在混合電壓PCB設(shè)計(jì)中尋找廚師之聲

前幾天我正在電視上觀看烹飪節(jié)目，當(dāng)時(shí)我注意到廚師們?cè)谛枰裁椿蛘咭罅硪粋€(gè)廚房工作人員的時(shí)候似乎總是大喊大叫做某事。我開(kāi)始意識(shí)到廚房必須有多少混合物：必須有各種各樣的人能夠保持安靜和傾聽(tīng)，并且在需要完成任務(wù)時(shí)大聲吩咐。當(dāng)你停下來(lái)考慮火焰上升的所有噪音，人們四處走動(dòng)，嘶嘶作響，這是一個(gè)奇跡，人們根本不知道。

我不是米其林的廚師，但我總是很感激良好的平衡行為。把一群看似不和諧的工作人員聚集在一起，讓他們一起工作，生產(chǎn)出令人難以置信的食物，這不是一項(xiàng)小任務(wù)。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，我在設(shè)計(jì)中集成了不同電壓等級(jí)的電子元件，這使得平滑集成更像是一門藝術(shù)，而不僅僅是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)?；旌想妷涸O(shè)計(jì)比簡(jiǎn)單地將元件連接在一起需要更多的考慮。

混合電壓PCB設(shè)計(jì)：低壓集成電路或電壓轉(zhuǎn)換器？

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步集成電路（IC）能夠在較低的電壓下工作。十年前，以3.3V工作的微控制器開(kāi)始取代那些以5V工作的微控制器。這意味著現(xiàn)在，邏輯和外圍IC也正在轉(zhuǎn)向更低的電壓，因?yàn)槲⒖刂破骺梢灾苯舆B接到工作在相同電壓電平的IC。

很自然地認(rèn)為設(shè)計(jì)中的最佳選擇是在整個(gè)設(shè)計(jì)中使用3.3V邏輯和外圍IC。然而，正如大多數(shù)PCB設(shè)計(jì)操作中的情況一樣，每塊電路板總是存在多個(gè)優(yōu)先級(jí)：成本，效率，耐用性和可制造性。低壓IC通常比傳統(tǒng)的高壓IC昂貴;如果設(shè)計(jì)涉及大量邏輯IC，那么選擇低壓邏輯IC可能在經(jīng)濟(jì)上不可行。

如果將每個(gè)PCB的成本保持在最低水平是一個(gè)問(wèn)題，那么電壓轉(zhuǎn)換器IC可用于將3.3V MCU連接到5V邏輯和外圍IC。當(dāng)然，這僅在3.3V IC的總成本高于電壓轉(zhuǎn)換器IC的成本時(shí)才可行。雖然我的許多更傾向于朋友的人都同意：你可以隨時(shí)獲得更多的鹽，這與IC的電壓情況相反。

沒(méi)有鍋中的手太多：降低信號(hào)噪音

我想廚房如果有麥克風(fēng)或隨時(shí)都有揚(yáng)聲器，廚房會(huì)更方便。至少，他們可以挽救他們的喉嚨不被大吼大叫，但也許有可能會(huì)激怒他們所有的員工。同樣的邏輯適用于電子產(chǎn)品：您可以聽(tīng)到的人越多，廚房運(yùn)行越順暢，或者在數(shù)字信號(hào)中，可接受的邏輯電壓的余量由電源電壓的百分比表示。例如，僅當(dāng)輸入電壓超過(guò)電源電壓的70％時(shí)才會(huì)驗(yàn)證高邏輯信號(hào)。對(duì)于有效的邏輯高電平，5V邏輯IC需要至少3.5V的輸入信號(hào)，而3.3V IC只需要2.31V或更高。

這意味著信噪比也越來(lái)越低具有較低電壓的邏輯IC。當(dāng)涉及模擬信號(hào)時(shí)，這個(gè)問(wèn)題更加突出。當(dāng)部署在電噪聲環(huán)境中時(shí)，信號(hào)很容易受到干擾和噪聲的影響。這有時(shí)會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)的錯(cuò)誤邏輯狀態(tài)。在使用較低電壓組件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，信號(hào)完整性是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，必須始終遵循最佳實(shí)踐。簡(jiǎn)單的技術(shù)，如保持正確的間隙和正確的地面布局，可能是有缺陷的產(chǎn)品和功能性產(chǎn)品之間的差異。

低電壓設(shè)計(jì)意味著更高的噪聲敏感度。

需要更多鹽：電源模塊設(shè)計(jì)

當(dāng)你是選擇低壓元件時(shí)，無(wú)論您采用混合電壓設(shè)計(jì)還是純低壓設(shè)計(jì)，都需要考慮其他因素。當(dāng)你有5V和3.3V元件時(shí)，你需要為兩個(gè)電壓電平分配穩(wěn)壓器。這意味著需要為兩個(gè)穩(wěn)壓器計(jì)算功率預(yù)算計(jì)算。

除此之外，您需要確定線性穩(wěn)壓器是否足夠或開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是否正確。這里做出的每一個(gè)小決定都可能影響設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和成品的總體成本。

此外，您應(yīng)該警惕從5V降至3.3V時(shí)額外散熱。雖然電壓降可能看起來(lái)很小，但吸收500mA的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致額外的0.85W功率損耗。根據(jù)所使用的調(diào)節(jié)器的類型，這可以轉(zhuǎn)化為大量的熱量。

電源模塊可能會(huì)變得更加復(fù)雜。