ZLG嵌入式筆記(連載08) | 那些不能隨便添加的元器件

導讀

在電路設計中，為了降低成本而忽視ESD防護和隔離設計可能導致嚴重后果。本文將探討因不當添加元件而引發(fā)的電路問題，并逐一解析這些問題，提供實用的解決方案，以確保電路設計的可靠性和穩(wěn)定性。

電路設計中，有的為了降低成本，沒有進行任何ESD防護和隔離設計，這是不行的，為了提高可靠性和穩(wěn)定性，增加保護器件，或者增強驅(qū)動能力是常用方法。但稍有不慎，就有可能適得其反，在一些關鍵電路上，增加一些元件后，會帶來很大的負面影響：

1. 如果添加的元件對電路時序產(chǎn)生了影響，這樣的器件最好不要加。
2. 在總線時鐘信號線上增加了ESD保護器件，但器件選型沒做好容性控制，這樣會引起時鐘信號波形畸變，影響正常通信；
3. 在總線源端加22Ω電阻也是常用設計手段，但這一定要考慮總線整體電路。如果核心板上已經(jīng)放置了22Ω的電阻，則在底板上則不需要再串聯(lián)電阻，否則也會引起工作異常。

?開機階段閃屏

1. 現(xiàn)象描述

儀器設備在上電后在BootLoader和內(nèi)核兩個階段出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象。

先從軟件方面著手，通過延遲打開背光，但并未完全解決，通過示波器觀察，背光控制部分有明顯延遲。

再從硬件著手分析，拿到的設備背光控制電路如圖1所示，通過示波器觀察，在設備上電時LCD_BK引腳會有一個高電平脈沖，之后維持低電平，最后階段為20KHz的PWM波。

圖1 客戶的LCD背光控制電路

2. 分析過程

根據(jù)以上現(xiàn)象基本可以判斷為上電時序問題，通過測量也可以發(fā)現(xiàn)VDD_5V早于VDD_3V3上電。當VDD_5V上電時，VDD_3V3未上電，系統(tǒng)沒有啟動，GPIO處于高組態(tài)，因此Q1的1、2引腳電平相同，Q1處于關斷狀態(tài)，LCD_BK信號會被R3拉高，導致背光被點亮，而當系統(tǒng)啟動后，GPIO會輸出低電平，控制背光關閉，由此出現(xiàn)屏閃現(xiàn)象。

查看背光驅(qū)動芯片手冊，使能引腳高電平閾值為1.5V，如圖2所示，無需進行電平轉換，元件Q1是多余的，直接使用3.3V GPIO既可驅(qū)動。

圖2 使能引腳高電平閾值

3. 解決措施

去掉R1、R2、R3和Q1，并且把Q1的2、3引腳短接，設備上電啟動時不會再出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象。

?TF卡無法識別

1. 現(xiàn)象描述

這現(xiàn)象比較常見于TF卡所有信號線都加上了ESD保護器件的情形，常見問題為ESD器件選型不正確。

2.分析過程

以圖3所示的原理圖為例進行分析。

圖3 TF卡一般電路圖

SD2.0對ESD器件寄生電容的要求為小于9pF，首先查看該ESD器件（PESD3V3L4UG）數(shù)據(jù)手冊，發(fā)現(xiàn)該ESD器件寄生電容最高可到28pF（參見圖 4），超過了SD2.0對寄生電容的要求。

圖4 PESD3V3L4UG的寄生電容3. 解決措施斷開CLK線上的ESD器件，或者換用小寄生電容的DT1446-04S-7，該器件寄生電容僅為0.65pF（參見圖5），替換上去后TF卡正常識別。

圖5 DT1446-04S-7的寄生電容

?以太網(wǎng)匹配電阻

1. 現(xiàn)象描述

核心板上以太網(wǎng)TX_CLK信號線已有22Ω的源端電阻，客戶在底板也加了22Ω的匹配電阻，引起以太網(wǎng)通信不穩(wěn)定。

2. 分析過程

將同一塊核心板插到評估板上，以太網(wǎng)通信正常，基本定位是底板原因。而后檢查底板以太網(wǎng)電路原理圖，發(fā)現(xiàn)TX_CLK引腳串接了22Ω匹配電阻。而致遠電子官網(wǎng)給出的以太網(wǎng)參考電路里沒有加匹配電阻，顯然用戶沒有按照參考電路來設計。

圖6 新能源

3. 解決措施

將底板的22Ω電阻換為0Ω，以太網(wǎng)即可正常通信。

4. 總結

以太網(wǎng)PHY和處理器端的數(shù)據(jù)線和控制信號要注意阻抗匹配，避免信號反射。在設計原理圖時，一般建議源端串聯(lián)22~33Ω電阻。但是，部分核心板已經(jīng)在源端串接匹配電阻，設計底板時就不需要串接匹配電阻。使用核心板開發(fā)新產(chǎn)品時，建議參考致遠電子官方硬件設計參考電路。