1、電路抗干擾技術電路抗干擾技術主講人：楊學友主講人：楊學友 教授教授第九章第九章 電路抗干擾技術電路抗干擾技術本章主要內容本章主要內容： 電路板布局電路板布局 電路板布線電路板布線 幾個等效模型幾個等效模型 高頻信號布線高頻信號布線9.1電路板的布局 目的：保證每個不同的功能塊互不干擾。目的：保證每個不同的功能塊互不干擾。 主要電路模塊：數字部分（單片機及其主要電路模塊：數字部分（單片機及其他數字器件）；模擬部分（模擬信號采他數字器件）；模擬部分（模擬信號采集及放大部分）；大功率部分（電機驅集及放大部分）；大功率部分（電機驅動等大電流部分）。動等大電流部分）。 原則：功能相同部分盡量放在一起。原

2、則：功能相同部分盡量放在一起。 三種混合電路的布局三種混合電路的布局 布局模型布局模型功 率放 大部 分數 字電 路部 分模 擬電 路部 分電源線地線電源入口優點及改進優點及改進 優點：電路互相隔離，功率部分優點：電路互相隔離，功率部分電流最大，靠近電源。電流最大，靠近電源。 改進：每個模塊都有獨立的電源改進：每個模塊都有獨立的電源和地線。隔離最徹底。和地線。隔離最徹底。9.2 電路板的布線電路板的布線 電源部分：這是電路中最重要的部電源部分：這是電路中最重要的部分，一個穩定的電源電路是這個電分，一個穩定的電源電路是這個電路穩定工作的基礎。路穩定工作的基礎。 關于電源入口的處理：最好加上一關于

3、電源入口的處理：最好加上一個濾波電路。（包括高頻（開關電個濾波電路。（包括高頻（開關電源）和低頻（源）和低頻（50hz工頻）工頻）幾種濾波電路幾種濾波電路 型濾波電路：電容型濾波電路：電容-電感電感-電容電容其他其他 一階低通濾波電路：包括電解電容、一階低通濾波電路：包括電解電容、0.1u電容濾波。電容濾波。 低通濾波：頻率響應。低通濾波：頻率響應。電源線和地線的寬度電源線和地線的寬度 原則：原則：1A電流至少需要電流至少需要1mm寬的電源線。寬的電源線。 地線盡量寬，保證地電阻最小。一般在電地線盡量寬，保證地電阻最小。一般在電路板中需要路板中需要PLACE PLOGEN。去藕電容和旁路電容的

4、概念去藕電容和旁路電容的概念 去藕電容：藕表示去藕電容：藕表示2個對象的連接。去藕個對象的連接。去藕電容就是在電容就是在2個相互連接對象之間所加的個相互連接對象之間所加的電容。比如集成塊電壓入口處所加的電電容。比如集成塊電壓入口處所加的電容。容。 旁路電容：一般來說是濾去信號中某一旁路電容：一般來說是濾去信號中某一些頻率分量所加的電容。旁路的些頻率分量所加的電容。旁路的“路路”一一般是指電源的般是指電源的“地地”部分。部分。旁路電容的來源 旁路電容不是理論概念，而是一個經常使用的旁路電容不是理論概念，而是一個經常使用的實用方法，在實用方法，在50 - 60年代，這個詞也就有它特年代，這個詞也就

5、有它特有的含義，現在已不多用。電子管或者晶體管有的含義，現在已不多用。電子管或者晶體管是需要偏置的，就是決定工作點的直流供電條是需要偏置的，就是決定工作點的直流供電條件。例如電子管的柵極相對于陰極往往要求加件。例如電子管的柵極相對于陰極往往要求加有負壓，為了在一個直流電源下工作，就在陰有負壓，為了在一個直流電源下工作，就在陰極對地串接一個電阻，利用板流形成陰極的對極對地串接一個電阻，利用板流形成陰極的對地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術叫地正電位，而柵極直流接地，這種偏置技術叫做做“自偏自偏”，但是對（交流）信號而言，這同時，但是對（交流）信號而言，這同時又是一個負反饋，為了消除這個影響，

6、就在這又是一個負反饋，為了消除這個影響，就在這個電阻上并聯一個足夠大的點容，這就叫旁路個電阻上并聯一個足夠大的點容，這就叫旁路電容。電容。 去藕電容和旁路電容去藕電容和旁路電容1）電源部分去藕電容：在進入每個芯片時，）電源部分去藕電容：在進入每個芯片時，一般在電源和地部分加上一個去藕電容。一般在電源和地部分加上一個去藕電容。2個作用：個作用： a）防止電源部分的干擾進入芯片）防止電源部分的干擾進入芯片 b）防止芯片產生的干擾影響電源）防止芯片產生的干擾影響電源2）旁路電容：一般是為了去掉某種頻率分）旁路電容：一般是為了去掉某種頻率分量。量。3）去藕電容和旁路電容的擺放位置。）去藕電容和旁路電容

7、的擺放位置。去藕、旁路位置去藕、旁路位置9.3幾種元件的等效模型幾種元件的等效模型 電容的等效模型：電解電容有較強的電電容的等效模型：電解電容有較強的電感特性感特性 電解電容的解釋電解電容的解釋 低頻特性：組成的低通濾波電路可以濾去一定范圍內低頻特性：組成的低通濾波電路可以濾去一定范圍內的高頻的高頻 高頻特性：當頻率上升到一定階段后，高頻部分不衰高頻特性：當頻率上升到一定階段后，高頻部分不衰減。減。 改進：后續最好加一個包括改進：后續最好加一個包括0.1u的磁片等電容的低通的磁片等電容的低通濾波濾波電感的等效模型電感的等效模型模型：模型： 驗證電路驗證電路理想電感低通濾波響應實際電容低通濾波響

8、應4.4.高頻數字電路布線高頻數字電路布線4.1 基本概念基本概念 1）高頻信號：當信號頻率大于）高頻信號：當信號頻率大于100M時或者信時或者信號的上升沿很小，比如號的上升沿很小，比如100ps,都可理解為高頻都可理解為高頻信號信號 2）信號完整性）信號完整性SI（Signal Integrity）：指信號線）：指信號線上的信號質量，主要問題包括反射、振鈴、地上的信號質量，主要問題包括反射、振鈴、地彈、串擾等。反射和振鈴是由傳輸介質的不匹彈、串擾等。反射和振鈴是由傳輸介質的不匹配造成；地彈是由多個配造成；地彈是由多個IO口同時變化引起地平口同時變化引起地平面的瞬時毛刺；串擾是由面的瞬時毛刺；

9、串擾是由2個（或多個）信號個（或多個）信號相互干擾引起（比如一個信號回路面積較大引相互干擾引起（比如一個信號回路面積較大引起天線效應）。起天線效應）。3）傳輸線理論及模型：當傳輸信號的信號傳輸線理論及模型：當傳輸信號的信號線的長度大于該信號波長（工程上取波線的長度大于該信號波長（工程上取波長的長的1/20）時，此信號線就是傳輸線。）時，此信號線就是傳輸線。傳輸線模型如下圖（傳輸線模型如下圖（R3是匹配電阻）：是匹配電阻）：4）特征阻抗（匹配電阻）：信號線上某一點上）特征阻抗（匹配電阻）：信號線上某一點上瞬時電壓和瞬時電流的比值，傳輸線模型的瞬時電壓和瞬時電流的比值，傳輸線模型的R L C是單位

10、長度上的度量。反映在是單位長度上的度量。反映在PCB電路板就是電路板就是TRACK的特性。只要分布參數恒定，特種阻抗的特性。只要分布參數恒定，特種阻抗固定。公式如下：固定。公式如下： Z0 = SQRT（L0 / C0）5）信號線延遲：信號從源端經過導體到達終端）信號線延遲：信號從源端經過導體到達終端的時間。的時間。 T0 = SQRT（L0*C0） V = C / SQRT(E) c：光速：光速 E：電介率：電介率 T = S / V S:信號線長度信號線長度 4.2 高速電路設計技術高速電路設計技術 理論分析理論分析 RLC串聯電路集總模型：將分布參數集中串聯電路集總模型：將分布參數集中可

11、以方便分析。可以方便分析。 RLC電路的階躍信號響應：電路的階躍信號響應： 1）欠阻尼：）欠阻尼：R太小太小(反射和振鈴反射和振鈴) 2）過阻尼：）過阻尼：R太大（反射）太大（反射） 3）臨界：）臨界： R=sqrt（L/C）1.端接技術：端接技術： 短傳輸線：當最小數字脈寬大于傳輸線的短傳輸線：當最小數字脈寬大于傳輸線的延遲，稱為短傳輸線；長傳輸線反之。延遲，稱為短傳輸線；長傳輸線反之。 短傳輸線：使用源端匹配短傳輸線：使用源端匹配 短傳輸線：使用終端匹配短傳輸線：使用終端匹配 信號線長度的計算：信號線長度的計算： 如果要求信號上升沿的長度不能如果要求信號上升沿的長度不能 大于大于2ns 則

12、由公式則由公式 v = C/sqrt(E) ,E=4.5左右，左右， 則則v等于等于1.5 x 108 m/s ，2x1.5x0.1=30cm * 對于百兆信號，小于對于百兆信號，小于1ns，則信號線，則信號線 長度不能大于長度不能大于15cm，并且按照長短，并且按照長短 傳輸線進行相應的端接匹配。傳輸線進行相應的端接匹配。關于總線等長分析關于總線等長分析 高速總線等長：比如對于船舶項目高速總線等長：比如對于船舶項目DSP數數據線據線D015，由于上升沿很小，要求數據，由于上升沿很小，要求數據線等長，即要求這線等長，即要求這16根線必須同時滿足根線必須同時滿足信號建立時間要求。設建立時間為信號建立時間要求。設建立時間為1ns，且信號輸出時上升沿為且信號輸出時上升沿為0.5ns，則這，則這16根根線必須小于線必須小于15cm。 PCI電路板時鐘線：一般是走蛇形線，是電路板時鐘線：一般是走蛇形線，是為了時鐘的延遲時間是個定值。為了時鐘的延遲時間是個定值。4.3 4.3 信號互擾分析及解決信號互擾分析及解決 電流環（天線）理論：當一個信號的電流回路比電流環（天線）理論：當一個信號的電流回路比較大時，就形成天線，容易被其他信號干擾。較大時，就形成天線，容易被其他信號干擾。