PWM微控制器:PCB布局提示和配置

关键的外卖

• 传统功率调制系统的问题。

• PWM如何更好地解决功率调制问题。

• PWM电路的布局提示。

为了给他们的飞行器提供动力，莱特兄弟需要一个更好的发动机，所以他们制造了它

为了实现第一次成功的动力飞行，莱特兄弟面临着许多必须解决的问题。其中最重要的是要找到一台至少能产生8马力、重量不超过200磅的发动机。由于汽车市场上没有任何符合这些规格的产品，他们决定自己发明和制造。结果是一个产生12马力，重180磅的发动机，这比他们最初的预期要好。就像他们说的，剩下的就是历史了。

“一定有更好的方法，”这句话是发明家赖以发展的;一个完美的例子是脉宽调制(PWM)这是用来产生可变电平的功率，与其他不太有效的调制方法相反。PWM的原理用于许多应用，如电信、音频效果和照明，以及在电子领域，PWM信号可以由微控制器产生。让我们来看看PWM的电子效果，以及如何最好地布局PWM微控制器的电路。

打开电源的问题

传统上，可变功率是通过连接到电机或任何正在操作的设备的变阻器来控制的。在电机的情况下，变阻器调整通过电机的电流量，以产生不同的速度。尽管这行之有效——就像带脚踏的缝纫机等老式电器一样——但效率也不高。变阻器将把被限制的电能转化为热量而浪费掉。

这种类型的控制是典型的模拟系统。例如,把线性电源，这可能会在操作过程中产生大量热量，因为被控制的电流量很大。由于需要操作数字系统，如小型风扇电机、灯和其他设备，就需要另一种更有效的调制功率的方法。答案是PWM，它已被证明是这些应用的一个极好的解决方案。

电源元件及其在电路板上的布线。

脉冲宽度调制如何成为更好的方法

脉宽调制是一种通过改变脉冲宽度而不是改变信号频率来调制功率的方法。这个生产可变电压用数字电路代替模拟电路。数字电路通常只产生两种电压:高电压和低电压，或开电压和关电压。为了从数字信号中产生PWM功率，信号被分解成ON和OFF两部分。脉冲周期的持续时间是恒定的，但是脉冲处于ON或OFF状态的时间是改变的。

脉冲的ON或高状态称为“占空比”，它对产生可变功率的方式很重要。例如，50%占空比意味着脉冲的一半处于高状态，而另一半处于低状态。如果信号的高状态是5伏，低状态是0伏，那么输出电压将在2.5伏。由于总脉冲时间是恒定的，25%占空比将导致四分之一的脉冲处于高状态，而四分之三的脉冲处于低状态。这将给你一个1.25伏的输出。通过改变占空比，可以改变电压输出。

PWM是一种非常有效的电力数字控制方法。虽然许多PWM电路是使用不同的计时芯片构建的，但在微处理器芯片中也有PWM输出。计算机cpu内的PWM功能在控制变速风扇电机或led时非常有用。以led为例，当电流施加到它们上时，它们是非线性的，不会在只有50%的电流下产生50%的光。这使得LED更难通过改变电流来控制，而使用PWM，相反，将给光的水平一个更线性的控制。接下来，我们将看看如何布置一个微控制器PWM电路的一些想法。

使用约束管理器来控制功率路由宽度是一个很大的帮助。

PWM微控制器布局注意事项

从微控制器中布置PWM电路与布置其他类型的电路类似印刷电路板上的电源电路；负载设备应该位于接近PWM输出，以减少阻抗。要充分利用冷却风扇，并确保较大的组件不会阻碍流向控制器或其他低轮廓组件的空气，提前规划布局非常重要。还要确保将PWM电路与其他敏感电路隔离开来，并尽可能避免在PWM电路下面布线其他电路。使用内部地面作为屏蔽其他信号层也是一个好主意。

也许最重要的是要确保你使用的是最先进的PCB设计系统可用于设计PWM或其他复杂的数字电源电路。OrCAD PCB设计者有原理图，布局和SPICE工具，你将需要在第一时间完成正确的工作。此外，有了OrCAD的约束管理系统，您将对PWM电路的电源网络的路由设计有更多的控制。

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