Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Altium Designer – PCB设计软件

在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈

在可穿戴设备中驱动触觉振动和反馈增强现实、虚拟手术、肢体替换、医疗设备以及其他新技术需要结合触觉振动电机和反馈，以便让佩戴者充分感受到他们与环境的互动方式。除非这些尖端应用包含了触觉振动和反馈，否则用户将被迫依赖其他四种感官来理解真实或虚拟环境。自从翻盖手机时代以来，支持触觉反馈的低成本组件就已经可用，设计师们的想象力是唯一的限制。最近一个新客户的询问让我不得不深入了解触觉振动和反馈的世界。如果你是一名音频电子设计师，那么你可能已经熟悉了传感器以及如何将它们与放大器、MCU或其他组件配对。无论你是否熟悉传感器，都存在一个嵌入式软件问题需要解决，特别是当你考虑到用于触发触觉反馈的传感器时。选择触觉振动电机触觉振动电机有两种类型：可变幅度和可变频率。显然，这些电机可以细分为不同的电机结构，如垂直振荡、直线和偏心旋转质量（ERM）振动电机。ERM电机在旧寻呼机和早期手机中很常见。垂直振荡电机和直线电机在它们对包装施加力的方式上相似。这些电机可以通过一对线路安装到板上或包装上。上面展示的硬币/煎饼式电机基本上是一个幅度控制的直流电机，其频率可以通过改变电机看到的直流电压从约10000转每分钟变化到约15000转每分钟。驱动这些电机所需的直流电压通常在2到5伏之间，设备需要的电流在约50到约100毫安之间。过去20年的许多研究发现，用于触觉反馈的最佳振动频率范围在150赫兹到180赫兹之间。也有交流版本可用（见下表）。另一种触觉振动电机是线性谐振执行器（LRA）。这种类型的电机在狭窄的带宽内有强烈的共振。这些设备不应该用于频率控制的触觉反馈，但它们对于电压控制的触觉反馈非常有用，因为它们会在驱动频率下响应（即，它们是交流电机）。阻抗匹配还是阻抗桥接？将这些电机引入实际系统并不是什么大挑战，因为它们不会像较大的电机那样产生相同的传导和辐射EMI问题。如果将它们放置在电路板上（即作为SMD组件），应该将它们放置在电路板边缘附近以及能让用户最好感知到振动的区域附近。为这些组件布局电路板时，应像布局任何其他小型直流/交流电机一样。由于电压和电流要求，将振动电机连接到驱动器时，总是存在阻抗匹配与阻抗桥接之间的问题。触觉振动电机本质上是一种传感器，它能够响应低频电信号输出特定的低频机械振动。如果你阅读了一些关于传感器的教程，即使是在一些技术性很强的流行网站上，你也会发现一些建议称源IC与传感器之间需要阻抗匹配。这正是人们在EDN和Hyperphysics上找到的建议，直到多次投诉迫使网站所有者更改他们的内容。是否应该使用阻抗匹配或阻抗桥接取决于驱动器的性质。如果驱动器实质上是一个电流控制的电压源（即，输出阻抗低），那么应该使用阻抗桥接来将高输出电压传输到电机。这基本上是现代音频设备所做的。然而，如果驱动器具有相反的功能，应该选择其阻抗远低于源阻抗的电机。传输线效应在这里不相关，因为我们操作在数百赫兹的范围内。触觉反馈算法触觉反馈的一个重要部分是随着系统中其他输入的变化而改变振动感觉。数据可以与外部传感器的一些测量结果一起输入系统，并用于控制触觉振动强度。这些系统可以是开环系统或闭环系统，它们类似于工业控制系统中使用的控制策略。触觉反馈算法足够轻量，可以嵌入到MCU或小型FPGA中，只要设备有足够的输入来支持产品中的其他功能。触觉反馈算法仍然需要针对特定产品进行设计，这些算法仍然是科学和工程研究的活跃领域。

解耦电容和旁路放置指南

解耦电容和旁路放置指南电源完整性问题通常从电源的角度来看，但同样重要的是观察集成电路的输出。旁路和去耦电容旨在补偿PDN上看到的电源波动，这确保了信号水平的一致性和集成电路的电源/地脚上看到的恒定电压。我们汇编了一些重要的旁路和去耦电容设计指南，以帮助您在下一个PCB中成功使用这些组件。在这篇博客中，我们将讨论旁路电容与去耦电容的区别。两个相关的电源完整性问题去耦电容和旁路电容用于解决两种不同的电源完整性问题。尽管这些电源完整性问题相关，但它们以不同的方式表现出来。首先要注意的是，用于电源完整性的“去耦电容”和“旁路电容”这些术语是用词不当；它们并不去耦或旁路任何东西。它们也不会将“噪声”传递到地面；它们只是随着时间的推移充电和放电，以补偿噪声波动。这些术语指的是这些电容作为电源完整性策略的一部分的功能。首先，考虑去耦电容。通常认为，PCB去耦电容的放置目的是为了确保电源轨/平面与地平面之间的电压在低频电源噪声、 PDN上的振铃以及PDN上的任何其他电压波动中保持恒定。当去耦电容放置在电源和地平面之间时，它与平面并联，这增加了总PDN电容。实际上，它们补偿了不足的层间电容并降低了PDN阻抗，使得PDN电压中的任何振铃都被最小化。现在考虑旁路电容。它们也旨在维持PDN和驱动IC内的恒定电压，但它们补偿的电压是输出引脚与PCB接地平面之间的电压。尽管它们被放置在电源引脚和IC上的接地连接之间，但它们执行的功能不同，即对抗电容至地的反弹。当数字IC开关时，键合线、封装和引脚中的寄生电感会导致驱动器输出与地之间的电压增加。旁路电容输出一个与地反弹电压相反的电压，理想情况下导致总电压波动总和为零。在上述模型中，存在一个闭环，其中包括旁路电容（CB）和IC封装/地面连接上的杂散电感L1。请注意，地面弹跳电压 V(GB)是在输出引脚和地面平面之间测量的。其余的电感都是寄生元件，这些寄生元件影响旁路电容补偿地面弹跳的响应时间。在理想模型中，旁路电容看到的电压将补偿由杂散电感L1在切换过程中产生的地面弹跳电压。旁路电容放置指南如果你观察电容器对地反弹的方式，应该很明显知道在哪里放置旁路电容器。由于上述电路模型中的寄生电感，旁路电容器应尽可能靠近电源和地线引脚放置，以最小化这些电感。这与你在许多应用说明和元件数据表中找到的建议是一致的。还有另一个需要考虑的方面，与寄生电感有关，那就是连接到IC的方式。不应该从电容器引出一条短的走线到IC引脚，而应该通过过孔将电容器直接连接到地线和电源平面。在这种布局中，确保遵守焊盘和走线间距要求。为什么会这样？原因是地/电源平面布局（只要平面在相邻层中）将具有非常低的寄生电感。实际上，这是您的板中寄生电感的最低来源。如果您能将旁路电容器放置在板的底面，您可能能实现更好的布局。

8:17 Videos New Push&Shove engine_final

使用IPC-2221计算器进行高电压设计

使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反，其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具，例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。在高压PCB设计中，重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面，其中一些归结为简单的数学公式。对于高压PCB，IPC-2221计算器可以帮助您快速确定PCB上导电元件之间的适当间距要求，这有助于确保您的下一块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时，您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。什么是IPC-2221？ IPC-2221（修订版B，2012年生效）是公认的行业标准，定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料（包括基板和镀层）的设计要求、可测试性、热管理和散热装置以及环形圈等。某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如，IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过，IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板，通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距，旨在解决两点：在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性导电阳极丝化的可能性，有时称为枝晶生长（参见下文）第一点最重要，因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制，即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中，防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意，IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V，则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后，所需的最小间距就会相对应增加，如表最下面一行所示。电流过高时的温度上升

1:59 Videos AD_Overview_voice+music_5

Customer Success Stories Woodoo Find out how Woodoo, a French bio-materials company, sustainably transforms wood into a unique, next-generation building material with Altium technology.