電(diàn)路板设计上交流和直流電(diàn)流之间的差异

2020-11-12

如今，大型配電(diàn)系统依靠交流電(diàn)压，交流電(diàn)压会在特定时间间隔内改变方向。電(diàn)力公司可(kě)以通过不同类型的设施发電(diàn)，然后在很(hěn)長(cháng)的距离内传输非常高的電(diàn)压，而能(néng)量损失最小(xiǎo)。另外，增加或减少交流電(diàn)压比增加或减少直流電(diàn)压容易得多(duō)。但是，直流供電(diàn)的设备（例如平板電(diàn)脑，智能(néng)手机和便携式照明设备）可(kě)以通过仅在一个方向上运行且不会变化的直流電(diàn)源来更有(yǒu)效地运行。

交流和直流電(diàn)流引起的问题

直流与交流電(diàn)流

考虑高频電(diàn)路板设计和多(duō)层板-振荡器产生的高频AC信号可(kě)以从一个電(diàn)路耦合到另一个電(diàn)路。低频直流信号也可(kě)能(néng)从一个電(diàn)路耦合到另一个電(diàn)路，并影响处理(lǐ)器的运行。另外，泄漏電(diàn)阻可(kě)能(néng)允许交流電(diàn)和直流電(diàn)进入信号電(diàn)路。電(diàn)容还可(kě)能(néng)允许交流電(diàn)在信号電(diàn)路内寻找归宿。

复杂電(diàn)路中AC和DC组件的组合会导致電(diàn)磁干扰（EMI）。将任意大小(xiǎo)的DC電(diàn)压连接到负载，可(kě)使瞬时瞬变或纹波電(diàn)流流经走線(xiàn)和导線(xiàn)。这些瞬态電(diàn)流具有(yǒu)双倍寿命。一方面，電(diàn)流的移动将其更改為(wèi)交流電(diàn)流，另一方面，瞬变電(diàn)流充当传播電(diàn)磁波，产生電(diàn)磁场和噪声。

除了直流瞬变外，还存在另一个与直流有(yǒu)关的问题：在数字電(diàn)路中，集成電(diàn)路从直流電(diàn)源轨汲取電(diàn)流。这些電(diàn)流包括直流分(fēn)量和射频（RF）電(diàn)流。这些射频電(diàn)流会导致发射。

解决交流和直流電(diàn)流问题 

要赢得“電(diàn)流之战”，设计人员就必须利用(yòng)電(diàn)源和地平面，使用(yòng)去耦和耦合電(diàn)容器，并绕过放大器電(diàn)源端子的電(diàn)源。

分(fēn)离多(duō)个電(diàn)源层可(kě)以实现更好的電(diàn)源和热量管理(lǐ)，同时还可(kě)以将不同的稳压電(diàn)源与噪声隔离。使用(yòng)不同的稳压電(diàn)源可(kě)防止发射器噪声耦合到接收器電(diàn)路，并减少数字噪声进入模拟電(diàn)路的机会。要实现噪声控制，还需要為(wèi)每个调节電(diàn)压提供独立的参考或接地层。

独立的模拟和数字接地层可(kě)防止将数字噪声信号注入模拟走線(xiàn)。没有(yǒu)间隔，快速上升沿会产生電(diàn)流尖峰，这些尖峰在接地平面中流动并损害模拟電(diàn)路的性能(néng)。在公共接地点上连接单独的模拟和数字地線(xiàn)可(kě)减少循环接地電(diàn)流和噪声的可(kě)能(néng)性。

去耦電(diàn)容器将電(diàn)路与電(diàn)源分(fēn)离，并从稳压的直流電(diàn)源電(diàn)压中过滤掉任何電(diàn)压尖峰或交流電(diàn)压分(fēn)量。電(diàn)容器与信号路径并联连接并吸收噪声，噪声可(kě)能(néng)导致数字逻辑電(diàn)路出错。去耦電(diàn)容器还可(kě)以保护電(diàn)源免受逻辑電(diàn)路更改状态时产生的任何電(diàn)噪声的影响。

耦合電(diàn)容器与信号路径串联连接，并过滤来自模拟和数字電(diàn)路的直流分(fēn)量。特别是，耦合電(diàn)容器可(kě)防止直流信号进入通信系统的传输線(xiàn)。与放大器一起使用(yòng)时，耦合電(diàn)容器可(kě)防止任何传入的交流信号改变晶體(tǐ)管的偏置電(diàn)压。

旁路電(diàn)源至地面電(diàn)源需要将多(duō)个并联電(diàn)容器从运算放大器的電(diàn)源连接到地面。该技术显示在一定频率范围内電(diàn)源引脚的交流阻抗较低。由于交流阻抗路径在整个频率范围内均具有(yǒu)低接地阻抗，因此不需要的噪声会遠(yuǎn)离放大器。電(diàn)容器还可(kě)以补偿运算放大器的電(diàn)源抑制（PSR）的任何下降。使用(yòng)多(duō)个具有(yǒu)不同值的電(diàn)容器可(kě)确保涵盖广泛频率范围所需的频率响应。大多(duō)数配置将具有(yǒu)最小(xiǎo)值和最小(xiǎo)尺寸的電(diàn)容器放在IC電(diàn)源引脚上，然后再接一个更高值的電(diàn)容器。