2026-08-13
硬件-PCB设计
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一、电源层、地层、信号层的相对位置

1、Vcc、 GND 平面的阻抗以及电源、地之间的EMC环境问题

(此问题有待深入研究、以下列出现有部分观点,仅供参考)

  • 电源、地平面存在自身的特性阻抗,电源平面的阻抗比地平面阻抗高;
  • 为降低电源平面的阻抗,尽量将PCB的主电源平面与其对应的地平面相邻排布并且尽量靠近,利用两者的耦合电容,降低电源平面的阻抗;
  • 电源地平面构成的平面电容与PCB上的退耦电容一起构成频响曲线比较复杂的电源地电
    容,它的有效退耦频带比较宽,(但存在谐振问题)。

2、Vcc、 GND 作为参考平面,两者的作用与区别

  电源、地平面均能用作参考平面,且有一定的屏蔽作用;但相对而言,电源平面具有较高的特性阻抗,与参考电平存在较大的电位势差;从屏蔽的角度,地平面一般均作了接地处理,并作为基准电平参考点,其屏蔽效果远远优于电源平面; 在选择参考平面时,应优选地平面。

3、电源层、地层、信号层的相对位置

  对于电源、地的层数以及信号层数确定后,它们之间的相对排布位置是每一个EMC工程师都不能回避的话题;
单板 层的排布一般原则:

  • a. 元件面下面(第二层)为地平面,提供器件屏蔽层以及为顶层布线提供参考平面;
  • b. 所有信号层尽可能与地平面相邻;
  • c. 尽量避免两信号层直接相邻;
  • d. 主电源尽可能与其对应地相邻;
  • e. 兼顾层压结构对称。

二、叠层方案

1、四层板叠层方案

大部分场景:优选方案1,可用方案3。

方案一:

方案电源层数地层数信号层数L1L2L3L4
1112SGPS
2112GSSP
3112SPGS
2026-08-12
硬件-模拟电路
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  仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益单元。大多数情况下,仪表放大器的两个输入端阻抗平衡并且阻值很高,典型值≥10^9Ω。其输入偏置电流也应很低,典型值为 1 nA至 50 nA。与运算放大器一样,其输出阻抗很低,在低频段通常仅有几毫欧(mΩ)。运算放大器的闭环增益是由其反向输入端和输出端之间连接的外部电阻决定。与放大器不同的是,仪表放大器使用一个内部反馈电阻网络,它与其信号输入端隔离 。对仪表放大器的两个差分输入端施加输入信号,其增益既可由内部预置,也可由用户通过引脚连接一个内部或者外部增益电阻器设置,该增益电阻器也与信号输入端隔离。

专用的仪表放大器价格通常比较贵,于是我们就想能否用普通的运放组成仪表放大器?答案是肯定的。使用三个普通运放就可以组成一个仪用放大器。电路如下图所示:

输出电压表达式如图中所示。看到这里大家可能会问上述表达式是如何导出的? 为何上述电路可以实现仪表放大器?下面我们就将探讨这些问题。在此之前,我们先来看如下我们很熟悉的差分电路:

如果R1 = R3,R2 = R4,则VOUT = (VIN2 - VIN1)*(R2 / R1)   这一电路提供了仪表放大器功能,即放大差分信号的同时抑制共模信号,但它也有些缺陷。首先,同相输入端和反相输入端阻抗相当低而且不相等。在这一例子中VIN1反相输入阻抗等于 100 kΩ,而VIN2同相输入阻抗等于反相输入阻抗的两倍,即200 kΩ。因此,当电压施加到一个输入端而另一端接地时,差分电流将会根据输入端接收的施加电压而流入。(这种源阻抗的不平衡会降低电路的CMRR。)

另外,这一电路要求电阻对R1 /R2和R3 /R4的比值匹配得非常精密,否则,每个输入端的增益会有差异,直接影响共模抑制。例如,当增益等于 1 时,所有电阻值必须相等,在这些电阻器中只要有一只电阻值有0.1%失 配 ,其CMR便下降到66 dB(2000:1)。同样,如果源阻抗有100Ω的不平衡将使CMR下降6dB。

为解决上述问题,我们在运放的正负输入端都加上电压跟随器以提高输入阻抗。如下图所示:

2026-08-12
硬件-仪器设备
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一、触发

1、触发方式

触发方式有“自动”、“普通” 。

触发方式功能特点适用范围
普通
(Normal)
在满足触发条件时显示波形,不满足触发条件时保持原有波形显示,并等待下一次触发该触发方式适用于低重复率信号和不要求自动触发的信号
自动
(Auto)
不论是否满足触发条件都有波形显示, 无信号输入时显示一条水平线该触发方式适用于低重复率和未知信号电平, 要显示直流信号,必须使用该触发方式

2、触发类型

示波器的触发类型有边沿、脉宽、 斜率、视频、 欠幅、 超幅、码型、第 N 边沿、延迟、超时、 建立保持、 UART、 SPI、 I2C、 USB、 PS/2、 DALI、 Wiegand、 1-Wire、 DS18B20、 HDQ、 SD_SPI、 SD_SD、 Manchester、 Diff-Manche、 Miller、DHT11、 SHT11。

2.1 斜率触发(Slope Trigger)

捕捉场景:特定方向、特定斜率的边沿

普通边沿触发只认“上升沿”或“下降沿”,但斜率触发进一步限定:

  • 上升还是下降
  • 斜率够不够陡(时间窗口内电压变化量)

典型用途

  • 捕捉慢边沿信号(比如比较器输出摆率受限、RC充放电波形),普通边沿可能误触或在中间乱触
  • 区分快信号和回沟:真实有效边沿斜率大,振铃/回弹斜率小
  • 数字信号眼图调试里,锁定建立/保持时间边界附近的跳变
  • 电机驱动、模拟控制环路里捕捉斜坡电压过某区间的时刻

简单说:不仅要沿,还要沿“长得像真的”。

2.2 欠幅触发(Runt Trigger / 矮脉冲触发)

捕捉场景:幅度不够完整的脉冲(矮脉冲 / 半高脉冲)

条件是:

  • 有跳变
  • 但高电平没超过高阈值,或低电平没低于低阈值
  • 也就是“想翻过去却没翻过去”

典型用途

  • 总线竞争:I2C/SPI 上两个驱动互相拉扯,出现中途折返的矮脉冲
  • 电平标准不匹配:3.3V 器件驱动 5V 逻辑,高电平卡在中间
  • 电源跌落导致逻辑“半开关”
  • 高速信号眼图闭合,偶尔出现不达标脉冲
  • 触发毛刺:噪声把信号拱起来一点又掉回去

价值:正常通信不会出矮脉冲,一旦出现就是硬件/时序故障的直接证据。

2026-08-11
硬件-仪器设备
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六、电池放电测试功能

  电子负载的电池放电测试(Battery Discharge Test)功能,就是拿电子负载当"可控吸能负载"把电池电量放出来,同时自动累计已放容量(Ah/Wh)、计时、采电压,并在达到任一终止条件时自动卸荷(Input OFF),避免电池过放损坏。它比单纯开 CC 模式手动盯表强在:无人值守、容量自动积分、截止自动停机、部分机型还能存放电曲线。

不同机型的实现机制有所不同

  • IT8800 / IT8511A+ 等:电池测试底层强制走 CC(恒流),设好电流即可,容量由 I×t 积分。

  • IT8500+ / UTL8500 / TR9600 / DCL9000 等:允许选 CC / CR / CP,部分还支持 CC+CR 两段放电、CC+CV(到截止电压切 CV 维持不继续拉)、CC+UVP(到欠压点直接 OFF)。

  • 选 CC 最常用(测容量标准条件 0.2C/1C),CP 模拟整车定功率拉载,CR 模拟近似内阻负载,CC+CV 防过放最安全。

三个核心终止条件(OR 关系,任一命中即停)

条件面板名说明不用时填法
关断电压Stop Volt / Cutoff V电池端电压跌到这以下就停设为 0 V
关断容量Stop Cap / Ah累计放电达这值就停设 999.999 Ah
关断时间Stop Timer / T放电时长到就停设 99999 s

例:测 12 V 铅酸容量,一般只关心电压截止 → Stop Volt=10.5 V,Cap=999.999 Ah,Timer=99999 s;三者同屏显示实时 V / I / Time / Ah。

典型场景

  • 18650 锂电 3.7 V 2000 mAh:CC=0.4 A(0.2C),Stop Volt=2.75 V(或 2.5 V 看规格),Cap=9.999 Ah,Timer=99999 s → 放完看 Ah 即实际容量

  • 12 V 20 Ah 铅酸:CC=4 A(0.2C),Stop Volt=10.5 V,防硫化别放到 9 V 以下

  • 动力电池包定功率:CP=100 W,Stop Volt=电池最低允许总压,顺带看 Wh 数(部分机显示 Wh,老机只显 Ah 需自己乘平均压)

  • 最大化抠容量:CC 放到 3.0 V → 停一段 → 切 CR 继续放到 2.5 V(DCL9000 的 CC+CR 两段法)。

2026-08-11
硬件-仪器设备
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  电子负载在硬件测试中是使用频率比较高的设备之一,是一种从电源吸收电流并消耗功率的测试仪器。

一、触发功能

  电子负载的"触发(Trigger)"本质上是一个动作启动开关:收到触发信号后,负载才执行某个已编好的动作——比如切到动态阶跃、跑 LIST 序列、启动自动测试等。它本身不改变设定值,只是"扣扳机"。

不同品牌命名略有差异,但核心就这 5 类:

  • 手动/面板触发(MANUAL):面板上按 Shift + Trigger 或单独 TRIG 键,一次按键 = 一次触发。调试时用得最多。

  • 外部触发(EXT / External):后面板 TRIG IN 端子收 TTL 脉冲(多数机型低电平脉冲有效,脉宽一般 ≥5 ms 或 ≥10 μs,看‌《手册》)。用于和电源、示波器、PLC 硬同步。

  • 总线触发(BUS):通过 GPIB / USB / LAN 发 SCPI 指令触发,典型命令 *TRG、TRIG:IMM、INIT:TRAN 等。自动化产线常用。

  • 定时触发(TIMER):内部定时器按设定周期自动触发,适合循环老化、重复动态测试。

  • 保持触发(HOLD):除 TRIG:IMM 这类专用指令外,其他触发源全部忽略,必须上位机明确发令才动。用于防止误触发。

部分机型还多出两种:

  • LINE 触发:与交流市电过零/频率同步,做工频相关测试。
  • TRIG OUT:触发发生时从后面板/BNC 输出一个同步脉冲(如 4.5 V/2 μs),用来去触发示波器或电源,实现多机对齐。

典型应用场景

触发不是独立功能,它"绑"在以下几种动作上才有意义:

  • 动态/瞬态模式(Transient)

    • Pulse 模式:触发一次 → 从 A 电平跳到 B 电平并保持设定脉宽,再回 A
    • Toggle 模式:每次触发 → A/B 互换一次,靠外部脉冲节奏控长短(可突破内部 6 s 限制)
  • LIST / 序列模式:触发一次 → 从第一步跑完整个序列;再触发一次 → 停在当前步或停止(视机型);常用于多工位电流曲线复现

  • 自动测试(Auto Test):触发 → 跑预存测试文件(如充放电曲线、QC/PD 协议模拟)

  • 同步测试:电源 Trigger Out → 负载 TRIG IN,电源电压跳变边沿同时让负载切电流,示波器挂 TRIG OUT 抓波形,三者时间对齐到微秒级