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一、DC-DC升压电路模块原理

DC-DC 转换器是一种电力电子电路，可有效地将直流电从一个电压转换为另一个电压。

DC-DC 转换器在现代电子产品中扮演着不可或缺的角色。这是因为与线性稳压器相比，它们具有多项优势。尤其是线性稳压器会散发大量热量，与 DC-DC 转换器中的开关稳压器相比，它们的效率非常低。

DC-DC 升压电路

在介绍 DC-DC 转换器 的工作原理之前，看一个示例，为什么 DC-DC 转换器这么有用？假设构建一个具有以下要求的电路：

DC-DC 升压电路

• 2Ω 负载电阻

• 12V 直流电源

• 5V 负载电压

我们需要降低 12V 电池的电压，为负载提供 5V 电压。我们可以将一个2.8Ω的电阻与负载串联，以提供所需要的电压。

先计算电路的效率如下：

DC-DC 升压电路

从这些计算中，我们可以看到负载仅仅消耗了 12.5W 的输入功率，剩余部分 (30 – 12.5 = 17.5 W) 转化为热量。

照这么来看，其实是有点浪费的，如果触摸串联电阻，会有点热，这里需要结合机制来冷却电路，为了获得更优的解决方案，可以看下面的电路：

DC-DC 升压电路

开关断开时，输入电压为 0V，控制在 ON 位置时，输入电压为 12V。下图分别显示了开关位置 ON 和 OFF 的等效电路。

DC-DC 升压电路等效电路

如果我们如下图（a）所示控制开关，我们得到如下图（b）所示的电压图。T为切换周期，单位为毫秒或微秒。

 DC-DC 升压电路

在这种情况下，这种开关行为的平均输出电压为 5V，因为：

DC-DC 升压电路

该电路的平均输出电压为5V，但我们可以通过使用RC滤波电路去除谐波来改善输出波形。

如果我们假设开关是理想的（理想开关是不消耗或耗散电源的开关），我们可以计算出该电路的效率为 100%。当开关处于 ON 位置时，流过电路的电流为 6A。

由于我们有一个理想的开关，耗散功率为 P_diss = RI 2 = 0 * 9 2 = 0W。当开关处于关闭位置时，没有电流流过开关，因此在这种情况下，耗散功率也为 0。

然而在实际应用中，找到一个理想的开关是比较困难的，这就意味着实际上会有一些功耗，虽然有功耗，但转换的效率仍旧很高。

2）、 DC-DC 升压电路

DC-DC 升压电路主要是增加电源的电压，例如：升压转换器可以采用 5V 电源并将其升压至 25V。通常，你会在电池充电器或太阳能电池板中找到 DC-DC 升压转换器。它们还可用于从同一电池为具有不同工作电压的组件供电。

这种配置将直流电压升高到由电路中组件选择决定的水平。这是升压转换器的一般示意图。

1、升压开关打开状态

 升压开关 ON 状态

2、升压开关关闭状态

升压开关关闭状态

基本配置包括直流电源（Vin）、电感（L）、二极管（D）、开关器件（SW）、平滑电容（C）和负载电阻（Load），Vout 是输出电压。

开关通常是功率电子器件，例如由 PWM 信号控制的 MOSFET或BJT 晶体管。该 PWM 信号通过非常快速地切换晶体管来工作，通常每秒数千次。

3、DC-DC 升压电路工作原理

假设当前的电压是 5V，需要将 5V 转换为更高的电压值，用 DC-DC 升压电路就可以实现，这里假设我们是管道工。

1、涡轮加速

首先我们需要加速涡轮。为此，节气门打开，水快速排放，将部分能量传递给涡轮机，结果涡轮机开始旋转。

DC-DC 升压电路工作原理

2、填充压力储罐

油门关闭，由旋转的涡轮飞轮半部推动的一部分水打开阀门并填充储水箱，另一部分水在储水箱提供的高压下流向消费者，同时阀门防止水倒流。

DC-DC 升压电路工作原理

3、从压力储罐发电并加速涡轮机

涡轮的速度开始下降。水不能再推动阀门，储水箱仍有足够的能量积累。然后油门再次打开，水开始快速旋转涡轮。由于消费者从储罐接收能量，因此流向消费者的能量不会停止，然后循环重复。

现在工作原理已经很清楚了，我们将从管道设备切换到电子设备。 

DC-DC 升压电路工作原理

我们用感应节流阀代替了涡轮机。晶体管用于代替控制水流的节流阀。二极管起阀门作用，用电代替储压罐。

下面就可以很好的理解，DC-DC 升压电路的工作原理。

1、电感累积电荷

开关已关闭，电感通过从源接收电流来积累能量。

 DC-DC 升压电路工作原理

2、将能量转移到电容

开关打开，线圈保持磁场中积累的能量。电流试图保持在同一水平，但来自电感的额外能量会提高电压，从而打开通过二极管的路径。一部分能量流向消费者，而剩余能量在电容器中积累。

 DC-DC 升压电路工作原理

3、在电感中积累能量并将电荷转移给消耗的电路

然后开关被锁定，线圈再次开始积累能量，同时，消耗的从电容接收能量。

 DC-DC 升压电路工作原理

4）、如何构建 DC-DC 升压电路

在下面中，构建一个 1.5V 至 5V DC-DC 升压转换器，

1、构建 DC-DC 升压 电路所需要的组件：

• 1.5V 直流电源

• 180uH 电感一个

• 1个1N3491 二极管

• 1个33uF 电容

• 一个 150 Ω 电阻

• 一个 MOSFET或JFET 开关晶体管

• PWM 源，如Arduino Uno或555 定时器，可生成 50KHz、5V、75% 占空比

2、DC-DC 升压电路工作原理图

 DC-DC 升压电路 

二、数字音频信号如何传输：I2S协议

I2S(Inter—IC Sound)总线, 又称集成电路内置音频总线，是飞利浦公司为数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。采用沿独立的导线传输时钟与数据信号的设计，通过分离数据和时钟信号，避免了时差诱发的失真。

• 支持全双工/半双工

• 支持主/从模式

• 和PCM相比，I2S更适合立体声系统。I2S的变体也支持多通道的时分复用，因此可以支持多声道。

主机Master、从机slave

对于系统而言，产生SCK和WS的信号端就是主设备，用MASTER表示。

I2S有3个主要信号

• SCLK（BCLK）：串行时钟SCLK，也叫位时钟（BCLK），即对应数字音频的每一位数据，SCLK都有1个脉冲。SCLK的频率=2×采样频率×采样位数。

• LRCK：帧时钟LRCK，(也称WS)，用于切换左右声道的数据。LRCK为“1”表示正在传输的是右声道的数据，为“0”则表示正在传输的是左声道的数据。LRCK的频率等于采样频率。

• 串行数据SDATA：就是用二进制补码表示的音频数据。最高位拥有固定的位置，而最低位的位置则是依赖于数据的有效位数。

• MCLK：称为主时钟，也叫系统时钟（Sys Clock），一般为了使系统间能够更好地同步时增加MCLK信号，是采样频率的256倍或384倍。

数据在上升沿有效时（被读取），信号只会在CLK为下降沿变化，上升沿时保持稳定状态。

数据在下降沿有效时（被读取），信号只会在CLK为上升沿变化。下降沿时保持稳定状态。 

I2S格式的信号无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCK变化（也就是一帧开始）后的第2个SCLK脉冲处，（第一个脉冲处是上一段有效位数的最低位-此处为我的理解，按波形来看对的上，不知是否有误）。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位(常补足为零)。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。为了保证数字音频信号的正确传输，发送端和接收端应该采用相同的数据格式和长度。

 

格式

随着技术的发展，在统一的 I2S接口下，出现了多种不同的数据格式。

根据SDATA数据相对于LRCK和SCLK的位置不同，分为左对齐-MSB、I2S格式（即飞利浦规定的格式）和右对齐-LSB（也叫日本格式、普通格式）。

对于所有数据格式和通信标准而言，始终会先发送最高有效位(MSB 优先)。发送端和接收端必须使用相同的数据格式，确保发送和接收的数据一致。

I2S格式

对于这种标准I2S格式的信号，无论有多少位有效数据，数据的最高位总是出现在LRCLK变化（也就是一帧开始）后的第2个BCLK脉冲处。这就使得接收端与发送端的有效位数可以不同。如果接收端能处理的有效位数少于发送端，可以放弃数据帧中多余的低位数据；如果接收端能处理的有效位数多于发送端，可以自行补足剩余的位。这种同步机制使得数字音频设备的互连更加方便，而且不会造成数据错位。

左对齐-MSB

在LRCLK发生翻转的同时开始传输数据。该标准较少使用。注意此时LRCLK为1时，传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反。左对齐(MSB)标准时序图如下所示：

右对齐-LSB

声音数据LSB传输完成的同时，LRCLK完成第二次翻转（刚好是LSB和LRCLK是右对齐的，所以称为右对齐标准）。注意此时LRCLK为1时，传输的是左声道数据，这刚好与I2S Philips标准相反。右对齐(LSB)标准时序图如下所示：

 时序

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三、光纤跳线的种类

上面我们说到光缆，下面介绍一下光纤跳线。
一、什么是光纤跳线
    光纤跳线，(又称光纤连接器)是指光缆两端都装上连接器插头，用来实现光链路活动连接;一端装有插头则称为尾纤。光纤跳线主要用来做从设备到光纤布线链路的跳接线。有较厚的保护层，一般用在光端机和终端盒之间的连接，应用在光纤通信系统、光纤接入网、光纤数据传输以及局域网等一些领域。
二、光纤线缆类型
    光纤主要分为两类：
    根据光传输模式的不同，光纤跳线分为单模光纤跳线和多模光纤跳线。单模光纤跳线只能传一种模式的光，模间色散小，适用于远程通信，而多模光纤跳线可以一次传输多模模式的光，模间色散大，且随着传输距离的增长模间色散加剧，因此比较适用于短距离传输。
    单模光纤(Single-mode Fiber)：一般光纤跳线用黄色表示，接头和保护套为蓝色；传输距离较长。
    多模光纤(Multi-mode Fiber)：一般光纤跳线用橙色表示，也有用灰色表示，接头和保护套用米色或者黑色；传输距离较短。
三、光纤接头分类
    光纤跳线（又称光纤连接器），也就是接入光模块的光纤接头，也有好多种，且相互之间不可以互用。
    光纤跳线按传输媒介的不同可分为常见的硅基光纤的单模、多模跳线，还有其它如以塑胶等为传输媒介的光纤跳线；按连接头结构形式可分为：FC跳线、SC跳线、ST跳线、LC跳线、MTRJ跳线、MPO跳线、MU跳线、SMA跳线、FDDI跳线、E2000跳线、DIN4跳线、D4跳线等等各种形式。比较常见的光纤跳线也可以分为FC-FC、FC-SC、FC-LC、FC-ST、SC-SC、SC-ST等。
    LC型光纤跳线：连接SFP模块的连接器，它采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。LC光纤跳线是光网络最常用的光纤跳线之一，因其采用了直径套圈为1.25mm的LC连接器，尺寸小，非常适用于高密度布线，因此被广泛应用于机房、数据中心。根据接口工作模式的不同划分为LC单工光纤跳线和LC双工光纤跳线。
    SC型光纤跳线：连接GBIC光模块的连接器，它的外壳呈矩形，紧固方式是采用插拔销闩式，不须旋转。SC光纤跳线采用了直径套圈为2.5mm的SC连接器，其尺寸是LC连接器的两倍，因此也被称为大方头连接器（大方头光纤跳线）。该光纤跳线采用推拉式结构，即插即用，且拥有优异的性能，非常适用于电信和数据网络系统，包含点对点的无源光网络。
    ST型光纤跳线：常用于光纤配线架，外壳呈圆形，紧固方式为螺丝扣。(对于10Base-F连接来说，连接器通常是ST类型。常用于光纤配线架。）ST光纤跳线采用了弹簧加载陶瓷套圈（直径为2.5mm）的卡口式连接器，插入损耗约为0.25dB，可用于长距离和短距离应用，如校园网，企业网以及军事应用。
    FC型光纤跳线：外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。一般在ODF侧采用(配线架上用的最多)；FC光纤跳线是第一个使用陶瓷插芯连接器的光纤跳线，与LC光纤跳线和SC光纤跳线不同的是，它采用的连接器是由镀镍或不锈钢制成的圆形螺旋式连接器，需使用螺纹夹子将其固定到适配器或插孔中。虽然FC光纤跳线的安装较为复杂，但它仍然是连接光时域反射仪常用的光纤跳线。
各类型跳线接头样式：

MPO/MTP光纤跳线：是目前高速率数据通信系统中常见的光纤跳线之一，如40G/100G直连和互连等。MPO/MTP光纤跳线是一种采用多芯光纤连接器的光纤跳线，能容纳6~144根光纤，是目前容量最大的光纤跳线。MPO/MTP光纤跳线是由光纤、护套、耦合组件、金属环、引脚(PIN针)、防尘帽等组成，其中，因其光纤芯数排列位置和引脚的不同被划分为极性A/极性B/极性C公头/母头光纤跳线，由于类型不同适用的应用也存在差异，因此在选择时需要根据实际链路情况选择合适的MPO/MTP光纤跳线。

（MPO-MPO跳线）

以下光纤跳线使用较少：

    MTRJ光纤跳线：MTRJ光纤跳线的连接器是由精密塑胶制成，因针脚的不同，分为公头和母头。

（MU光纤跳线）

    DIN光纤跳线：虽然DIN光纤跳线的连接器插针和耦合套筒的结构尺寸与FC光纤跳线相同，但其连接器的内部金属结构中带有控制压力的弹簧，结构更为复杂，机械精度更高，因此损耗小。

    E2000光纤跳线：E2000光纤跳线的连接器采用了推拉连接机构，连接器上电由自动的金属闸门和激光束保护装置，片式设计可快速实现终端连接。

四、光纤传输工作模式

    光纤传输工作模式：单工与双工

    单工光纤跳线每端有一根光纤和一个连接器。它通常用于数据传输只需要在一个方向上传输时，相比之下，双工光纤跳线每端有两根光纤和两个连接器，双工光纤中的信号需要双向传输，也称为双向通信。

    信号通过一根单工光纤跳线从A传送到B，但不能再由B反向传送到A，但双工光纤跳线却能实现信号反向传送。

四、DDR PCB设计布线时，拓扑结构的选择

在PCB设计时我们在处理DDR部分的时候都会进行一个拓扑的选择，一般DDR有T点和Fly-by两种拓扑结构，那么这两种拓扑结构的应用场景和区别有哪些呢？

T点拓扑结构：CPU出来的信号线经过一个过孔后分别向两边进行连接,分叉点一般在信号的中心位置

Fly-by拓扑结构：通常是信号从芯片出来之后先经过第一个信号点如何再经过第二个信号点依次连接下去，直至结束

 

站在我们布线及等长的角度下来说：一般还是建议采用Fly-by拓扑结构，T点在等长时候不太好处理，那么我们在板子空间充足的情况下尽量是考虑T点拓扑结构，这样信号线的长度也会更短，能更好的保证信号的质量，一般我们在四片及四片一下DDR的时候采用T点和Fly-by都是可以的，如果超过四片DDR建议还是采用Fly-by拓扑结构，或者采用T点DDR顶底贴进行一个处理，顶底贴的两片DDR采用T点连接，连接之后再把线拉到DDR的对称中心处进行T点连接。

站在我们的时序要求角度来说：我们要看DDR是否支持读写平衡，如果不支持读写平衡的情况下 ，那么我们就不可以采用Fly-by拓扑结构，采用T点结构的好处在于时序信号能同时到达，而采用Fly-by拓扑结构时，支持读写平衡的DDR即使在你不能同时到达的情况下，也可以再内部进行一个调整。

如果我们在不支持读写平衡的DDR当中使用Fly-by拓扑结构就会出现运行不到额定功率的情况，速率会达不到要求，也许需要降低频率才能正常工作，所以这也是DDR设计中会经常遇到的一些问题，稍微处理不好就会导致DDR不能正常工作。

那么我们在处理DDR的时候有我们要注意哪些点呢：

1 我们需要保证我们的DDR信号有完整的参考平面。

2 DDR的等长要符合数据手册上面的要求，在空间充足的情况下把误差做小一点。

3 等长的时候需要满足3W原则。

4 与DDR无关的信号与电源不可以跨越DDR的区域。

5 等长时候尽量不要在BGA里面绕线。

6 重要信号，如差分在空间允许的情况下做包地处理。

7 任何非DDR部分的信号，不得以DDR电源作为参考平面。

8 所有DDR信号举例参考平面的边缘要保持40mil左右的间距

9 DDR做完之后给DDR区域打上一圈地过孔。

10 所有DDR信号需要严格按照数据手册上面的阻抗要求来进行设计。

11 DDR部分在布局的时候应该做到远离干扰源。 

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