从调试电路中体会到的东西

hlogic

前段时间一直在调试红外测温仪的硬件。

一、出现的问题：

1、校准不方便、下载难；内部元件间干扰大。

2、温度显示数值不稳定，上下跳动。

3、温度到达900℃后有个15℃的跳动。

二、分析问题：

1、下载端口设计不正确，只引出在线调试等端口，没有把RXD、TXD引出来；PCB设计不合理，布线布局乱。

2、内部供电问题，测试得电源纹波很大，特别是MCU基准电压那的纹波影响很重要，越小就越好。

3、温度上升时用示波器测得ADC输入波形在温度数值跳动前为正弦波，跳动后波形平滑，下降时波形在激光打开前都很平滑，激光打开又变成正弦波，分析得放大电路有自激振荡，900度后跳动是振荡到停振导致，到了一定温度时振荡无法维持就会停振，就会是平均值，这时也会出现突变值，所以有个15度的跳动；由于起振条件比振荡条件要求要高，所以温度下降直到激光开才开始振荡。从后向前用示波器测得结果振荡来源于一级放大电路。实现正弦波自激振荡，在低频或高频段存在频率f0，使电路产生的附加相移为±∏，而且当f=f0时|AF|>1，就会产生自激振荡。振荡频率除了决定于电路中的电阻和电容外，还决定于晶体管的极间电容、电路的分布电容等不能确定的因素。（正弦波振荡电路必须满足0度或360度整数倍翻转，即∮=2n∏，且|AF|=1，但起振条件为|AF|>1）。

三、解决问题：

1、重新设计电路，把别的端口都引出来，实现串口下载和校准数据实时烧录功能，使得操作简单、校准容易、数据更准确；重新布局布线，使底层大面积铺铜（连地），减小器件间的干扰。

2、选择精度高的稳压芯片，减小输入电源的纹波，在输入前加RC滤波电路或直接加滤波电容。这样MCU、运放、电压转电流等芯片的工作就会比较稳定，基准电压稳定使MCU内部数据稳定，输出数据也相应稳定、准确。

3、这个问题调试得比较久，根据理论常识也用了很多种方法，但有的效果不明显。①、改变放大倍数（改变反馈电阻值），放大倍数太大会产生振荡。但对于这个电路改变几十K的电阻值一点反应都没有，还是和原来一样，可能原因是探测器的内阻太大，所以改变电阻影响不大；②、在反馈电阻处并联个电容，结果与原来的波形相比较，振荡频率变快，而且使振荡范围变宽，温度上升到有效值范围外还没有停止振荡；③、在②的基础上，一级放大输出点也就是二级放大输入点处加RC滤波电路，效果相当明显，给个合适的值后，ADC处也就是二级放大输出点的波形变平滑了，也没有跳动。这是很不错的方法，但是前级放大还是有振荡，会对数据有一定的影响，所以还是考虑别的方法，使电路不会产生振荡；④、由于探测器是一个PIN二极管所做，而PIN二极管又具有一定的容性，所以会和反馈电阻组合成RC振荡电路，假如把PIN二极管那一段的容性变弱，变为阻性，就不会产生自激振荡，所以在那里串联个合适的电阻波形也变得很漂亮，但是在900℃时还是有个跳动，所以得延长振荡范围，②那一步还得要。

四、调试心得：

1、数字示波器的使用，如数据的读取、调节等，在硬件调试中，没有达到一定的水平，没有足够能力分析推理问题来源，示波器是个关键的工具。在示波器的使用中，①、使用合适的档位，如：测电源的纹波要用交流档，用直流挡的话，不大的交流信号叠加到直流上是没什么反应的；②、测试时接地一定要靠近测试点。

2、真真的了解RC滤波电路的一些工作原理，RC电路用在不同的地方，就有不同的用途，就这电路而言，探测头那的RC是产生振荡，而后面大家不想要这些振荡波，大家又可以用RC电路滤除这些波，它的频率f=1/2∏RC，这个在选频电路里就是通频带，在滤波电路里，也就是滤除这个频段的杂波。

3、二极管的容性问题，大部分人在用到二极管的时候都会忽略二极管具有容性，特别是PIN二极管由于PN结中间夹了部分本征半导体，所以容性更强，可以等效为并联了个不小的电容，而这个电容和反馈电阻组成RC振荡电路，就出现了问题三——到900℃左右有个15℃的跳动，而且温度显示也没有跳动后的稳定。

有些东西理解还不到位，请高手多多指教