描述

<h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 本项目为官方指定赛题复刻类电子设计项目， 我将从单个元器件开始拆解让你在复刻的同时不再盲目的复刻也能收货更多知识 Head部分的原理图将分为以下几个部分 Type-c，LDO，MIC,PA_SPK，单片机核心电路 1.Type-c 这里原作者没有采用传统的TYPE-C工头方案，而是采用了PCB设计TYPE-C舌头（金手指）的电路 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/4bce70359579452aadcf8a4b1f9524c7.png" width="261" height="189" alt="4bce70359579452aadcf8a4b1f9524c7.png"> 这个设计想法很新颖，优点节省材料，缺点也很明显不耐用，容易松动，并且对PCB板厚有严格要求（0.8mm） 我们再来讲讲对typec输入的保护措施，当我们拔插Typec或者是当电路中有惯性负载（如舵机）时，电源部分会出现浪涌电压或者是电压尖峰，这对整个精密电路来说是不允许的，所以呢，我们可以加入TVS二极管参数为5V&3.3V如电路中这样当出现浪涌电压时能对能量进行泄放或者是钳位，具体在电路中的使用如图所示直接连接到输入端的GND即可 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/d7b73920b1704593a106e10e55b8912b.png" width="251" height="145" alt="d7b73920b1704593a106e10e55b8912b.png"> 2.LDO 这里我对原电路图的LDO进行了替换，使用RT9193这块芯片降压厚的纹波，噪声等处理更加优秀，尤其是对模拟部分麦克风输入来说 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/cb136d339c2743129b6ad275625ab7e0.png" width="261" height="142" alt="cb136d339c2743129b6ad275625ab7e0.png"> 对于C3,C4自不必说是对电源的滤波，储能，提高整个系统电源的稳定性，在PCB布局中因为走线过长会有寄生电阻电感的存在，因此对于他们来说应尽量靠近电源引脚摆放，C29是对噪声旁路的参考，提升LDO对噪声的抑制，数据手册中的描述是这样的 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/1b4fdbfd3339425fa0ecce3f8c83d3f9.png" alt="1b4fdbfd3339425fa0ecce3f8c83d3f9.png"> R3,C6共同组成了RC低通滤波， <div> <div>fc=2πRC1</div> </div> <div> <div>代入参数： <div> </div> R=200Ω, C=10μF=10×10−6F <div> </div> fc=2π×200×10×10−61≈79.6Hz</div> </div> 给麦克风提供干净的电源 3.MIC 麦克风电路 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/b2126f3648a741acb23bf0035a41af25.png" alt="b2126f3648a741acb23bf0035a41af25.png"> R4 给MIC供电，同时给MIC输出的交流信号提供直流偏执 C8滤除前级直流偏执，防止前级的直流偏执影响后级，利用了电容隔直通交的特性，只保留MIC的音频模拟信号 R9作为跳线有效阻隔前级的串扰 再看C1,R1共同组成了相位补偿网络截止频率 fz=2πR1C11=2π×150×103×15×10−121≈70.7 kHz防止运放自激振荡，简单可以理解为让通用运放运行的更稳，连接到了VOUT到VIN之间 R5,R6组成了分压网络（1.65V），为运放提供合适静态工作点，C7对输入反向端的信号再次进行滤波 C9同样滤除前级直流偏执，防止前级的直流偏执影响后级 R7,R10给ESP32C3 IO2提供所需的直流偏执 0.5V，提供直流偏执前C2给电源滤波让单片机的采样更加精准 4.PA_SPK 这里同样为模拟信号要尽量避免噪声干扰（保证功放后的声音减少杂声）采用了三阶RC滤波，这里不用担心阻抗过高，导致信号衰减厉害，运放有高输入阻抗低输出阻抗的特点 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/0cc9ab56c47d4e25a7497af3d4ec373d.png" alt="0cc9ab56c47d4e25a7497af3d4ec373d.png"> <table> <tr> <th align="left">级数</th> <th align="left">电阻值</th> <th align="left">电容值</th> <th align="left">截止频率 fc=2πRC1</th> </tr> <tr> <td align="left">第 1 级</td> <td align="left">1kΩ</td> <td align="left">4.7nF</td> <td align="left">≈33.9kHz</td> </tr> <tr> <td align="left">第 2 级</td> <td align="left">1kΩ</td> <td align="left">2.2nF</td> <td align="left">≈72.3kHz</td> </tr> <tr> <td align="left">第 3 级</td> <td align="left">1kΩ</td> <td align="left">1nF</td> <td align="left">≈159.2kHz</td> </tr> </table> 接着看后面的电路 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/724bdb1b2da44e67b42cbc5e6fa4b934.png" alt="724bdb1b2da44e67b42cbc5e6fa4b934.png"> C14,C15 的作用 同样滤除前级直流偏执，防止前级的直流偏执影响后级 R15 R17用于设置输出声音的增益倍数具体设置方法可以参考数据手册 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/33a39f1e76fa49bfb5b1a95896e23557.png" alt="33a39f1e76fa49bfb5b1a95896e23557.png"> 最后再来看剩下的电路是不是清晰多了 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/2d1bee751e48404a9b9bc9e2574cbb53.png" width="788" height="209" alt="2d1bee751e48404a9b9bc9e2574cbb53.png"> 这里的R15 C15的作用可以参考NS4150B的这一节： <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/ff593a40b2f349e787a1e353793ab027.png" alt="ff593a40b2f349e787a1e353793ab027.png"> 对于C16 C23的作用 很明显 “储能” ，当麦克风声音发生变化时会引起电流的波动这是电容就起到了储能的作用 5.单片机外围电路 <img src="https://image.lceda.cn/oshwhub/pullImage/a4b62d033c7a4d4c890a5f4981542be7.png" alt="a4b62d033c7a4d4c890a5f4981542be7.png"> 这里谈谈我对两个电感的理解 L1 : 27nH <ul> <li>对基波 40MHz：27nH 电感的感抗很小（大约 XL≈2π×40×106×27×10−9≈6.8Ω），几乎不阻碍信号通过，基波可以顺利送到芯片内部，让系统正常工作。</li> <li>对高次谐波（比如 80MHz、120MHz……）：频率越高，感抗越大，相当于对这些高频干扰信号 “关上了门”，不让它们进入芯片的射频电路，避免干扰 Wi-Fi / 蓝牙的接收和发射。</li> </ul> <ul> <li>优化振荡回路的匹配：通过微调电感值，让晶振的振荡频率更稳定、更准确，同时抑制寄生振荡，保证晶振能可靠起振。</li> </ul> L2： 2nH 与后面的C35组合形成了π型LC低通滤波器换句话说 电感对高频信号感抗很大，电容对高频信号容抗很低直接将高频信号流入地 <div> <div>L=2×10−9 H</div> </div> <div> <div>选取频率：f1=40 MHz, f2=7.96 MHz, f3=2.4 GHz</div> </div> <div> <ol> <li> <div> <div>f=7.96 MHz（截止频率点） <div> </div> XL=2π⋅7.96×106⋅2×10−9≈0.10 Ω</div> </div> </li> <li> <div> <div>f=40 MHz（晶振基波） <div> </div> XL=2π⋅40×106⋅2×10−9≈0.50 Ω</div> </div> </li> <li> <div> <div>f=2.4 GHz（WiFi / 蓝牙频段） <div> </div> XL=2π⋅2.4×109⋅2×10−9≈30.16 Ω</div> </div> </li> </ol> </div> BODY部分的原理图将分为以下几个部分 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 请输入内容… 注：项目基于官方赛题进行复刻开发，并在此基础上进行功能升级、体验优化与创意拓展；升级拓展部分：请说明是否首次公开；是否为原创；是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；是否在学校参加过答辩。 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> 请输入内容… 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height:1.8;"> <li style="line-height:1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li style="line-height:1.8;">若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能； </li> <li style="line-height:1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li style="line-height:1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 请输入内容… 注：请前往<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件，文件完成后，相关文稿将自动生成至项目详情；这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 请输入内容… 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> 请输入内容… 注：项目涉及的BOM清单。在<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/d1bbfd69f9404f56901a0e7b849b7245.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 视频冲榜：项目制作过程中，可随时录制视频上传至B站、小红书、视频号、抖音号，<a style="text-decoration:underline;" href="https://doc.weixin.qq.com/smartsheet/form/1_wpmhMpBwAAfrKELBBSNdSqJrorjTQE8Q_600d71" target="_blank">冲榜人气奖励＞</a>，优秀项目可获得立创官方全域曝光机会； <a style="text-decoration:underline;" href="/posts/b2b65ad17ac34080a318a5ab47a632c2" target="_blank">前往查看更多详情＞</a>