1 电源设计重要性
电源网络为嵌入式系统的各个元器件提供电能。如果设计不当，系统将工作不稳定，发热量大，重启，甚至整个系统崩溃，带来巨大的经济损失。电源系统的重要性不言而喻。
实际项目中，有不少工程师并未掌握正确的电源设计方法。设计出的方案捉襟见肘，到产品打样后才发现电源地分割不合理，电源芯片过热、电源纹波太大、电源上电时序不正确等诸多问题。
2 电源设计主要参数
选择输入电源前，一定要先充分了解用电设备的用电情况，全面了解电源的应用是准确选型的前提。
一般来说电源选型首先要了解以下参数： 输入电压范围：电源的输入电压范围是多种多样的，国内市电供电范围是220VAC±20%，如果产品要在全球市电下都能使用，那么就需要选用85VAC~265VAC通用型的电源。常见直流输入的电压范围有9~18VDC，18~36VDC，36~72VDC，选择的电压范围和实际工作电压范围要匹配，电源才能提供稳定的输出，后级设备才能稳定工作。
输出电压：电源模块的输出电压就是设备的用电电压，有的设备可能需要多路电压，如+5V给MCU使用，±12V给运放使用，+24V给继电器使用等。
输出电流：知道每个设备需要每种电压提供多大的电流才能保证设备正常运作，如果选择偏小了设备不能正常运行，如果选着太大，电源的成本偏高，体积偏大，设备的整体用电效率可能偏低。
效率：Po/Pin×100%。由两条曲线来衡量，一条是负载为100%Po时，效率和输入电压的曲线，第二条是输入标称电压时，效率和负载的效率曲线。
功率因素：在交流电路中，电压与电流之间的相位差（Φ）的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即λ=P/S。
待机功耗：电源输入端连接到电网或供电电源上，输出端不连接负载不消耗功率状态下的输入有功功率。
电压精度：电压精度是在额定电压和额定负载下电源实际输出电压与标称电压的偏差。不同的应用对电压精度的要求不一样。
负载调整率：随负载变化时，输出电压有一定的变化幅度，这个参数越小越好。
线性调整率：输出电压随输入电压变化而发生变化，这个参数越小越好。
交叉调整率：指多路输出之间的相互影响。第一路负载为50%时，另一路负载从10%~100%变化时，引起第一路电压变化的百分比。
温度漂移：环境温度的变化影响元器件的参数的变化，从而引起电源输出电压变化。常用温度系数表示温度漂移的大小。

• 绝对温度系数：温度变化1℃引起输出电压值的变化△UoT，单位是V/℃或mV/℃；
• 相对温度系数：温度变化1℃引起输出电压相对变化△UoT/Uo，单位是V/℃或mV/℃；
• 只在精度较高的电源中，才有温度系数和温度漂移两项指标。

纹波噪声：开关电源的输出波形不是一条理想的直线，而是在理想的直线上叠加有一定幅度的纹波，还有像毛刺一样的尖峰噪声。纹波噪声越小，对后面系统的干扰也就越小。还有在芯片的电源和地之间增加去耦电容可以有效减小对后面系统的影响。
响应时间：是指负载电流突然变化时，稳压器的输出电压从开始变化到达新的稳定值的一段调整时间。
隔离耐压：指输入和输出之间，输出和输出之间的耐压要求，常见的耐压等级有：1500VDC，3000VDC，6000VDC，2000VAC，3000VAC，4000VAC等。
环境温度：环境温度可能会受天气和其他因素影响变化，像在路灯上的温度，在盛夏会高于50℃，在冰雪的冬天会低于-30℃；在室内温度一般只在0~40℃之间。这对开关电源就有工作温度要求，过高的温度会缩短电源的使用寿命。常见的开关电源正常工作范围有：-40~85℃，-25~70℃，-40~70℃等。
电源的体积和安装方式：要考虑开关电源的大小、高度和安装是否合适。
3 电源设计分类
嵌入式硬件电源设计根据规模大小、主芯片等可分为板级设计和系统级设计。板级设计通常是指围绕嵌入式核心板的应用，为PCB内的每个功能电路设计电源电路的设计；系统级设计通常指引用现成核心板、隔离电源模块，再添加简单电路设计等外围电路设计。
图6.1 嵌入式系统电源设计流程图
如图6.1所示，板级设计以及系统级设计的主要区别在于时序设计和地线的分割。电源功耗计算、IC选型都是必须考虑的步骤。
板级设计通常地线分割较为简单，例如嵌入式ARM、DSP核心板通常只有一个数字电源地。稍微复杂的模块基本也只有2个地，例如隔离电源模块ZY0505系列、隔离CAN转换模块CTM1051等。但板级设计通常对电源时序的设计要求较高，因此在设计ARM9以上、DSP、中大规模FPGA时，电源时序的设计尤为重要。
系统级设计常常引用现成的ARM核心板、外部模块，综合考虑系统的输入、输出电源及板内某些特殊功能部件的供电要求，且对电源时序无要求。但是系统级PCB设计会涉及到AD采集、隔离通信接口、隔离IO口等，因此地线的分割将显得比电源时序设计更为重要。
在设计任务下单时，基本就确定了设计的类型，但更多的时候，为兼顾设计效率、可靠性及成本控制等多方面的因素，嵌入式电源经常是混合着系统电源和板级电源的设计。此时将电源时序设计、地线分割设计结合到一起考虑即可。
4 电源地分割设计
硬件设计阶段初步对地线的分割设计，有利于整体的布局优化和走线优化。若是在PCB设计阶段才考虑地线的分割，有可能会延长沟通时间甚至导致PCB设计的推倒重来。根据接地信号的作用进行分类，如图6.3所示。
图6.2 接地信号分类
防雷接地：PCB的防雷接地，主要是为了防止电源线、通讯线引入的感应雷。因此通常需要将电源、通讯接口和内部数字地隔离，并将通讯接口的金属部分和接大地。
保护接地：接地技术最早是在电网系统中，为了确保人或设备的安全，将地线直接接到大地上，嵌入式系统中通常将金属定位孔、外露的金属壳接到保护地上。
屏蔽接地：随着电子技术的发展，为了防止电子设备干扰其它设备或者被其它设备干扰，通常会将电子设备的金属外壳或线缆屏蔽层接地。
工作接地：为了电路工作正常，工作接地为电源或信号提供回流路径，并且作为基准电位。这也是嵌入式工程师经常遇到的数字地、模拟地、直流地、交流地。
根据图6.2所示，这个集中器的地被划分为4种，分别是金属定位孔和金属外壳的保护接地、系统工作的数字地、485隔离收发器的地，CAN隔离收发器的地。
图6.3 地线划分