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PCB线路板问题经典(二)

   文章来源:Internet  发布时间:2009-09-24  访问量:3023

一、问:导线的电感是怎么一回事?
    答:导线和印制线路板导电带的电感在较高频率时是不能忽略的。为了计算直导线和导电带的电感,这里介绍两个近似方法。
例如1 cm长,0.25 mm宽的导电带形成的电感为10 nH。导线电感=0.0002Lln2LR-0.75 μH
例如:长1 cm外径0.5 mm的导线电感量为7.26 nH (2R=0.5 mm,L=1 cm)
导电带电感=0.0002Lln2LW+H+0.2235 W+HL+0.5μH
例如:长1cm宽0.25 mm印制线路板导电带的电感为9.59 nH( H=0.038mm,W=0.25 m m,L=1 cm)。导线和导电带在高频条件下形成的电感,但是感抗与切割感应回路的寄生通量及感应电压相比通常小得多。回路面积必须被减到最小,因为感应电压正比于回路面积。在线路接线使用双绞线时这一点很容易做到。在印制线路板中,引线和返回路径应该靠近。很小的布线变化常常会把影响降到最小,见源A耦合到低能量回路B。 减少回路面积或增大耦合回路之间的距离将使影响减到最小。通常把回路面积减到最小并且尽可能增大耦合回路之间的距离。有时需要磁场屏蔽,但费用很高且容易发生机械故障,所以尽量避免使用。
二、问:在“应用工程师问答”中,经常提到集成电路的非理想行为。对于使用类似电阻器这样的简单元件应该轻松一点儿,请你解释一下接近理想元件的情况。
    答:我只是希望电阻器是一种理想元件,但电阻器引线端的不长的小圆柱作用恰恰类似一种纯电阻。实际电阻器还包含虚部电阻分量——即电抗分量。大多数电阻器都具有与其电阻并联的小电容(典型值 1~3 pF)。 虽然有些薄膜电阻器,在其电阻性薄膜中进 行螺旋槽式切割,多半是电感性的,其感抗为几十或几百纳亨(nH)。 当然,线绕电阻一般是电感性的而不是电容性的(至少在低频情况下是这样)。线绕电阻器毕竟是由线圈构成的,所以线绕电阻器具有几微亨(μH)或几十微亨的电感 这是很平常的,甚至所谓“无电感”线绕电阻也有1μH或更大的剩余电感 。对于大约在10kΩ以上的高阻值线绕电阻,剩余电阻多半是电容性的而不是电感性的,而且其电容量高达10pF,高于标准薄膜或合成型电阻器的电容量。当设计含有电阻器的高频电路时一定要认真地考虑这种电抗。
三、问:但你所介绍的许多电路都是用于直流或频率很低的精密测量,杂散电感和杂散电容在这种应用中没有关系,对吗?
    答:对。由于晶体管都有很宽的频带宽度,所以当这种电路末端是电抗性负载时,在几百或几千兆赫频带内有时可能出现振荡。与振荡有关系的偏移和整流作用对低频精度和稳定性都会有坏的影响。更糟的是,这种振荡在示波器上可能看不到,这或者是由于示波器带宽与这种被测的高频振荡带宽相比太低,或者由于示波器的探头的电容量足够停止这种振荡。最好的方法是采用宽频带(低频至1.5 GHz以上)频谱分析仪来检验系统有没有寄生振荡。当输入在整个动态范围变化时,应该做这种检查,因为寄生振荡有时出现在输入频带很窄的范围内。
四、问:对于电阻器的电阻还有些什么问题吗?
    答:电阻器的电阻不是固定的,而是随温度变化的。温度系数(TC)从几个ppm /°C(每摄氏度百万分之一)变化到几千个ppm/°C。最稳定的电阻器是线绕电阻器或金属膜电阻器,最差的电阻是合成碳膜电阻器。大的温度系数有时很有用。但一般说来电阻随温度变化可能成为精密电路中的一项误差源。
    如果电路的精度取决于具有不同温度系数的两个电阻器的匹配,那么在一个温度条件下不论匹配得多么好,在另一个温度条件下都不会匹配。即使两个电阻器的温度系数匹配,也不能保证它们保持在相同的温度。由内部功耗产生的自热或从系统某一热源传导的外部热量都会造成温度的失配,从而产生电阻。即使是高质量的线绕电阻器或金属膜电阻器受温度影响产生的失配误差也有几百个(或者甚至几千个)ppm/℃。显而易见的解决方法是使用的两个电阻器在制造时使它们都非常靠近同一个基体,这样不论什么时候都能很好地达到系统精度匹配要求。这种基体可以是精密模拟集成电路的硅片,或者玻璃片或者金属薄膜。无论是哪种基体,这两个电阻器在制造期间都匹配得好,具有匹配优良的温度系数,而且处于几乎相同的温度(因为它们非常靠近)。
五、问:在对数电路设计中,常使用AD538实时模拟计算单元(ACU),其中需要“kT/q补偿电阻”。请解释一下?
    答:虽然使用相似的等温结对来消除反向饱和电流受温度的影响,但是温度电压当量kT/q仍 与温度有关。为消除应用中这种温度依赖性,必须在增益与PN结的绝对温度成反比的电路中采用对数电压。在20°C附近的合适温度范围内,选用1 kΩ增益电阻,可得到大约3 400 ppm/°C的正温度系数。

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