硬件电路设计资料分享-一套完整硬件电路设计方法步骤

什么是硬件电路设计

硬(ying)件电(dian)路是电(dian)路系(xi)统的(de)重要组成部分，硬(ying)件电(dian)路设(she)(she)(she)计(ji)(ji)是否合理(li)直接影响(xiang)电(dian)路系(xi)统的(de)性(xing)能(neng)。硬(ying)件电(dian)路设(she)(she)(she)计(ji)(ji)的(de)一般分为设(she)(she)(she)计(ji)(ji)需(xu)求分析、原理(li)图设(she)(she)(she)计(ji)(ji)、PCB设(she)(she)(she)计(ji)(ji)、工(gong)艺文(wen)件处理(li)等(deng)几个阶(jie)段，设(she)(she)(she)计(ji)(ji)过程中的(de)每一个细节都(dou)可(ke)能(neng)成为导致设(she)(she)(she)计(ji)(ji)成功与失败的(de)关键。

随着集成电(dian)路设(she)(she)计与制造技(ji)术的(de)不断发展，电(dian)路系(xi)统的(de)功能越(yue)(yue)来越(yue)(yue)强大，组成却越(yue)(yue)来越(yue)(yue)简单，软(ruan)件(jian)设(she)(she)计的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)逐(zhu)渐(jian)提高，但硬(ying)件(jian)电(dian)路设(she)(she)计的(de)重(zhong)要(yao)性(xing)不容忽视(shi)。软(ruan)件(jian)设(she)(she)计得再(zai)完美，若硬(ying)件(jian)电(dian)路设(she)(she)计不合理(li)，系(xi)统的(de)性(xing)能将大打折扣，严(yan)重(zhong)时(shi)甚(shen)至不能正常工作。硬(ying)件(jian)电(dian)路的(de)设(she)(she)计一(yi)般分(fen)(fen)为设(she)(she)计需求分(fen)(fen)析(xi)、原理(li)图设(she)(she)计、PCB设(she)(she)计、工艺文(wen)件(jian)处理(li)等几个阶段。

硬件电路设计需求分析

硬件(jian)(jian)电(dian)路(lu)的(de)(de)设计需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)是基于项目或控(kong)制平台的(de)(de)系(xi)统需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)，设计需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)合理(li)分析是选用(yong)电(dian)路(lu)核(he)心元器(qi)件(jian)(jian)及其(qi)典(dian)型电(dian)路(lu)的(de)(de)关键。硬件(jian)(jian)电(dian)路(lu)的(de)(de)通(tong)用(yong)设计需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)有(you)应(ying)用(yong)环(huan)境、面积/体积限制、电(dian)源(yuan)、功耗等(deng)，此外功能不同电(dian)路(lu)需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)也不同。以某控(kong)制平台典(dian)型电(dian)路(lu)为例，设计前必须关注的(de)(de)需(xu)(xu)(xu)(xu)求(qiu)(qiu)(qiu)(qiu)如表所(suo)示。

一套完整的硬件电路设计解析

先(xian)来了(le)解(jie)一下大体的思路：

1）总体(ti)思路

设计(ji)硬(ying)件电路(lu)，大的框架(jia)和架(jia)构要(yao)(yao)搞清楚，但要(yao)(yao)做到(dao)这一点还真不(bu)容易(yi)。有(you)些大框架(jia)也许自己的老(lao)板、老(lao)师(shi)已经(jing)想好，自己只是把思路(lu)具体实现；但也有(you)些要(yao)(yao)自己设计(ji)框架(jia)的，那就(jiu)要(yao)(yao)搞清楚要(yao)(yao)实现什么(me)功能，然后找找有(you)否(fou)能实现同样或相似功能的参考电路(lu)板。

2）理解(jie)电路

如果你(ni)(ni)找到(dao)了(le)的(de)参考设(she)计，那(nei)么恭喜你(ni)(ni)，你(ni)(ni)可(ke)以节约很多时间了(le)（包(bao)括(kuo)前期设(she)计和后期调试）。马上就copy？NO，还(hai)是先看懂理解了(le)再说，一方面能提高我们的(de)电路理解能力，而(er)且能避(bi)免设(she)计中的(de)错误。

3）找到参考设(she)计

在(zai)开始做硬件(jian)设计(ji)前，根据自己(ji)的(de)项目需(xu)求(qiu)，可以去(qu)找能(neng)够满(man)足硬件(jian)功(gong)能(neng)设计(ji)的(de)，有很多(duo)相关(guan)(guan)的(de)参(can)考设计(ji)。没有找到？也没关(guan)(guan)系(xi)，先确定大IC芯片，找datasheet，看其关(guan)(guan)键参(can)数是(shi)(shi)否(fou)符合自己(ji)的(de)要求(qiu)，哪些才是(shi)(shi)自己(ji)需(xu)要的(de)关(guan)(guan)键参(can)数，以及能(neng)否(fou)看懂这些关(guan)(guan)键参(can)数，都是(shi)(shi)硬件(jian)工程师的(de)能(neng)力的(de)体(ti)现，这也需(xu)要长期地(di)慢(man)慢(man)地(di)积累。

4）硬(ying)件电路(lu)设(she)计的三个(ge)部分：原理图、PCB和物(wu)料清单（BOM）表

原(yuan)理(li)图(tu)(tu)设计，其实就是(shi)将前面(mian)的(de)(de)思路转化为电(dian)(dian)路原(yuan)理(li)图(tu)(tu)，它(ta)很像我(wo)(wo)们教(jiao)科书上的(de)(de)电(dian)(dian)路图(tu)(tu)。pcb涉及到实际(ji)的(de)(de)电(dian)(dian)路板，它(ta)根据原(yuan)理(li)图(tu)(tu)转化而来的(de)(de)网表(biao)（网表(biao)是(shi)沟通(tong)原(yuan)理(li)图(tu)(tu)和pcb之间(jian)的(de)(de)桥梁），而将具体的(de)(de)元器件(jian)(jian)的(de)(de)封装放(fang)置(zhi)（布(bu)局）在电(dian)(dian)路板上，然后根据飞线(xian)（也叫预拉线(xian)）)连接其电(dian)(dian)信号（布(bu)线(xian)）。完成(cheng)了pcb布(bu)局布(bu)线(xian)后，要用到哪些元器件(jian)(jian)应该(gai)有所(suo)归纳，所(suo)以我(wo)(wo)们将用到BOM表(biao)。

5）选择PCB设计工具

Protel，也(ye)(ye)就是Altium（现(xian)在入门的(de)童鞋大多(duo)用(yong)AD）容易上手，网(wang)上的(de)学习(xi)教程资料也(ye)(ye)很全面，在国内也(ye)(ye)比(bi)较流行，应付一(yi)般的(de)工作已(yi)经足够，适合初入门的(de)设计者使用(yong)。

硬件电(dian)路设计(ji)的大(da)环节必不可少(shao)，主要都要经(jing)过以下这几(ji)个流(liu)程：

1）原理图(tu)设计

2）PCB设计

3）制作BOM表

硬件电路设计步骤
一、原理图建立+网表生成

1. 原(yuan)理图(tu)(tu)库建立(li)。要将一个新元(yuan)件摆(bai)放(fang)在原(yuan)理图(tu)(tu)上，我(wo)们必须得建立(li)改(gai)元(yuan)件的库。库中主要定义(yi)了该(gai)新元(yuan)件的管(guan)脚定义(yi)及其属性(xing)，并且(qie)以具体的图(tu)(tu)形(xing)(xing)形(xing)(xing)式来代(dai)表(我(wo)们常常看到的是一个矩形(xing)(xing)（代(dai)表其IC BODY），周围许多短线（代(dai)表IC管(guan)脚）。

2. 有(you)了充足的库之后，就可以在原理(li)图(tu)上画图(tu)了，按(an)照(zhao)datasheet和(he)系统设计的要求，通过(guo)wire把相关(guan)元件(jian)连接起(qi)来。在相关(guan)的地方添加line和(he)text注释。wire和(he)line的区(qu)别在于，前者有(you)电气属性，后者没有(you)。wire适用于连接相同网络，line适用于注释图(tu)形。

3. 做完这一步，我(wo)们就(jiu)可以生(sheng)成netlist了，这个(ge)netlist是(shi)原(yuan)理图与pcb之(zhi)间的桥梁。原(yuan)理图是(shi)我(wo)们能认知的形式，电脑要将其转(zhuan)化为pcb，就(jiu)必须(xu)将原(yuan)理图转(zhuan)化它认识(shi)的形式netlist，然后再(zai)处(chu)理、转(zhuan)化为pcb。

4. 得到netlist，马上画pcb?别急，先做ERC先。ERC是电气(qi)规则(ze)检(jian)查(cha)(cha)的(de)缩(suo)写。它(ta)能对一些原理图基(ji)本的(de)设计错误进行排查(cha)(cha)，如多个output接在一起(qi)等问(wen)题。（但是一定要仔细检(jian)查(cha)(cha)自己的(de)原理图，不(bu)能过(guo)分依(yi)赖工具，毕竟工具并不(bu)能明白你的(de)系统，它(ta)只(zhi)是纯粹地根据(ju)一些基(ji)本规则(ze)排查(cha)(cha)。)

5. 从netlist得(de)到了(le)pcb，一(yi)堆密密麻麻的元件，和数(shu)不清的飞线是(shi)不是(shi)让你吓了(le)一(yi)跳(tiao)?呵(he)呵(he)，别(bie)急还得(de)慢慢来(lai)。

6. 确定板框(kuang)大小。在(zai)keepout区（或mechanic区）画个板框(kuang)，这将(jiang)限制了你布线的(de)(de)区域。需(xu)要根据需(xu)求好考虑(lv)板长，板宽(kuan)（有时，还得考虑(lv)板厚）。当然(ran)了，叠层(ceng)也(ye)得考虑(lv)好。（叠层(ceng)的(de)(de)意思就是，板层(ceng)有几层(ceng)，怎么(me)应用，比如(ru)板总共4层(ceng)，顶层(ceng)走(zou)信号，中间(jian)第(di)一层(ceng)铺电(dian)源，中间(jian)第(di)二层(ceng)铺地，底层(ceng)走(zou)信号）。

二、PCB布局布线

1. 确定完(wan)板(ban)框之后，就(jiu)该元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)布局（摆(bai)放(fang)(fang)）了(le)(le)，布局这步(bu)极为关(guan)键。它往(wang)往(wang)决定了(le)(le)后期布线的(de)难易。哪(na)些元(yuan)(yuan)器件(jian)(jian)(jian)(jian)该摆(bai)正面(mian)，哪(na)些元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)该摆(bai)背面(mian)，都(dou)要有(you)所考(kao)量(liang)。但是(shi)这些都(dou)是(shi)一(yi)(yi)个(ge)仁者(zhe)见仁，智(zhi)者(zhe)见智(zhi)的(de)问题(ti);从不(bu)同角度考(kao)虑摆(bai)放(fang)(fang)位置(zhi)都(dou)可以(yi)(yi)不(bu)一(yi)(yi)样。其(qi)实自己画了(le)(le)原理图(tu)，明白所有(you)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)功能，自然(ran)对元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)摆(bai)放(fang)(fang)有(you)清楚(chu)的(de)认识(shi)（如果让(rang)一(yi)(yi)个(ge)不(bu)是(shi)画原理图(tu)的(de)人来摆(bai)放(fang)(fang)元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)，其(qi)结果往(wang)往(wang)会让(rang)你大吃一(yi)(yi)惊(jing)）。对于初入(ru)门的(de)，注(zhu)意模(mo)拟元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)，数字元(yuan)(yuan)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)隔离，以(yi)(yi)及机(ji)械位置(zhi)的(de)摆(bai)放(fang)(fang)，同时注(zhu)意电源的(de)拓扑(pu)就(jiu)可以(yi)(yi)了(le)(le)。

2. 接下(xia)来就是(shi)(shi)布(bu)(bu)线(xian)。这与布(bu)(bu)局(ju)往(wang)往(wang)是(shi)(shi)互动(dong)的。有经验的人往(wang)往(wang)在(zai)开始就能(neng)看(kan)出哪些地(di)方(fang)能(neng)布(bu)(bu)线(xian)成功(gong)。如果(guo)有些地(di)方(fang)难以(yi)布(bu)(bu)线(xian)还需要(yao)改动(dong)布(bu)(bu)局(ju)。对于fpga设计来说往(wang)往(wang)还要(yao)改动(dong)原理图来使布(bu)(bu)线(xian)更加顺畅。布(bu)(bu)线(xian)和布(bu)(bu)局(ju)问题(ti)涉(she)及的因素很(hen)(hen)多(duo)，对于高速(su)数字(zi)部(bu)分，因为(wei)牵扯到信(xin)号完整性(xing)问题(ti)而变得复杂，但往(wang)往(wang)这些问题(ti)又是(shi)(shi)难以(yi)定(ding)量或(huo)即使定(ding)量也难以(yi)计算的。所以(yi)，在(zai)信(xin)号频率不是(shi)(shi)很(hen)(hen)高的情况下(xia)，应以(yi)布(bu)(bu)通为(wei)第一(yi)原则(ze)。

3. OK了？别急，用DRC检查检查先(xian)，这(zhei)是一定要检查的(de)。DRC对于(yu)布线完成覆盖率以及规(gui)则(ze)违反的(de)地(di)方都会有所标(biao)注，按照这(zhei)个再一一的(de)排查，修(xiu)正(zheng)。

4. 有(you)些pcb还要(yao)加(jia)上敷铜(tong)（可能会(hui)导致成(cheng)(cheng)本(ben)增加(jia)），将出线部分做(zuo)成(cheng)(cheng)泪滴（工(gong)厂也许会(hui)帮你(ni)加(jia)）。最后的pcb文件转(zhuan)成(cheng)(cheng)gerber文件就(jiu)可交(jiao)付pcb生(sheng)产了。（有(you)些直接给pcb也成(cheng)(cheng)，工(gong)厂会(hui)帮你(ni)转(zhuan)gerber）。

5. 要(yao)(yao)装配pcb，准备bom表吧，一(yi)般(ban)能直接(jie)从原(yuan)理(li)(li)图中(zhong)(zhong)导出。但是(shi)需要(yao)(yao)注意的是(shi)，原(yuan)理(li)(li)图中(zhong)(zhong)哪些部(bu)分(fen)元件该上(shang)，哪些部(bu)分(fen)元件不该上(shang)，要(yao)(yao)做到心理(li)(li)有数。对于小批(pi)量或研究板而(er)言，用(yong)excel自己管理(li)(li)倒也方便(bian)（大(da)公司往(wang)往(wang)要(yao)(yao)专(zhuan)业软件来管理(li)(li)）。而(er)对于新手而(er)言，第一(yi)个版本，不建议直接(jie)交给(ji)装配工(gong)厂或焊接(jie)工(gong)厂将bom的料全部(bu)焊上(shang)，这样不便(bian)于排查(cha)问题。

三、电路板调试

1. 拿(na)(na)到板第(di)一步做什么，不(bu)要急(ji)急(ji)忙忙供(gong)电看功能(neng)，硬件调试不(bu)可能(neng)一步调试完(wan)成的(de)。先拿(na)(na)万用(yong)表看看关(guan)键网络(luo)是(shi)否(fou)有不(bu)正常，主要是(shi)看电源与地(di)之间(jian)有否(fou)短(duan)路(lu)（尽管生产(chan)厂(chang)商已经(jing)帮你做过(guo)测试，这一步还是(shi)要自己亲(qin)自看看，有时(shi)候看起来某些(xie)步骤(zhou)挺繁琐(suo)，但(dan)(dan)是(shi)可以(yi)节约(yue)你后(hou)面不(bu)少(shao)时(shi)间(jian)！），其实短(duan)路(lu)与否(fou)不(bu)光pcb有关(guan)，在生产(chan)制作的(de)任(ren)何(he)一个(ge)(ge)环节可能(neng)导致这个(ge)(ge)问题，IO短(duan)路(lu)一般不(bu)会造成灾难性的(de)后(hou)果，但(dan)(dan)是(shi)电源短(duan)路(lu)就(jiu)。

2. 电(dian)源(yuan)网络没短(duan)路？那么(me)好，那就(jiu)看(kan)看(kan)电(dian)源(yuan)输出(chu)是(shi)否是(shi)自己(ji)理(li)想的值，对于初学者，调试的时候最好IC一件件芯片(pian)上(shang)，第一个要上(shang)的就(jiu)是(shi)电(dian)源(yuan)芯片(pian)。

3. 电源网络短(duan)路了？这(zhei)个比(bi)较(jiao)麻烦，不过要仔细(xi)看看自己(ji)原(yuan)理(li)图是(shi)否有可能这(zhei)样的情况，同(tong)时结合割线的方(fang)法一步(bu)步(bu)排查倒底(di)是(shi)什么地方(fang)短(duan)路了，是(shi)pcb的问题(ti)（一般比(bi)较(jiao)烂的pcb厂就可能出现这(zhei)种情况），还是(shi)装配的问题(ti)，还是(shi)自己(ji)设计(ji)的问题(ti)。关于检查短(duan)路还有一些(xie)技巧，这(zhei)在今后登(deng)出......

4. 电源芯片没有输出?检查检查你(ni)的电源芯片输入(ru)是否正常吧(ba)，还需要检查的地方(fang)有使能信号，分压电阻，反馈网络......

5. 电源(yuan)芯片输出(chu)值不在预(yu)料范(fan)围?如(ru)果超过很离谱(pu)，比(bi)如(ru)到了(le)10%，那么(me)看(kan)看(kan)分压电阻先，这(zhei)两个分压电阻一般(ban)要用1%的(de)精度，这(zhei)个你(ni)做到了(le)没有，同(tong)时看(kan)看(kan)反馈网络(luo)吧，这(zhei)也会(hui)影响你(ni)的(de)输出(chu)电源(yuan)的(de)范(fan)围。

6. 电源(yuan)输(shu)出(chu)正(zheng)常(chang)了(le)，别高兴，如果有条(tiao)件的话，拿(na)示波器看(kan)看(kan)吧(ba)，看(kan)看(kan)电源(yuan)的输(shu)出(chu)跳变(bian)是否正(zheng)常(chang)。

四、电源设计

无疑(yi)电源设计是整个电路板最(zui)重要的(de)一环。电源不稳(wen)定，其他啥都别谈。我想不用balabala述说它究竟(jing)有多么重要了(le)。

在电(dian)源设(she)计(ji)我们用得最多的(de)场合是，从一个稳(wen)定的(de)“高”电(dian)压(ya)得到一个稳(wen)定的(de)“低”电(dian)压(ya)。这也就(jiu)是经常(chang)(chang)说的(de)DC/DC，其中用得最多的(de)电(dian)源稳(wen)压(ya)芯(xin)片有两种(zhong)(zhong)，一种(zhong)(zhong)叫LDO（低压(ya)差线性稳(wen)压(ya)器(qi)，我们后面说的(de)线性稳(wen)压(ya)电(dian)源，也是指它(ta)），另一种(zhong)(zhong)叫PWM（脉(mai)宽调(diao)制开关(guan)电(dian)源，我们在本文也称它(ta)开关(guan)电(dian)源）。我们常(chang)(chang)常(chang)(chang)听到PWM的(de)效率高，但是LDO的(de)响应快，这是为什么呢？别着(zhe)急(ji)，先让我们看看它(ta)们的(de)原理(li)。

1、线性稳压电源的工作原理

如图是(shi)(shi)线性稳压(ya)(ya)电(dian)源内部(bu)结构的(de)(de)(de)(de)简单示意图。我们的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)从高(gao)电(dian)压(ya)(ya)Vs得到(dao)低电(dian)压(ya)(ya)Vo。在(zai)图中(zhong)，Vo经过两(liang)个分(fen)压(ya)(ya)电(dian)阻分(fen)压(ya)(ya)得到(dao)V+，V+被(bei)送入放(fang)大(da)器(qi)(我们把这个放(fang)大(da)器(qi)叫做误差(cha)放(fang)大(da)器(qi))的(de)(de)(de)(de)正端，而放(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)(de)负端Vref是(shi)(shi)电(dian)源内部(bu)的(de)(de)(de)(de)参考电(dian)平（这个参考电(dian)平是(shi)(shi)恒定的(de)(de)(de)(de)）。放(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)(de)输出Va连接到(dao)MOSFET的(de)(de)(de)(de)栅极来(lai)控制MOSFET的(de)(de)(de)(de)阻抗。Va变(bian)大(da)时，MOSFET的(de)(de)(de)(de)阻抗变(bian)大(da)；Va变(bian)小时，MOSFET的(de)(de)(de)(de)阻抗变(bian)小。MOSFET上的(de)(de)(de)(de)压(ya)(ya)降将是(shi)(shi)Vs-Vo。

现在我们(men)来看Vo是(shi)(shi)怎么稳定的(de)(de)，假设Vo变(bian)小(xiao)，那么V+将(jiang)(jiang)变(bian)小(xiao)，放大(da)(da)器的(de)(de)输出Va也将(jiang)(jiang)变(bian)小(xiao)，这(zhei)将(jiang)(jiang)导(dao)致MOSFET的(de)(de)阻抗(kang)变(bian)小(xiao)，这(zhei)样经过(guo)同样的(de)(de)电流，MOSFET的(de)(de)压(ya)差(cha)(cha)将(jiang)(jiang)变(bian)小(xiao)，于是(shi)(shi)将(jiang)(jiang)Vo上抬来抑(yi)制Vo的(de)(de)变(bian)小(xiao)。同理，Vo变(bian)大(da)(da)，V+变(bian)大(da)(da)，Va变(bian)大(da)(da)，MOSFET的(de)(de)阻抗(kang)变(bian)大(da)(da)，经过(guo)同样的(de)(de)电流，MOSFET的(de)(de)压(ya)差(cha)(cha)变(bian)大(da)(da)，于是(shi)(shi)抑(yi)制Vo变(bian)大(da)(da)。

2、开关电源的工作原理

如上(shang)图，为了(le)从高电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)Vs得到(dao)Vo，开关(guan)电(dian)(dian)(dian)(dian)源采用了(le)用一定占(zhan)空(kong)比的(de)(de)方波(bo)(bo)(bo)Vg1，Vg2推(tui)动上(shang)下(xia)(xia)MOS管，Vg1和Vg2是(shi)反相(xiang)的(de)(de)，Vg1为高，Vg2为低；上(shang)MOS管打开时(shi)，下(xia)(xia)MOS管关(guan)闭(bi)；下(xia)(xia)MOS管打开时(shi)，上(shang)MOS管关(guan)闭(bi)。由此在(zai)L左端形(xing)成了(le)一定占(zhan)空(kong)比的(de)(de)方波(bo)(bo)(bo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，电(dian)(dian)(dian)(dian)感L和电(dian)(dian)(dian)(dian)容C我们可以看(kan)作(zuo)是(shi)低通滤(lv)波(bo)(bo)(bo)器(qi)，因此方波(bo)(bo)(bo)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)经过滤(lv)波(bo)(bo)(bo)后(hou)就得到(dao)了(le)滤(lv)波(bo)(bo)(bo)后(hou)的(de)(de)稳定电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)Vo。Vo经过R1、R2分压(ya)(ya)后(hou)送入第一个(ge)放(fang)大器(qi)（误差放(fang)大器(qi)——的(de)(de)负端V+，误差放(fang)大器(qi)的(de)(de)输出Va做为第二个(ge)放(fang)大器(qi)（PWM放(fang)大器(qi)）的(de)(de)正(zheng)端，PWM放(fang)大器(qi)的(de)(de)输出Vpwm是(shi)一个(ge)有一定占(zhan)空(kong)比的(de)(de)方波(bo)(bo)(bo)，经过门逻辑电(dian)(dian)(dian)(dian)路处理得到(dao)两个(ge)反相(xiang)的(de)(de)方波(bo)(bo)(bo)Vg1、Vg2来控制MOSFET的(de)(de)开关(guan)。

误差放大(da)(da)器的正端(duan)Vref是一恒定的电压，而PWM放大(da)(da)器的负(fu)端(duan)Vt是一个三角(jiao)波(bo)信(xin)号，一旦(dan)Va比三角(jiao)波(bo)大(da)(da)时，Vpwm为高(gao)；Va比三角(jiao)波(bo)小时，Vpwm为低(di)，因此Va与三角(jiao)波(bo)的关系，决定了方(fang)波(bo)信(xin)号Vpwm的占空比；Va高(gao)，占空比就低(di)，Va低(di)，占空比就高(gao)。经过处(chu)理，Vg1与Vpwm同相(xiang)，Vg2与Vpwm反(fan)相(xiang)；最终L左端(duan)的方(fang)波(bo)电压Vp与Vg1相(xiang)同。如下图(tu)：

当(dang)Vo上(shang)升时(shi)，V+将(jiang)上(shang)升，Va下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)，Vpwm占(zhan)(zhan)空(kong)比(bi)(bi)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)，经过们逻辑(ji)之后，Vg1的占(zhan)(zhan)空(kong)比(bi)(bi)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)，Vg2的占(zhan)(zhan)空(kong)比(bi)(bi)上(shang)升，Vp占(zhan)(zhan)空(kong)比(bi)(bi)下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)，这又导致Vo降(jiang)(jiang)低(di)，于是Vo的上(shang)升将(jiang)被抑(yi)制。反(fan)之亦然。

3、线性稳压电源和开关电源的比较

懂得了(le)线性稳(wen)压电(dian)源(yuan)和开关电(dian)源(yuan)的工(gong)作原理之后，我们就可以明白为什(shen)么线性稳(wen)压电(dian)源(yuan)有(you)较(jiao)小的噪声(sheng)，较(jiao)快的瞬(shun)态(tai)响(xiang)应(ying)，但(dan)(dan)是效(xiao)率差；而开关电(dian)源(yuan)噪声(sheng)较(jiao)大，瞬(shun)态(tai)响(xiang)应(ying)较(jiao)慢(man)，但(dan)(dan)效(xiao)率高了(le)。

线(xian)(xian)性稳(wen)(wen)压电源内部(bu)结构简单，反馈环路短，因(yin)此噪(zao)声小，而且瞬态响应快(kuai)（当输(shu)出电压变化(hua)时，补偿快(kuai)）。但是因(yin)为输(shu)入和输(shu)出的(de)压差(cha)全(quan)部(bu)落(luo)在了MOSFET上，所以它的(de)效率低。因(yin)此，线(xian)(xian)性稳(wen)(wen)压一般用在小电流，对电压精度要求(qiu)高的(de)应用上。

而开关电(dian)(dian)源，内部结构复杂，影响(xiang)输(shu)出电(dian)(dian)压噪(zao)声(sheng)性能的(de)因数很多(duo)，且其(qi)反馈环路长，因此其(qi)噪(zao)声(sheng)性能低于(yu)线(xian)性稳压电(dian)(dian)源，且瞬(shun)态响(xiang)应慢。但是(shi)根据开关电(dian)(dian)源的(de)结构，MOSFET处于(yu)完全(quan)开和(he)完全(quan)关两种状态，除了驱(qu)动MOSFET，和(he)MOSFET自己内阻消(xiao)(xiao)耗的(de)能量(liang)之外，其(qi)他能量(liang)被全(quan)部用在了输(shu)出（理论上(shang)L、C是(shi)不耗能量(liang)的(de)，尽管实际(ji)并非如此，但这些消(xiao)(xiao)耗的(de)能量(liang)很小）。

总而言之，要(yao)学好(hao)硬件(jian)电(dian)路设计(ji)(ji)，首先要(yao)弄(nong)清楚(chu)项(xiang)目(mu)需求，根据功能(neng)设计(ji)(ji)硬件(jian)框架，结合(he)参考设计(ji)(ji)，多借(jie)鉴别人的设计(ji)(ji)成(cheng)果，复(fu)用到自己的硬件(jian)项(xiang)目(mu)上(shang)面来。

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