嵌入式系统中的开关电源设计的体会

前两天，有一个做嵌入式系统的学生找到我，说他的GPRS模块总是有问题不能解决。GPRS模块选用G24，以前曾经做过第一版，都调试通过了；现在做第二版，反而调试不出来了。

出现的问题非常奇怪，使用at+csq? at+cpin? at+creg?三个命令都正常，测试程序都可以测试通过的；使用pppd call xxx的命令也可以建立ppp拨号连接。在应用程序中，需要使用ftp命令传输大的图像文件，ftp也可以登陆上去，但是传输大文件的时候系统没有反应，传输1K左右的小文件没有问题？难道是GPRS的传输和文件大小有关？百思不能其解，反复的检查电路原理图，也没有发现什么问题。

这个时候，我想起了使用示波器观察电源，发现GPRS的电源波纹比较大。GPRS使用了一个5V转3.8V的电路，使用TPS的一个开关电源，而5V电源来源于输入24V电源，又使用了一个24V转5V的开关电源，进一步的调试发现电源干扰来源于24V转5V。电源的电路原理图是没有问题的，问题是出在布线上和元器件布局上，开关电源的输入线和输出的电感呈垂直交叉状，也就是输入线正好位于输出电源的电感下面，导致了电源信号产生了自激和干扰。直接将芯片的输入管腿和地面的导线切断，从旁边飞了一根电源输入线到芯片的管脚，使用示波器观察，电源输出较纯净，GPRS的FTP传输大文件正常。

通过帮助别人调试，我自己也深有感触和体会，嵌入式系统中的开关电源设计的重要性。

下面我谈谈自己的看法和经验。

目前，嵌入式系统中主要有两类电源，线性电源和开关电源。线性电源的具有输出波纹小，电源稳定，使用简单等优点，但是功耗比较大；而开关电源可以做的很小，具有很高的转换效率，缺点是一般需要电感和电容、二极管等外围电路，输出电源可能包含高频谐波，并且对布线也有一定要求。

嵌入式系统中，特别是手持设备中，由于对功耗较为敏感，并且嵌入式系统大部分是数字电路，抗噪声能力强，开关电源也使用的比较多了；但是对于模拟电路的电源供电，例如GPS、GPRS等部分（其模块内部包含了模拟信号接收部分），对电源的要求比较高，对这部分的电路就应该仔细的设计，最好使用线性稳压电源，如果使用开关电源，需要仔细设计，并且在布线上额外考虑，实际上，每个开关电源芯片资料上都有参考PCB设计图。

还记得在去年，设计一个GPS接收电路，GPS模块的接口只有收、发、地、电源几个信号，却总是接收质量不好，只能收到1-2个星，调试了很长时间，后来发现是主板上的开关电源布线的干扰引起的。

嵌入式系统中经常会出现这些问题，主要是与在设计中的对电路的电磁干扰重视程度不够有关。嵌入式基本上是数字电路，在频率不是很高的情况下，对布线基本上没有要求，即使使用软件的自动布线的功能，一般都可以工作，所以在设计中往往忽略了电磁干扰和布线的问题。