上拉电阻下拉电阻及耦合电容和退耦电容的总结.

1、上拉电阻下拉电阻及耦合电容和退耦电容的总结上拉电阻 :1、当 TTL 电路驱动 COMS 电路时 ,如果 TTL 电路输出的高电平低 于 COMS 电路的最低高电平 (一般为 3.5V ,这时就需要在 TTL 的 输出端接上拉电阻 ,以提高输出高电平的值。2、 OC 门电路必须加上拉电阻 ,才能使用。3、为加大输出引脚的驱动能力,有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。4、 在 COMS 芯片上 , 为了防止静电造成损坏, 不用的管脚不能悬空 , 一般接上拉电阻产生降低输入阻抗,提供泄荷通路。5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平,从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。6、提高总线的抗电磁干

2、扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰,加上下拉电阻是电阻匹配 ,有效的抑制反射波干扰。上拉电阻阻值的选择原则包括:1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;电阻大 ,电流 小。2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小;电阻小 ,电流大。3、对于高速电路 ,过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑以上三点 , 通常在 1k 到 10k 之间选取。对下拉电阻也有类似道理 对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入 特性进行设定 ,主要需要考虑以下几个因素 :1. 驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例 ,一般地说 ,上拉电阻 越小

3、 ,驱动能力越强 ,但功耗越大 ,设计是应注意两者之间的均衡。 2. 下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例 ,当输出高电平时 , 开关管断开 ,上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电 流。3. 高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同 ,电 阻应适当设定以确保能输出正确的电平。 以上拉电阻为例 , 当输出低 电平时 , 开关管导通 , 上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零 电平门槛之下。4. 频率特性。以上拉电阻为例 ,上拉电阻和开关管漏源级之间的电 容和下级电路之间的输入电容会形成 RC 延迟 , 电阻越大 , 延迟越大。 上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。下

4、拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。OC 门输出高电平时是一个高阻态 , 其上拉电流要由上拉电阻来提供 , 设输入端每端口不大于 100uA, 设输出口驱动电流约 500uA ,标准工 作电压是 5V ,输入口的高低电平门限为 0.8V(低于此值为低电平 ; 2V( 高电平门限值 。选上拉电阻时 :500uA x 8.4K= 4.2 即选大于 8.4K 时输出端能下拉至 0.8V 以下 , 此为 最小阻值 , 再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大 ,则阻值可 减小 ,保证下拉时能低于0.8V 即可。当输出高电平时 ,忽略管子的漏电流 ,两输入口需 200uA200uA x15K=3V 即

5、上拉电阻压降为 3V , 输出口可达到 2V , 此阻值为 最大阻值 , 再大就拉不到 2V 了。选 10K 可用。 COMS 门的可参考 74HC 系列设计时管子的漏电流不可忽略 , IO 口实际电流在不同电平下也是不 同的 ,上述仅仅是原理 ,一句话概括为 :输出高电平时要喂饱后面的 输入口 , 输出低电平不要把输出口喂撑了 (否则多余的电流喂给了级联的输入口 ,高于低电平门限值就不可靠了什么是耦合电容 ?什么是去耦电路 ?耦合指信号由第一级向第二级传递的过程, 一般不加注明时往往是指交流耦合。退耦是指对电源采取进一步的滤波措施 , 去除两级间信号通过电源互 相干扰的影响。 耦合常数是指耦

6、合电容值与第二级输入阻抗值乘积对 应的时间常数。退耦有三个目的 :1. 将电源中的高频纹波去除 ,将多级放大器的高频信号通过电源相互串扰的通路切断。2. 大信号工作时 ,电路对电源需求加大 ,引起电源波动 ,通过退耦降 低大信号时电源波动对输入级 /高电压增益级的影响 ;3. 形成悬浮地或是悬浮电源 ,在复杂的系 统中完成各部分地线或是 电源的协调匹 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线 传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器 件 ,以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。摘引自伦德全电路板级的电磁兼容设计一文 ,该论文对噪声耦和 路径、去耦电容和旁路电容的使

7、用都讲得不错。请参阅。干扰的耦合方式干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道对电控系统发生电磁干扰作用的。干扰的耦合方式无非是通过导线、空间、公共线等作用在电控系统上。分析下来主要有以下几种直接耦合 :这是干扰侵入最直接的方式, 也是系统中存在最普遍的一种方式。如干扰信号通过导线直接侵入系统而造成对系统的干扰。 对 这种耦合方式 , 可采用滤波去耦的方法有效地抑制电磁干扰信号的传 入。公共阻抗耦合 :这也是常见的一种耦合方式。 常发生在两个电路的电 流有共同通路的情况。 公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。 防止这种耦合应使耦合阻抗趋近于零、使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。电容耦合 :又称

8、电场耦合或静电耦合 , 是由于分布电容的存在而产生 的一种耦合方式。电磁感应耦合 :又称磁场耦合。 是由于内部或外部空间电磁场感应的 一种耦合方式 , 防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电 路加以屏蔽。辐射耦合 :电磁场的辐射也会造成干扰耦合 ,是一种无规则的干扰。 这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。另当信号传输线较长时 , 它们能辐射干扰波和接收干扰波 ,称为大线效应。漏电耦合 :所谓漏电耦合就是电阻性耦合。这种干扰常在绝缘降低时发生。记得以前我的观点是 :去藕电容一般容量比较大,也就是避免 噪声耦合到其他部分的意思 ; 旁路电容容量小 , 提供低阻抗的噪声回 流路径。 其实这

9、种说法也可以算没有什么大错误。但是经过偶查阅 了相关资料 ,才发现其实 decouple和 bypass 从根本上来说没有任何 区别 ,两者在称谓上可以互换。两者的作用低俗一点说:当电源用。 所谓噪声其实就是电源的波动 , 电源波动来自于两个方面 :电源本身 的波动 , 负载对电流需求变化和电源系统相应能力的差别带来的电压 波动。 而去藕和旁路电容都是相对负载变化引起的噪声来说。 所以他 们两个没有必要做区分。 而且实际上电容值的大小 , 数量也是有理论 根据可循的 ,如果随意选择 ,可能会在某些情况下遇到去藕电容 (旁 路 和分布参数发生自激振荡的情况。 所以真正意义上的去藕和旁路都是根据负

10、载和供电系 统的实际情况来说的。没有必要去做区分 , 也没有本质区别。电容是板卡设计中必用的元件 , 其品质的好坏已经成为我们判断板卡 质量的一个很重要的方面。 电容的功能和表示方法。由两个金属极 ,中间夹有绝缘介质构成。 电容的特性主要是隔直流通交流 , 因此多用于级间耦合、 滤波、 去耦、 旁路及信号调谐。电容在电路中用 “C”加数字表示 ,比如 C8,表示在 电路中编号为 8 的电容。 电容的分类。电容按介质不同分为 :气体介质电容 ,液体介质电容 ,无机固体介质 电容 ,有机固体介质电容电解电容。按极性分为 :有极性电容和无极 性电容。按结构可分为 :固定电容 ,可变电容 ,微调电容。

11、 电容的容量。电容容量表示能贮存电能的大小。 电容对交流信号的阻碍作用称为容 抗,容抗与交流信号的频率和电容量有关 ,容抗 XC=1/2f c (f 表示 交流信号的频率 , C 表示电容容量 。 电容的容量单位和耐压。 nn 电容的基本单位是 F (法 ,其它单 位还有 :毫法 (mF 、微法 (uF 、纳法 (nF 、皮法 (pF 。由于单 位 F 的容量太大 ,所以我们看到的一般都是 F、 nF 、 pF 的单位。换 算关系 :1F =1000000 F ,1 F=1000nF=1000000pF。每一个电容都有它的耐压值,用 V 表示。一般无极电容的标称耐压值比较高有 :63V 、 1

12、00V 、 160V 、 250V 、 400V 、 600V 、 1000V 等。有极电容的耐压相对比较低,一般标称耐压值有 :4V 、 6.3V 、 10V 、 16V 、25V 、 35V 、 50V 、 63V 、 80V 、 100V 、 220V 、 400V 等。 电容的标注方法和容量误差。电容的标注方法分为 :直标法、色标法和数标法。对于体积比较大的 电容 ,多采用直标法。如果是 0.005,表示 0.005uF=5nF。如果是 5n , 那就表示的是 5nF 。数标法 :一般用三位数字表示容量大小 ,前两位表示有效数字 ,第三 位数字是 10 的多少次方。如 :102 表示

13、10x10x10 PF=1000PF , 203表示 20x10x10x10 PF。 nn 色标法 ,沿电容引线方向 ,用不同的颜 色表示不同的数字 ,第一、二种环表示电容量 ,第三种颜色表示有效 数字后零的个数 (单位为 pF 。颜色代表的数值为 :黑 =0、棕=1、红 =2、橙 =3、黄 =4、绿 =5、蓝 =6、紫 =7、灰 =8、白 =9。电容容量误差用符号F 、 G 、 J 、 K 、 L 、 M 来表示 ,允许误差分别对应为±1%、 ±2%、 ±5%、 ±10%、 ±15%、 ±20%。 电容的正负极区分和测量。电容上面有

14、标志的黑块为负极。在 PCB 上电容位置上有两个半圆 , 涂颜色的半圆对应的引脚为负极。 也有用引脚长短来区别正负极长脚 为正 ,短脚为负。当我们不知道电容的正负极时 , 可以用万用表来测量。 电容两极之间 的介质并不是绝对的绝缘体 , 它的电阻也不是无限大 , 而是一个有限 的数值 ,一般在 1000 兆欧以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻 或漏电电阻。只有电解电容的正极接电源正 (电阻挡时的黑表笔 ,负端接电源负 (电阻挡时的红表笔时 ,电解电容的漏电流才小 (漏 电阻大 。反之 , 则电解电容的漏电流增加 (漏电阻减小 。这样 ,我 们先假定某极为 “+”极,万用表选用 R*100 或

15、 R*1K 挡,然后将假定 的 “+”极与万用表的黑表笔相接 ,另一电极与万用表的红表笔相接 , 记下表针停止的刻度 (表针靠左阻值大 ,对于数字万用表来说可以直接读出读数。然后将电容放电 (两根引线碰一下 ,然后两只表笔 对调 ,重新进行测量。两次测量中 ,表针最后停留的位置靠左 (或阻 值大 的那次 , 黑表笔接的就是电解电容的正极。 nn 电容使用的一些经验及来四个误区一些经验 :在电路中不能确定线路的极性时 , 建议使用无极电解电容。 通过电解电容的纹波电流不能超过其充许范围。 如超过了规定值 , 需 选用耐大纹波电流的电容。 电容的工作电压不能超过其额定电压。 在 进行电容的焊接的时

16、候 ,电烙铁应与电容的塑料外壳保持一定的距 离,以防止过热造成塑料套管破裂。并且焊接时间不应超过 10 秒 , 焊接温度不应超过 260 摄氏度。四个误区 :电容容量越大越好。 nn 很多人在电容的替换中往往爱用大容量的 电容。我们知道虽然电容越大 ,为 IC 提供的电流补偿的能力越强。 且不说电容容量的增大带来的体积变大 , 增加成本的同时还影响空气 流动和散热。 关键在于电容上存在寄生电感 , 电容放电回路会在某个 频点上发生谐振。在谐振点 ,电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最小,补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时 ,放电回路的阻 抗开始增加 , 电容提供电流能力便开始下降。电容的

17、容值越大 ,谐振 频率越低 , 电容能有效补偿电流的频率范围也越小。 从保证电容提供 高频电流的能力的角度来说 , 电容越大越好的观点是错误的 , 一般的 电路设计中都有一个参考值的。同样容量的电容 ,并联越多的小电容越好 ,耐压值、耐温值、容值、 ESR(等效电阻 等是电容的几个重要参数 , 对于 ESR 自然是越低越好。 ESR 与电容的容量、频率、 电压、 温度等都有关系。 当电压固定时候 , 容量越大 , ESR 越低。 在板卡计中采用多个小电容并连多是出与 PCB 空间的限制 ,这样有的人就认为 ,越多的并联小电阻 , ESR 越低 ,效 果越好。理论上是如此 ,但是要考虑到电容接脚焊点的阻抗 ,采用多 个小电容并联 ,效果并不一定突出。 ESR越低 ,效果越好。结合我们上面的提高的供电电路来说 , 对于输入电容来说 , 输入电容 的容量要大一点。相对容量的要求 ,对 ESR 的要求可以适当的降低。 因为输入电容主要是耐压 ,其次是吸收 MOSFET 的开关脉冲。对于 输出电容来说 , 耐压的要求和容量可以适当的降低一点。 ESR 的要求 则高一点 , 因为这里要保证的是足够的电流通过