嵌入式分享合集188

一、认识传输线的三个特性，特性阻抗、反射、阻抗匹配

认识特性阻抗

    电阻是一个实实在在的物理元器件，通过欧姆定律我们可以知道，电压、电流和电阻三者之间的关系，U=I*R。

    我们通过一个具体的电路来分析这三者之间的具体关系，请看下面的一张最简单的电路图。这个电路图只有一个电源一个电阻和一些导线组成。

当然这个电阻的阻值也可以通过用万用表来直接测量。

    特性阻抗就不一样了，用万用表测量一根50欧姆特性阻抗时，将会发现是短路的。这就需要我们从概念上区分电阻（哪怕是刚好是50欧姆的电阻）和特性阻抗是两码事。就像温度上面的度（摄氏度）和角度上的度一样，不是一个东西。

    电阻这个物理量大家都懂，这里就不解释了。我们来分析一下这个特性阻抗到底是何方神圣，是在什么条件下才会用这个东西的。

    其实特性阻抗是和射频紧密相隔的一个物理量，在认识特性阻抗之前先认识一下射频。我们知道电台，手机通讯信号，wifi等都是向外部发射信号能量的装置，也就是说能量是从天线射出去，能量不再回来到天线了，可以想像就像机枪向外面扫射一样，子弹打出去就不回来了。

    好了，明白射频这个东西之后，我们再来到具体的传输射频能量的导线上面来。导线上面传输的射频信号也是一样的，希望它传过去就不要反传回来了，要是有能量反传回来就说明传输的效果差了。  whaosoft aiot http://143ai.com

    为了更具体的说明特性阻抗这个东西 我这里打一个比方：

    同一个电路板上面有2根导线（假设都是很长的两根线，你能想像它有多长就有多长），因为同一个板，那么2根导线的铜皮厚度都是一样的。两根导线，长（无限长）和厚度是一样的，只能唯一不同的是宽度了，假设1号导线宽度是1（单位），2号导线是2（单位）。也就是说2号线宽度是1号线的两倍。

    下面的图可以具体看到两根导线的示意图。

 如上图所示，假如同时都接的是一样的射频发射源，同样的一小段时间T，那么我们看看这两根导线会有什么区别。同一个发射源，那么两根线的输出射频电压是一样的，射频传输的距离是一样的（假设都是光速，实际比光速少）。

    唯一不同的是线宽，而2号线的线比1号线宽一倍，那么2号线需要1号线2倍的电量来填满多出的线宽面积(其实是导线铜皮与底面产生的电容效应)。也就是说：Q2=两倍的Q1。

    因为  i = Q/T （射频电流=电量/时间），那么可以知道2号线的射频电流是1号线的两倍（因为时间是一样的，2号线电量是1号线的两倍）。

    好了，我们知道了 i2=两倍的i1。

    到了这里，我们找出个神秘的特性阻抗就不远了，为什么呢，因为我们知道电阻=电压/电流。其实特性阻抗也有这种关系：特性阻抗=射频电压/射频电流。

    从上面我们知道，射频电压一样的，电流关系为 i2=两倍的i1 。

    则2号线的特性阻抗只有1号线的一半！

    这就是我们所说的线越是宽，特性阻抗越小。

    上面是我举个例子说明特性阻抗与电阻的区别，以及为什么同样一个板子，特性阻抗与线宽有关系，与长度没有关系。

    实际上影响特性阻抗的因素很多，包括材料，导线与底板地间距等等很多因素相关。

    导线的特性阻抗用通俗的话来描述（只是比喻），就是导线对其上面传输的射频能量阻碍力的大小。

认识传输线的反射

    上面我们是假设导线是无限长的，而实际上的导线长度是有限。当射频信号到达导线末端，能量没有办法释放，就会沿着导线反传回来。就跟我们对着墙喊，声音碰到墙反传回来产生回音。

    也就是说我们想像中的射频信号发射出去就没有反射回来的情况在现实是不存在的。

如上图所示，假如我们在线的末端接上一个电阻来消耗（或者接收）线上传输过来的射频能量。

    有人会问，为什么导线的特性阻抗的电阻不消耗能量，非要接个电阻才能消耗呢？其实啊，导线只是传输能量的，导线本身并不消耗能量或者近似于不损耗能量（有点想电容或者电感的属性）。电阻则是一个损耗能量的元件。       whaosoft aiot http://143ai.com

    我们发现有三种特殊情况：

    当R=RO 时，传输过来的能量刚刚好被末端的电阻R吸收完，没有能量反射回去。可看成这导线是无线长。

    当R=∞时（开路），能量全部反射回去，而且在线的末端点会产生2倍于发射源的电压。

    当R=0时，末端点会产生一个-1倍于源电压反射回去。

认识阻抗匹配

    阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。

    阻抗匹配是针对射频等而言的，对于功率电路则不适用的，否则会烧掉东西。

    我们常常听说特性阻抗50欧姆，75欧姆等等，这个50欧姆是怎么来的，为什么是50欧姆 而不是51欧姆呢，或者45欧姆呢？

    这个是约定来的，50欧姆应该说对于一般射频电路传输效果更好。

    也就是说，我们的导线，电缆要做50欧姆，是因为电路负载已经相当于50欧姆的电阻。你做别的阻抗值导线，就和负载不匹配。偏离越远，传输的效果就会越差！

二、用二极管实现不同电压的输出

  利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路。

    分享本文，分析限幅电路和钳位电路，是如何用二极管来实现的。

限幅电路

    如下图所示，当在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二极管正向导通。此时，

VOUT会被钳位在0.7V上。

    而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态，在负半周期时相当于电流反向，二极管也是截至状态，此时VOUT=VIN，VOUT波形跟随VIN变化。

然而有时候0.7V电压不能满足要求，那么，怎么产生不同大小的限幅电压？

    在电路中加入偏置电压VBIAS，只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通。此时VOUT被钳位，其值是0.7V+VBIAS，如下图所示。

偏压限幅电路示意图

钳位电路

    下面是二极管结合电容实现的钳位电路。分析中不考虑二极管的导通压降，假设RC时间常数足够大，从而使输出波形不会失真。

钳位电路原理

    当输入Vin在负半周期为负时，电流如下图中红色箭头所示。二极管导通，电容逐渐充电至V，在此过程中Vout=0。

    当输入Vin在正半周为正时，电流如蓝色箭头所示。二极管截止，Vout等于电容上电压加上正半周电压V，此时Vout=2V。

钳位电路原理

偏压钳位电路

    跟限幅电路类似的，为了获得所需要的钳位值，要在电路中加入偏置电压，如下图所示。

偏压钳位电路

    当所加的偏压与二极管导通方向一致，钳位值会提高V1，Vout=2V+V1。

双向二极管钳位电路应用举例

    在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护，如下图所示，假设0.7V为D1和D2的导通电压。

• Vin大于等于Vmax，D1导通，Vout会被钳位在Vmax

• Vin小于等于Vmin时，Vout被钳位在Vmin

三、几种恒流源电路（TL431、三极管）

但也不是少得见不到，比如LED的驱动电源就是恒流源，还有在测量电阻的紧密仪器中也会用到恒流源电路。

下面我们介绍几种恒流源：

1. 使用运放搭建的恒流源。

首先我们需要搭建一个基准电压，这个可以使用经典的TL431芯片搭建，如下图所示：

运放电路搭建如下，根据运放的“虚短”，可以得知：I = Vref / Rref。

将上述两个电路连接起来得到如下电路：

仿真结果如下：

而根据上式计算结果输出电流应该是I = 2.495V / 2Ω = 1.2475A。但实际计算结果却小于该值，这是为什么呢？分析一下可知，流过电阻Rref的电流除了三极管的集电极电流Ic还有基极电流Ib。测量一下Ib，结果如下。

Ic + Ib = 1.2355A + 0.0123A = 1.2478A。

改变Rload阻值为5Ω，仿真结果如下，电流不变。

1. 使用两个NPN三极管搭建的恒流源。

搭建电路如下：

分析上述电路可知：

Ic + Ib_NPN1 = Vbe / Rref – Ib_NPN2

Vbe为三极管发射结压降0.7V，得出：

Ic = Vbe / Rref + Ib_NPN1 – Ib_NPN2

仿真结果如下：

据此计算可得：

Ic = 0.7V / 2Ω - 0.003466A + 0.000101A = 0.346635A。

一般来说，三极管的基极电流很小，可以忽略。所以，对于该电路，可以有如下公式：

Ic = Vbe / Rref

对于该电流源电路，由于三极管的Vbe容易受到温度影响，所以其精度较低。

1. 使用TL431和三极管搭建的恒流源

针对上一个电路的缺点，改善方法可以使用一个TL431替代其中一个三极管，也就是使用温漂系数小的TL431的2.495V基准电压替代三极管的Vbe。

分析该电路可知：

Vref / Rref = Io + Ib

其中，Vref = 2.495V。

仿真结果如下：

据此可计算：

Io = 2.495V / 2Ω - Ib = 1.2475A – 0.00621 = 1.24129A

可以看出计算的Io与仿真结果有些许差距，这是应为TL431的反馈脚也会有电流流入。由于Ib和TL431反馈脚的电流很小很小，可以忽略不计，所以这个恒流源可以由下式计算：

Io = 2.495V / Rref

以上恒流源电路在合理范围改变Rload的大小，流过Rload大小不会改变。有兴趣的可以自己搭建电路试试。

四、半导体行业迎来重组热潮

一年以来，半导体行业发生了翻天覆地的变化，为了适应外部变化，许多公司选择改变方针或打法，换帅、重组……这些事件在最近一段时间内频繁发生。

台积电的换帅大考 

对公司来说，什么问题最难抉择，那一定接班人问题，更何况是掌舵一艘巨轮。

2月29日，台积电董事长刘德音宣布退休后，6月董事会也将改组，由现任总裁魏哲家接任董事长兼总裁。这意味着，魏哲家将成为继创办人张忠谋后，台积电拥有参与公司决策方针和统帅三军大权的第二人。

魏哲家掌舵前，台积电近期组织将大幅调整，届时将有一连串人事新布局。台积电首轮组织调整将围绕过去被张忠谋视为二大核心部门且合作无间的营运和研发组织，予以分切各由二位资深副总经理管辖。

具体调整包括：目前肩负台积电所有营运组织产品发展的是资深副总经理秦永沛，将把美国地区的业务交由主掌研发的资深副总经理米玉杰管理；主管资讯技术及资材暨风险管理资深副总经理林锦坤，则将部分资材和IT业务分摊由台积电欧亚业务及技术研究资深副总经理侯永清接管。至于本月才刚擢升主管法务的资深副总经理方淑华和主掌财务的资深副总经理黄仁昭，职掌不变，仍分别担任法务长及财务长。

由此来看，台积电有意调配米玉杰、侯永清两位资深副总，增加不同领域历练，形成第三代接班梯队（第一代为张忠谋，第二代接班人为刘德音、魏哲家）。

业界猜测，台积电此番换帅或因美国建厂不顺，当然这终结论并无从考据，但可以预见的是，台积电的行动才刚刚开始，未来需要面临的问题一定还有很多。

 意法开始精简架构 

精简架构，是这几年大公司的主旋律，比如安森美精简架构后SiC逆势增长。最近，意法半导体（ST）的动作引起了行业人士注意。

1月11日，意法公布了新的公司组织架构，将从三个产品部门过渡到两个产品部门（APMS和MDRF），且意法前汽车和分立产品集团总裁Marco Monti也将离开公司。两个新产品组将分别为：

1. 模拟、功率与离散、MEMS和传感器（APMS），由ST总裁兼执行委员会成员马可·卡西斯（Marco Cassis）领导；该产品组将包括所有ST模拟产品，包括汽车智能电源解决方案；所有ST功率与离散产品线，包括碳化硅产品；MEMS和传感器。APMS将包括两个可报告部门：模拟产品、MEMS和传感器（AM&S）；功率和分立产品（P&D）。

2. 微控制器、数字IC和射频产品（MDRF），由ST总裁兼执行委员会成员雷米·艾尔-瓦赞（Remi El-Ouazzane）领导。该产品组将包括所有ST数字IC和微控制器，包括汽车微控制器；射频、ADAS、信息娱乐IC。MDRF将包括两个可报告部门：微控制器（MCU）；数字IC和射频产品（D&RF）。

意法总裁兼CEO Jean-Marc Chery表示，此次组织架构改革符合ST加快上市时间、加强产品开发创新和提高运营效率的承诺。

此外，ST表示，为了补充现有的销售和营销组织，将在所有ST区域实施一个新的应用营销组织，这将为ST客户提供基于该公司产品和技术组合的端到端系统解决方案。

应用营销组织将覆盖以下四个终端市场：汽车，工业电力和能源，工业自动化、物联网和人工智能，个人电子产品、通信设备和计算机外围设备。ST总裁兼执行委员会成员Jerome Roux将领导该组织运行。

这次组织结构的调整是意法积极应对市场变化的体现，也是对未来发展的一项战略部署。通过整合资源、提高协同效益，意法有望在激烈的市场竞争中保持竞争力，实现更加可持续的发展。

 英飞凌近年最大规模重组 

要重组的公司不只是意法半导体，英飞凌的重组消息一时间也引发了行业大规模讨论。多达4000名员工将因此获得新的工作岗位，为英飞凌近年来最大规模重组。

2月28日，英飞凌宣布正进一步强化其销售组织。自3月1日起，英飞凌的销售团队将围绕三个以客户为中心的业务领域进行组织和重建：“汽车业务”、“工业与基础设施业务”及“消费、计算与通讯业务”。

此外，英飞凌在大中华区成立新的销售公司——英飞凌科技（上海）有限公司，并于2024年1月22日在上海正式运营。新的销售公司将为英飞凌在大中华区市场实现可持续的盈利增长战略发挥关键作用。

其中，分销商和电子制造服务管理（DEM）销售组织将继续负责分销商和电子制造服务（EMS）领域。这些新的组织结构将在全球范围内部署，同时优化区域布局。

新的组织结构将以客户的应用需求为中心，进一步发挥英飞凌全面、多样化产品组合的潜力。这些新的组织结构将在全球范围内部署，同时优化区域布局。

英飞凌称，简洁的重组方法将帮助客户更便捷地获取完整产品组合，并通过提供来自不同事业部的互补产品来满足客户的特定需求。此外，此次重组将减少英飞凌客户的接口数量，有助于缩短英飞凌半导体和解决方案支持的研发项目的上市时间。

英飞凌科技首席营销官Andreas Urschitz表示：“受到创新速度和更快上市时间的影响，客户的期望也随之迅速演变。英飞凌通过简化客户接口，将相关产品和应用专业知识带到客户端，是帮助客户取得成功的理想选择。”

总而言之，整个行业都在追求更为简洁的架构，而这样的调整也使得观察者进一步增加对英飞凌的未来预期。

英飞凌的目标是到2030年将营业额翻一番，达到300亿欧元。重组后的销售团队也将为此做出贡献。

 英特尔走在岔路口 

英特尔正在逐渐将自己的业务剥离，独立上市，这种决策可以和“1985年英特尔决定退出存储市场，重心转向CPU计算芯片”事件相媲美，可以说，英特尔正在进行一场豪赌。

一个重要拆分，是其代工业务。去年6月，英特尔宣布组织架构重组，旗下制造业务（包括现有的自用的IDM制造及晶圆代工业务（IFS））未来将独立运作并自负盈亏。

在新的“内部代工厂”模式中，英特尔的产品业务部门将以与无晶圆厂半导体公司（Fabless）与外部晶圆代工厂类似的合作方式与公司制造业务集团进行合作。

英特尔之所以选择拆分晶圆代工部门，最大的原因还是这种模式能够提升业务效率，并降低制造成本。

另外一个重要拆分，则是FPGA业务。去年10月4日，英特尔官方宣布将剥离其可编程解决方案部门(PSG)，于2024年1月1日起开始作为独立业务运营，并计划在未来2～3年内为PSG进行IPO，以加速其业务的增长。

事实上，Mobileye的成功上市，让英特尔的思路一下子打开了。未来，也许我们能够看到“4个英特尔”的盛况。

 博世百年以来的大调整 

汽车芯片行业晴雨看谁？博世这个公司是关键，今年开年，博世进行了一场138年以来最大的结构性变化。

2021年1月，博世成立XC事业部，整合公司驾驶辅助、自动驾驶、汽车多媒体、动力总成和车身电子系统等事业部的电子与软件业务。2023年，为应对软件时代的汽车工程转型趋势，博世重组了汽车与智能交通技术业务，并在2024年1月1日正式更名为“博世智能交通业务”。

博世预计，重组后汽车板块目标平均每年增长约6%，将于2029年实现超过800亿欧元的全球销售收入。

对博世来说，从油车到电车再到智能车，世界发生了巨大的变化。现在，这家百年店，也在追寻变革，寻求适应外部的变化。

 苹果接连失败导致重组 

对于苹果公司来说，一直在寻求扩大自己的生态，踏足更多行业，但梦想总归与现实相差甚远，因为研发失败，苹果架构也在迎来重组。

去年12月，苹果已经进入了对过去几年持续投资自己的5G调制解调器的开发部门和工程师重组的阶段，换句话说，苹果自研5G调制解调器计划已经破产。彼时，就传出架构即将重组的消息。

紧接着，这几日，苹果造车宣告失败。事实上，早在2022年3月，苹果分析师郭明錤就曾表示，苹果的汽车团队已经“解散一段时间了”，将在未来三至六个月内重组。这不，苹果现在就宣告进军AI领域。

可以预见的是，重组后的苹果，将会不断踏足AI领域，追寻AI手机这一目标。

五、直流电机驱动电路设计讲解

直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

直流电机的基本构成

    直流电机由定子和转子两部分组成，其间有一定的气隙。

    直流电机的定子由机座、主磁极、换向磁极、前后端盖和刷架等部件组成。其中主磁极是产生直流电机气隙磁场的主要部件，由永磁体或带有直流励磁绕组的叠片铁心构成。

    直流电机的转子则由电枢、换向器（又称整流子）和转轴等部件构成。其中电枢由电枢铁心和电枢绕组两部分组成。电枢铁心由硅钢片叠成，在其外圆处均匀分布着齿槽，电枢绕组则嵌置于这些槽中。

    换向器是一种机械整流部件。由换向片叠成圆筒形后，以金属夹件或塑料成型为一个整体。各换向片间互相绝缘。换向器质量对运行可靠性有很大影响。

直流电机的组成结构

    直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。

定子

▶主磁极

    主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成铁心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。整个主磁极用螺钉固定在机座上。

▶换向极

    换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花，一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成。换向极绕组用绝缘导线绕制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等。

▶机座

    电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：

• • 一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用。

  • 二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。

▶电刷装置

    电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。

转子

▶电枢铁心

    电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组。一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。叠成的铁心固定在转轴或转子支架上。铁心的外圆开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组。

▶电枢绕组

    电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件，所以叫电枢。它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘。为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固定。线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎。

▶换向器

    在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流，使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势。换向器是由许多换向片组成的圆柱体，换向片之间用云母片绝缘。

▶转轴

    转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成。

直流电机驱动电路-设计目标

    在直流电机驱动电路的设计中，主要考虑一下几点。

功能

    电机是单向还是双向转动？需不需要调速？

    对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管、场效应管等开关元件实现PWM调速

性能

    对于PWM调速的电机驱动电路，主要有以下性能指标。

（1）输出电流和电压范围。它决定着电路能驱动多大功率的电机。

（2）效率。高的效率不仅意味着节省电源，也会减少驱动电路的发热。要提高电路的效率，可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通入手。

（3）对控制输入端的影响。功率电路对其输入端应有良好的信号隔离，防止有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离。

（4）对电源的影响。共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染;大的电流可能导致地线电位浮动。

（5）可靠性。电机驱动电路应该尽可能做到，无论加上何种控制信号，何种无源负载，电路都是安全的。

三极管-电阻做栅极驱动

输入与电平转换

    输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。

    高速运放KF347(也可以用TL084)的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。

    不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。

栅极驱动

    后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容(大约1000pF)进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通(共态导通)造成电源短路。

    当运放输出端为低电平时，下面的三极管截止，场效应管导通；上面的三极管导通，场效应管截止，输出为高电平。当运放输出端为高电平时，下面的三极管导通，场效应管截止；上面的三极管截止，场效应管导通，输出为低电平。

    上面的分析是静态的，下面讨论开关转换的动态过程：三极管导通电阻远小于2kΩ，因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放，场效应管迅速截止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2kΩ电阻充电却需要一定的时间。相应的，场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极管的开关动作是同时发生的，这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通，消除共态导通现象。

    实际上，运放输出电压变化需要一定的时间，这段时间内运放输出电压处于正负电源电压之间的中间值。这时两个三极管同时导通，场效应管就同时截止了。所以实际的电路比这种理想情况还要安全一些。

    场效应管栅极的12V稳压二极管用于防止场效应管栅极过压击穿。一般的场效应管栅极的耐压是18V或20V，直接加上24V电压将会击穿，因此这个稳压二极管不能用普通的二极管代替，但是可以用2千欧的电阻代替，同样能得到12V的分压。

场效应管输出

    大功率场效应管内部在源极和漏极之间反向并联有二极管，接成H桥使用时，相当于输出端已经并联了消除电压尖峰用的四个二极管，因此这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对降低电机产生的尖峰电压有一定的好处，但是在使用PWM时有产生尖峰电流的副作用，因此容量不宜过大。在使用小功率电机时这个电容可以略去。如果加这个电容的话，一定要用高耐压的，普通的瓷片电容可能会出现击穿短路的故障。

    输出端并联的由电阻和发光二极管，电容组成的电路指示电机的转动方向。

性能指标

    电源电压15~30V，最大持续输出电流5A/每个电机，短时间(10秒)可以达到10A，PWM频率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。电路板包含4个逻辑上独立的，输出端两两接成H桥的功率放大单元，可以直接用单片机控制。实现电机的双向转动和调速。

布线

    大电流线路要尽量的短粗，并且尽量避免经过过孔，一定要经过过孔的话要把过孔做大一些(>1mm)并且在焊盘上做一圈小的过孔，在焊接时用焊锡填满，否则可能会烧断。另外，如果使用了稳压管，场效应管源极对电源和地的导线要尽可能的短粗，否则在大电流时，这段导线上的压降可能会经过正偏的稳压管和导通的三极管将其烧毁。

    在一开始的设计中，NMOS管的源极于地之间曾经接入一个0.15欧的电阻用来检测电流，这个电阻就成了不断烧毁板子的罪魁祸首。当然如果把稳压管换成电阻就不存在这个问题了。

低压驱动电路的简易栅极驱动

    一般功率场效应管的最高栅源电压为20V左右，所以在24V应用中要保证栅源电压不能超过20V，增加了电路的复杂程度。但在12V或更低电压的应用中，电路就可以大大简化。

 上图就是一个12V驱动桥的一边，上面电路的三极管部分被两个二极管和两个电阻代替。由于场效应管栅极电容的存在，通过R3，R4向栅极电容充电使场效应管延缓导通；而通过二极管直接将栅极电容放电使场效应管立即截止，从而避免了共态导通。

    这个电路要求在IN端输入的是边缘陡峭的方波脉冲，因此控制信号从单片机或者其他开路输出的设备接入后，要经过施密特触发器（比如555）或者推挽输出的高速比较器才能接到IN端。如果输入边缘过缓，二极管延时电路也就失去了作用。

    R3、R4的选取与IN信号边沿升降速度有关，信号边缘越陡峭，R3、R4可以选的越小，开关速度也就可以做的越快

边沿延时驱动电路

    在前级逻辑电路里，有意地对控制PMOS的下降沿和控制NMOS的上升沿进行延时，再整形成方波，也可以避免场效应管的共态导通。另外，这样做可以使后级的栅极驱动电路简化，可以是低阻推挽驱动栅极，不必考虑栅极电容，可以较好的适应不同的场效应管。下图是两种边沿的延时电路：

    下图是对应的NMOS、PMOS栅极驱动电路：

   这个栅极驱动电路由两级三极管组成：前级提供驱动场效应管栅极所需的正确电压，后级是一级射极跟随器，降低输出阻抗，消除栅极电容的影响。为了保证不共态导通，输入的边沿要比较陡，上述先延时再整形的电路就可以做到。

其他几种驱动电路

继电器+半导体功率器件

    继电器有着电流大，工作稳定的优点，可以大大简化驱动电路的设计。在需要实现调速的电机驱动电路中，也可以充分利用继电器。有一个方案就是利用继电器来控制电流方向来改变电机转向，而用单个的特大电流场效应管（比如IRF3205，一般只有N型特大电流的管子）来实现PWM调速，如下右图所示。这样是实现特别大电流驱动的一个方法。换向的继电器要使用双刀双掷型的，接线如下左图；线圈接线如下中图。

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步进电机驱动

▶小功率4相步进电机的驱动

    下面是一种驱动电路框图：

  达林顿管阵列ULN2803分别从锁存器取出第0、2、4、6位和1、3、5、7位去驱动两个步进电机。四相步进电机的通电顺序可以有几种：A、B、C、D(4相4拍)；AB、BC、CD、DA(4相双4拍)；A、AB、B、BC、C、CD、D、DA(4相8拍)。为了兼顾稳定性，转矩和功耗，一般采用4相8拍方式。所有这些方式都可以通过循环移位实现(也要有定期监控)，为了使4相8拍容易实现，锁存器与驱动部分采用了交叉连接。

    步进电机工作在四相八拍模式，对应每个步进电机要有四个信号输入端，理论上向端口输出信号可以控制两个步进电机的工作。寄存器循环移位奇偶位分别作两个步进电机的驱动端的做法，其思想如下：

LOOP: MOV A,#1110000B;在A寄存器中置入11100000

RR A;右移位

AJMPLOOP;循环右移位

    这样在寄存器A中存储的值会有如下循环：

11100000→01110000→00111000→00011100→00001110→00000111→10000011→11000001→11100000

    其奇数位有如下循环：

1000→1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000

    其偶数位有如下循环：

1100→0100→0110→0010→0011→0001→1001→1000→1100

    将A输出到P0端口，则奇数位和偶数位正是我们所需要的步进电机输入信号。

    而事实上每个电机的动作是不同的，为此我们在RAM中为每个电机开辟一个byte的状态字节用以循环移位。在每一个电机周期里，根据需要对每个电机的byte进行移位，并用ANL指令将两个电机的状态合成到一个字节里输出，此时的A同时可以控制两个电机了。

    步进电机的速度由驱动脉冲的频率决定，移位的周期不同，电机的速度也就不同了。前面提到的电机周期，应该取各种可能的周期的最大公约数。换句话说，一旦电机周期取定，每个电机移位的周期应该是它的倍数。

    在程序中，对每个电机的相应时刻设定相应的分频比值，同时用一个变量进行加一计数：每到一个电机周期若计数变量<分频比值，则计数变量加1；若相等，则移位，计数变量清零。这样就实现了分频调速，可以让多个电机同时以不同的速度运转。

    另外，也可以采用传统的查表方式进行驱动，程序稍长，但也比较稳定，这种方法非常适合三相步进电机。

▶步进电机的智能驱动方案

    步进电机有可以精确控制的优点，但是功耗大、效率低、力矩小。如果选用大功率步进电机，为了降低功耗，可以采取PWM恒流控制的方法。

    基本思路是，用带反馈的高频PWM根据输出功率的要求对每相恒流驱动，总体电流顺序又符合转动顺序。需要力矩小的时候应及时减小电流，以降低功耗。该方案实现的电路，可以采用独立的单片机或CPLD加场效应管驱动电路以及电流采样反馈电路。