【电子工程师线下沙龙第一场】#四层板和示波器的简单介绍

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【电子工程师线下沙龙第一场】

本人做为一个刚踏入电子行业不久的从业者，很有幸参加了华秋举办的电子工程师线下沙龙活动。这种线下沙龙或懂不仅能够让我们结识更多同行业的朋友，还能出进我们之间的技术交流，希望华秋能够继续多多为电子行业的从业者提供这样的平台。

本人主要从事便携式示波器的硬件PCB的设计工作，在线下活动上主要分享了一下高速pcb的设计和示波器的组成结构。

1、四层板和二层板的区别、布四层板需要注意什么？

很多pcb行业的从业者在大学阶段时大部分接触的时二层板的设计，所以不明白为什么需要用到四层板来进行pcb的制作。

其实二层板和四层板主要有以下几点区别：

（1）、首先二层板和四层板最明显的区别体现在价格上，四层板由于工艺复杂许多，所以价格上会高出许多。

（2）、四层板相对二层板来说信号的回流路径可以做得更短。

图1 二层板结构

首先要知道什么是回流路径。百度就可以知道信号从驱动端开始沿着信号线到达负载端再沿着地或者电源返回驱动端的最短路径。为什么四层板相对于二层板来说回流路径可以做得更短呢？因为大部分的四层板的设计方案都会规划处一个完整的地平面来作为信号的参考平面，如下图所示。

图2四层板的结构

在有一个完整的地平面的情况下，负载端的电流往地回流的话只需要就近打过孔接到地平面就行了，但是但是二层板的话地信号在大部分情况下都会分布比较零散，你可能需要绕线才能接入地信号，这就会造成回流路径比较长。那么回流路径比较长的话会造成怎样的情况？
其实很简单，信号是不断变化的，不断变化的信号在环路中就会产生磁场，产生的磁场又会在别的信号线上面感应产生电流，频率越高的信号对外界产生的影响越大。这也就是一些低频威廉希尔官方网站或者电源板只用做单层板或者二层板就行的原因之一。

图三二层板接地

图四四层板接地

（3）、有完整的参考平面可以更好的计算阻抗。在很多情况下信号有阻抗的要求，比如说布DDR的信号的时候。阻抗主要取决于信号线的线宽和和信号线距离参考平面的垂直距离，二层板相对来说的话top和bottom层距离太远，很难达到一些阻抗设计的要求，而大部分的四层板的第二层距离top层很近，这就为达到阻抗要求提供很大的方便。

（4）、布线方便，这前面也讲到过，多层板有相对来说比较独立的电源层，这样走线的时候可以在元件就近打过孔接入电源层，pcb层数越多布线就相对来说越轻松，因为可供走线的层越多，交叉就越少嘛^_^。

2、便携式示波器

示波器是电子行业工程师最常用的测量仪器之一。自1897第一台示波器诞生起，示波器逐渐从传统的模拟示波器转变为数字示波器，性能也更加丰富、强劲。但是目前我们常常看到的示波器都还是比较笨重臃肿。很多情况下几个开发者公用一台示波器，因为一个研发工程师的工位上面放不下那么多硕大的仪器。

近些年便携式示波器逐渐出现在电子工程师的世界中。这些便携式示波器能够为工程师提供一定的方便。

图五梦源实验室推出的示波器

便携式示波器的基本结构：

图六示波器的基本结构

上图是数字示波器的基本结构框图，首先从信号进入示波器第一个遇到的模块就是衰减放大网络，什么是衰减放大网络？衰减放大网络的作用是什么？

衰减网络你可以理解为分压电阻，就是将输入的信号幅值衰，放大网络其实也就是用运算放大器将信号放大。为什么要这么折腾，一下衰减一下放大呢？其实很简单因为我们的示波器可能面对的是各种的输入信号，有可能是幅值很小的信号，也有可能是幅值很大的信号，无论是怎样的信号，我们都希望他能够充分地显示在屏幕上（也就是能够充分地利用屏幕清楚地显示信号），这样就需要我们合理设置衰减放大网络才能在屏幕上显示波形合适的大小。

接着就是AD转换将模拟信号转换为数字信号，这里需要注意的是一般情况下，AD都会有一个电压的输入范围，这个电压的输入范围其实也就是映射到的波形显示窗口的垂直方向的波形范围，这也就是前面为什么需要衰减放大网络的原因（为了尽量满足AD的输入范围）。

接着就是示波器的控制器、触发存储机制。存储器的容量决定了示波器的存储深度，就是你能存储多长的波形数据。而触发的机制又很重要，触发决定了什么时候将内存中的到的波形数据显示到屏幕上。由于一般情况下信号都是呈现周期性变化的，所以在相应的位置设置触发条件那么在屏幕上就会比较稳定的显示，触发的一个作用就是能够将波形稳定的显示在屏幕上，想想一下如果没有触发，那波形就会不断变化而导致我们无法观察信号特征，另一作用是用来抓取特殊情况下的信号。

最后就是控制器驱动显示器将信号显示出来。图五梦源实验室推出的便携式示波器则是采用USB接口，通过电脑上位机的方式将波形显示出来。

图七操作演示

梦源实验室推出的产品的优点比较明显：便携，性能比较可靠，最重要的是他的显示都是集成在上位机软件上面，比较适合用来做为教学演示。他推出的示波器来可以用来作为数据记录仪使用，另一方面他的上位机还集成了逻辑分析的模块，你只需要连接上他的逻辑分析仪这款上位机就能变身成为另一个设备，期待他能做出越来越多精美、实用的仪器。

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emitter · 2021-3-30 13:47:33

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