在電子設(shè)備集成化趨勢下,強(qiáng)電與弱電共存于同一 PCB 板已成為常態(tài)。強(qiáng)電系統(tǒng)(通常指交流 220V 以上或直流 36V 以上電路,如電源回路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等)具有高電壓、大電流特性,弱電系統(tǒng)(如信號(hào)處理、控制電路、通信模塊等)則以低電壓、小電流、高靈敏度為特點(diǎn)。兩者在 PCB 設(shè)計(jì)中若處理不當(dāng),極易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)、絕緣擊穿、信號(hào)失真等問題,甚至引發(fā)安全隱患。因此,掌握強(qiáng)電與弱電 PCB 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵注意事項(xiàng),是保障設(shè)備穩(wěn)定性、安全性和可靠性的核心前提。
晶振負(fù)載電容(CL)與兩端外接電容(通常標(biāo)注為 CL1、CL2)的核心差異始于定義本質(zhì)。負(fù)載電容是晶振出廠時(shí)固化的固有電氣參數(shù),是跨接晶體兩端的總有效電容等效值,由晶體自身工藝決定,無法在應(yīng)用中更改。常見標(biāo)準(zhǔn)值為 6pF、12.5pF、16pF、20pF 等,低功耗設(shè)備(如藍(lán)牙耳機(jī)、腕表)多采用 6-12pF 小容量負(fù)載電容,通用電子設(shè)備則以 15-30pF 為主。
在以太網(wǎng)硬件設(shè)計(jì)中,變壓器與 RJ45 連接器之間的走線常被視為 “過渡環(huán)節(jié)”,卻頻繁引發(fā)通信異常、丟包等問題。工程師最困惑的核心疑問是:“為何短短幾厘米的走線,必須嚴(yán)格控制阻抗?” 答案藏在高速信號(hào)傳輸?shù)谋举|(zhì)中 —— 以太網(wǎng)(尤其是百兆及以上速率)依賴差分信號(hào)傳輸,而信號(hào)在阻抗突變處會(huì)產(chǎn)生反射,導(dǎo)致上升沿失真、信號(hào)震蕩等問題。變壓器的次級(jí)繞組設(shè)計(jì)已匹配 100Ω 差分阻抗,RJ45 連接器及網(wǎng)線的特性阻抗也為 100Ω,若中間走線阻抗偏離標(biāo)準(zhǔn),就會(huì)形成 “阻抗斷層”,如同聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)的反射衰減,直接導(dǎo)致眼圖閉合、誤碼率升高。
在電力系統(tǒng)、通信設(shè)備、建筑設(shè)施等各類場景中,雷電沖擊和過電壓是造成設(shè)備損壞、系統(tǒng)癱瘓的重要隱患。雷電產(chǎn)生的瞬時(shí)高電壓可達(dá)數(shù)百萬伏,而操作過電壓、諧振過電壓等內(nèi)部過電壓也會(huì)超出設(shè)備額定耐受值,引發(fā)絕緣擊穿、元器件燒毀等故障。因此,采取科學(xué)有效的防雷及過電壓保護(hù)措施,是保障設(shè)備安全運(yùn)行和人員生命安全的關(guān)鍵。本文將詳細(xì)介紹當(dāng)前行業(yè)內(nèi)常用的保護(hù)方法,結(jié)合技術(shù)原理與應(yīng)用場景展開分析。
降壓變壓器用于電子和電氣領(lǐng)域,將初級(jí)電壓電平轉(zhuǎn)換為次級(jí)輸出端的較低電壓。這是通過初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的比率實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于降壓變壓器,初級(jí)側(cè)的繞組數(shù)量高于次級(jí)側(cè)。
在高速FPGA設(shè)計(jì)中,信號(hào)完整性(Signal Integrity, SI)直接影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與性能。隨著DDR4、PCIe Gen5等高速接口的普及,傳統(tǒng)布線方法已難以滿足時(shí)序與噪聲要求。本文結(jié)合工程實(shí)踐,系統(tǒng)闡述信號(hào)完整性優(yōu)化的核心方法,并提供可復(fù)用的代碼示例。
RC振蕩器是一種通過電阻(R)和電容(C)構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自激振蕩的反饋型電路,不包含電感元件,主要適用于1Hz-1MHz的低頻信號(hào)生成 [1]
在FPGA設(shè)計(jì)中,乘法器作為核心運(yùn)算單元,其資源消耗常占設(shè)計(jì)總量的30%以上。尤其在實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算或大規(guī)模矩陣運(yùn)算時(shí),DSP塊的過度使用會(huì)導(dǎo)致時(shí)序收斂困難和成本上升。通過移位加法替代傳統(tǒng)乘法器,可在保持計(jì)算精度的同時(shí),顯著降低資源占用。本文將深入探討這一優(yōu)化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理與工程實(shí)踐。
在人工智能硬件加速領(lǐng)域,F(xiàn)PGA憑借其可重構(gòu)計(jì)算架構(gòu)和低延遲特性,成為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)部署的核心平臺(tái)。與傳統(tǒng)GPU的固定計(jì)算流水線不同,F(xiàn)PGA通過動(dòng)態(tài)配置硬件資源,可實(shí)現(xiàn)從卷積層到全連接層的全流程優(yōu)化。本文將從算法級(jí)優(yōu)化、硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)方法三個(gè)維度,解析FPGA在DNN部署中的關(guān)鍵策略。
在邊緣AI推理場景中,傳統(tǒng)架構(gòu)面臨能效比與實(shí)時(shí)性的雙重挑戰(zhàn)。RISC-V開源指令集與嵌入式FPGA(eFPGA)的異構(gòu)協(xié)同架構(gòu),通過動(dòng)態(tài)任務(wù)分配與硬件加速,實(shí)現(xiàn)了能效比的大幅提升。以安路科技PH1P系列FPGA與RISC-V軟核的協(xié)同設(shè)計(jì)為例,該架構(gòu)在智能攝像頭場景中實(shí)現(xiàn)了2.3倍的能效提升,功耗降低至傳統(tǒng)方案的38%。
在10Gbps及以上速率的高速FPGA設(shè)計(jì)中,信號(hào)完整性(Signal Integrity, SI)已成為決定系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。當(dāng)數(shù)據(jù)速率突破GHz頻段時(shí),傳輸線效應(yīng)引發(fā)的反射、串?dāng)_和抖動(dòng)問題,使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法面臨失效風(fēng)險(xiǎn)。信號(hào)完整性量化與眼圖分析技術(shù)通過數(shù)學(xué)建模與可視化手段,為工程師提供了精準(zhǔn)的問題定位與優(yōu)化路徑。
在人工智能與高性能計(jì)算領(lǐng)域,算法迭代速度與硬件加速效率的協(xié)同優(yōu)化已成為突破性能瓶頸的關(guān)鍵。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中,算法開發(fā)與硬件實(shí)現(xiàn)存在6-12個(gè)月的迭代間隔,而協(xié)同設(shè)計(jì)方法可將這一周期壓縮至2-4周。本文以金融風(fēng)控模型和醫(yī)學(xué)影像重建為例,探討算法-硬件協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)踐路徑。
在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中,F(xiàn)PGA因其硬件可重構(gòu)特性成為實(shí)現(xiàn)高性能算法的關(guān)鍵載體。然而,傳統(tǒng)開發(fā)模式中存在的代碼耦合度高、復(fù)用率低等問題,嚴(yán)重制約了開發(fā)效率與系統(tǒng)可靠性。通過模塊化設(shè)計(jì)與代碼復(fù)用技術(shù),可將算法開發(fā)效率提升3倍以上,同時(shí)降低50%的維護(hù)成本。
在高性能計(jì)算領(lǐng)域,F(xiàn)PGA(現(xiàn)場可編程門陣列)憑借其獨(dú)特的并行處理架構(gòu)和動(dòng)態(tài)資源分配能力,正逐步取代傳統(tǒng)計(jì)算架構(gòu),成為處理大規(guī)模數(shù)據(jù)與復(fù)雜算法的核心工具。相較于GPU的固定計(jì)算流水線,F(xiàn)PGA通過硬件可重構(gòu)特性,可實(shí)現(xiàn)從算法層到電路層的全流程優(yōu)化,在延遲敏感型應(yīng)用中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。
在工業(yè)4.0浪潮下,實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制算法的效率直接決定了智能制造系統(tǒng)的可靠性。FPGA憑借其并行處理能力與可重構(gòu)特性,成為工業(yè)控制領(lǐng)域的核心硬件平臺(tái)。本文聚焦FPGA在實(shí)時(shí)監(jiān)測中的信號(hào)處理算法與控制算法實(shí)現(xiàn),結(jié)合硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)與代碼實(shí)例,揭示其實(shí)現(xiàn)低延遲、高精度的技術(shù)路徑。