10年老工程師，也有畫不好的板，你中招了沒？

硬件筆記本

我們社區(qū)的很多電機控制方案，也包括那些產品方案在內，基本上硬件都是開源的。但我們從來不會因此而擔心：是否給競爭對手或者其他人做了“嫁衣”？
對于很多非射頻之類的硬件，幾乎是沒有什么秘密的，即便不開源，如果要抄襲，總歸是有很多辦法的。
說回電機驅動，這類產品因其設計特性，我們往往不擔心抄襲。因為電機驅動的pcb設計，往往有很多考量在內，如果不是照搬的copy，那么，很大概率這種抄襲是達不到產品要求的。而那些真正的電機驅動老手，往往不屑于copy別人的設計，那太沒必要了，對于自己的產品，由于結構及功能參數的要求可能不同，自己重新設計的產品往往更為可靠。簡言之，新手抄也抄不明白，老手沒必要抄。
電機控制驅動的設計，往往需要通過多重特殊考量并采用一些特殊的技術才能實現出色性能。比如，電源效率、高速開關、頻率、低噪聲抖動和緊湊的電路板設計。
6 l& P* p. N# o* r. q3 J0 o說起來簡單，但可能很多沒接觸過電機驅動設計的老工程師，往往也會翻車。
0 H. g( S# {$ N" x* l8 e給大家分享一個真實的案例，順便指出電機驅動最最最重要的設計細節(jié)：
% b# v. P5 _2 u大概是很多年前，朋友公司需要開發(fā)一個產品，里面涉及了低壓的無刷電機驅動，功率在100W~300W，硬件是一位做了10多年電路設計的老工程師，基本功十分扎實。但是，新做出來的板子，在調試的時候，電機一運行，程序就跑飛，甚至都沒有給電機加載（負載），運行功率很低。排查接線、原理圖、程序代碼，都沒有問題。朋友公司也是第一次做涉及無刷電機驅動的產品，有些束手無策，就找到了我們，幫忙看下問題。經過我們現場排查，發(fā)現程序代碼很規(guī)范、也沒有錯誤，原理圖也很規(guī)范漂亮，也沒有原理上的錯誤。檢查到PCB設計上時，發(fā)現了我們遇到過的最多的問題：PCB的地線設計有很大問題�。�！
而我們僅僅是指導朋友的工程師解決地線設計問題，就解決了這款產品開發(fā)中遇到的的90%以上的問題。我們甚至都沒有去上示波器去看，僅僅優(yōu)化了地線設計，代碼就再無跑飛現象。
良好接地（地線）設計是電機驅動控制的重中之重�。�！良好的接地平面可以為 IC 及其周圍電路提供穩(wěn)定的基準，避免噪聲和其他振蕩干擾整個電路系統(tǒng)。如果接地設計不好，就像是槍的準星歪了，是沒有辦法準確擊中目標的。（何晨光除外，笑）
, e5 w6 e0 l# a9 L0 x) j7 `9 `電機驅動的接地優(yōu)化，可以先從單點接地開始，這是接地優(yōu)化里面的重中之重！��！電機驅動的PCB設計，往往包含了，功率走線、模擬信號、數字信號的走線，所以我們往往使用單點接地，使得每個電路系統(tǒng)中只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上，將這幾個信號走線的GND加以隔離區(qū)分。這個物理點，一般是每個電路系統(tǒng)（功率部分、模擬信號、數字信號等）的公共點的連接，這個公共點的電氣網絡往往是各種GND（PGND\AGND\GND），而具體的物理點是每一個電路系統(tǒng)的主電容的GND，主電容往往是該電路系統(tǒng)中容值最大的電容，多是電解電容，而在一些緊湊型PCB設計中，因為幾乎不存在電解電容，可能是MLCC貼片陶瓷電容等，但依然是最大容值的那個。這個最大容值的電容，也是當前電氣系統(tǒng)（電源回路）的輸入電源的主要濾波電容。每一個公共點，最后一級一級遞增或遞減或并聯的直接連接在最終的物理點，這個物理點一般是整個PCB的電源輸入處的電容的GND。換言之，在電機驅動設計中，為整個PCB供電的高壓電源輸入，經過大電容濾波，一部分電給了功率消耗，如MOS三相橋驅動無刷電機，這個大電容的GND為整個系統(tǒng)的接地參考，之后，電流同時流向BUCK電路，為預驅動部分提供10~15V左右的電平，預驅動輸入電源主回路的GND，接在預驅動輸入電源電容處的GND,再由這一點連接到前面主電源輸入濾波電容的GND上。10~15V的電壓，還會再流入一級BUCK或其他降壓電路。轉換成5V或3.3V給MCU或包括霍爾信號在內使用，一般5V居多，如果MCU是3.3V供電（如STM32），還要再從5V降壓一級到3.3V。為了便于理解等，我們以支持寬電壓輸入（1.65V~5.5V）的CW32為例，以最低電源電平5V為例。每一級降壓電路的GND回路，應接在該級輸入或輸出的主電容的GND上，每個主電容的GND再連接至上一級電源的主電容的GND上。而MCU側，因為需要控制整個系統(tǒng)的所有信號，所以MCU側往往包含了數字信號和模擬信號，所以，在高可靠要求下，數字地/信號和模擬地/信號也要區(qū)分。經由降壓電路輸出的5V電源，除給MCU供電外，往往還要給其他IC如運放、霍爾等供電，所以每個小系統(tǒng)的主電容的GND最終接回降壓電路輸出的5V主濾波電容處。在一些復雜電磁環(huán)境中，模擬地和數字地有時并非是將各自主電容上的GND直接進行電氣連接，而是會通過串聯磁珠，消除各信號部分間在GND回路上產生的干擾。原理在此不做贅述。整個單點接地，既包括了串聯單點接地和并聯單點接地，我們往往也管著這種單點接地方式叫做混合單點接地。厘清電源和地的回流路徑，才能更好的對單點接地加以理解。由于篇幅有限，干擾源的問題在此不做贅述。對于單點接地，我也做了一個簡單的示意圖便于大家理解:
, }0 `- a! p( {/ C
寫在最后：電機控制應用是一個綜合性很強的技術，如果您對此感興趣，可以參加CW32生態(tài)社區(qū)舉辦的免費的！��！電機控制應用專題培訓直播：分享干貨知識~解答開發(fā)疑慮~各種獎品福利~記得掃碼報名，進群領取電機控制資料�。�！
3 [6 \. @" s$ R; B: O( D
- w% S( i2 z, z% A$ O首場培訓直播時間為12月6號周五晚8點，B站 CW32生態(tài)社區(qū) 直播間
第二場直播時間報名后等活動群公告