的二維芯片還是目前傳統的硅工藝芯片，其芯片的設計的主要目的仍然是實現特定的功能。從集成電路器件到芯片的設計中間的橋梁就是定制的模型和特定的拓撲結構。
本次以目前兩個熱門的題目為例說明，首先新型的神經網絡芯片。基于傳統的硅工藝神經網絡芯片需要大量的乘法和加法單元實現卷積的運算，如何實現低功耗高速的卷積運算是其中的核心問題，此外神經網絡的輸入通常為傳感器的數據。傳感器芯片和神經網絡芯片之間通常需要接口，大量的數據通過接口傳遞會消耗大量的功耗和芯片的面積。實現傳感和神經運算的結合是未來發展的重要方向，也是擬神經計算的關鍵。二維器件具有光、電、磁、氣體等感應，基于二維器件實現傳感是較為容易，但是基于二維的器件實現神經網絡運算并不簡單。相比于基于二維神經單元，通過軟件實現神經網絡而言，二維芯片實現神經網絡并且集成前向傳播網絡芯片更具應用價值。如何實現？首先是器件的建模，器件的建模打破了傳統二維芯片通過實驗迭代的方式優化電路，而是通過仿真不斷優化器件，從而實現快速高質量電路。
對于目前的5G和6G通信，毫米波芯片是傳輸的關鍵。對于毫米波電路而言，最為困難仍然是器件建模，隨著頻率的升高，傳統的模型已經無法支撐高頻電路的設計。
展開 PCB電路設計如何抗干擾？
二、PCB及電路抗干擾措施
印制電路板的抗干擾設計與具體電路有著密切的關系，這里僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些說明。
1.電源線設計
根據印制線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，減少環路電阻。同時，使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致，這樣有助于增強抗噪聲能力。
2.地線設計
在電子產品設計中，接地是控制干擾的重要方法。如能將接地和屏蔽正確結合起來使用，可解決大部分干擾問題。電子產品中地線結構大致有系統地、機殼地（屏蔽地）、數字地（邏輯地）和模擬地等。在地線設計中應注意以下幾點：
（1）正確選擇單點接地與多點接地
在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地的方式。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。
（2）數字地與模擬地分開。
電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地。高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短而粗，高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔。要盡量加大線性電路的接地面積。
（3）接地線應盡量加粗。
若接地線用很細的線條，則接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子產品的定時信號電平不穩，抗噪聲性能降低。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制電路板的允許電流。
展開 
模擬電路設計的一些經驗分享
模擬電路的設計是工程師們最頭疼，但也是最致命的設計部分。盡管目前數字電路、大規模集成電路的發展非常迅猛，但是模擬電路的設計仍是不可避免的，有時也是數字電路無法取代的，例如RF射頻電路的設計。這里將模擬電路設計中應該注意的問題總結如下：
01
為了獲得具有良好穩定性的反饋電路，通常要求在反饋環外面使用一個小電阻或扼流圈給容性負載提供一個緩沖。
02
積分反饋電路通常需要一個小電阻（約560歐）與一個大于10pF的積分電容串聯。
展開 射頻電路電源和接地的設計方法
射頻(RF)電路的電路板布局應在理解電路板結構、電源布線和接地的基本原則的基礎上進行。本文探討了相關的基本原則，并提供了一些實用的、經過驗證的電源布線、電源旁路和接地技術，可有效提高 RF設計的性能指標。考慮到實際設計中PLL 雜散信號對于電源耦合、接地和濾波器元件的位置非常敏感，本文著重討論了有關 PLL 雜散信號抑制的方法。為便于說明問題，本文以 MAX2827 802.11a/g收發器的 PCB布局作為參考設計。
設計 RF電路時，電源電路的設計和電路板布局常常被留到了高頻信號通路的設計完成之后。對于沒有經過認真考慮的設計，電路周圍的電源電壓很容易產生錯誤的輸出和噪聲，這會進一步影響到 RF電路的性能。合理分配 PCB的板層、采用星型拓撲的 Vcc引線（如圖1所示），并在 Vcc引腳加上適當的去耦電容，將有助于改善系統的性能，獲得最佳指標。
圖 1：星型拓撲的 Vcc布線
電源布線和旁路的基本原則
明智的 PCB板層分配便于簡化后續的布線處理，對于一個四層 PCB板(WLAN
中常用的電路板)，在大多數應用中用電路板的頂層放置元器件和 RF引線，第二層作為系統地，電源部分放置在第三層，任何信號線都可以分布在第四層。第二層采用連續的地平面布局對于建立阻抗受控的 RF信號通路非常必要，它還便于獲得盡可能短的地環路，為第一層和第三層提供高度的電氣隔離，使得兩層之間的耦合最小。當然，也可以采用其它板層定義的方式(特別是在電路板具有不同的層數時)，但上述結構是經過驗證的一個成功范例。
大面積的電源層能夠使 Vcc布線變得輕松，但是，這種結構常常是引發系統性
能惡化的導火 索，在一個較大平面上把所有電源引線接在一起將無法避免引腳之間的噪聲傳輸。反之，如果使用星型拓撲則會減輕不同電源引腳之間的耦合。
展開 如何設計一個三極管放大電路
6、確定基極偏置電路R1和R2的值
我們已知Ic值，由Ic=β*Ib(β一般取100 )，然后估算流過R1的電流值，一般取值為Ib的10倍左右。計算R1和R2。
R1、R2為三極管V1的直流偏置電阻,什么叫直流偏置?簡單來說,做工要吃飯。要求三極管工作,必先要提供一定的工作條件,電子元件一定是要求有電能供應的了,否則就不叫電路了。在電路的工作要求中,第一條件是要求要穩定,所以,電源一定要是直流電源,所以叫直流偏置。為什么是通過電阻來供電?電阻就象是供水系統中的水龍頭,用調節電流大小的。所以,三極管的三種工作狀態“載止、飽和、放大”就由直流偏置決定,在圖1中,也就是由R1、R2來決定了。
7、確定耦合電容C1和C2
C1與輸入阻抗，C2與連接在輸出端的負載電阻分別形成高通濾波器。要經過計算中心頻率勁兒得到C1和C2的值。
C1,C2為耦合電容,耦合就是起信號的傳遞作用,電容器能將信號信號從前級耦合到后級,是因為電容兩端的電壓不能突變,在輸入端輸入交流信號后,因兩端的電壓不能突變因,輸出端的電壓會跟隨輸入端輸入的交流信號一起變化,從而將信號從輸入端耦合到輸出端。但有一點要說明的是,電容兩端的電壓不能突變,但不是不能變。
展開 USB接口電路設計常見問題
若是以圖 2疊層設計四層板，通常設計時差分線采用4.5mil的線寬及5.5mil的線間距既可以滿足差分阻抗90Ω。
然而4.5mil線寬及5.5mil線間距只是我們理論設計值，最終電路板廠依據要求的阻抗值并結合生產的實際情況和板材會對線寬線間距及到參考層的距離做適當的調整。
以上所描述的布線規則是基于USB2.0設備，在USB布線過程中把握差分線路最短、緊耦合、等長、阻抗一致且注意好USB電源線的載流能力，掌握好以上原則USB設備運行基本沒問題。
