ZLG嵌入式笔记(连载08) | 那些不能随便添加的元器件

导读

在电路设计中，为了降低成本而忽视ESD防护和隔离设计可能导致严重后果。本文将探讨因不当添加元件而引发的电路问题，并逐一解析这些问题，提供实用的解决方案，以确保电路设计的可靠性和稳定性。

 

电路设计中，有的为了降低成本，没有进行任何ESD防护和隔离设计，这是不行的，为了提高可靠性和稳定性，增加保护器件，或者增强驱动能力是常用方法。但稍有不慎，就有可能适得其反，在一些关键电路上，增加一些元件后，会带来很大的负面影响：

1. 如果添加的元件对电路时序产生了影响，这样的器件最好不要加。
2. 在总线时钟信号线上增加了ESD保护器件，但器件选型没做好容性控制，这样会引起时钟信号波形畸变，影响正常通信；
3. 在总线源端加22Ω电阻也是常用设计手段，但这一定要考虑总线整体电路。如果核心板上已经放置了22Ω的电阻，则在底板上则不需要再串联电阻，否则也会引起工作异常。

 开机阶段闪屏

1. 现象描述

仪器设备在上电后在BootLoader和内核两个阶段出现闪屏现象。

先从软件方面着手，通过延迟打开背光，但并未完全解决，通过示波器观察，背光控制部分有明显延迟。

再从硬件着手分析，拿到的设备背光控制电路如图1所示，通过示波器观察，在设备上电时LCD_BK引脚会有一个高电平脉冲，之后维持低电平，最后阶段为20KHz的PWM波。

图1 客户的LCD背光控制电路

2. 分析过程

根据以上现象基本可以判断为上电时序问题，通过测量也可以发现VDD_5V早于VDD_3V3上电。当VDD_5V上电时，VDD_3V3未上电，系统没有启动，GPIO处于高组态，因此Q1的1、2引脚电平相同，Q1处于关断状态，LCD_BK信号会被R3拉高，导致背光被点亮，而当系统启动后，GPIO会输出低电平，控制背光关闭，由此出现屏闪现象。

查看背光驱动芯片手册，使能引脚高电平阈值为1.5V，如图2所示，无需进行电平转换，元件Q1是多余的，直接使用3.3V GPIO既可驱动。

图2 使能引脚高电平阈值

3. 解决措施

去掉R1、R2、R3和Q1，并且把Q1的2、3引脚短接，设备上电启动时不会再出现闪屏现象。

 

 TF卡无法识别

1. 现象描述

这现象比较常见于TF卡所有信号线都加上了ESD保护器件的情形，常见问题为ESD器件选型不正确。

2. 分析过程
 

以图3所示的原理图为例进行分析。

图3 TF卡一般电路图

SD2.0对ESD器件寄生电容的要求为小于9pF，首先查看该ESD器件（PESD3V3L4UG）数据手册，发现该ESD器件寄生电容最高可到28pF（参见图 4），超过了SD2.0对寄生电容的要求。

图4 PESD3V3L4UG的寄生电容3. 解决措施断开CLK线上的ESD器件，或者换用小寄生电容的DT1446-04S-7，该器件寄生电容仅为0.65pF（参见图5），替换上去后TF卡正常识别。

图5 DT1446-04S-7的寄生电容

 

 以太网匹配电阻

1. 现象描述

核心板上以太网TX_CLK信号线已有22Ω的源端电阻，客户在底板也加了22Ω的匹配电阻，引起以太网通信不稳定。

2. 分析过程

将同一块核心板插到评估板上，以太网通信正常，基本定位是底板原因。而后检查底板以太网电路原理图，发现TX_CLK引脚串接了22Ω匹配电阻。而致远电子官网给出的以太网参考电路里没有加匹配电阻，显然用户没有按照参考电路来设计。

图6 新能源

3. 解决措施

将底板的22Ω电阻换为0Ω，以太网即可正常通信。

4. 总结

以太网PHY和处理器端的数据线和控制信号要注意阻抗匹配，避免信号反射。在设计原理图时，一般建议源端串联22~33Ω电阻。但是，部分核心板已经在源端串接匹配电阻，设计底板时就不需要串接匹配电阻。使用核心板开发新产品时，建议参考致远电子官方硬件设计参考电路。