一般考虑

由于模拟电路和数字电路之间的显着差异，电路的模拟部分必须与电路的其余部分分开，并且在接线时必须遵守特殊的方法和规则。 非理想 PCB 特性的影响在高频模拟电路中变得尤其明显，但本文中描述的一般错误甚至会影响在音频范围内运行的设备的性能。

本文的目的是讨论 PCB 设计人员常犯的错误，描述这些错误对性能的影响，并提供解决出现问题的建议。

印刷电路板-电路元件

只有在极少数情况下，才能对模拟电路的印刷电路板进行布线，使其引入的影响不会对电路的操作产生任何影响。 同时，任何此类影响都可以最小化，以便设备模拟电路的特性与模型和原型的特性相同。

原型制作

数字电路设计者可以通过添加跳线来纠正制造电路板上的小错误，或者相反，删除不必要的导体，改变可编程微电路的操作等，很快就可以进入下一个开发阶段。 模拟电路的情况并非如此。 本文讨论的一些常见错误无法通过添加跳线或移除多余的电线来纠正。 它们可能并且将会导致整个印刷电路板无法运行。

对于使用这些校正方法的数字电路设计人员来说，在将设计提交到生产之前充分阅读和理解本文中的材料非常重要。 对设计的一点关注和对可能选项的讨论不仅可以防止 PCB 成为废品，还可以降低由于电路的小模拟部分出现错误而导致的成本。 查找错误并修复它们可能会浪费数百个小时。 原型设计可以将这一时间缩短至一天或更短。 对所有模拟电路进行试验.

噪声和干扰源

噪声和干扰是限制电路质量特性的主要因素。 干扰可能是由源发出的，也可能是由电路元件引起的。 印刷电路板上经常会出现模拟电路以及高速数字组件，包括数字信号处理器 (DSP)。

高频逻辑信号会产生严重的射频干扰 (RFI)。 噪声发射源数量巨大：数字系统、移动电话、广播电视的关键电源、荧光灯电源、个人电脑、闪电放电等。 即使模拟电路在音频范围内工作，RFI 也会在输出信号中产生明显的噪声。

印刷电路板类别

PCB 设计的选择是决定器件整体机械性能的重要因素。 印刷电路板的制造需要使用不同质量级别的材料。 对于设计者来说最合适、最方便的就是 PCB 制造商就在附近。 在这种情况下，很容易控制电阻率和介电常数——印刷电路板材料的主要参数。 不幸的是，这还不够，通常还需要了解其他参数，例如可燃性、高温稳定性和吸湿性。 这些参数只能由印刷电路板生产中使用的元件的制造商知道。

层压材料用指数 FR（阻燃、耐引燃）和 G 表示。指数 FR-1 的材料具有最高的可燃性，FR-5 的可燃性最低。 指数为 G10 和 G11 的材料具有特殊特性。 印刷电路板的材料如表所示。 1.

请勿使用 FR-1 类印刷电路板。 有许多 FR-1 印刷电路板遭受高功率组件热损坏的例子。 此类 PCB 更像纸板。

FR-4常用于工业设备的制造，而FR-2则用于家用电器的制造。 这两个类别是行业标准化的，FR-2 和 FR-4 电路板通常适合大多数应用。 但有时这些类别的特性的不完善迫使使用其他材料。 例如，对于非常高频的应用，PTFE甚至陶瓷被用作印刷电路板材料。 然而，PCB 材料越奇特，价格就越高。

选择 PCB 材料时，请特别注意其吸湿性，因为该参数会对电路板的所需特性（表面电阻、泄漏、高压绝缘性能（击穿和火花）和机械强度）产生强烈的负面影响。 还要注意工作温度。 热点可能会出现在意想不到的地方，例如高频开关的大型数字集成电路附近。 如果这些区域位于模拟元件的正下方，则温度升高会影响模拟电路的特性。

表1

类别	组件、注释
FR-1	纸质、酚醛成分：常温压制、冲压、高吸湿性
FR-2	纸质、酚醛成分：适用于家用电器单面印刷电路板，吸水系数低
FR-3	纸、环氧树脂组合物：具有良好机械和电气特性的发展
FR-4	玻璃纤维、环氧成分：优异的机械和电气性能
FR-5	玻璃纤维，环氧成分：高温下强度高，不易燃
G10	玻璃纤维、环氧成分：绝缘性能高，玻璃纤维强度最高，吸湿性低
G11	玻璃纤维，环氧成分：高温下的高弯曲强度，高耐溶剂性

一旦选择了 PCB 材料，就必须确定 PCB 箔的厚度。 该参数主要根据流过的电流的最大值来选择。 如果可能，尽量避免使用非常薄的箔纸。

印制板层数

单层印刷电路板

非常简单的电子电路是使用廉价的箔材料（FR-1 或 FR-2）在单面板上制作的，并且通常有许多跳线，类似于双面板。 仅建议针对低频电路使用这种创建印刷电路板的方法。 由于如下所述的原因， 单面印刷电路板极易受到干扰。 由于多种原因，良好的单面 PCB 很难设计。 尽管如此，这种类型的板子还是有的，但是在开发它们时，您需要提前考虑很多。

双层印刷电路板

下一个级别是双面印刷电路板，大多数情况下使用 FR-4 作为基板材料，尽管有时也发现 FR-2。 更优选使用FR-4，因为用这种材料可以在质量更好的印刷电路板上获得孔。 双面印刷电路板上的电路更容易接线。 在两层中，更容易布线相交的走线。 但是，不建议在模拟电路中使用走线交叉。 如果可能，底层（底部）必须分配给接地多边形，其余信号应在上层（顶部）布线。 使用垃圾填埋场作为地面总线有几个好处：

• 公共线是电路中连接最频繁的线； 因此，有很多公用电线来简化布线是有意义的。
• 增加板材的机械强度。
• 所有公共线连接的电阻都降低了，从而减少了噪声和干扰。
• 各电路电路的分布电容增大，有助于抑制辐射噪声。
• 多边形是一个屏幕，可以抑制位于多边形一侧的源发出的拾取信号。

双面印刷电路板尽管具有所有优点，但并不是最好的，特别是对于小信号或高速电路。 一般来说，PCB的厚度，即电镀层之间的距离为1,5毫米，这对于充分实现上面给出的两层印刷电路板的一些优点来说太大了。 例如，由于间距如此大，分配的容量太小。

多层印刷电路板

负责任的电路设计需要多层印刷电路板 (MPB)。 使用它们的一些原因是显而易见的：

• 与普通线总线、电源总线接线一样方便； 如果单独层上的多边形用作电源总线，则使用过孔向电路的每个元件供电是非常简单的；
• 信号层脱离电源轨，方便信号导体的布线；
• 接地和电源多边形之间出现分布电容，从而降低高频噪声。

除了这些使用多层印刷电路板的原因外，还有其他不太明显的原因：

• 由于反射效应（像平面效应），可以更好地抑制电磁 (EMI) 和射频 (RFI) 干扰，这一点自马可尼时代起就广为人知。 当导体靠近平坦的导电表面放置时，大部分返回高频电流将在导体正下方的平面中流动。 这些电流的方向将与导体中电流的方向相反。 因此，导体在平面中的反射形成了信号传输线。 由于导体中的电流和平面中的电流大小相等且方向相反，因此会在一定程度上减少辐射干扰。 反射效果仅对不间断的实心多边形有效（它们可以是地面多边形和食物多边形）。 任何对完整性的破坏都会导致干扰抑制能力的降低。
• 降低小规模生产的总体成本。 尽管多层印刷电路板的制造成本较高，但其可能的排放量低于单层和双层板。 因此，在某些情况下，仅使用多层板就可以满足开发过程中对辐射设置的要求，而无需进行额外的测试和测试。 与两层板相比，使用 MFP 可以将辐射噪声水平降低 20 dB。

图层顺序

对于缺乏经验的设计人员来说，通常会对 PCB 层的最佳顺序感到困惑。 以包含两个信号层和两个多边形层（接地层和电源层）的 4 层腔室为例。 最好的层顺序是什么？ 多边形之间的信号层将用作屏幕？ 或者将多边形层置于内部以减少信号层的干扰？

解决此问题时要记住的重要一点是，层的位置通常并不重要，因为组件仍然位于外层，并且向其终端馈送信号的总线有时会穿过所有层层。 因此，任何屏幕效果都只是一种妥协。 在这种情况下，最好注意在电源多边形和接地多边形之间创建较大的分布式容量，并将它们放置在内层中。

将信号层置于外部的另一个优点是可用于测试的信号以及修改连接的可能性。 任何曾经改变过内层导体连接的人都会感激这个机会。

对于四层以上的印刷电路板，一般规则是将高速信号走线放置在接地层和电源层之间，并将外层留给低频信号走线。

接地

将地分为模拟部分和数字部分是最简单、最有效的噪声抑制方法之一。 多层印刷电路板的一层或多层通常布置在一层接地层之下。 如果开发人员经验不足或粗心，那么模拟部分的地将直接连接到这些多边形，即模拟返回电流将使用与数字返回电流相同的电路。 自动饲养员的工作方式大致相同，并将所有土地联合在一起。

如果对先前开发的具有模拟地和数字地相结合的单一地多边形的印刷电路板进行处理，则需要首先将板上的地进行物理分离（此操作之后，板的操作几乎变得不可能）。 之后，所有连接都连接到模拟电路组件的模拟接地层（形成模拟接地）和数字电路组件的数字接地层（形成数字接地）。 只有在此之后，数字和模拟接地才会在源中组合。

其他土地形成规则：

• 电源轨和接地轨必须具有相同的交流电势。，这意味着使用去耦电容器和分布电容。
• 避免模​​拟和数字多边形重叠（图 1）。 将模拟电源轨和多边形放置在模拟接地多边形上方（与数字电源轨类似）。 如果模拟和数字范围在任何一点上存在重叠，则重叠区域之间的分布电容将产生交流耦合，并且数字组件操作产生的噪声将进入模拟电路。 这种重叠将使多边形隔离失效。
  
• 分离并不意味着模拟地与数字地的电气隔离（图 2）。 它们必须在某个（最好是一个）低阻抗节点中连接在一起。 正确的接地系统只有一个接地，即交流电源供电系统的接地端子或直流供电系统（例如电池）的公共接地。 该电路中的所有信号和电源电流必须在单点返回到该地，该点将用作系统地。 这样的点可以是设备情况的输出。 重要的是要了解，将电路接地连接到封装上的多个点时可能会形成接地环路。 创建单一公共接地点是系统设计中最困难的方面之一。
  
• 如果可能，请将用于承载返回电流的连接器端子分开 - 返回电流只能在系统接地点处合并。 连接器触点的老化，以及其配合部分的频繁断开，会导致触点的电阻增大，因此，为了更可靠地工作，需要使用具有一定数量附加插针的连接器。 复杂的数字印刷电路板有很多层并包含数百或数千个导体。 与添加额外的连接器引脚不同，添加另一个导体很少会产生问题。 如果失败，则需要为板上的每个电源电路创建两个返回电流导体，并采取特殊的预防措施。
• 将数字信号线与 PCB 上电路模拟元件所在的位置分开非常重要。 这涉及通过多边形、短模拟信号路径进行隔离（屏蔽），以及仔细放置邻近高速数字和关键模拟总线的无源组件。 数字信号总线应围绕模拟组件区域布线，并且不应与模拟接地和模拟电源总线和多边形重叠。 如果不这样做，那么开发将包含一个新的不可预见的元素 - 天线，其辐射将影响高阻抗模拟组件和导体（图 3）。

• 将电路的模拟部分靠近电路板的 I/O 连接放置是一个好主意。 使用高功率集成电路的数字 PCB 设计人员通常倾向于使用 1 毫米宽、几厘米长的母线来连接模拟组件，他们相信低走线电阻将有助于消除串扰。 最终得到的是一个扩展的薄膜电容器，它会拾取来自数字组件、数字接地和数字电源的杂散信号，从而加剧问题。

良好组件放置的示例

图 4 显示了板上所有组件的可能布局，包括电源。 这里使用三个独立且隔离的接地/电源层：一个用于源，一个用于数字电路，一个用于模拟电路。 模拟部分和数字部分的接地和电源电路仅在电源中组合在一起。 电源电路中的高频噪声被扼流圈滤除。 在此示例中，模拟部分和数字部分的高频信号彼此分离。 这种设计获得良好结果的可能性非常高，因为它确保了元件的良好放置并遵守电路分离的规则。

只有一种情况需要在模拟接地区域上组合模拟和数字信号。 模数和数模转换器安装在带有模拟和数字接地引脚的外壳中。 考虑到前面的考虑，可以假设数字地引脚和模拟地引脚应分别连接到数字和模拟地总线。 然而，在本例中情况并非如此。

引脚名称（模拟或数字）仅指转换器的内部结构及其内部连接。 在电路中，这些引脚应连接到模拟地总线。 该连接也可以在集成电路内部进行，但是由于拓扑限制，这种连接很难获得低电阻。 因此，当使用转换器时，假定模拟和数字接地引脚的外部连接。 如果不这样做，那么微电路的参数将比说明书中给出的参数差很多。

必须考虑到转换器的数字元件会降低电路的质量特性，将数字噪声引入模拟接地和模拟电源电路。 转换器的设计考虑到了这种负面影响，以便数字部分消耗尽可能少的功率。 在这种情况下，减少了来自开关逻辑元件的干扰。 如果转换器的数字输出负载不重，则内部开关通常不会引起太多问题。 在设计包含 ADC 或 DAC 的印刷电路板时，必须适当考虑将转换器的数字电源与模拟地去耦。

无源元件的频率特性

许多设计人员在模拟电路中使用无源元件时完全忽略了频率限制。 这些组件的频率范围有限，它们在指定频率范围之外的操作可能会导致不可预测的结果。 有人可能认为本次讨论仅涉及高速模拟电路。 然而，事实并非如此——高频信号通过辐射或通过导体的直接连接对低频电路的无源元件产生相当强烈的影响。 例如，当高频应用于其输入时，运算放大器上的简单低通滤波器可以轻松变成高通滤波器。

电阻器

电阻器的高频特性可以用图5所示的等效电路来表示。

电容器

电容器的高频特性可以用图6所示的等效电路来表示。

事实上，没有人见过电抗为 160 µΩ 的电解电容器。 薄膜电容器和电解电容器的板是扭曲的箔层，会产生寄生电感。 陶瓷电容器的自感效应要小得多，这使得它们可以在高频下工作。 另外，电容器极板之间存在漏电流，相当于在其端子上并联了一个电阻，这将其寄生效应添加到了端子和极板串联电阻的影响之上。 此外，电解质不是完美的导体。 所有这些电阻加起来就形成了等效串联电阻 (ESR)。 用作去耦器的电容器必须具有低 ESR，因为串联电阻限制了纹波和噪声抑制的有效性。 提高工作温度会显着增加等效串联电阻，并会降低电容器的性能。 因此，如果要在较高的工作温度下使用铝电解电容器，则必须使用适当类型的电容器（105°C）。

电容器引线也会产生寄生电感。 对于小电容值，保持较短的引线长度很重要。 寄生电感和电容的组合可以创建谐振电路。 假设引线每厘米的电感约为 8nH，则引线一厘米长的 0,01uF 电容器的谐振频率约为 12,5MHz。 几十年前开发电子真空设备的工程师都知道这种效应。 任何修复古董收音机但不知道这种效应的人都会面临许多问题。

使用电解电容器时，必须遵守正确的连接方式。 正极端子必须连接到更正的直流电势。 不正确的连接会导致直流电流流过电解电容器，这不仅会损坏电容器本身，还会损坏部分电路。

在极少数情况下，电路中两点之间的直流电势差可能会反转符号。 这就需要使用无极性电解电容，其内部结构相当于两个有极性电容串联。

电感

电感器的高频特性可以用图7所示的等效电路来表示。

实际上，不存在 6,28 MΩ 电感。 寄生电阻的本质很容易理解——线圈的匝数是由每单位长度具有一定电阻的导线制成的。 寄生电容更难以察觉，除非考虑到线圈的下一匝位置靠近前一匝，并且电容耦合发生在紧密间隔的导体之间。 寄生电容限制了工作频率上限。 小型绕线电感器在 10...100 MHz 范围内开始变得低效。

印刷电路板

印刷电路板本身具有上面讨论的无源元件的特性，尽管不是那么明显。

印刷电路板上的导体图案既可以是干扰源，也可以是干扰接收器。 良好的接线可降低模拟电路对辐射源的敏感性。

印刷电路板容易受到辐射，因为元件的导体和引线形成了一种天线。 天线理论是一个相当复杂的研究课题，本文不予讨论。 不过，这里给出了一些基础知识。

一点天线理论

天线的主要类型之一是杆或直导体。 这种天线的工作原理是因为直导体具有寄生电感，因此可以集中并捕获来自外部源的辐射。 直导体的总阻抗具有电阻（有源）和电感（无功）分量：

在直流电或低频下，有源元件占主导地位。 随着频率的增加，无功分量变得越来越重要。 在1kHz到10kHz范围内，电感成分开始起作用，导体不再是低电阻连接器，而是充当电感器。

PCB导体电感的计算公式如下：

通常，PCB 走线每厘米长度的值在 6 nH 到 12 nH 之间。 例如，10 cm 导体的电阻为 57 mΩ，电感为 8 nH/cm。在 100 kHz 时，电抗变为 50 mΩ，在更高频率下，导体将是电感而不是电阻。

鞭状天线规则规定，它在大约 1/20 波长的长度处开始与场发生明显的相互作用，并且最大相互作用发生在等于 1/4 波长的销钉长度处。 因此，上一段示例中的 10 厘米导体在频率高于 150 MHz 时将开始成为非常好的天线。 必须记住，尽管数字电路的时钟发生器可能无法在高于 150 MHz 的频率下运行，但其信号中始终存在高次谐波。 如果 PCB 包含具有相当长引脚引线的组件，那么这些引脚也可以用作天线。

另一种主要类型的天线是环形天线。 当直导体弯曲并成为弧形的一部分时，其电感会大大增加。 增加电感会降低天线开始与场线相互作用的频率。

精通环形天线理论、经验丰富的 PCB 设计人员知道不要为关键信号创建环路。 然而，一些设计人员没有考虑到这一点，他们的电路中的返回和信号电流导体是环路。 环形天线的创建很容易通过示例来展示（图 8）。 此外，此处还显示了缝隙天线的创建。

考虑三种情况：

选项 A 是糟糕设计的一个例子。 它根本不使用模拟地面多边形。 环路由接地线和信号线构成。 当电流通过时，会产生电场和与其垂直的磁场。 这些场构成环形天线的基础。 环形天线规则规定，为了获得最大效率，每个导体的长度应等于接收辐射的波长的一半。 然而，人们不应忘记，即使在 1/20 波长下，环形天线仍然相当有效。

选项 B 比选项 A 更好，但多边形中有一个间隙，可能是为了为信号线的布线创建一个特定的位置。 信号和返回电流路径形成缝隙天线。 在芯片周围的切口中形成其他环。

选项 B 是更好设计的一个例子。 信号和返回电流路径重叠，从而降低了环形天线的效率。 请注意，此选项在 IC 周围也有切口，但它们与返回电流路径分开。

信号的反射和匹配理论与天线理论接近。

当 PCB 导体旋转 90° 时，可能会发生反射。 这主要是由于电流路径宽度的变化造成的。 在角的顶部，走线宽度增加了1.414倍，这导致传输线的特性不匹配，特别是走线的分布电容和固有电感。 通常需要将 PCB 上的走线旋转 90°。 许多现代 CAD 软件包允许您平滑绘制路径的拐角或以圆弧的形式绘制路径。 图 9 显示了改善拐角形状的两个步骤。 只有最后一个示例保持迹线宽度恒定并最大限度地减少反射。

给经验丰富的 PCB 布局人员的提示：在创建液滴和浇注多边形之前，将平滑过程留到工作的最后阶段。 否则，由于计算更加复杂，CAD包将需要更长的时间来平滑。

印刷电路板的寄生效应

- 4层； 信号和接地多边形层相邻，

- 层间间隔 - 0,2 毫米，

- 导体宽度 - 0,75 毫米，

- 导体长度 - 7,5 毫米。

FR-4 的典型 ER 值为 4.5。

将所有值代入公式，我们得到这两条总线之间的电容值，等于1,1 pF。 即使这样看似很小的容量对于某些应用来说也是不可接受的。 图 11 说明了连接到高频运算放大器的反相输入时 1 pF 电容的影响。

这种效应会产生许多问题，但解决这些问题的方法有很多。 其中最明显的是导体长度的减少。 另一种方法是减小它们的宽度。 没有理由使用这种宽度的导体将信号馈送到反相输入，因为流过该导体的电流非常小。 将走线长度减少到 2,5 mm，宽度减少到 0,2 mm 会将电容减少到 0,1 pF，这样的电容将不再导致频率响应如此显着的增加。 解决该问题的另一种方法是移除反相输入下方的部分多边形以及到达其的导体。

运算放大器的反相输入，尤其是高速运算放大器，在高增益电路中很容易发生振荡。 这是由于运算放大器输入级不需要的电容造成的。 因此，减少寄生电容并将反馈元件放置在尽可能靠近反相输入的位置非常重要。 如果尽管采取了这些措施，放大器仍被激励，则需要按比例减小反馈电阻器的电阻以改变电路的谐振频率。 增加电阻器也有帮助，但频率要低得多，因为。 激励效果还取决于电路的阻抗。 当改变反馈电阻时，不应忘记改变校正电容器的电容。 另外，我们不能忘记，随着电阻器阻值的减小，电路的功耗会增加。

PCB走线的宽度不能无限减小。 极限宽度由工艺流程和箔材厚度共同决定。 如果两个导​​体彼此靠近通过，则它们之间会形成电容和电感耦合（图 12）。

描述这些寄生效应的关系非常复杂，足以在本文中给出，但它们可以在有关传输线和带状线的文献中找到。

信号导体不应相互平行布线，差分或微带布线的情况除外。 导体之间的间隙必须至少是导体宽度的三倍。

对于大电阻值（几个 MΩ），模拟电路中走线之间的电容可能会出现问题。 运算放大器反相和同相输入之间相对较大的电容耦合很容易导致电路自激。

每当布局印刷电路板时，就需要创建通孔，即。 互连（图 13），必须记住，也会产生寄生电感。 根据电镀后的孔径d和沟道长度h，可以使用以下近似公式计算电感：

例如，当 d=0,4 mm 且 h=1,5 mm（相当常见的值）时，孔的电感为 1,1 nH。

请记住，孔的电感与相同的寄生电容一起形成谐振电路，在高频下工作时可能会受到影响。 该孔的固有电感非常低，谐振频率在千兆赫范围内，但如果信号被迫沿其路径通过多个过孔，它们的电感会增加（串联）并且谐振频率会下降。 结论： 在对模拟电路的关键高频导体进行布线时，尽量避免使用大量过孔。 另一个负面现象是，接地多边形中存在大量过孔，可能会产生环路。 最好的模拟布线 - 所有信号导体都位于同一 PCB 层上。

除了上面讨论的寄生效应之外，还有一些与电路板表面不够清洁相关的寄生效应。

请记住，如果电路中存在较大电阻，则应特别注意清洁电路板。 在 PCB 制造的最后阶段，必须清除助焊剂残留物和污染物。 近来，当安装印刷电路板时，经常使用水溶性助焊剂。 由于危害较小，它们很容易用水去除。 但同时，用不够干净的水清洗电路板可能会导致额外的污染，从而使介电特性恶化。 因此，用新鲜的蒸馏水清洗具有高阻抗电路的PCB非常重要。

信号耦合

如果您需要分离同时具有模拟和数字部分的印刷电路板，那么您至少需要对逻辑元件的电气特性有一点了解。

逻辑元件的典型输出级包含两个相互串联的晶体管以及电源和接地电路之间的串联连接（图 14）。

当输出级从一种逻辑状态切换到另一种逻辑状态时，情况会发生巨大变化。 在这种情况下，在短时间内，两个晶体管可以同时打开，并且输出级电源电流大大增加，因为从电源总线通过两个串联连接的电流路径到接地总线的部分的电阻晶体管减少。 功耗突然增加然后又减少，这导致电源电压局部变化以及电流出现急剧的短期变化。 这种电流变化导致射频能量的发射。 即使在相对简单的印刷电路板上，也可能存在数十或数百个所考虑的逻辑元件输出级，因此它们同时操作的总影响可能非常大。

准确预测这些电流浪涌发生的频率范围是不可能的，因为它们发生的频率取决于许多因素，包括逻辑元件中开关晶体管的传播延迟。 反过来，延迟也取决于生产过程中发生的许多随机原因。 开关噪声在整个范围内具有宽带谐波分布。 为了抑制数字噪声，有多种方法，其应用取决于噪声的频谱分布。

表 2 列出了常见电容器类型的最大工作频率。

表2

类型	最大频率
铝电解	100кГц
钽电解	1 MHz
云母	500 MHz
керамический	1 GHz的

从表中可以明显看出，钽电解电容器适用于低于 1 MHz 的频率，频率较高时应使用陶瓷电容器。 必须记住，电容器有其自身的谐振，错误选择电容器不仅无济于事，而且还会加剧问题。 图 15 显示了两个通用电容器（一个 10 µF 钽电解电容器和一个 0,01 µF 陶瓷电容器）的典型自谐振。

实际规格可能因制造商而异，甚至同一制造商的批次不同也会有所不同。 重要的是要了解，为了使电容器有效工作，其抑制的频率必须处于低于自谐振频率的范围内。 否则，电抗的性质将是感性的，电容器将不再有效地工作。

毫无疑问，单个 0,1uF 电容器将抑制所有频率。 小电容器（10 nF 或更小）可以在更高的频率下更有效地工作。

IC 电源去耦

用于抑制高频噪声的集成电路电源去耦由连接在电源和接地引脚之间的一个或多个电容器组成。 连接引线和电容器的导体应保持较短，这一点很重要。 如果情况并非如此，那么导体的自感将发挥重要作用，并抵消使用去耦电容器的好处。

微电路的每个封装都必须连接去耦电容，无论封装内有1个、2个还是4个运放。如果运放采用双极性电源供电，那么不言而喻，必须连接去耦电容。位于每个电源引脚。 必须根据电路中存在的噪声和干扰的类型仔细选择电容值。

在特别困难的情况下，可能需要添加与功率输出串联的电感器。 电感应放置在电容器之前，而不是之后。

另一种更便宜的方法是用低阻值电阻器（10 ... 100 欧姆）代替电感。 在这种情况下，电阻器与去耦电容器一起形成低频滤波器。 这种方法降低了运算放大器的供电范围，这也变得更加依赖于功耗。

通常，为了抑制电源电路中的低频噪声，在电源输入连接器处使用一个或多个铝或钽电解电容器就足够了。 额外的陶瓷电容器将抑制来自其他板的高频噪声。

输入和输出存款

在感应噪声的频率范围与电路的频率范围明显不同的情况下，解决方案简单明了——放置一个无源RC滤波器来抑制高频噪声。 然而，在使用无源滤波器时，必须小心：其特性（由于无源元件频率特性的不完善）在比截止频率（f）高100 ... 1000倍的频率下会失去其特性。_3db）。 当使用调谐到不同频率范围的串联滤波器时，高通滤波器应最靠近干扰源。 铁氧体电感也可用于噪声抑制； 它们在达到某个特定频率之前保留电阻的感应性质，并且在高于其电阻时变得活跃。

模拟电路上的干扰可能非常大，以至于只能通过使用屏幕来消除（或至少减少）它。 为了有效地工作，必须仔细设计它们，以便导致大多数问题的频率无法进入电路。 这意味着屏蔽罩上的孔或切口不得大于屏蔽辐射波长的 1/20。 从 PCB 设计一开始就为预期屏幕留出足够的空间是个好主意。 使用屏蔽时，您还可以使用铁氧体环（或磁珠）来连接电路的所有连接。

运算放大器体

在单个运算放大器中，输出位于输入的相对侧。 由于反馈线的长度，这可能使得放大器难以在高频下运行。 克服这个问题的一种方法是将放大器和反馈组件放置在 PCB 的相对两侧。 然而，这会在地面多边形中产生至少两个额外的孔和切口。 有时，即使不使用第二个放大器（并且其输出必须正确连接），也值得使用双运算放大器来解决此问题。 图 17 说明了用于反相连接的反馈环路导线的缩短。

除上述之外，双运放和四运放还可以实现更紧密的安装。 可以说，单独的放大器相对于彼此是镜像的（图 18）。

图 17 和 18 并未显示正常操作所需的所有连接，例如单电源的中频驱动器。 图 19 显示了使用四放大器时此类驱动器的示意图。

该图显示了实现三个独立反相级的所有必要连接。 需要注意的是，半压驱动器的导体直接位于集成电路封装下方，这使得可以减少其长度。 这个例子说明的不是应该如何，而是应该做什么。 例如，所有四个放大器的中间电平电压可以相同。 无源元件的尺寸可以适当选择。 例如，尺寸 0402 平面元件与标准 SO 封装的引脚间距相匹配。 这使得高频应用的导体长度非常短。

运算放大器封装类型主要包括DIP（双列直插）和SO（小外形）。 随着封装尺寸减小，引线间距也减小，从而允许使用更小的无源元件。 减小整个电路的尺寸可以减少寄生电感并允许在更高的频率下运行。 然而，由于组件和导体之间的电容耦合增加，这也会导致更强的串扰。

体积和表面安装

此外，当使用附加元件时，电路板的尺寸和导体的长度都会增加，这不允许电路在高频下工作。 过孔有自己的电感，这也对电路的动态特性施加了限制。 因此，不建议将插件元件用于高频电路或位于高速逻辑电路附近的模拟电路。

一些设计者为了减少导体的长度，将电阻器垂直放置。 乍一看，这似乎缩短了路线的长度。 然而，这增加了通过电阻器的电流路径，并且电阻器本身是一个环路（电感线圈）。 辐射和接收能力成倍增加。

表面贴装不需要元件的每个引脚都有一个孔。 然而，测试电路时会出现问题，必须使用过孔作为测试点，尤其是在使用小规模元件时。

未使用的 OU 部分

结论

• 将印刷电路板视为电路元件；
• 了解并了解噪声和干扰的来源；
• 模型和布局电路。

印刷电路板：

• 仅使用优质材料制成的印刷电路板（例如 FR-4）；
• 多层印刷电路板上制作的电路比两层板上制作的电路受外部干扰的影响要低20dB；
• 对不同的土地和饲料使用单独的、不重叠的多边形；
• 将接地和电源多边形放置在 PCB 的内层上。

成分：

• 注意电路板无源元件和走线引入的频率限制；
• 尽量避免在高速电路中垂直放置无源元件；
• 对于高频电路，使用专为表面安装设计的元件；
• 导体越短越好；
• 如果需要更长的导体长度，则减小其宽度；
• 有源元件未使用的引线必须正确连接。

• 将模拟电路放置在电源连接器附近；
• 切勿将承载逻辑信号的电线穿过电路板的模拟区域，反之亦然；
• 使适合运算放大器反相输入的导线短路；
• 确保运放反相和同相输入端的导体没有彼此长距离平行；
• 尽量避免使用额外的过孔，因为它们自身的电感可能会导致额外的问题；
• 不要以直角走线，并尽可能平滑拐角的顶部。

换乘：

• 使用正确类型的电容器来抑制电源电路中的噪声；
• 为了抑制低频干扰和噪声，在电源输入连接器处使用钽电容；
• 为了抑制高频干扰和噪声，在电源输入连接器处使用陶瓷电容；
• 在微电路的每个功率输出处使用陶瓷电容器； 如有必要，针对不同的频率范围使用多个电容器；
• 如果电路中出现励磁，则必须使用电容值较小的电容器，而不是使用较大的电容器；
• 电源电路中遇到困难时，可采用串联小阻值或电感的电阻；
• 模拟电源去耦电容器只能连接到模拟地，而不是数字地。

用于负载点系统的 GUI 控制的数字电源控制器 27.12.2006

德州仪器 (TI) 推出了新的 Fusion Digital Power 产品，其中包括用于电信和数据处理设备的数字电源管理系统。

UCD9111 单相和 UCD9112 两相控制器提供 175 ps 数字脉宽调制，并完全由图形用户界面 (GUI) 驱动。 您无需专用线路或软件即可控制转换。

GUI 配置允许开发人员智能地控制电源电压、驱动电流、反馈、软启动和许多其他功能。 UCD9111 和 UCD9112 具有内置的外围控制算法。 算法和外围设备形成了一个全数字控制环路，支持高达 2 MHz 的设备。

该控制器架构针对高性能和特性进行了优化，例如用于共模抑制的差分电压反馈和用于高频应用中宽输入和输出电压范围的 175 ps PWM。 此外，UCD9111 和 UCD9112 支持多达 80 个 PMBusTM 接口命令，以控制电源，最小电流要求为 7 mA。