電路去耦合方法
1. 去耦電容法
去耦電容法是常用的電路去耦合方法。它主要是通過添加去耦電容,將交流信號分離開來,從而達到抑制噪聲和干擾的效果。去耦電容一般安裝在信號源和放大器之間,在信號源輸入端和輸出端分別添加一個電容,可以有效抑制信號源與放大器之間的干擾。
去耦電容的選擇應注意以下幾點:
(1)電容的容值應根據信號頻率選擇,一般建議選擇10 Hz以下信號的容值;
(2)電容的電壓值應比最大信號電壓高10%以上,以確保電容工作安全;
(3)電容的穩定性應好,阻抗盡量小,以減少信號損耗。
2. 去耦電阻法
去耦電阻法是另一種常用的電路去耦合方法。它主要是通過添加去耦電阻,降低信號源的內阻和輸出阻抗,從而減少信號的干擾。去耦電阻一般安裝在信號源和放大器之間,在信號源輸出端和放大器輸入端分別添加一個電阻。
去耦電阻的選擇應注意以下幾點:
(1)電阻的阻值應根據信號源的內阻和輸出阻抗來選擇;
(2)電阻的功率應根據最大輸出功率來選擇;
(3)電阻的精度應較高,以減少信號損失。
電路去耦合流程
電路去耦合的流程主要包括以下幾個步驟:
1. 選取合適的去耦電容或去耦電阻;
2. 確定去耦電容或電阻的安裝位置;
3. 計算電容或電阻的參數值并進行安裝;
4. 測試電路的信號輸出質量和穩定性;
5. 如有需要,可根據測試結果進行調整和優化。
電路去耦設計分享
適當的局部去耦在PCB上是必不可少的
典型的4層PCB通常設計為接地層、電源層、頂部信號層和底部信號層。表面貼裝IC的接地引腳通過引腳上的過孔直接連接到接地層,從而最大限度地減少接地連接中的無用阻抗。
電源軌通常位于電源層,并且路由到IC的各種電源引腳。顯示電源和接地連接的簡單IC模型如圖所示。
圖. 顯示走線阻抗和局部去耦電容的IC模型
IC內產生的電流表示為IT。流過走線阻抗Z的電流產生電源電壓VS的變化。如上所述,根據IC的PSR,這會產生各種類型的性能降低。
通過使用盡可能短的連接,將適當類型的局部去耦電容直接連接到電源引腳和接地層之間,可以最大限度地降低對功率噪聲和紋波的靈敏度。去耦電容用作瞬態電流的電荷庫,并將其直接分流到地,從而在IC上保持恒定的電源電壓。雖然回路電流路徑通過接地層,但由于接地層阻抗較低,回路電流一般不會產生明顯的誤差電壓。
圖2顯示了高頻去耦電容必須盡可能靠近芯片的情況。否則,連接走線的電感將對去耦的有效性產生不利影響。
圖. 高頻去耦電容的正確和錯誤放置
圖左側,電源引腳和接地連接都可能短,所以是最有效的配置。然而在圖右側中,PCB走線內的額外電感和電阻將造成去耦方案的有效性降低,且增加封閉環路可能造成干擾問題。
選擇正確類型的去耦電容
低頻噪聲去耦通常需要用電解電容(典型值為1μF至100μF),以此作為低頻瞬態電流的電荷庫。將低電感表面貼裝陶瓷電容(典型值為0.01μF至0.1μF)直接連接到IC電源引腳,可最大程度地抑制高頻電源噪聲。所有去耦電容必須直接連接到低電感接地層才有效。此連接需要短走線或過孔,以便將額外串聯電感降至最低。
大多數IC數據手冊在應用部分說明了推薦的電源去耦電路,用戶應始終遵循這些建議,以確保器件正常工作。
鐵氧體磁珠(以鎳、鋅、錳的氧化物或其他化合物制造的絕緣陶瓷)也可用于在電源濾波器中去耦。鐵氧體在低頻下(<100kHz)為感性—因此對低通LC去耦濾波器有用。100kHz以上,鐵氧體成阻性(低Q)。鐵氧體阻抗與材料、工作頻率范圍、直流偏置電流、匝數、尺寸、形狀和溫度成函數關系。
鐵氧體磁珠并非始終必要,但可以增強高頻噪聲隔離和去耦,通常較為有利。這里可能需要驗證磁珠永遠不會飽和,特別是在運算放大器驅動高輸出電流時。當鐵氧體飽和時,它就會變為非線性,失去濾波特性。
請注意,某些鐵氧體甚至可能在完全飽和前就是非線性。因此,如果需要功率級,以低失真輸出工作,當原型在此飽和區域附近工作時,應檢查其中的鐵氧體。典型鐵氧體磁珠阻抗如圖所示。
圖. 鐵氧體磁珠的阻抗
在為去耦應用選擇合適的類型時,需要仔細考慮由于寄生電阻和電感產生的非理想電容性能。
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