当前位置:首页 > 嵌入式 > 嵌入式硬件

如何应对电路板寄生组件对电路性能的干扰


  电路板布线所产生主要寄生组件分别是电阻、电容以及电感。从电路图转成实际电路板时,所有寄生组件都有机会干扰电路性能。当一系统混合数字与模拟组件时,仔细布线是电路板成功与否关键。尤其,靠近高阻抗模拟走线经常变化之数字走线将造成严重耦合噪声,只有让这两种走线保持距离方可避免这种现象。本文量化了最棘手电路板寄生组件、电路板电容,并列举可清楚看到电路板上性能例子来说明。

  非必要电容带来困扰

  两条相邻平行走线会形成布线电容。电容值可用(图一)中所示公式计算。

注:两条走线相邻布置,即可在一块电路板上形成电容。因为此种电容,在一条走在线快速电压变化可在另一条走在线引起电流信号。


  图一 两条走线相邻布置可在一块电路板上形成电容

  当高阻抗模拟走线贴近数字走线时,这种电容可能会在敏感混合讯号电路中造成问题。例如 (图二)中电路就可能会面临这类问题。

  注:以三个8位数字电位计和三个运算放大器组成之输出电压达 6万5536阶之16位数字模拟转换器。如果 VDD 在这个系统内是 5V,这个数字模拟转换器分辨率或 LSB大小就是 76.3μV。


  图二 线与线太靠近,容易在电路板中产生寄生电容

  (图二)电路动作,使用三个8位数字电位计和三个CMOS运算放大器来组成一个16位数字模拟转换器。图二左侧,有两个数位电位计(U3a and U3b)接到 VDD与地间,该中心抽头输出端连接至两个运算放大器(U4a 与 U4b)非反向输入端。使用微控制器U1 之SPI接口来规划数字电位计U2与U3。在这个架构中,每个数字电位计被规划为一个8位之多阶数字模拟转换器。如果VDD等于5V,这些数字模拟转换器 LSB 大小等于19.61mV。

  这两个数字电位计之中心抽头端被连接至两个当缓冲器运算放大器之非反向输入端。在这个电路结构中,运算放大器之输入端是高阻抗,将数字电位计与电路其它部份隔离。这两个运算放大器输出之变化振幅被规划在不会超出第二级运算放大器允许范围内。

  要让这个电路形成16位数字模拟转换器(U2a),第三个数字电位计会在这两个运算放大器U4a与U4b之输出范围内变动。规划U3a和U3b用来设定数字电位计之输出电压。再者,如果VDD是5V,则有可能将U3a与U3b个别规划为每一步19.61mV变化量。以此电压跨在第三个8位数字电位计R3 上,使本电路最低有效位所对应电压值为 76.3uV。

  本电路可被用于两种基本操作模式;第一种模式用于可规划调整之直流参考电压,在这个模式中,只是偶尔使用电路之数字部份而在正常操作中却没有;第二种模式用于任意波型产生器,在这个模式中,电路之数字部份是操作核心,且可能发生电容耦合情形。图二中电路第一种完成布线如(图三)所示。

  注:此为对图二中电路第一种布线。在图二中可迅速看到,重要高阻抗模拟走线与数字走线极为接近。本结构在模拟走在线,因特定数位走线之数据输入码改变,产生无预期且随数字电位计规划需求而变化噪声。


  图三 图二中另一方式布线图

  观察布线中有颜色走线,潜在问题很明显。箭头所指模拟走线(蓝色)从U3a之中心抽头至U4a之高阻抗放大器输入端。另一箭头所指数字走线(绿色)是用来传送数字数据以规划设定数字电位计。在实验桌上,发现绿色走在线数字讯号耦合到敏感蓝色走线内,如(图四)所示。

  注:示波器照片中,最上面是JP1波形(规划数字电位计数字数据),中间是JP5波形(在相邻模拟走在线噪声),最下面$是TP10波形(16位数字模拟转换器输出端噪声)


  图四 示波器照片图

  在系统中,规划数字电位计之数字讯号已从走线感应到到另一条具有直流电压之模拟走线,而这个噪声又一路透过电路模拟部份传递到第三数字电位计(U5a)。第三数字电位计在两个运算放大器之输出状态间变动。解决该问题之方式为将走线分开。(图五)显示一个改善布线解决方案。

  注:这个距离实质上已消除了在之前布线中造成干扰数字噪声。


  图五 使用这个新布线,模拟走线和数字走线已被分开

  注:这个新布线中16位数字模拟转换器正显示一个单*转换,从通信到数字电位计没有任何数字噪声。

  布线变更结果将模拟与数字走线仔细分开,本电路变成一个很干净16位数字模拟转换器。第三数字电位计76.29μV一个单*转换显示在绿色波形。示波器刻度是80mV/div且被显示代码变更幅度约为80mV。受限于实究室配备,所以将 16位数字模拟转换器输出乘以1000倍。


本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

【2024 年 3 月 21日美国德州普拉诺讯】Diodes 公司 (Diodes) (Nasdaq:DIOD) 发布 SDT2U30CP3 (30V/2A)、SDT2U40CP3 (40V/2A) 和 SDT2U60C...

关键字: 肖特基整流器 二极管 电路板

随着电子设备向更高性能、更小尺寸的方向发展,其对PCB的精密度和性能要求也越来越高。

关键字: PCB设计 电路板

可调电容作为一种重要的电子元器件,在电路设计中具有广泛的应用。本文将对可调电容的基本概念、工作原理、调用方法以及应用场景进行详细探讨,旨在帮助读者更好地理解和应用可调电容。

关键字: 可调电容 电子元器件 电路设计

新电阻器系列具有出色性能和可靠性,为开发人员提供新功能、温度耐受性和节省空间选项

关键字: 电阻器 电路板 电流

59177系列是安保、测量、电器和便携式电池供电物联网应用的理想选择

关键字: 物联网 磁簧开关 电路板

近日,国内新一代激光陀螺驱动系列功能芯片问世,由湖南二零八先进科技有限公司(下简称“二零八公司”)技术团队研发。相比行业内普遍应用的上一代激光陀螺驱动控制电路,激光陀螺驱动专用芯片降低了电路设计难度,大幅减小体积重量,实...

关键字: 激光陀螺仪电路 芯片 电路设计

R是施密特触发器输入端的一个10KΩ下拉电阻,时间常数为10×10-6×10×103=100ms。

关键字: 复位 电路设计 施密特触发器

学好电子技术基础知识,如电路基础、模拟电路、数字电路和微机原理。这几门课程都是弱电类专业的必修课程,学会这些后能保证你看懂单片机电路、知道电路的设计思路和工作原理;

关键字: 单片机 编程 电路设计

Buck-Boost电路工作原理及其应用你有没有去了解过呢?随着科技的不断发展,电力电子技术在各个领域得到了广泛的应用。其中,Buck-Boost电路作为一种重要的电力电子变换器,具有很高的实用价值。本文将对Buck-B...

关键字: buck-boost 电路设计

在电子产品的生产过程中,焊接技术是非常重要的一环。波峰焊作为一种新型的焊接技术,具有高效、节能、环保等优点,已经成为电子制造业中广泛应用的一种焊接方法。本文将对波峰焊工艺流程进行详细的介绍。

关键字: 波峰焊 PCB 电路板
关闭
关闭