上拉電阻下拉電阻及耦合電容和退耦電容的總結(jié).

1、上拉電阻下拉電阻及耦合電容和退耦電容的總結(jié) 上拉電阻: 1、當(dāng) TTL 電路驅(qū)動(dòng) COMS 電路時(shí),如果 TTL 電路輸出的高電平低 于 COMS 電路的最低高電平 （一般為 3.5V ,這時(shí)就需要在 TTL 的 輸出端接上拉電阻 ,以提高輸 出高電平的值。 2、OC 門電路必須加上拉電阻 ,才能使用。 3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力 ,有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電 阻。 4、在 COMS 芯片上, 為了防止靜電造成損壞 , 不用的管腳不能懸空 , 一般接上 拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗 ,提供泄荷通路。 5、芯片的管腳加上拉電阻來(lái)提高輸出電平 ,從而提高芯片輸入信號(hào) 的噪聲容限 增強(qiáng)抗干擾能力。

2、6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。 7、長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾 ,加上下拉電阻是電 阻匹配 ,有 效的抑制反射波干擾。 上拉電阻阻值的選擇原則包括 : 1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大 ;電阻大 ,電流 小。 2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小 ;電阻小 ,電流大。 3、對(duì)于高速電路 ,過(guò)大的上拉電阻可能邊沿變平緩。綜合考慮 以上三點(diǎn) , 通常 在 1k 到 10k 之間選取。對(duì)下拉電阻也有類似道理 對(duì)上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng) 結(jié)合開(kāi)關(guān)管特性和下級(jí)電路的輸入 特性進(jìn)行設(shè)定 ,主要需要考慮以下幾個(gè)因素 : 1. 驅(qū)動(dòng)能力與功耗

3、的平衡。以上拉電阻為例 ,一般地說(shuō) ,上拉電阻 越小,驅(qū)動(dòng)能力 越強(qiáng) ,但功耗越大 ,設(shè)計(jì)是應(yīng)注意兩者之間的均衡。 2. 下級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)需求。同樣以 上拉電阻為例 ,當(dāng)輸出高電平時(shí) , 開(kāi)關(guān)管斷開(kāi) ,上拉電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級(jí)電路 提供足夠的電 流。 3. 高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會(huì)有不同 ,電 阻應(yīng)適當(dāng)設(shè) 定以確保能輸出正確的電平。 以上拉電阻為例 , 當(dāng)輸出低 電平時(shí), 開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通 , 上拉 電阻和開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零 電平門檻之下。 4. 頻率特性。以上拉電阻為例 ,上拉電阻和開(kāi)關(guān)管漏源級(jí)之間的電 容和下級(jí)電 路之間的輸入電容會(huì)形成 RC 延遲, 電阻越

4、大 , 延遲越大。 上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮 電路在這方面的需求。 下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。 OC 門輸出高電平時(shí)是一個(gè)高阻態(tài) , 其上拉電流要由上拉電阻來(lái)提供 , 設(shè)輸入端 每端口不大于 100uA, 設(shè)輸出口驅(qū)動(dòng)電流約 500uA ,標(biāo)準(zhǔn)工 作電壓是 5V ,輸入口的 高低電平門限為0.8V（低于此值為低電平；2V（高電平門限值。 選上拉電阻時(shí) : 500uA x 8.4K= 4.2即選大于 8.4K 時(shí)輸出端能下拉至 0.8V 以下, 此為 最小阻值, 再小就拉不下來(lái)了。如果輸出口驅(qū)動(dòng)電流較大 ,則阻值可 減小,保證下拉時(shí)能低于 0.8V 即可。 當(dāng)輸出高電平時(shí) ,忽略管子的

5、漏電流 ,兩輸入口需 200uA 200uA x15K=3V 即上拉電阻壓降為 3V , 輸出口可達(dá)到 2V , 此阻值為 最大阻值, 再大就拉不到 2V 了。選 10K 可用。 COMS 門的可參考 74HC 系列 設(shè)計(jì)時(shí)管子的漏電流不可忽略 , IO 口實(shí)際電流在不同電平下也是不 同的,上述 僅僅是原理 ,一句話概括為 :輸出高電平時(shí)要喂飽后面的 輸入口, 輸出低電平不要把 輸出口喂撐了 （否則多余的電流喂給了級(jí) 聯(lián)的輸入口 ,高于低電平門限值就不可靠 了 什么是耦合電容 ?什么是去耦電路 ? 耦合指信號(hào)由第一級(jí)向第二級(jí)傳遞的過(guò)程 , 一般不加注明時(shí)往往是指 交流耦 合。 退耦是指對(duì)電源采

6、取進(jìn)一步的濾波措施 , 去除兩級(jí)間信號(hào)通過(guò)電源互 相干擾的 影響。 耦合常數(shù)是指耦合電容值與第二級(jí)輸入阻抗值乘積對(duì) 應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。 退耦有三個(gè)目的 : 1. 將電源中的高頻紋波去除 ,將多級(jí)放大器的高頻信號(hào)通過(guò)電源相互 串?dāng)_的通路切斷。 2. 大信號(hào)工作時(shí) ,電路對(duì)電源需求加大 ,引起電源波動(dòng) ,通過(guò)退耦降 低大信號(hào)時(shí)電 源波動(dòng)對(duì)輸入級(jí) /高電壓增益級(jí)的影響 ; 3. 形成懸浮地或是懸浮電源 ,在復(fù)雜的系 統(tǒng)中完成各部分地線或是 電源的協(xié)調(diào) 匹 有源器件在開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的高頻開(kāi)關(guān)噪聲將沿著電源線 傳播。去耦電容的主要功 能就是提供一個(gè)局部的直流電源給有源器 件 ,以減少開(kāi)關(guān)噪聲在板上的傳播和將噪

7、聲引導(dǎo)到地。 摘引自倫德全電路板級(jí)的電磁兼容設(shè)計(jì)一文 ,該論文對(duì)噪聲耦和 路徑、去 耦電容和旁路電容的使用都講得不錯(cuò)。請(qǐng)參閱。 干擾的耦合方式 干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)是通過(guò)一定的耦合通道對(duì)電控系統(tǒng)發(fā)生電磁 干擾作用 的。干擾的耦合方式無(wú)非是通過(guò)導(dǎo)線、空間、公共線等作用 在電控系統(tǒng)上。 分析下來(lái)主要有以下幾種 直接耦合 :這是干擾侵入最直接的方式 , 也是系統(tǒng)中存在最普遍的一 種方式。 如干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線直接侵入系統(tǒng)而造成對(duì)系統(tǒng)的干擾。 對(duì) 這種耦合方式 , 可采用 濾波去耦的方法有效地抑制電磁干擾信號(hào)的傳 入。 公共阻抗耦合 :這也是常見(jiàn)的一種耦合方式。 常發(fā)生在兩個(gè)電路的電 流有共同 通路的情

8、況。 公共阻抗耦合有公共地和電源阻抗兩種。 防止 這種耦合應(yīng)使耦合阻抗趨近于零、 使干擾源和被干擾對(duì)象間沒(méi)有公共 阻抗。 電容耦合 :又稱電場(chǎng)耦合或靜電耦合 , 是由于分布電容的存在而產(chǎn)生 的一種耦 合方式。 電磁感應(yīng)耦合 :又稱磁場(chǎng)耦合。 是由于內(nèi)部或外部空間電磁場(chǎng)感應(yīng)的 一種耦合 方式, 防止這種耦合的常用方法是對(duì)容易受干擾的器件或電 路加以屏蔽。 輻射耦合 :電磁場(chǎng)的輻射也會(huì)造成干擾耦合 ,是一種無(wú)規(guī)則的干擾。 這種干擾很 容易通過(guò)電源線傳到系統(tǒng)中去。另當(dāng)信號(hào)傳輸線較長(zhǎng)時(shí) , 它們能輻射干擾波和接收 干擾波 ,稱為大線效應(yīng)。 漏電耦合 :所謂漏電耦合就是電阻性耦合。 這種干擾常在絕緣降低

9、時(shí) 發(fā)生。記 得以前我的觀點(diǎn)是 :去藕電容一般容量比較大 ,也就是避免 噪聲耦合到其他部分的意 思; 旁路電容容量小 , 提供低阻抗的噪聲回 流路徑。 其實(shí)這種說(shuō)法也可以算沒(méi)有什 么大錯(cuò)誤。但是經(jīng)過(guò)偶查閱 了相關(guān)資料，才發(fā)現(xiàn)其實(shí)decouple和bypass從根本上來(lái) 說(shuō)沒(méi)有任何 區(qū)別,兩者在稱謂上可以互換。兩者的作用低俗一點(diǎn)說(shuō) :當(dāng)電源用。 所 謂噪聲其實(shí)就是電源的波動(dòng) , 電源波動(dòng)來(lái)自于兩個(gè)方面 :電源本身 的波動(dòng) , 負(fù)載對(duì)電 流需求變化和電源系統(tǒng)相應(yīng)能力的差別帶來(lái)的電壓 波動(dòng)。 而去藕和旁路電容都是 相對(duì)負(fù)載變化引起的噪聲來(lái)說(shuō)。 所以他 們兩個(gè)沒(méi)有必要做區(qū)分。 而且實(shí)際上電容 值的大小

10、 , 數(shù)量也是有理論 根據(jù)可循的 ,如果隨意選擇 ,可能會(huì)在某些情況下遇到去 藕電容（旁 路 和分布參數(shù)發(fā)生自激振蕩的情況。 所以真正意義上的去藕和旁路 都是根據(jù)負(fù)載和供電系 統(tǒng)的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)的。沒(méi)有必要去做區(qū)分 , 也沒(méi)有本質(zhì) 區(qū)別 電容是板卡設(shè)計(jì)中必用的元件 , 其品質(zhì)的好壞已經(jīng)成為我們判斷板卡 質(zhì)量的一 個(gè)很重要的方面。 電容的功能和表示方法。由兩個(gè)金屬極，中間夾有絕緣介質(zhì)構(gòu)成。電容的特 性主要是隔直流通交流 , 因此多用于級(jí)間耦合、濾波、去耦、旁路及信號(hào)調(diào)諧。 電容在電路中用“C加數(shù)字表示，比如C8,表示在 電路中編號(hào)為8的電容。 電容的分類。 電容按介質(zhì)不同分為 :氣體介質(zhì)電容 ,液

11、體介質(zhì)電容 ,無(wú)機(jī)固體介質(zhì)電容,有機(jī)固 體介質(zhì)電容電解電容。按極性分為 :有極性電容和無(wú)極性電容。按結(jié)構(gòu)可分為 :固定 電容,可變電容 ,微調(diào)電容。 電容的容量。 電容容量表示能貯存電能的大小。 電容對(duì)交流信號(hào)的阻礙作用稱為容 抗,容抗 與交流信號(hào)的頻率和電容量有關(guān)，容抗XC=1/2n f c （f表示交流信號(hào)的頻率,C表示 電容容量。 電容的容量單位和耐壓。nn電容的基本單位是F （法，其它單 位還有:毫法 （mF、微法（uF、納法（nF、皮法（pF。由于單 位F的容量太大，所以我們看到的一 般都是卩F nF、pF的單位。換 算關(guān)系:1F =1000000卩F , 1 卩 F=1000nF=

12、1000000pF 每一個(gè)電容都有它的耐壓值 ,用 V 表示。一般無(wú)極電容的標(biāo)稱耐壓 值比較高 有:63V、100V、160 V、250V、400V、600V、1000V 等。 有極電容的耐壓相對(duì)比較低 ,一般標(biāo)稱耐壓值有 :4V 、 6.3V 、10V 、 16V 、 25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V 等。電容的標(biāo)注方 法和容量誤差。 電容的標(biāo)注方法分為 :直標(biāo)法、色標(biāo)法和數(shù)標(biāo)法。對(duì)于體積比較大的 電容,多采 用直標(biāo)法。如果是 0.005表示0.005uF=5nF。如果是5n ,那就表示的是5nF。 數(shù)標(biāo)法:一般用三位數(shù)字表示容量大小 ,前兩位表示有效數(shù)字

13、 ,第三位數(shù)字是 10 的多少次方。如：102 表示 10 x10 x10 PF=1000PF , 203表示 20 x10 x10 x10 PF。nn 色 標(biāo)法,沿電容引線方向 ,用不同的顏色表示不同的數(shù)字 ,第一、二種環(huán)表示電容量 ,第 三種顏色表示有效數(shù)字后零的個(gè)數(shù) （單位為 pF 。顏色代表的數(shù)值為 :黑 =0、棕 =1、紅 =2、橙 =3、黃 =4、綠 =5、藍(lán) =6、紫 =7、灰 =8、白 =9。 電容容量誤差用符號(hào) F 、 G 、 J 、 K 、 L 、 M 來(lái)表示,允許誤差分別對(duì)應(yīng)為 1%、 2%、 5%、 10%、 15%、 20%。 電容的正負(fù)極區(qū)分和測(cè)量。 電容上面有標(biāo)志

14、的黑塊為負(fù)極。在 PCB 上電容位置上有兩個(gè)半圓 , 涂顏色的半 圓對(duì)應(yīng)的引腳為負(fù)極。 也有用引腳長(zhǎng)短來(lái)區(qū)別正負(fù)極長(zhǎng)腳 為正,短腳為負(fù)。 當(dāng)我們不知道電容的正負(fù)極時(shí) , 可以用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量。電容兩極之間的介質(zhì)并 不是絕對(duì)的絕緣體 , 它的電阻也不是無(wú)限大 , 而是一個(gè)有限的數(shù)值,一般在 1000兆歐 以上。電容兩極之間的電阻叫做絕緣電阻 或漏電電阻。只有電解電容的正極接電 源正（電阻擋時(shí)的黑表筆 , 負(fù)端接電源負(fù) （電阻擋時(shí)的紅表筆時(shí) ,電解電容的漏電流才小 （漏電阻大。反之, 則電解電容的漏電流增加 （漏電阻減小。這樣,我們先假定某極為“+”極,萬(wàn)用表選 用R*100或R*1K擋，然后將假定

15、 的“ +極與萬(wàn)用表的黑表筆相接，另一電極與萬(wàn)用 表的紅表筆相接 , 記下表針停止的刻度 （表針靠左阻值大 ,對(duì)于數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)說(shuō)可以 直接讀出讀數(shù)。然后將電容放電 （兩根引線碰一下 ,然后兩只表筆對(duì)調(diào),重新進(jìn)行測(cè) 量。兩次測(cè)量中 ,表針最后停留的位置靠左 （或阻值大的那次, 黑表筆接的就是電解 電容的正極。nn電容使用的 一些經(jīng)驗(yàn)及來(lái)四個(gè)誤區(qū) 一些經(jīng)驗(yàn) :在電路中不能確定線路的極性時(shí) , 建議使用無(wú)極電解電容。 通過(guò)電 解電容的紋波電流不能超過(guò)其充許范圍。 如超過(guò)了規(guī)定值 , 需選用耐大紋波電流的 電容。電容的工作電壓不能超過(guò)其額定電壓。 在進(jìn)行電容的焊接的時(shí)候 ,電烙鐵應(yīng) 與電容的塑料外殼保

16、持一定的距 離,以防止過(guò)熱造成塑料套管破裂。并且焊接時(shí)間 不應(yīng)超過(guò) 10秒, 焊接溫度不應(yīng)超過(guò) 260攝氏度。 四個(gè)誤區(qū): 電容容量越大越好。nn很多人在電容的替換中往往愛(ài)用大容量的電容。 我們知道雖然電容越大 ,為 IC 提供的電流補(bǔ)償?shù)哪芰υ綇?qiáng)。且不說(shuō)電容容量的增大 帶來(lái)的體積變大 , 增加成本的同時(shí)還影響空氣 流動(dòng)和散熱。關(guān)鍵在于電容上存在寄 生電感, 電容放電回路會(huì)在某個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)生諧振。在諧振點(diǎn) ,電容的阻抗小。因此放 電回路的阻抗最 小,補(bǔ)充能量的效果也最好。但當(dāng)頻率超過(guò)諧振點(diǎn)時(shí) ,放電回路的阻抗開(kāi)始增加 , 電容提供電流能力便開(kāi)始下降。電容的容值越大 ,諧振頻率越低 , 電容能有效

17、補(bǔ)償電 流的頻率范圍也越小。 從保證電容提供高頻電流的能力的角度來(lái)說(shuō) , 電容越大越好 的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的 , 一般的電路設(shè)計(jì)中都有一個(gè)參考值的。 同樣容量的電容，并聯(lián)越多的小電容越好，耐壓值、耐溫值、容值、ESR（等效 電阻等是電容的幾個(gè)重要參數(shù) , 對(duì)于 ESR 自然是越低越好。 ESR 與電容的容量、 頻率、電壓、溫度等都有關(guān)系。當(dāng)電壓固定時(shí)候 , 容量越大 , ESR 越低。在板卡 計(jì)中采用多個(gè)小電容并連多是出與 PCB 空間的限制 ,這樣有的人就認(rèn)為 ,越多的并聯(lián) 小電阻, ESR 越低,效果越好。理論上是如此 ,但是要考慮到電容接腳焊點(diǎn)的阻抗 ,采 用多個(gè)小電容并聯(lián) ,效果并不一定突出。 ESR越低，效果越好。 結(jié)合我們上面的提高的供電電路來(lái)說(shuō) , 對(duì)于輸入電容來(lái)說(shuō) , 輸入電容的容量要 大一點(diǎn)。相對(duì)容量的要求 ,對(duì) ESR 的要求可以適當(dāng)?shù)慕档汀?因?yàn)檩斎腚娙葜饕悄?壓,其次是吸收 MOSFET 的開(kāi)關(guān)脈沖。對(duì)于輸出電容來(lái)說(shuō) , 耐壓的要求和容量可以 適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)。 ESR 的要求則高一點(diǎn), 因?yàn)檫@里要保證的是足夠的電流通過(guò) 量