10年老工程師，也有畫不好的板，你中招了沒？

我們社區(qū)的很多電機控制方案，
也包括那些產(chǎn)品方案在內(nèi)，
基本上硬件都是開源的。
但我們從來不會因此而擔心：
是否給競爭對手或者其他人做了“嫁衣”？

對于很多非射頻之類的硬件，幾乎是沒有什么秘密的，即便不開源，如果要抄襲，總歸是有很多辦法的。

說回電機驅(qū)動，這類產(chǎn)品因其設計特性，我們往往不擔心抄襲。
因為電機驅(qū)動的PCB設計，往往有很多考量在內(nèi)，如果不是照搬的copy，那么，很大概率這種抄襲是達不到產(chǎn)品要求的。而那些真正的電機驅(qū)動老手，往往不屑于copy別人的設計，那太沒必要了，對于自己的產(chǎn)品，由于結構及功能參數(shù)的要求可能不同，自己重新設計的產(chǎn)品往往更為可靠。
簡言之，新手抄也抄不明白，老手沒必要抄。

電機控制驅(qū)動的設計，往往需要通過多重特殊考量并采用一些特殊的技術才能實現(xiàn)出色性能。比如，電源效率、高速開關、頻率、低噪聲抖動和緊湊的電路板設計。

說起來簡單，
但可能很多沒接觸過電機驅(qū)動設計的
老工程師，
往往也會翻車。

給大家分享一個真實的案例，
順便指出電機驅(qū)動最最最重要的設計細節(jié)：

大概是很多年前，朋友公司需要開發(fā)一個產(chǎn)品，里面涉及了低壓的無刷電機驅(qū)動，功率在100W~300W，硬件是一位做了10多年電路設計的老工程師，基本功十分扎實。
但是，新做出來的板子，在調(diào)試的時候，電機一運行，程序就跑飛，甚至都沒有給電機加載（負載），運行功率很低。
排查接線、原理圖、程序代碼，都沒有問題。
朋友公司也是第一次做涉及無刷電機驅(qū)動的產(chǎn)品，有些束手無策，就找到了我們，幫忙看下問題。
經(jīng)過我們現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)程序代碼很規(guī)范、也沒有錯誤，原理圖也很規(guī)范漂亮，也沒有原理上的錯誤。
檢查到PCB設計上時，發(fā)現(xiàn)了我們遇到過的最多的問題：
PCB的地線設計有很大問題！?。?br />
而我們僅僅是指導朋友的工程師解決地線設計問題，就解決了這款產(chǎn)品開發(fā)中遇到的的90%以上的問題。
我們甚至都沒有去上示波器去看，
僅僅優(yōu)化了地線設計，代碼就再無跑飛現(xiàn)象。

良好接地（地線）設計
是電機驅(qū)動控制的重中之重?。?！
良好的接地平面可以為 IC 及其周圍電路提供穩(wěn)定的基準，避免噪聲和其他振蕩干擾整個電路系統(tǒng)。
如果接地設計不好，
就像是槍的準星歪了，
是沒有辦法準確擊中目標的。
（何晨光除外，笑）

電機驅(qū)動的接地優(yōu)化，
可以先從單點接地開始，
這是接地優(yōu)化里面的重中之重?。?！
電機驅(qū)動的PCB設計，往往包含了，功率走線、模擬信號、數(shù)字信號的走線，所以我們往往使用單點接地，使得每個電路系統(tǒng)中只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上，將這幾個信號走線的GND加以隔離區(qū)分。
這個物理點，一般是每個電路系統(tǒng)（功率部分、模擬信號、數(shù)字信號等）的公共點的連接，這個公共點的電氣網(wǎng)絡往往是各種GND（PGNDAGNDGND），而具體的物理點是每一個電路系統(tǒng)的主電容的GND，主電容往往是該電路系統(tǒng)中容值最大的電容，多是電解電容，而在一些緊湊型PCB設計中，因為幾乎不存在電解電容，可能是MLCC貼片陶瓷電容等，但依然是最大容值的那個。這個最大容值的電容，也是當前電氣系統(tǒng)（電源回路）的輸入電源的主要濾波電容。
每一個公共點，最后一級一級遞增或遞減或并聯(lián)的直接連接在最終的物理點，這個物理點一般是整個PCB的電源輸入處的電容的GND。
換言之，在電機驅(qū)動設計中，為整個PCB供電的高壓電源輸入，經(jīng)過大電容濾波，一部分電給了功率消耗，如MOS三相橋驅(qū)動無刷電機，這個大電容的GND為整個系統(tǒng)的接地參考，之后，電流同時流向BUCK電路，為預驅(qū)動部分提供10~15V左右的電平，預驅(qū)動輸入電源主回路的GND，接在預驅(qū)動輸入電源電容處的GND,再由這一點連接到前面主電源輸入濾波電容的GND上。10~15V的電壓，還會再流入一級BUCK或其他降壓電路。轉(zhuǎn)換成5V或3.3V給MCU或包括霍爾信號在內(nèi)使用，一般5V居多，如果MCU是3.3V供電（如STM32），還要再從5V降壓一級到3.3V。
為了便于理解等，我們以支持寬電壓輸入（1.65V~5.5V）的CW32為例，以最低電源電平5V為例。
每一級降壓電路的GND回路，應接在該級輸入或輸出的主電容的GND上，每個主電容的GND再連接至上一級電源的主電容的GND上。
而MCU側(cè)，因為需要控制整個系統(tǒng)的所有信號，所以MCU側(cè)往往包含了數(shù)字信號和模擬信號，所以，在高可靠要求下，數(shù)字地/信號和模擬地/信號也要區(qū)分。
經(jīng)由降壓電路輸出的5V電源，除給MCU供電外，往往還要給其他IC如運放、霍爾等供電，所以每個小系統(tǒng)的主電容的GND最終接回降壓電路輸出的5V主濾波電容處。
在一些復雜電磁環(huán)境中，模擬地和數(shù)字地有時并非是將各自主電容上的GND直接進行電氣連接，而是會通過串聯(lián)磁珠，消除各信號部分間在GND回路上產(chǎn)生的干擾。原理在此不做贅述。
整個單點接地，既包括了串聯(lián)單點接地和并聯(lián)單點接地，我們往往也管著這種單點接地方式叫做混合單點接地。
厘清電源和地的回流路徑，才能更好的對單點接地加以理解。由于篇幅有限，干擾源的問題在此不做贅述。
對于單點接地，我也做了一個簡單的示意圖便于大家理解:

寫在最后：
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審核編輯 黃宇