上拉電阻下拉電阻及耦合電容和退耦電容的總結(jié).

1、上拉電阻下拉電阻及耦合電容和退耦電容的總結(jié)上拉電阻 :1、當(dāng) TTL 電路驅(qū)動 COMS 電路時 ,如果 TTL 電路輸出的高電平低 于 COMS 電路的最低高電平 (一般為 3.5V ,這時就需要在 TTL 的 輸出端接上拉電阻 ,以提高輸出高電平的值。2、 OC 門電路必須加上拉電阻 ,才能使用。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動能力,有的單片機管腳上也常使用上拉電阻。4、 在 COMS 芯片上 , 為了防止靜電造成損壞, 不用的管腳不能懸空 , 一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗,提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平,從而提高芯片輸入信號的噪聲容限增強抗干擾能力。6、提高總線的抗電磁干

2、擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。7、長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾,加上下拉電阻是電阻匹配 ,有效的抑制反射波干擾。上拉電阻阻值的選擇原則包括:1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大;電阻大 ,電流 小。2、從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小;電阻小 ,電流大。3、對于高速電路 ,過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮以上三點 , 通常在 1k 到 10k 之間選取。對下拉電阻也有類似道理 對上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級電路的輸入 特性進行設(shè)定 ,主要需要考慮以下幾個因素 :1. 驅(qū)動能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例 ,一般地說 ,上拉電阻 越小

3、 ,驅(qū)動能力越強 ,但功耗越大 ,設(shè)計是應(yīng)注意兩者之間的均衡。 2. 下級電路的驅(qū)動需求。同樣以上拉電阻為例 ,當(dāng)輸出高電平時 , 開關(guān)管斷開 ,上拉電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級電路提供足夠的電 流。3. 高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會有不同 ,電 阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能輸出正確的電平。 以上拉電阻為例 , 當(dāng)輸出低 電平時 , 開關(guān)管導(dǎo)通 , 上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零 電平門檻之下。4. 頻率特性。以上拉電阻為例 ,上拉電阻和開關(guān)管漏源級之間的電 容和下級電路之間的輸入電容會形成 RC 延遲 , 電阻越大 , 延遲越大。 上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。下

4、拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。OC 門輸出高電平時是一個高阻態(tài) , 其上拉電流要由上拉電阻來提供 , 設(shè)輸入端每端口不大于 100uA, 設(shè)輸出口驅(qū)動電流約 500uA ,標(biāo)準(zhǔn)工 作電壓是 5V ,輸入口的高低電平門限為 0.8V(低于此值為低電平 ; 2V( 高電平門限值 。選上拉電阻時 :500uA x 8.4K= 4.2 即選大于 8.4K 時輸出端能下拉至 0.8V 以下 , 此為 最小阻值 , 再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動電流較大 ,則阻值可 減小 ,保證下拉時能低于0.8V 即可。當(dāng)輸出高電平時 ,忽略管子的漏電流 ,兩輸入口需 200uA200uA x15K=3V 即

5、上拉電阻壓降為 3V , 輸出口可達到 2V , 此阻值為 最大阻值 , 再大就拉不到 2V 了。選 10K 可用。 COMS 門的可參考 74HC 系列設(shè)計時管子的漏電流不可忽略 , IO 口實際電流在不同電平下也是不 同的 ,上述僅僅是原理 ,一句話概括為 :輸出高電平時要喂飽后面的 輸入口 , 輸出低電平不要把輸出口喂撐了 (否則多余的電流喂給了級聯(lián)的輸入口 ,高于低電平門限值就不可靠了什么是耦合電容 ?什么是去耦電路 ?耦合指信號由第一級向第二級傳遞的過程, 一般不加注明時往往是指交流耦合。退耦是指對電源采取進一步的濾波措施 , 去除兩級間信號通過電源互 相干擾的影響。 耦合常數(shù)是指耦

6、合電容值與第二級輸入阻抗值乘積對 應(yīng)的時間常數(shù)。退耦有三個目的 :1. 將電源中的高頻紋波去除 ,將多級放大器的高頻信號通過電源相互串?dāng)_的通路切斷。2. 大信號工作時 ,電路對電源需求加大 ,引起電源波動 ,通過退耦降 低大信號時電源波動對輸入級 /高電壓增益級的影響 ;3. 形成懸浮地或是懸浮電源 ,在復(fù)雜的系 統(tǒng)中完成各部分地線或是 電源的協(xié)調(diào)匹 有源器件在開關(guān)時產(chǎn)生的高頻開關(guān)噪聲將沿著電源線 傳播。去耦電容的主要功能就是提供一個局部的直流電源給有源器 件 ,以減少開關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪聲引導(dǎo)到地。摘引自倫德全電路板級的電磁兼容設(shè)計一文 ,該論文對噪聲耦和 路徑、去耦電容和旁路電容的使

7、用都講得不錯。請參閱。干擾的耦合方式干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道對電控系統(tǒng)發(fā)生電磁干擾作用的。干擾的耦合方式無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等作用在電控系統(tǒng)上。分析下來主要有以下幾種直接耦合 :這是干擾侵入最直接的方式, 也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。如干擾信號通過導(dǎo)線直接侵入系統(tǒng)而造成對系統(tǒng)的干擾。 對 這種耦合方式 , 可采用濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號的傳 入。公共阻抗耦合 :這也是常見的一種耦合方式。 常發(fā)生在兩個電路的電 流有共同通路的情況。 公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。 防止這種耦合應(yīng)使耦合阻抗趨近于零、使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。電容耦合 :又稱

8、電場耦合或靜電耦合 , 是由于分布電容的存在而產(chǎn)生 的一種耦合方式。電磁感應(yīng)耦合 :又稱磁場耦合。 是由于內(nèi)部或外部空間電磁場感應(yīng)的 一種耦合方式 , 防止這種耦合的常用方法是對容易受干擾的器件或電 路加以屏蔽。輻射耦合 :電磁場的輻射也會造成干擾耦合 ,是一種無規(guī)則的干擾。 這種干擾很容易通過電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號傳輸線較長時 , 它們能輻射干擾波和接收干擾波 ,稱為大線效應(yīng)。漏電耦合 :所謂漏電耦合就是電阻性耦合。這種干擾常在絕緣降低時發(fā)生。記得以前我的觀點是 :去藕電容一般容量比較大,也就是避免 噪聲耦合到其他部分的意思 ; 旁路電容容量小 , 提供低阻抗的噪聲回 流路徑。 其實這

9、種說法也可以算沒有什么大錯誤。但是經(jīng)過偶查閱 了相關(guān)資料 ,才發(fā)現(xiàn)其實 decouple和 bypass 從根本上來說沒有任何 區(qū)別 ,兩者在稱謂上可以互換。兩者的作用低俗一點說:當(dāng)電源用。 所謂噪聲其實就是電源的波動 , 電源波動來自于兩個方面 :電源本身 的波動 , 負載對電流需求變化和電源系統(tǒng)相應(yīng)能力的差別帶來的電壓 波動。 而去藕和旁路電容都是相對負載變化引起的噪聲來說。 所以他 們兩個沒有必要做區(qū)分。 而且實際上電容值的大小 , 數(shù)量也是有理論 根據(jù)可循的 ,如果隨意選擇 ,可能會在某些情況下遇到去藕電容 (旁 路 和分布參數(shù)發(fā)生自激振蕩的情況。 所以真正意義上的去藕和旁路都是根據(jù)負

10、載和供電系 統(tǒng)的實際情況來說的。沒有必要去做區(qū)分 , 也沒有本質(zhì)區(qū)別。電容是板卡設(shè)計中必用的元件 , 其品質(zhì)的好壞已經(jīng)成為我們判斷板卡 質(zhì)量的一個很重要的方面。 電容的功能和表示方法。由兩個金屬極 ,中間夾有絕緣介質(zhì)構(gòu)成。 電容的特性主要是隔直流通交流 , 因此多用于級間耦合、 濾波、 去耦、 旁路及信號調(diào)諧。電容在電路中用 “C”加數(shù)字表示 ,比如 C8,表示在 電路中編號為 8 的電容。 電容的分類。電容按介質(zhì)不同分為 :氣體介質(zhì)電容 ,液體介質(zhì)電容 ,無機固體介質(zhì) 電容 ,有機固體介質(zhì)電容電解電容。按極性分為 :有極性電容和無極 性電容。按結(jié)構(gòu)可分為 :固定電容 ,可變電容 ,微調(diào)電容。

11、 電容的容量。電容容量表示能貯存電能的大小。 電容對交流信號的阻礙作用稱為容 抗,容抗與交流信號的頻率和電容量有關(guān) ,容抗 XC=1/2f c (f 表示 交流信號的頻率 , C 表示電容容量 。 電容的容量單位和耐壓。 nn 電容的基本單位是 F (法 ,其它單 位還有 :毫法 (mF 、微法 (uF 、納法 (nF 、皮法 (pF 。由于單 位 F 的容量太大 ,所以我們看到的一般都是 F、 nF 、 pF 的單位。換 算關(guān)系 :1F =1000000 F ,1 F=1000nF=1000000pF。每一個電容都有它的耐壓值,用 V 表示。一般無極電容的標(biāo)稱耐壓值比較高有 :63V 、 1

12、00V 、 160V 、 250V 、 400V 、 600V 、 1000V 等。有極電容的耐壓相對比較低,一般標(biāo)稱耐壓值有 :4V 、 6.3V 、 10V 、 16V 、25V 、 35V 、 50V 、 63V 、 80V 、 100V 、 220V 、 400V 等。 電容的標(biāo)注方法和容量誤差。電容的標(biāo)注方法分為 :直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)標(biāo)法。對于體積比較大的 電容 ,多采用直標(biāo)法。如果是 0.005,表示 0.005uF=5nF。如果是 5n , 那就表示的是 5nF 。數(shù)標(biāo)法 :一般用三位數(shù)字表示容量大小 ,前兩位表示有效數(shù)字 ,第三 位數(shù)字是 10 的多少次方。如 :102 表示

13、10x10x10 PF=1000PF , 203表示 20x10x10x10 PF。 nn 色標(biāo)法 ,沿電容引線方向 ,用不同的顏 色表示不同的數(shù)字 ,第一、二種環(huán)表示電容量 ,第三種顏色表示有效 數(shù)字后零的個數(shù) (單位為 pF 。顏色代表的數(shù)值為 :黑 =0、棕=1、紅 =2、橙 =3、黃 =4、綠 =5、藍 =6、紫 =7、灰 =8、白 =9。電容容量誤差用符號F 、 G 、 J 、 K 、 L 、 M 來表示 ,允許誤差分別對應(yīng)為±1%、 ±2%、 ±5%、 ±10%、 ±15%、 ±20%。 電容的正負極區(qū)分和測量。電容上面有

14、標(biāo)志的黑塊為負極。在 PCB 上電容位置上有兩個半圓 , 涂顏色的半圓對應(yīng)的引腳為負極。 也有用引腳長短來區(qū)別正負極長腳 為正 ,短腳為負。當(dāng)我們不知道電容的正負極時 , 可以用萬用表來測量。 電容兩極之間 的介質(zhì)并不是絕對的絕緣體 , 它的電阻也不是無限大 , 而是一個有限 的數(shù)值 ,一般在 1000 兆歐以上。電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻 或漏電電阻。只有電解電容的正極接電源正 (電阻擋時的黑表筆 ,負端接電源負 (電阻擋時的紅表筆時 ,電解電容的漏電流才小 (漏 電阻大 。反之 , 則電解電容的漏電流增加 (漏電阻減小 。這樣 ,我 們先假定某極為 “+”極,萬用表選用 R*100 或

15、 R*1K 擋,然后將假定 的 “+”極與萬用表的黑表筆相接 ,另一電極與萬用表的紅表筆相接 , 記下表針停止的刻度 (表針靠左阻值大 ,對于數(shù)字萬用表來說可以直接讀出讀數(shù)。然后將電容放電 (兩根引線碰一下 ,然后兩只表筆 對調(diào) ,重新進行測量。兩次測量中 ,表針最后停留的位置靠左 (或阻 值大 的那次 , 黑表筆接的就是電解電容的正極。 nn 電容使用的一些經(jīng)驗及來四個誤區(qū)一些經(jīng)驗 :在電路中不能確定線路的極性時 , 建議使用無極電解電容。 通過電解電容的紋波電流不能超過其充許范圍。 如超過了規(guī)定值 , 需 選用耐大紋波電流的電容。 電容的工作電壓不能超過其額定電壓。 在 進行電容的焊接的時

16、候 ,電烙鐵應(yīng)與電容的塑料外殼保持一定的距 離,以防止過熱造成塑料套管破裂。并且焊接時間不應(yīng)超過 10 秒 , 焊接溫度不應(yīng)超過 260 攝氏度。四個誤區(qū) :電容容量越大越好。 nn 很多人在電容的替換中往往愛用大容量的 電容。我們知道雖然電容越大 ,為 IC 提供的電流補償?shù)哪芰υ綇姟?且不說電容容量的增大帶來的體積變大 , 增加成本的同時還影響空氣 流動和散熱。 關(guān)鍵在于電容上存在寄生電感 , 電容放電回路會在某個 頻點上發(fā)生諧振。在諧振點 ,電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小,補充能量的效果也最好。但當(dāng)頻率超過諧振點時 ,放電回路的阻 抗開始增加 , 電容提供電流能力便開始下降。電容的

17、容值越大 ,諧振 頻率越低 , 電容能有效補償電流的頻率范圍也越小。 從保證電容提供 高頻電流的能力的角度來說 , 電容越大越好的觀點是錯誤的 , 一般的 電路設(shè)計中都有一個參考值的。同樣容量的電容 ,并聯(lián)越多的小電容越好 ,耐壓值、耐溫值、容值、 ESR(等效電阻 等是電容的幾個重要參數(shù) , 對于 ESR 自然是越低越好。 ESR 與電容的容量、頻率、 電壓、 溫度等都有關(guān)系。 當(dāng)電壓固定時候 , 容量越大 , ESR 越低。 在板卡計中采用多個小電容并連多是出與 PCB 空間的限制 ,這樣有的人就認為 ,越多的并聯(lián)小電阻 , ESR 越低 ,效 果越好。理論上是如此 ,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗 ,采用多 個小電容并聯(lián) ,效果并不一定突出。 ESR越低 ,效果越好。結(jié)合我們上面的提高的供電電路來說 , 對于輸入電容來說 , 輸入電容 的容量要大一點。相對容量的要求 ,對 ESR 的要求可以適當(dāng)?shù)慕档汀?因為輸入電容主要是耐壓 ,其次是吸收 MOSFET 的開關(guān)脈沖。對于 輸出電容來說 , 耐壓的要求和容量可以適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c。 ESR 的要求 則高一點 , 因為這里要保證的是足夠的電流通過