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深圳市瑞申電子有限公司

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功率電感;謹(jǐn)防模擬或數(shù)字電路的設(shè)計(jì)誤區(qū)(上)

時(shí)間:2014-11-10 11:46:17 點(diǎn)擊:
別被表面現(xiàn)象迷惑

  數(shù)據(jù)手冊(cè)常常注明:“電源的去耦電容要盡可能靠近集成電路的電源引腳放置?!比鐖D1所示印制電路板(PCB),它們確實(shí)如此!

  

  圖1:一個(gè)印制電路板版圖(PCB),集成電路和電容。(點(diǎn)擊放大)

  該電路板用于視頻混合信號(hào),圖1所示集成電路周圍還存在其它器件,這些周邊器件非常關(guān)鍵。這是一個(gè)四層板,信號(hào)通路在最外兩層,模擬工程師通常將電源和地分別布設(shè)在中間兩層。器件包括高頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)以及信號(hào)處理電路。器件密度適中,沒有球柵陣列(BGA)封裝,不需要更多層或復(fù)雜布板。

  測(cè)試這個(gè)設(shè)計(jì)時(shí),我們發(fā)現(xiàn)視頻輸出噪聲非常大。而且,大多數(shù)噪聲都來自一個(gè)集成電路。圖1顯示了電路板的頂層圖,電源引腳測(cè)試到非常大的噪聲。當(dāng)用一根很細(xì)的導(dǎo)線穿過去耦電容的地層過孔,連接到電路板的另一側(cè)時(shí),一條引線(不在內(nèi)部地層)消失在另一過孔,這將引發(fā)一些問題。

 觀察電路布局,突出標(biāo)示出我們感興趣的節(jié)點(diǎn),可以看到所有連線,如圖2所示。

  

  圖2. 使用PCB設(shè)計(jì)軟件得到的電路布局。(點(diǎn)擊放大)

  這些布線看起來是由數(shù)字電路自動(dòng)布線工具完成的,電路板設(shè)計(jì)人員可能并不具備模擬電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。沒有內(nèi)部地層和電源層(參考AN4345有關(guān)接地技巧與合理布局)。

  在沒有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人眼里,這個(gè)電路完全正確,但是,因一體電感生產(chǎn)為所有地混雜在一起。這種連接對(duì)于直流沒有問題,但在一定工作頻率下,其等效電路上存在較大的寄生成分,如圖3所示。

  

  圖3. 電路中“地彈噪聲”的示意圖。(點(diǎn)擊放大)

  圖2中的每個(gè)通路和過孔都存在寄生電阻和功率電感。圖3中,把這些分布寄生單元等效成與地串聯(lián)的低一體成型電感器工廠頻電感。圖中,繞線電感可以看作一個(gè)機(jī)械螺旋線電感;為方便解釋,假設(shè)集成電路為運(yùn)算放大器,但它可以是任何電路。

  當(dāng)其它電路的電流改變時(shí),“地彈噪聲”符號(hào)上方左右兩端的數(shù)字電路及其它電路的噪聲會(huì)使電壓上下波動(dòng)。在很多點(diǎn)直接干擾到模擬信號(hào):

  1)噪聲通電感器廠過R1耦合到運(yùn)放輸入。


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