电子设计元件和工艺
1．蜂鸣器的作用 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。
2．蜂鸣器的分类 蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。此外，蜂鸣器也可分为两类：有源和无源。注意，这里的“源”不是指电源，而是指震荡源。也就是说，有源蜂鸣器内部带震荡源，所以只要一通电就会叫。而无源内部不带震荡源，所以如果用直流信号无法令其鸣叫。必须用2K~5K的方波去驱动它。有源蜂鸣器往往比无源的贵，就是因为里面多个震荡电路。无源蜂鸣器的优点是：1。便宜，2。声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果。3。在一些特例中，可以和LED复用一个控制口。有源蜂鸣器的优点是：程序控制方便。 3．蜂鸣器的电路图形符号 蜂鸣器在电路中用字毒“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
4．蜂鸣器有多种工作电压 你最好选择和你的MCU工作电压相同的那种（3.0V或5.0V）。还分为自激式和他激式，两种蜂鸣器和MCU的接口都差不多，一只PNP的三极管C极接GND，E极接蜂鸣器的负端，蜂鸣器的正端接Vcc，三极管的B极通过一只1K-2K的电阻到MCU，对于他激式蜂鸣器，还应在蜂鸣器的
两端并联一只二极管，A极接蜂鸣器的正端。当MCU的I/O为高电平时蜂鸣器不响，当I/O输出为方波（频率与蜂鸣器的标称频率接近较响）时蜂鸣器发声；对于自激式蜂鸣器驱动较简单，当驱动的I/O为高电平时不响，当I/O为低电平时蜂鸣器发声。另一种接法：S8550的E极接VCC（＋5V），B极通过3K~10K的电阻接控制端，C极接蜂鸣器的正极，蜂鸣器的负极接地。二极管4148和100欧电阻完全没有必要，但是电容可有可无，有更好，它能提供蜂鸣器所需的瞬态电流，让有些劣质的蜂鸣器也能工作。
一、磁珠的原理
磁珠的主要原料为铁氧体。铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料。铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜为灰黑。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，他可以是电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率μ和饱和磁通密度Bs。磁导率μ可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此，它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。 在低频段，阻抗由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较
大，L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高Q特性的电感，这种电感容易造成谐振因此在低频段，有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。
在高频段，阻抗由电阻成分构成，随着频率升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小 但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。
铁氧体抑制元件广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体抑制元件，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。
两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比，而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响，磁珠长度越长抑制效果越好。
二、磁珠和电感的区别
电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件。电感多用于电源滤波回路，侧重于抑止传导性干
扰；磁珠多用于信号回路，主要用于EMI方面。磁珠用来吸收超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR,SDRAM,RAMBUS等）都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种储能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHz。
1.片式电感：
在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件。这些元件包括片式电感和片式磁珠，以下就这两种器件的特点进行描述并分析他们的普通应用场合以及特殊应用场合。表面贴装元件的好处在于小的封装尺寸和能够满足实际空间的要求。除了阻抗值，载流能力以及其他类似物理特性不同外，通孔接插件和表面贴装器件的其他性能特点基本相同。在需要使用片式电感的场合，要求电感实现以下两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路包括谐振发生电路，振荡电路，时钟电路，脉冲电路，波形发生电路等等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。要使电路产生谐振，必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中，电感必须具有高Q，窄的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。 标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料（通常为氧化铝陶瓷材料）上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。在功率应用场合，作为扼流
圈使用时，电感的主要参数是直流电阻（DCR），额定电流，和低Q值。当作为滤波器使用时，希望宽的带宽特性，因此，并不需要电感的高Q特性。低的DCR可以保证最小的电压降，DCR定义为元件在没有交流信号下的直流电阻。
2.片式磁珠：
片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构（PCB电路）中的RF噪声,RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号，而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射（EMI）。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻的角（衰减器），该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上，然而，低频信号也会受到片式磁珠的影响。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，构成高体积电阻率的独石结构。涡流损耗同铁氧体材料的电阻率成反比。涡流损耗随信号频率的平方成正比。
使用片式磁珠的好处：u小型化和轻量化。在射频噪声频率范围内具有高阻抗，消除传输线中的电磁干扰。闭合磁路结构，更好地消除信号的串绕。极好的磁屏蔽结构。降低直流
电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。u显著的高频特性和阻抗特性（更好的消除RF能
量）。在高频放大电路中消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内。
要正确的选择磁珠，必须注意以下几点：不需要的信号的频率范围为多少。噪声源是谁。
需要多大的噪声衰减。环境条件是什么（温度，直流电压，结构强度）。电路和负载阻抗是
多少。是否有空间在PCB板上放置磁珠。前三条通过观察厂家提供的阻抗频率曲线就可以判
断。在阻抗曲线中三条曲线都非常重要，即电阻，感抗和总阻抗。总阻抗通过ZR22π
fL()2+:=fL来描述。典型的阻抗曲线可参见磁珠的DATASHEET。通过这一曲线，选择在希望
衰减噪声的频率范围内具有最大阻抗而在低频和直流下信号衰减尽量小的磁珠型号。 片式
磁珠在过大的直流电压下，阻抗特性会受到影响，另外，如果工作温升过高，或者外部磁场
过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。
u使用片式磁珠和片式电感的原因：是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在
谐振电路中需要使用片式电感。而需要消除不需要的EMI噪声时，使用片式磁珠是最佳的选
择。片式磁珠和片式电感的应用场合： 片式电感： 射频（RF）和无线通讯，信息技术设备，
雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs（个人数字助理），无线遥控
系统以及低压供电模块等。片式磁珠： 时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，
I/O输入/输出内部连接器（比如串口，并口，键盘，鼠标，长途电信，本地局域网），射频
（RF）电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，
录像机（VCRS），电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。
三、磁珠的选用
1. 磁珠的单位是欧姆，而不是亨特，这一点要特别注意。因为磁珠的单位是按照它在某一
频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆。磁珠的DATASHEET上一般会提供频率和阻
抗的特性曲线图，一般以100MHz为标准，比如1000R@100MHz，意思就是在100MHz频率的
时候磁珠的阻抗相当于600欧姆。
2. 普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的，它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号
源，所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时，就会有一部分
能量被反射回信号源，造成干扰电平的增强。为解决这一弊病，可在滤波器的进线上使用铁
氧体磁环或磁珠套，利用滋环或磁珠对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗。因
此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用，所以有时也称之为吸收滤波器。不同的铁氧体
抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧
体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径自制鱼缸灯架
越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元
媒体播放件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通
过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电
源的两根线（正负）同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没
有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法
是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合
理使用它的抑制作用。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入／输出电路，
应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器，除了应选用高磁
导率的有耗材料外，还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是
玻璃助剂十至几百Ω，因此它在高阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路（如功率分配、
电源或射频电路）中使用将非常有效。
四、结论
由于铁氧体可以衰减较高频同时让较低频几乎无阻碍地通过，故在EMI控制中得到了广
泛地应用。用于EMI吸收的磁环/磁珠可制成各种的形状，广泛应用于各种场合。如在PCB
板上，可加在DC/DC模块、数据线、电源线等处。它吸收所在线路上高频干扰信号，但却不会在系统中产生新的零极点，不会破坏系统的稳定性。它与电源滤波器配合使用，可很好的补充滤波器高频端性能的不足，改善系统中滤波特性。
3 超级电容
超级电容是近几年才批量生产的一种无源器件，介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性，同时也有电池的储能特性，并且重复使用寿命长，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。
超级电容的特性如下：
a. 体积小，容量大，电容量比同体积电解电容容量大30~40倍；
b. 充电速度快，10秒内达到额定容量的95%；
c. 充放电能力强；
d. 失效开路，过电压不击穿，安全可靠；
e. 超长寿命，可长达40万小时以上；
f. 充放电线路简单，无需充电电池那样的充电电路，真正免维护；
g. 电压类型：2.7v---12.0v
h. 容量范围：0.1F--1000F
超级电容与电池比较，有如下特性：
a.超低串联等效电阻（LOW ESR），功率密度(Power Density)是锂离子电池的数十倍以上，适合大电流放电，（一枚4.7F电容能释放瞬间电流18A以上）。
b. 超长寿命，充放电大于50万次，是Li-Ion电池的500倍，是Ni-MH和Ni-Cd电池的1000倍，如果对超级电容每天充放电20次，连续使用可达68年。
c. 可以大电流充电，充放电时间短，对充电电路要求简单，无记忆效应。
d. 免维护，可密封。
e.温度范围宽-40℃～+70℃，一般电池是-20℃～60℃。
绗缝加工4 锂电池基本知识
锂电本身非常脆弱，过充和过放都会造成电池永久失效。一般手机用电池都内置保护电路，在发生过充或者过放短路等情况的时候保护电池安全。普通的没有保护电路的锂电，最常见的是笔记本电脑用的18650锂电，18650是外形参数，表示直径18mm长度65mm。
一般的锂电充电分为恒流和恒压两个阶段。在恒流阶段，用<1C的电流进行快速充电，这个阶段一般可以充电到总电量的70%~80%。手机充电器一般使用0.7C以下的电流，所以在完全空电状态下充电，经常两个小时以上还充不满。恒压阶段，需要控制充电电压为锂电的额定电压±50mV以内，对4.2V锂电来说，就是4.15V~4.25V。常见的充电电路都是使用时间来控制恒压阶段，这种方式虽然比较通用，但是仍然会造成少量过充，所以多数充电器都要求用户不要长时间连接充电器。高级一些的充电器会提供额外一个“小电流激活”的充电阶段。锂电过放之后，电压会降低到2.5V以下，如果过放不是很严重，通过小电流涓流充电，还能够挽回一些容量，使电池不至于废弃。但是如果对已经过放的电池直接充以大电流，则可能会更彻底的摧毁它。事实上，对于低于2.5V的电池，更安全的策略是不对其进
行充电，因为那极有可能是一颗相同封装的镍氢或者镍铬电池。由于单节锂电的电压最高只有4.2V，无法直接满足多数情况的应用，所以实际使用中电池都是以串连/并联等方式连接为电池组使用。一旦组成电池组，如果缺乏对单节电池有效的充放电控制电路，就很容易造成组内电池因为电量不均导致的部分过充，部分过放的问题。笔记本的锂电池，充放电安全的问题似乎也非常严重，最近的新闻不断报道笔记本电脑起火，电池爆炸等消息。
有了锂电池的基本知识，就可以决定充电器应该具有哪些特性，现在可以考虑的基本特性如下：
1）三阶段充电控制：小电流激活，恒流充电，恒压充电2）电池反接保护3）输出短路保护4）掉电防放电（指充电器电源被切断后，仍旧连接在充电器上的电池会逆向向充电器放电，这一方面会潜在引起电池过放，另一方面也可能会损坏充电器）。
而还有一些可以选择的特性：1）最大充电电流调整2）电池容量计算3）电路/电池温度监控。
5 NAND和NOR flash详解
NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NO R flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了NAND flash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后，仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和N AND闪存。“flash存储器”经常可以与“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处，因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。
NOR的特点是芯片内执行(XIP, eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在flash 闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密
度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要 特殊的系统接口。
性能比较
flash闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何f lash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的，而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。
由于擦除NOR器件时是以64～128KB的块进行的，执行一个写入/擦除操作的时间为5s，与此相反，擦除NAND器件是以8～32KB的块进行的，执行相同的操作最多只需要4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距，统计表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各项因素。
● NOR的读速度比NAND稍快一些。
● NAND的写入速度比NOR快很多。
● NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。
● 大多数写入操作需要先进行擦除操作。
● NAND的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。
接口差别
NOR flash带有SRAM接口，有足够的地址引脚来寻址，可以很容易地存取其内部的每一个字节。
NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据，各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。NAND读和写操作采用512字节的块，这一点有点像硬盘管理此类操作，很自然地，基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。
容量和成本
型采
NAND flash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半，由于生产过程更为简单，NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量，也就相应地降低了价格。
真空自耗炉
NOR flash占据了容量为1～16MB闪存市场的大部分，而NAND flash只是用在8～128 MB的产品当中，这也说明NOR主要应用在代码存储介质中，NAND适合于数据存储，NAND在CompactFlash、Secure Digital、PC Cards和MMC存储卡市场上所占份额最大。
可靠性和耐用性
采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说，Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较N OR和NAND的可靠性。
寿命(耐用性)
在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次，而NOR的擦写次数是十万次。NAND 存储器除了具有10比1的块擦除周期优势，典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍，每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。
位交换
所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见，NAND发生的次数要比NOR多)，一个比特位会发生反转或被报告反转了。一位的变化可能不很明显，但是如果发生在一个关键文件上，这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题，多读几次就可能解决了。当然，如果这个位真的改变了，就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存，NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候，同时使用EDC/ECC算法。这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然，如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时，必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。
坏块处理
NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力，但发现成品率太低，代价太高，根本不划算。
NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块，并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中，如果通过可靠的方法不能进行这项处理，将导致高故障率。
易于使用
可以非常直接地使用基于NOR的闪存，可以像其他存储器那样连接，并可以在上面直接运行代码。
由于需要I/O接口，NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。在使用NAND器件时，必须先写入驱动程序，才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相
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