用于脉冲宽度调制应用的PCB设计

直到我开始为我的音乐工作室设计一个效果盒，我才被迫一头钻进脉冲宽度调制(PWM)应用程序。虽然它可以用来在合成器中产生非常有趣的效果，但它还有许多其他用途，对于不是电子专家的人来说可能不太明显。

脉冲宽度调制也是控制电路和机电系统的核心部分。由于使用脉冲宽度调制的各种系统，PCB设计师在设计电路板时应该牢记一些设计技巧。

什么是脉宽调制?

术语脉宽调制是指用于调整脉冲序列中数字脉冲的ON时间，同时保持总脉冲周期不变的方法。换句话说，脉冲序列中脉冲的ON时间被调整，而ON时间和OFF时间的总和保持不变。随着打开时间的增加，关闭时间必须减少相同的数量，反之亦然。接通时间与接通时间和关断时间之和的比值称为占空比。

你可以用555或7555定时器或微控制器制作一个简单的脉冲波调制发生器。你也可以用稳定的多谐振荡器产生PWM信号，或者用三角波发生器和比较器。你需要调制一个压敏电阻或输入电压来控制脉宽调制信号的占空比。

脉冲宽度调制应用

脉冲串加脉宽调制在许多控制应用中都有应用。两个广泛的脉冲宽度调制应用领域是电力电子和机电系统的调节。脉冲宽度调制也用于电信传输串行数据，以及D类音频放大器和减法合成器。

在电源领域，脉冲宽度调制是用来控制晶体管在电路中开关的速率开关式稳压器作为监管反馈回路的一部分。脉冲宽度调制用于设置方波的占空比，该调制脉冲序列用于控制开关速率。这将提高(升压模式)或降低(降压模式)电源的输出电压。

PCB上的电源组件

用于电子系统和电机热调节的风扇也使用脉冲宽度调制来控制它们的转速，以及加速或减速。当与电机一起工作时，您的脉冲宽度调制信号应该有一个倾斜的上升时间，以防止电机在驱动时产生咔哒声。

脉冲宽度调制pcb的一些布局指南

在设计用于脉冲宽度调制应用的PCB时，需要注意的一个重要点涉及串扰和辐射EMI。一些设计者认为高速电路与信号从开到关的速率有关。如果这是正确的，这将意味着携带脉宽调制信号的迹线和组件随着占空比的变化从高速过渡到低速。不幸的是，这是不正确的。

高速数字信号的分类是基于信号的上升时间，而不是信号保持在on或OFF状态的时间量。脉宽调制信号的上升时间不随占空比变化，而是取决于系统中使用的逻辑族。TTL逻辑系列被广泛认为是高速信号系列，因此在布局电路板时需要牢记高速设计规则。

确保在整个电路板上都有迹线终止或阻抗控制，并尽量保持迹线长度尽可能短，以避免在处理高频信号和高速信号时受到传输线影响。在不可避免地使用长传输线的情况下，您可能希望屏蔽低电平迹线，使其远离携带脉宽调制信号的迹线。或者，您可以在带线配置的内层中路由敏感数字信号。如果可能的话，另一种选择是将敏感数字信号路由为差分对。

由于使用脉冲宽度调制的pcb也可能有一些模拟元件(例如，电机和功率逆变器)，因此将模拟元件和数字元件分离到电路板的不同部分是很重要的。数字元件相对不受低电流模拟信号的影响，但反之则不然。将电路板分为数字和模拟部分只是其中之一混合信号设计您将需要在这些系统中实现的技术。

无刷电机中的铜线圈

解决pwm驱动电路中的电磁干扰

如果您正在使用电机或开关调节器，请注意传导或辐射EMI在附近的迹线中产生干扰。当开关电源输出大电流时，来自开关电源调节器的EMI可能强到足以干扰附近的数字电路。脉冲宽度调制驱动的感应电机可以通过传导的EMI诱导共模噪声进入附近的电路，这可能会影响您的EMC额定值。

降低辐射电磁干扰需要使用诸如屏蔽、保护痕迹或简单的底盘接地等技术来防止辐射到达数字痕迹。辐射电磁干扰源附近的迹线也可以使用地平面而不是屏蔽罐进行屏蔽。降低传导电磁干扰的一种简单方法是在攻击设备的输出端上放置一个电容;这个电容器应该尽可能靠近端子。

设计一个用于脉宽调制应用的系统是很容易的正确的PCB布局和设计软件拥有全套的设计和仿真工具。设计特点Allegro PCB Designer抑扬顿挫的分析工具可以帮助您在任何应用程序中使用脉冲宽度调制的系统布局电路板。

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