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模擬電路和數(shù)字電路PCB設(shè)計的區(qū)別詳解

作者: 時間:2016-11-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家在不斷增加,這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。盡管對數(shù)字設(shè)計的重視帶來了電子產(chǎn)品的重大發(fā)展,但仍然存在,而且還會一直存在一部分與模擬或現(xiàn)實環(huán)境接口的電路設(shè)計。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處,但要獲得更好的結(jié)果時,由于其布線策略不同,簡單電路布線設(shè)計就不再是最優(yōu)方案了。本文就旁路電容、電源、地線設(shè)計、電壓誤差和由布線引起的電磁干擾(EMI)等幾個方面,討論模擬和數(shù)字布線的基本相似之處及差別。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/339607.htm

  模擬和數(shù)字布線策略的相似之處

  旁路或去耦電容

  在布線時,模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容,都需要靠近其電源引腳連接一個電容,此電容值通常為0.1uF。系統(tǒng)供電電源側(cè)需要另一類電容,通常此電容值大約為10uF。

  這些電容的位置如圖1所示。電容取值范圍為推薦值的1/10至10倍之間。但引腳須較短,且要盡量靠近器件(對于0.1uF電容)或供電電源(對于10uF電容)。

  在電路板上加旁路或去耦電容,以及這些電容在板上的位置,對于數(shù)字和模擬設(shè)計來說都屬于常識。但有趣的是,其原因卻有所不同。在模擬布線設(shè)計中,旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號,如果不加旁路電容,這些高頻信號可能通過電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。一般來說,這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。如果在中不使用旁路電容的話,就可能在信號路徑上引入噪聲,更嚴(yán)重的情況甚至?xí)鹫駝印?/p>

  

模擬電路和數(shù)字電路PCB設(shè)計的區(qū)別詳解

 

  圖1 在模擬和數(shù)字設(shè)計中,旁路或去耦電容(0.1uF)應(yīng)盡量靠近器件放置。供電電源去耦電容(10uF)應(yīng)放置在電路板的電源線入口處。所有情況下,這些電容的引腳都應(yīng)較短。

  

模擬電路和數(shù)字電路PCB設(shè)計的區(qū)別詳解

 

  圖2 在此電路板上,使用不同的路線來布電源線和地線,由于這種不恰當(dāng)?shù)呐浜?,電路板的電子元器件和線路受電磁干擾的可能性比較大。

  

模擬電路和數(shù)字電路PCB設(shè)計的區(qū)別詳解

 

  圖3 在此單面板中,到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。此電路板中電源線和地線的配合比圖2中恰當(dāng)。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或約54倍。

  對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件,同樣需要去耦電容,但原因不同。這些電容的一個功能是用作“微型”電荷庫。在數(shù)字電路中,執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的電流。由于開關(guān)時芯片上產(chǎn)生開關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板,有額外的“備用”電荷是有利的。如果執(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷,會造成電源電壓發(fā)生很大變化。電壓變化太大,會導(dǎo)致數(shù)字信號電平進(jìn)入不確定狀態(tài),并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機錯誤運行。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化,電路板走線存在寄生電感,可采用如下公式計算電壓的變化:V = LdI/dt

  其中,V = 電壓的變化;L = 電路板走線感抗;dI = 流經(jīng)走線的電流變化;dt =電流變化的時間。

  因此,基于多種原因,在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是較好的做法。

  電源線和地線要布在一起

  電源線和地線的位置良好配合,可以降低電磁干擾的可能性。如果電源線和地線配合不當(dāng),會設(shè)計出系統(tǒng)環(huán)路,并很可能會產(chǎn)生噪聲。電源線和地線配合不當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/PCB">PCB設(shè)計示例如圖2所示。

  此電路板上,設(shè)計出的環(huán)路面積為697cm2。采用圖3所示的方法,電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性可大為降低。


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