硬件知识总结梳理-3

硬件知识总结梳理文章目录硬件知识总结梳理三、电感1、作用2、关键参数3、常用封装4、细分用法电路搭建设计思路5、坑三、电感1、作用电感的核心作用是储存磁能、通直流、阻交流核心特性感抗随频率变化频率越高感抗越大无极性正负极可任意接接入电路后可实现储能、升压降压、扼流、阻抗匹配等功能是DC-DC电源、射频模块的核心器件。电感储存磁能的能力用感值表示感值越大储存磁能越多电感的核心作用是DC-DC电源储能升降压和射频匹配与电容、电阻配合实现电路稳定工作。2、关键参数感值L衡量电感储存磁能能力的核心参数单位为亨利H常用单位换算1μH1000nH1nH1000pH选型需结合DC-DC电源参数、射频频率。直流电阻DCR电感线圈本身的电阻DCR越小电感的损耗越小电能转化为热能越少效率越高低功耗场景需选DCR尽可能小的电感。饱和电流Isat电感长期稳定工作能承受的最大直流电流超过饱和电流后电感的感值会急剧下降甚至趋近于0导致DC-DC电源纹波增大、芯片烧毁是电感选型的核心参数DC-DC电源必关注。自谐振频率SRF电感工作的最大频率超过自谐振频率后电感会表现出电容特性容抗大于感抗失去电感的核心功能射频模块用的电感自谐振频率必须远高于射频信号频率。封装电感的物理尺寸贴片封装为主封装与感值、饱和电流相关感值越大、饱和电流越大封装通常越大。3、常用封装电感以贴片功率电感和贴片叠层电感为主重点记封装与感值、饱和电流的对应关系贴片功率电感DC-DC电源首选0603感值范围1nH~10μH饱和电流≤1A用于小功率DC-DC电源如3.3V转1.8V电流≤500mA单片机供电DC-DC常用。0805感值范围1μH~22μH饱和电流≤2A用于中功率DC-DC电源如12V转3.3V电流≤1A主电源DC-DC常用。1206感值范围10μH~100μH饱和电流≤3A用于大功率DC-DC电源如12V转5V电流≤2A大功率负载如射频功放常用。贴片叠层电感射频模块首选0402感值范围1nH~100nH自谐振频率≥2GHz用于射频匹配、扼流射频模块常用。0603感值范围10nH~1μH自谐振频率≥1GHz用于射频匹配、天线调谐天线回路常用。4、细分用法电路搭建设计思路DC-DC电源储能电源降压/升压核心用法核心作用DC-DC芯片通过控制内部开关管的导通与关断使电感储存和释放磁能实现电压的升压或降压如12V转3.3V、5V转3.3V电感是DC-DC电源的核心储能器件。常用型号/参数0805封装、10μH、饱和电流1A、DCR≤0.5Ω12V转3.3V电流500mA首选DC-DC芯片常用MP1484、AMS1117。电路搭建12V电源输入 → MP1484芯片VIN引脚MP1484芯片SW引脚开关输出 → 10μH功率电感 → 主板3.3V输出3.3V输出 → 10μF100nF滤波电容 → GNDSW引脚与GND之间并联肖特基续流二极管SS14。设计思路感值选择10μH的选择的是根据DC-DC芯片 datasheet 推荐结合输出电压3.3V、输出电流500mA计算得出感值太大会导致输出纹波减小但响应速度变慢感值太小会导致输出纹波增大甚至无法稳定输出。饱和电流选择DC-DC输出电流最大500mA选择饱和电流1A500mA×2留足余量避免电流峰值超过饱和电流导致电感感值暴跌、电源纹波爆炸。DCR选择DCR≤0.5Ω减少电感的功耗PI²×DCR适配低功耗需求DCR太大会导致电感发热、DC-DC电源效率降低。射频匹配电感核心作用与电容配合组成匹配网络调节射频信号的阻抗使射频芯片与天线阻抗匹配50Ω减少信号反射提高射频通信距离和稳定性。常用型号/参数0402封装、10nH、自谐振频率≥2GHz、DCR≤1Ω915MHz射频模块首选。电路搭建射频芯片输出引脚 → 10nH叠层电感 → 天线接口射频芯片输出引脚与GND之间并联10pF COG电容天线接口与GND之间并联22pF COG电容组成π型匹配网络。设计思路射频信号频率为915MHz选择自谐振频率≥2GHz的电感确保电感在工作频率下表现出电感特性感抗大于容抗10nH感值的选择根据射频芯片和天线的阻抗参数通过调试确定目的是使匹配网络的总阻抗为50Ω减少信号反射DCR≤1Ω减少射频信号的损耗提高通信效率。共模电感电源、接口防干扰常用未使用过核心作用滤除电源、信号线上的共模干扰如外部电网干扰、设备之间的干扰抑制干扰信号的传导和辐射。常用型号/参数贴片共模电感SMD型、感值10μH、额定电流1A电源输入、UART接口常用。电路搭建12V电源输入 → 共模电感一端两个引脚分别接电源正、负极共模电感另一端 → 保险丝 → 主板电源回路共模电感的屏蔽层接GND。设计思路共模电感有两个绕组电流方向相反时磁场相互抵消不影响正常电流传输当出现共模干扰电源正、负极同时出现的干扰电流时磁场相互叠加产生较大的感抗抑制干扰电流通过从而保护主板选择10μH感值能有效滤除低频共模干扰1kHz~100kHz适配电源干扰场景额定电流1A留足余量电源电流≤500mA。扼流电感信号、电源扼流常用核心作用串联在信号或电源回路中抑制高频干扰信号通过同时允许直流或低频信号正常传输用于隔离高频噪声模拟电路、射频模块常用。常用型号/参数0603封装、1μH、自谐振频率≥1GHz模拟电源、射频模块电源常用。电路搭建3.3V电源 → 1μH扼流电感 → 射频模块VCC引脚射频模块VCC引脚 → 100nF去耦电容 → GND。设计思路射频模块工作时会产生高频噪声扼流电感可抑制这些高频噪声通过电源走线传导到主板其他模块如单片机1μH感值的选择能有效抑制1MHz以上的高频噪声同时不影响3.3V直流电源的传输自谐振频率≥1GHz确保在射频模块工作频率915MHz下电感表现出扼流特性。5、坑饱和电流必须留1.5~2倍余量DC-DC电源电流峰值通常比额定电流大若饱和电流不足会导致电感饱和、感值暴跌DC-DC电源纹波增大甚至烧毁芯片。射频用电感自谐振频率必须远高于工作频率至少2倍比如915MHz射频自谐振频率需≥2GHz否则电感会表现出电容特性无法实现匹配、扼流功能。PCB布局功率电感DC-DC用需远离射频模块、模拟电路避免电感产生的磁场干扰这些敏感电路共模电感需靠近电源/接口入口提高防干扰效果。感值选型需结合DC-DC芯片 datasheet不要凭经验选择不同DC-DC芯片的工作频率、输出电流不同推荐的感值也不同选错会导致电源无法稳定工作。避免小封装电感承载大电流比如0603封装电感饱和电流通常≤1A若用于2A电流回路会快速饱和、烧毁需根据电流选择合适封装的电感。