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LED

  LED 在电路上是必须加限流电阻的。因为电源常见电压有 5V、3.3V。除了不同型号的 LED,不同颜色的 LED 的电压也存在差别,这要特别注意。

  LED 就是发光二极管,在电气特性和普通的二极管相同,即伏安特性是曲线不是线性的。计算限流电阻很简单,考虑 LED 的典型电流和电压,计算限流电阻的大小,然后选择一个相近的标称电阻即可。即使计算电阻为 0,也不能省略限流电阻焊盘,因为实际电路板可能会与理论不同,或者更换 LED 的颜色。

  所以手册上最重要的是看光电参数,在额定电流测试下的典型电压。

  如果是用芯片引脚控制LED灯,由于芯片引脚驱动能力弱,采用芯片端拉低通电,拉高断电,即 LED 接 电源正极而不是地。

  电源电压不能无限升高,一般就到 5V了。电压越高,限流电阻的功率越大,发热越大。

  限流电阻还需要考虑芯片引脚的电流承受能力。

  LED 额定最大电流一般为 20mA,但是一般不用这个电流,其中有个原因是,额定电流的亮度很高,指示灯的时候,亮度可以低一点,而带产品壳子,灯罩以后,亮度会降低,又需要拔高亮度减小电阻大小。而裸机一般考虑电阻图方便选在 1kΩ,因为经过计算一般在 100Ω以上。

  LED 非常容易虚焊,导致接触不良,不够亮。表面材质容易机械损坏,不耐高温,要注意!

LED 用一个就好了,接通电源指示灯用。

晶振

  总是要区分有源晶振和无源晶振,而事实上,目前为止,我还没有使用过有源晶振。不讲的话容易弄混,其实很简单。

无源晶振

  无源晶振有两个引脚,不分正负极,内部就石英晶体,用来起振,起振电路来自芯片内部,都要配合两个合适的电容,以及中间的磁珠或者电感。而另外一种有四个引脚,这种并是把外围所需要的电阻电容放进去了,还是无源的,其中两个引脚起固定作用,内部没有任何连接;这种晶振和一些有源晶振的封装有点像,购买时看仔细。

  要根据数据手册,判断多的两个引脚是悬空还是接地,一般是接地,抗干扰。还要注意四个引脚的晶振的引脚顺序,到底哪两个引脚是晶振脚,不同的晶振可能是不同的。

有源晶振

  有源晶振就更好理解了,只用和控制器的晶振输入引脚,这一个引脚连接。它就是里面再集成了起振电路,需要单独供电,所以叫有源晶振,内部剖开就像集成电路一样。

有源晶振的设计不同,它的频率稳定性就不同,往往好于无源晶振,成本高适合高精度时钟要求。而消费级的,无源晶振够用了。

无源晶振详解

基本参数

本文参考:关于不需要匹配外接电容的无源晶振电路说明

  1. 负载电容 CL(Load Capacitance):准确地来说是期望负载电容,当实际负载电容越靠近负载电容,频率越接近标称频率,频偏越小。参看:【晶振的负载电容到底怎么选择?】
  2. 静态电容 \(C_0\)(Shunt Capacitance):归为杂散电容,不可忽略,一般有不到1pF大小。
  3. 动态电容 \(C_1\)(Motional Capacitance):很小,可以忽略,一般是 fF 级别。1 fF = 10e-3 pF。

一般会在晶振的两个引脚上加入电容:

  1. CG是无源晶振振荡电路输入管脚到GND的总电容(包括外置的CG电容、微乎其微的晶振引脚两部分);
  2. CD是晶体振荡电路输出管脚到GND的总电容(包括外置的CD电容、微乎其微的晶振引脚两部分);
  3. CS是杂散电容,包括:无源晶振两个管脚之间的静态电容静态电容 \(C_0\),IC芯片两个引脚的寄生电容,以及来自PCB的杂散电容。是其他电容的总和。

为了让频偏很小,总电容要求如下:

\[ CL = \frac{CG \cdot CD}{CG + CD} + CS \]

一般的,我们取 CG 和 CD 为两个想等的电容,所以上式化为:

\[ CL = \frac{C_{L0}}{2} + CS \]

  一般微控制器的手册有相应要求,按照手册实行即可。但是因为寄生电路的不确定性,在PCB实际设计中最好还是为CG/CD预留位置。例如 STM32F103x 的电路设计:数据手册第53-56页、电路设计参考。具体的设计过程可以查看我的博客STM32最小系统设计

  PCB走线、布局等的杂散电容,以及温漂等因素,导致了频偏,所以长时间 RTC 实时时钟会偏差。芯片的时钟基准就来自晶振。分频或者倍频后按照频率基准运算干活。

LDO

  线性稳压。原理:输出反馈电路给放大器,调节 PMOS 从而稳定电压。等效于滑动变阻器,压降产生的功率全部转化为热量。由于压差较小,功率较低,纹波较小,非常适合给功耗不高的芯片供电。

基础参数

  1. 输入电压范围
  2. 输出电压
  3. 工作电流
  4. 纹波:电源的稳定性

重要参数:

  1. 结温,最大耐受温度一般为 125℃。质量差的只有85 ℃。
  2. Junction-to-ambient thermal resistance 热阻参数,单位为 ℃/W。表示损耗功率转化为温升的系数。热阻参数与封装类型有极大关系,以及PCB布局有关,由手册给出的计算即可。若手册中无此参数,建议选择其他品牌和型号的 LDO。比如室温 25℃,输入电压5V,输出电压3.3V,电流为500mA,热阻为 90℃/W,则芯片温度将达到:25+90((5-3.3)0.5)=101.5℃,显然,即使没有超过额定电压和电流,温度可能会超过结温,损坏 LDO。
  3. Dropout Voltage 压降。输入和输出的最小电压差,若想稳定输出电压值不变,输入电压必须大于 输出电压+压差。当输入电压小于这个值时,输出电压会随着输入电压的降低而降低。手册不会给所有的电流下的压降,一般的,电流越大,压差就越高;所以在实际比手册电流低的情况下,保证压差满足即可。
    1. 值得注意的是,芯片的额定电压为 3.3V,但是其工作电压是相对宽泛的,如 2.4V到3.6V。此时就可以利用LDO特性,接一个3.3V或者5V的电源都能正常工作。这也是使用LDO 的一个重要目的之一。

焊接注意:

  1. 远离其他热源。

SOT-23-5封装

  这种封装一般是低压差,小电流的时候,要不然散热根本跟不上,想都不用想,只能是低压差小电流。比如说 1S 锂电,电压为 3.7V,稳压到 3.3V。温升计算大约公式为:\(0.5 \cdot I \cdot 温升系数\)。这种封装温升系数在 200 出头,最多 300 ℃/W。按照 升温50摄氏度。50÷300÷0.5=0.33A,大概300多mA的电流也能承受。此时即使没有温升系数也可选购。

德州仪器

型号 最大电流 压降 温升系数℃/W 价格 购买链接
TPS70933DBVR 150mA 1.4 V 212.1 5+:1.5 50+:1.18 链接
TLV75533PDBVR 0.5A 238-325 mV 231.1 5+:1.5 50+:1.2 链接
TLV75733PDBVR 1A 475-650 mV 231.1 5+:1.42 50+:1.16 链接

压降考虑的是输入电压在 2.5V 到额定最大电压之间,电流为最大额定电流。注意:输入电压越小,压降越大、输出电流越大,压降越大。价格2024年4月24日。

MICRONE(南京微盟)

型号 最大电流 压降 温升系数℃/W 价格
ME6211C33M5G-N 500mA 260 mV 没给 10+:0.3 100+:0.25

压降为电流是200 mA。价格2024年4月24日。

RICHTEK(立锜)

型号 最大电流 压降 温升系数℃/W 价格
RT9193-33GB 300mA 300 mV 250 5+:0.71 50+:0.59
RT9013-33GB 500mA 400 mV 250 5+:1.05 50+:0.85

压降为电流是额定值。价格2024年4月24日。

板对板连接器

  1. HRS广濑连接器 https://www.hirose.com/zh/product/series?category=Board-to-Board-Board-to-FPC_Mezzanine-Connection
  2. TXGA连接器 https://www.txga.com/m18series/FBB04009-M.html
  3. 得捷电子 JST 连接器,没卖的?https://www.jst-mfg.com/
  4. 松下连接器 https://device.panasonic.cn/ac/c/dl/cad/index.jsp?series_cd=1293
    1. 买过 AXK5F80547YG
  5. 中国星坤 https://www.helloxkb.com/Home/Goods/goodsList/id/21.html
    1. 这家店和国外的店,如松下,广濑价格没有优势
    2. 2024年4月20日官网很多器件手册和资料、图片都空的
  6. Molex莫仕 https://www.molex.com/zh-cn/products/connectors/board-to-board-connectors
  7. YXT(益鑫通) http://www.yxt-pretech.com/官网上不给图纸,不予考虑。
  8. 其他
    1. https://www.digikey.cn/
  9. 淘宝这家,官网垃圾,但是客服给力啊,资料都给、价格便宜:深圳山谷道连接器。

连接器很难具有完全替代性。因为引脚一样,但是固定孔可能不同。配对口可能不同。

常见类型

最少10pin(2x5)(没卖的)。0.8mm * 5mm(引脚*组装高度)

0.5mm* 2、0.5mm*3mm,QFP 封装芯片引脚的间距就是 0.5mm。

根据计算,这个单片机 48 个引脚,去除电源总计9个,和4个晶振引脚,总计35个,再额外加至少一对电源,所以 用 20 pin 用两个够用。

20pin 0.5mm

  1. 深圳山谷道连接器
    1. 定位孔 2 个
    2. 安装有方向
    3. 5.2 1.6 2 4.6 3.6
  2. 松下
    1. 安装有方向
    2. 公母推荐焊盘不同

本来还想兼容多种座子的,确实有工作量,且宽度有不同,工作量大,没必要。这次就用 山谷道。

连接器有个很容易出错的问题,就是镜像问题。一旦搞错,会出现板子的方向问题出错、线序出错等严重低级错误。特别是是否对称。设计准则是:

  1. 原理图上公母引脚1to1,2to2···
  2. 这个好像是对称的,即旋转180°仍然能放进去,尊崇手册里的方向,即装配好是固定点重合
  3. PCB板画好箭头方向,重合即可。
  4. 母座为顺序,改公座的封装引脚顺序。

连接器接线准则:

  1. 芯片引脚复用,即除了基本普通的IO口,还复用其他值,经常存在几个引脚成对复用。
    1. 相邻的同符号脚可能存在同功能组(如 IIC),相邻边中间隔了电源也算相邻。如 PA3、PA4。
    2. 相邻的不同符号脚不存在同功能组,如PA8、PB0。
    3. 成对复用应优先保证等长。
  2. 观察发现,芯片不用旋转45°,而是横竖中间拆分比较合适,而上下结构连接器,正好覆盖两个角,像个宝盖头一样。

电源连接器

微型连接器。

  1. 广濑有一款小电流的板对板连接器:BM29,合适但是太逆天,超级小,无法手动焊接。