如何合理布局模拟电路印制电路板信号线

2013年06月13日 22:06    qq8426030
关键词: 模拟电路 , 信号线

摘要:有一个公认的准则就是在所有模拟电路印制电路板中,信号线应尽可能的短,这是因为信号线越长,电路中的感应和电容捐合就越多,这是不希望看到的。现实情况是,不可能将所有的信号线都做成最短,因而,布线时首先要考虑的就是最容易产生干扰的信号线。

  在模拟电路印制电路板中,信号线能完成各种功能,如信号输入、反馈、输出以及提供基准信号等。因此,对于不同的应用,信号线都必须以各种方式进行优化。但是,有一个公认的准则就是在所有模拟电路印制电路板中,信号线应尽可能的短,这是因为信号线越长,电路中的感应和电容捐合就越多,这是不希望看到的。现实情况是,不可能将所有的信号线都做成最短,因而,布线时首先要考虑的就是最容易产生干扰的信号线。

  特别是在下列电路中信号线的布线需格外引起注意:

  1) 高频放大器/振荡器;

  2) 多级放大器,特别是输出功率较高的放大器;

  3) 高增益直流放大器;

  4) 小信号放大器;

  5) 差动放大器。

  1.高频放大器/振荡器

  如果高频放大器印制电路板布线不合理,就会导致放大器带宽的降低。这是因为两条靠近的地线和信号线之间会形成一个大电容,这个电容与输出电阻一起构成一个低通滤波器。这个低通滤波器使放大器带宽降低。同时,如果输入信号线和输出信号线彼此接近,反馈信号就会引起振荡。为了避免这些问题的产生,上述导线之间应该留有足够的空间间隔( Lindsey , 1985) 。

  电子电路设计者通常都有这样一个共同的经历,那就是如果设计一个高频放大器,实际上它却会产生振荡。在振荡器的布局中也会遇到类似的问题,它不按照所设计的频率振荡。这种问题的产生是由于信号线之间存在电容藕合,因此,在印制电路板布局时很重要的一点就是减小信号线之间的藕合电容。

  2.具有高功率输出的多级放大器

  如果电源线和地线太长,多级放大器很容易产生低频振荡。由于导线自身具有电阻率,由高功率输出引起的大电流将会流过这些导线。在电源和地之间加一个足够大的电容,形成电源去藕电路,就可以解决这个问题。或者,对于不同的放大级分别提供独立的电源和地线,这样就不会有公共的电源和地线通路了。

  3.高增益直流放大器

  高增益直流放大器通常用于小信号放大。当晶体管或直流放大器等器件被焊接在印制电路板上时,就会在铜筒和器件引脚的连接处形成热电偶,从而产生不同的交变电压,对放大器形成一个干扰信号。为了使直流放大器输入级周围的温度变化率达到最小,并且保持恒定,建议将输入级用一个隔离装置包围起来,以避免其周围空气流动所造成的影响。

  4. 微小信号放大器

  该信号放大器处理的是微小信号,包括以下两种类型。

  (1)高阻抗(低电流)放大器

  这种放大器中,两个相邻的信号线间存在电容藕合,这会严重影响电路的性能,甚至导致低电平信号被覆盖。高阻抗电路中,两导线间的电容藕合。为了减小藕合,建议在高阻抗的信号线之间,以及其他干扰信号之间保持足够的距离。一般情况下,该距离至少为信号线宽度的40 倍。

  无论如何,低电平信号线的对地电容应该很高,以便减小耦合电压。这就是说,低电平信号导线应当靠近地线。如果不能保证低电平信号线之间有足够的宽度,可在它们之间布一条地线,以降低藕合。

  当放大器使用光电池或化学电池作为电源时,电源阻抗可达到数百万甚至是数亿欧姆。如果蚀刻后印制电路板没有进行充分地清理,残留在电路板表面的电解液就会在邻近的导线间产生较大的电阻,甚至即使电路板完全清理干净了,仍有不大于10 12 0 的漏电阻存在。而且,这些电阻不可能是等方性分布的,以致于两条邻近导线间的电阻可能比距离较远的两条导线间的电阻更高。因此,低电平I1 V (电流/电压)转换器的输入应当在印制电路板两面都用防护环路保护起来,防护环路应连接到与总的连接点等电位的点上。如果做到这些,漏电阻的精确值就不那么重要了,因为加在它上面的差值电压己很小了。

  高阻抗放大器印制电路板不能使用镀通孔。印制电路板材料的体积电阻率比表面电阻率更低,在基板上很难安装防护环。最好的方法就是把高阻抗放大器的终端连接到聚四氟乙烯绝缘体上,而不是印制电路板导线上。

  (2) 低阻抗(低电压)放大器

  在低阻抗电路中,有可能产生感应电压,这是因为电路中有感应藕合或磁场存在。这种干扰可通过以下方法减小到一定程度:

  1)将高电平交流信号线与低电平信号线保持足够的距离;

  2) 在信号线附近布设地线;

  3) 避免形成接地环路,以防外部磁场干扰低电平信号。

  5. 差动放大器

  差动放大器只对两个信号的差值进行放大,而对其公共的电压信号将不予放大。如果差动放大器和印制电路板设计不合理,当信号电平较低时,公共电压就会产生一个小的差动干扰信号。差动放大器的输入阻抗高,输入端任何参数的不平衡都会给电路造成很大的干扰。所以,在印制电路板设计时必须确保放大器在物理结构上完全对称。

  在差动放大器的输入端存在一个确定的漏电阻,它可以造成不平衡的电压偏移。这个问题可以通过在输入电路增加防护装置加以解决。防护装置将信号线包围,如果它能和两个输入信号线的低电平端保持相同的电压,就会引起有效电阻的增加。这种装置能够确保信号源终端和防护体与信号源的低电平端电平相同。防护线要形成一个圈,将信号线从输入端到放大器的输入连接点都包围起来,并且和设备的防护装置相连,这对于处理低电平差动信号是一种行之有效的方法。另外,小信号差动放大器的印制电路板基材更适合使用环氧玻璃材料,这有助于减小漏电流。

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cjytf 发表于 2014-10-25 07:59:29
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