PCB及高速电路设计

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1、PCB及高速电路设计主讲人：杨学友教授电磁兼容高速电路第九章PCB及高速电路设计本章主要内容：电路板布局电路板布线高速电路基本元件等效模型高频信号布线9.1电路板的布局目的：保证每个不同的功能块互不干扰。主要电路模块：数字部分（单片机及其他数字器件）；模拟部分（模拟信号采集及放大部分）；大功率部分（电机驱动等大电流部分）。原则：功能相同部分尽量放在一起。功率放大数字电路模拟电路电源线地线电源入口优点及改进优点：电路互相隔离，功率部分电流最大，靠近电源。小电流模块在最末端，其它模块不干扰。改进：每个模块都有独立的电源和地线。隔离最彻底。9.

2、2电路板的布线电源部分：这是电路中最重要的部分，一个稳定的电源电路是这个电路稳定工作的基础。关于电源入口的处理：最好加上一个滤波电路。（包括高频（开关电源）和低频（50hz工频））案例8051单片机复位部分走线不好故障案例：某单板，需要控制较大功率继电器，单片机控制继电器时，很容易引起单片机复位。分析：51单片机低电平复位，电源线直接从电源部分引入，且此电源走线也简单引入继电器控制端，当继电器控制时，需要较大电流，直接从复位电容中抽取电荷，复位有高电平变为低电平，从而引起单片机复位！修改：复位和继电器走线分开即可！几种滤波电路Π型滤波电路

3、：电容-电感-电容谐振原因及使用注意事项U0/Ui=(1/sC)/(sL+1/sC)=1/(LCs^2+1)S=jw=j2πf当S^2=-4π*πf=LC时，U0/Ui无穷大。注意事项：被滤波的电源电路中最好没有和谐振点重合的频率，否则需要在电感上并联二极管或者并联一个电阻消除谐振。其他一阶低通滤波电路：包括电解电容、0.1u电容滤波。低通滤波：频率响应。电源线和地线的宽度原则：1A电流至少需要1mm宽的电源线。地线尽量宽，保证地电阻最小。双面板：top层元件，bottom层最好有一层较为完整的地多层板：有一个或多个完整的地平面。不推荐使

4、用单面板，目前单面板和双面板价格相差很小。去藕电容和旁路电容的概念去藕电容：藕表示2个对象的连接。去藕电容就是在2个相互连接对象之间所加的电容。比如集成块电压入口处所加的电容。旁路电容：一般来说是滤去信号中某一些频率分量所加的电容，这些频率分量通过旁路电容导入到GND。旁路电容的来源旁路电容不是理论概念，而是一个经常使用的实用方法，在50--60年代，这个词也就有它特有的含义，现在已不多用。电子管或者晶体管是需要偏置的，就是决定工作点的直流供电条件。例如电子管的栅极相对于阴极往往要求加有负压，为了在一个直流电源下工作，就在阴极对地串接一个

5、电阻，利用板流形成阴极的对地正电位，而栅极直流接地，这种偏置技术叫做“自偏”，但是对（交流）信号而言，这同时又是一个负反馈，为了消除这个影响，就在这个电阻上并联一个足够大的点容，这就叫旁路电容。去藕电容和旁路电容1）电源部分去藕电容：在进入每个芯片时，一般在电源和地部分加上一个去藕电容。2个作用：a）防止电源部分的干扰进入芯片b）防止芯片产生的干扰影响电源2）旁路电容：一般是为了去掉某种频率分量。3）去藕电容和旁路电容的摆放位置。9.3高速电路基本元件等效模型1基本概念1）高频信号：当信号频率大于100M时或信号的上升沿时间1/(π*tr

6、)>100Mhz，tr>3.185ns2）高速电路当电路中的数字信号在传输线上的延迟大于1/2上升时间时，就叫做高速电路举例：比如信号上升时间Tr=1ns，信号线长度x，信号线上速率1.5*10^8m/s，1ns时间内电磁波走了0.15m=15cm，所以信号线长度大于7.5cm，则成为高速电路高速电路中的RLC元件电阻的等效模型高速情况下，需要考虑其引脚的等效电感。直插电阻ESL大，一般封装越大，ESL越大。高速时使用小封装0402、0603等假设ESL=1nH，R=10ohmf=100MhzZL=2*π*f*ESL=0.628ohmf=

7、1GHzZL=6.28ohm电感的等效模型考虑电感值即可，电感值越大，ZL越大，对高频信号的阻挡作用越明显。不考虑ESR，则电感在高频电路中呈现纯感性。ZL=2πfL电容的等效模型正常下，ESR很小，几十毫欧姆级别，在LDO输出电容设计时考虑。ESL主要是引脚等效电感。电解电容ESL大，并且和容值相关，容值越大，体积越大，ESL、ESR越大；陶瓷电容ESL、ESR较小。考虑为什么高频电路需要选用容值较小的陶瓷电容。L、C串联：Z=1/sC+sL=(1+L*C*s^2)/sC极值为L-1/Cs^2=0f0=1/2πsqrt(LC)等效阻抗在

8、f0时最小，小电容LC小，所以高频时用。考虑低通滤波器在f0处，滤波效果最好！高速线（传输线）的模型1）高速信号线：相对于参考（PCB中的地、电源）平面，被认为是RLC的组合，RLC是单位长度