如何使用KiCAD画扩展板

Fri, 20 Nov 2020 16:24:28 +0800

使用过 Arduino 的朋友或多或少应该都见过 Arduino 那种直插的扩展板，不用排线不用焊接，只需排针排母上下对齐然后轻轻一推，就完成了模块化和集成化的完美结合。本文从自己制作的一个板子出发，基于 KiCAD 简单介绍一下扩展板的画法。

设计思路
第一步：画好内部电路
第二步：画直插引脚符号
第三步：将直插引脚符号导入并连接
第四步：画直插引脚封装
第五步：修改路径
第六步：分配封装
第七步：画 PCB
第八步：导出生产文件并打板

设计思路

首先需要确定自己是要制作什么扩展板，这里我是为了自己的项目设计了一个 stm32f103c8 的板子，功能就是做成一个最小系统板，所有的接口都单独引出。

第一步：画好内部电路

在Ultra找到需要的芯片的符号并下载，在导入后画出板子的内部电路。内部电路很简单，画出复位电路、供电电路、晶振时钟电路、冲击电流保护、开关显示电路。同时将 BOOT1 拉低，因为这块板子我不需要使用内置 SRAM 启动。

画好成果如下：

第二步：画直插引脚符号

因为要做成扩展板，那么很多时候直插引脚的结构往往就是相同的，如果每次使用的时候都要重新画一次直插引脚，那么很显然这会是很复杂麻烦的一件事，所以直接将其做成一个直插引脚符号会很省时省力。在我的设计里面，这个板子是一个六边形，然后每条边上有八个引脚，同时这八个引脚里面前两个始终为 GND 和 3V3，然后我画了如下的这样的符号，为了省时省力，在自认为不会犯错的情况下，我对每个引脚的设置都为 Passive。

第三步：将直插引脚符号导入并连接

画好符号后，就只需要将所需引脚连接起来即可，而后如果遇到其它的扩展板，也只需要将对应的引脚相互连接即可，这里我下拉了 BOOT0，如果需要让它上拉，只需要在外部电路连接 3V3 即可。

第四步：画直插引脚封装

和符号同理，这样设计之后就不需要每次都重新打孔，而且还要费心费力地去计算孔的位置，太麻烦，所以直接设计成封装。新建库、封装，通过计算找出所有孔的位置，然后挨个放孔、画边，最终结果如下，记住边框一定要用 Fab 层，这在后面的设计中很重要：

第五步：修改路径

为了使用这个扩展板的时候所有工程都可以用这个库，可以把库文件夹放在当前工程的上一级路径，然后点击首选项-管理封装库，找到刚才新建的库，对其路径进行修改为$(KIPRJMOD)/../库文件夹名，例如我的路径即为：

这里的/..可以理解为打开上一级目录，而$(KIPRJMOD)则表示当前工程路径，这样只要每次新建工程都放在和库同级路径下，即可保证该库的使用了。

第六步：分配封装

回到原理图界面，在标注完成且电器规则检查无误后即可分配封装了。

第七步：画 PCB

分配完封装就可以直接开始连线了，不过注意的是需要现在电路板设置界面关闭要求封装中定义外框，这里的外框其实指的是 Crt 层，这样的话我们使用 Fab 层作为外框就可以在不干扰 PCB 电气特性的情况下同时不受禁止外框重叠的管束，那么其它元件就可以放在我们的直插引脚封装里面了！剩下的就是排布和拉线即可。

第八步：导出生产文件并打板

注意控制我们的 PCB 在 10cm*10cm 之间，这样我们就可以使用嘉立创的 5 元打样优惠了。导出生产文件然后打样的过程网上有很多，我在这里就不详述了。

三极管（BJT）与场效应管（FET）的比较

Sun, 08 Nov 2020 16:09:03 +0800

三极管（BJT）与场效应管（FET）的比较

因为学妹在学模电，突然问到我 MOS 与 MOSFET 的噪声谁更大，结果仔细一回想，似乎只是隐约记得 FET 比 BJT 抗噪声能力更强，但是原因却不清楚，毕竟模电还是学得太差了。网上找了好久资料，找到了一个贴吧的帖子，对 BJT 和 FET 的特性进行了比较，参考其内容在这里记录一下。

三极管（BJT）与场效应管（FET）的比较

历史：

BJT 和 FET 都是主要用与放大、开关电路中的常用电子元件。BJT 发明较早，依靠小结构高性能的优势淘汰了电子管，而后因为结构设计上的先天缺陷，FET 便应运而生。不过虽然 FET 发明出来后是为了克服 BJT 的缺陷，但是在实际运用过程中人们发现 BJT 和 FET 各有优劣，最终便都被保留了下来并在如今广泛使用。

电极区别：

BJT：基极（B），发射极（E），集电极（C）
FET：栅极（G），源极（S），漏极（D）

这里上下一一对应

控制类型：

BJT：电流控制——通过控制基极电流来控制集电极电流的变化
FET：电压控制——通过控制栅极电压来控制漏极电流变化

阻抗差别：

BJT：输入阻抗较低（几百欧姆-几千欧姆），基极电流较大，输出电阻较高，对前级电路影响较大，必须阻抗匹配才能工作
FET：输入阻抗极高（兆欧以上），MOS 管更高，栅极几乎没有电流，对前级电路影响较小，输出电阻同样也很高

载流子：

BJT：两种载流子——少子和多子，属于双极性器件
FET：一种载流子——多子，属于单极性期间

稳定性（噪声）：

BJT：噪声更大——因为少子参与了导电，而少子容易受到温度的影响，热稳定性较差
FET：噪声更小——因为只有多子导电，热稳定性更好，噪声小

特性曲线：

BJT：截止区、放大区、饱和区、击穿区——转移特性按指数规律变化
FET：截至区、放大区、可变电阻区、击穿区——转移特性按平方规律变化（非线性失真更大）

两者可以看作对应关系

放大能力：

BJT：参数——电流放大倍数 β
FET：参数——跨导 gm

两者相比 BJT 电压放大倍数更大

灵活性：

BJT：发射极和集电极不能互换，否则 β 过低不能正常工作
FET：在一些特定条件下，源极和漏极可以互换，耗尽型 MOSFET 的栅极电压可正可负，灵活性更高

偏置差别：

BJT：需要合适的偏置电流才可以正常工作
FET：需要合适的偏置电压才可以正常工作

工作要求：

BJT：焊接过程中温度不能过高，静电无影响
FET：必须对栅极和源极放电，否则感应静电也容易击穿，在存储、运输过程中必须将栅极、源极短路

电容差别：

BJT：极间电容较大，耦合电容较大
FET：极间电容较小，耦合电容较小（输入电阻较高）

其他：

BJT：功耗更高，但更便宜
FET：功耗低，但是更贵 FET

总结：

在只允许从信号源取较少（高输出阻抗）电流的情况下，选用 FET，达到阻抗匹配目的，适用于低噪高输入电阻的前置电路；

在信号电压较低，允许取用电流的情况下，选用 BJT。

作为开关管，FET 的效率较高，多用在大电流、高速开关电源上；

在环境温度变化较大的场合应使用 FET。

硬件设计 on 云雾海的博客

如何使用KiCAD画扩展板

设计思路

第一步：画好内部电路

第二步：画直插引脚符号

第三步：将直插引脚符号导入并连接

第四步：画直插引脚封装

第五步：修改路径

第六步：分配封装

第七步：画 PCB

第八步：导出生产文件并打板

三极管（BJT）与场效应管（FET）的比较

三极管（BJT）与场效应管（FET）的比较

历史：

电极区别：

控制类型：

阻抗差别：

载流子：

稳定性（噪声）：

分类：

特性曲线：

放大能力：

灵活性：

偏置差别：

工作要求：

电容差别：

其他：

总结：