【正文】 負載 R L 上得到的是脈動的全波整流電流，輸出電壓比半波整流電路高。（ 1 ）半波整流半波整流電路只需一個二極管，見圖 2 （ a ）。其中變壓電路其實就是一個鐵芯變壓器，需要介紹的只是后面三種單元電路。有的電子設(shè)備對電源的質(zhì)量要求很高， 所以有時還需要再增加一個穩(wěn)壓電路。但電池有成本高、體積大、需要不時更換（蓄電池則要經(jīng)常充電）的缺點，因此最經(jīng)濟可靠而又方便的是使用整流電源。常見的家用電器中多數(shù)要用到直流電源。一、電源電路的功能和組成每 個電子設(shè)備都有一個供給能量的電源電路。下面我們選最常用的基本單元電路來介紹。因此初學者只要先熟悉常用的基本單元電路，再學會分析和分解電路的本領(lǐng)，看懂一般的電路圖應(yīng)該是不難的。好象孩子們玩的積木，雖然只有十 來種或二三十種塊塊，可是在孩子們手中卻可以搭成幾十乃至幾百種平面圖形或立體模型。一張電路圖通常有幾十乃至幾百個元器件，它們的連線縱橫交叉，形式變化多端，初學者往往不知道該從什么地方開始， 怎樣才能讀懂它。7． 有時可以考慮螺旋走線的方式進行繞線，仿真表明，其效果要優(yōu)于正常的蛇形走線。5． 可以經(jīng)常采用任意角度的蛇形走線，如圖1820中的C結(jié)構(gòu)，能有效的減少相互間的耦合。理論上，帶狀線不會因為差模串擾影響傳輸速率。2． 減小耦合長度Lp，當兩倍的Lp延時接近或超過信號上升時間時，產(chǎn)生的串擾將達到飽和。下面是給Layout工程師處理蛇形線時的幾點建議：1． 盡量增加平行線段的距離（S），至少大于3H，H指信號走線到參考平面的距離。很明顯，信號在蛇形走線上傳輸時，相互平行的線段之間會發(fā)生耦合，呈差模形式，S越小，Lp越大，則耦合程度也越大。但實際設(shè)計中，為了保證信號有足夠的保持時間，或者減小同組信號之間的時間偏移，往往不得不故意進行繞線。其主要目的就是為了調(diào)節(jié)延時，滿足系統(tǒng)時序設(shè)計要求。在一般頻率（GHz以下），EMI也不會是很嚴重的問題，實驗表明，相距500Mils的差分走線，在3米之外的輻射能量衰減已經(jīng)達到60dB，足以滿足FCC的電磁輻射標準，所以設(shè)計者根本不用過分擔心差分線耦合不夠而造成電磁不兼容問題。 差分走線也可以走在不同的信號層中，但一般不建議這種走法，因為不同的層產(chǎn)生的諸如阻抗、過孔的差別會破壞差模傳輸?shù)男Ч牍材Ｔ肼暋Ｈ绾尾拍鼙ＷC差分走線具有良好的隔離和屏蔽呢？增大與其它信號走線的間距是最基本的途徑之一，電磁場能量是隨著距離呈平方關(guān)系遞減的，一般線間距超過4倍線寬時，它們之間的干擾就極其微弱了，基本可以忽略。讓差分走線靠近無非是為了增強他們的耦合，既可以提高對噪聲的免疫力，還能充分利用磁場的相反極性來抵消對外界的電磁干擾?？梢赃@么說，PCB差分走線的設(shè)計中最重要的規(guī)則就是匹配線長，其它的規(guī)則都可以根據(jù)設(shè)計要求和實際應(yīng)用進行靈活處理。再從理論分析來看，間距不一致雖然會導致差分阻抗發(fā)生變化，但因為差分對之間的耦合本身就不顯著，所以阻抗變化范圍也是很小的，通常在10%以內(nèi)，只相當于一個過孔造成的反射，這對信號傳輸不會造成明顯的影響。由于管腳分布，過孔，以及走線空間等因素存在，必須通過適當?shù)睦@線才能達到線長匹配的目的，但帶來的結(jié)果必然是差分對的部分區(qū)域無法平行，這時候我們該如何取舍呢？在下結(jié)論之前我們先看看下面一個仿真結(jié)果。誤區(qū)二：認為保持等間距比匹配線長更重要。盡管參考平面的不連續(xù)對差分走線的影響沒有對普通的單端走線來的嚴重，但還是會降低差分信號的質(zhì)量，增加EMI，要盡量避免。 在PCB電路設(shè)計中，一般差分走線之間的耦合較小，往往只占10~20%的耦合度，更多的還是對地的耦合，所以差分走線的主要回流路徑還是存在于地平面。從圖1815的接收端的結(jié)構(gòu)可以看到，晶體管Q3,Q4的發(fā)射極電流是等值，反向的，他們在接地處的電流正好相互抵消（I1=0），因而差分電路對于類似地彈以及其它可能存在于電源和地平面上的噪音信號是不敏感的。誤區(qū)一：認為差分信號不需要地平面作為回流路徑，或者認為差分走線彼此為對方提供回流途徑。但所有這些規(guī)則都不是用來生搬硬套的，不少工程師似乎還不了解高速差分信號傳輸?shù)谋举|(zhì)。等長是為了保證兩個差分信號時刻保持相反極性，減少共模分量；等距則主要是為了保證兩者差分阻抗一致，減少反射。對于PCB工程師來說，最關(guān)注的還是如何確保在實際走線中能完全發(fā)揮差分走線的這些優(yōu)勢。，由于差分信號的開關(guān)變化是位于兩個信號的交點，而不像普通單端信號依靠高低兩個閾值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更適合于低幅度信號的電路。差分信號和普通的單端信號走線相比，最明顯的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三個方面：，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲干擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關(guān)心的只是兩信號的差值，所以外界的共模噪聲可以被完全抵消。何為差分信號？通俗地說，就是驅(qū)動端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。當然，盡管直角走線帶來的影響不是很嚴重，但并不是說我們以后都可以走直角線，注意細節(jié)是每個優(yōu)秀工程師必備的基本素質(zhì)，而且，隨著數(shù)字電路的飛速發(fā)展，PCB工程師處理的信號頻率也會不斷提高，到10GHz以上的RF設(shè)計領(lǐng)域，這些小小的直角都可能成為高速問題的重點對象。總的說來，直角走線并不是想象中的那么可怕。然而很多實際測試的結(jié)果顯示，直角走線并不會比直線產(chǎn)生很明顯的EMI。而且，從下圖可以看到，在W/2線長的時間內(nèi)傳輸線阻抗變化到最小，再經(jīng)過W/2時間又恢復(fù)到正常的阻抗，整個發(fā)生阻抗變化的時間極短，往往在10ps之內(nèi)，這樣快而且微小的變化對一般的信號傳輸來說幾乎是可以忽略的。舉個例子，對于一個4Mils的50歐姆傳輸線（）來說，進而可以估算由此引起的上升時間變化量：T1090%=*C*Z0/2 = **50/2 = 通過計算可以看出，直角走線帶來的電容效應(yīng)是極其微小的。直角走線的對信號的影響就是主要體現(xiàn)在三個方面：一是拐角可以等效為傳輸線上的容性負載，減緩上升時間；二是阻抗不連續(xù)會造成信號的反射；三是直角尖端產(chǎn)生的EMI。1． 直角走線直角走線一般是PCB布線中要求盡量避免的情況，也幾乎成為衡量布線好壞的標準之一，那么直角走線究竟會對信號傳輸產(chǎn)生多大的影響呢？從原理上說，直角走線會使傳輸線的線寬發(fā)生變化，造成阻抗的不連續(xù)。下面將針對實際布線中可能遇到的一些情況，分析其合理性，并給出一些比較優(yōu)化的走線策略。高速PCB走線規(guī)則布線是PCB設(shè)計工程師最基本的工作技能之一。結(jié)語數(shù)字和模擬范圍確定后，謹慎布線對獲得成功的PCB是至關(guān)重要的。改變布線的結(jié)果如圖6所示。第三個數(shù)字電位器在兩個輸出狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)。系統(tǒng)中對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沿著走線逐漸傳輸?shù)捷敵鲋绷麟妷旱哪M線路。圖中的數(shù)字走線傳送對數(shù)字電位器設(shè)置進行編程的數(shù)字碼?？匆幌麓瞬季€中不同的走線，可以明顯看到哪里可能存在問題。在檢查布線時，發(fā)現(xiàn)將數(shù)字走線布在了高阻抗模擬線路的旁邊。圖2所示電路的第一次布線如圖3所示。在此模式中，電路的數(shù)字部分是電路運行的必需部分。在此模式中，電路的數(shù)字部分只是偶爾使用，在正常工作時不使用。此電路有兩種基本工作模式。此電壓大小經(jīng)第三個8位數(shù)字電位器R3，則自左至右整個電路的LSB大小為 。U3a和U3b的編程設(shè)定經(jīng)數(shù)字電位器后的電壓值。圖 6 圖中示出了采用新布線的16位D/A轉(zhuǎn)換器的單個碼轉(zhuǎn)換結(jié)果，對數(shù)字電位器編程的數(shù)字信號沒有造成數(shù)字噪聲。圖 5 采用這種新的布線，將模擬線路和數(shù)字線路隔離開了。這兩個放大器配置為其輸出擺幅限制不會超出第二級放大器的輸入范圍。這兩個數(shù)字電位器的抽頭都分別連接到兩個配置了緩沖器的運放的正相輸入端。在此配置中，每個數(shù)字電位器配置為8位乘法型D/A轉(zhuǎn)換器。在此圖的左側(cè)，在VDD和地之間跨接了兩個數(shù)字電位器(U3a和U3b)，其抽頭輸出連接到兩個運放(U4a和U4b)的正相輸入端。例如，圖2中的電路就很可能存在這種問題。可以采用圖1所示的公式來計算這種電容值。此配置在模擬線路上產(chǎn)生不規(guī)律的噪聲，這是因為在特定數(shù)字走線上的數(shù)據(jù)輸入碼隨著數(shù)字電位器的編程需求而改變。如果系統(tǒng)中的VDD為5V，那么此D/。由于這種寄生電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化會在另一條走線上產(chǎn)生電流信號。本文將對最棘手的電路板寄生元件類型 — 寄生電容進行量化，并提供一個可清楚看到寄生電容對電路性能影響的示例。例如：PCB的寄生電阻由元件之間的走線形成；電路板上的走線、焊盤和平行走線會產(chǎn)生寄生電容；寄生電感的產(chǎn)生途徑包括環(huán)路電感、互感和過孔。因此，盡管數(shù)字和模擬電路的布線策略存在相似之處，還是要認識到并認真對待其布線策略的差別。結(jié)語數(shù)字和模擬范圍確定后，謹慎地布線對獲得成功的PCB至關(guān)重要。 為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線路和噪聲I/O端口分開。如果在第一條走線上的電壓變化足夠大，干擾可能會降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，如圖6所示。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將削弱產(chǎn)生干擾的電場，如圖5所示。在這種情況下，長度L降低，兩條走線之間的容抗也會降低。應(yīng)該注意，變量d在電容方程的分母中，d增加，容抗會降低。最常用的技術(shù)是根據(jù)電容的方程，改變走線之間的尺寸。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多；高阻抗走線比較常見。 快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號設(shè)計的數(shù)字側(cè)。在這兩種走線配置中，一條走線上電壓隨時間的變化(dV/dt)可能在另一條走線上產(chǎn)生電流。設(shè)計電路板時，放置兩條彼此靠近的走線就會產(chǎn)生寄生電容。在混合信號系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開，如圖4所示。一般來說，數(shù)字電路“富含”噪聲，而且對噪聲不敏感(因為數(shù)字電路有較大的電壓噪聲容限)；相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。由于這種電容的存在，在一條走線上的快速電壓變化，可在另一條走線上產(chǎn)生電流信號圖 6 如果不注意走線的放置，PCB中的走線可能產(chǎn)生線路感抗和互感。圖 4 (a)將數(shù)字開關(guān)動作和模擬電路隔離，將電路的數(shù)字和模擬部分分開。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于模擬電路，還有另外一點需要注意，就是要將數(shù)字信號線和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。一個基本的經(jīng)驗準則是使用不間斷的地平面，這一常識降低了數(shù)字電路中的dI/dt(電流隨時間的變化)效應(yīng)，這一效應(yīng)會改變地的電勢并會使噪聲進入模擬電路。采用圖3所示的方法，電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性可大為降低。電源線和地線配合不當?shù)腜CB設(shè)計示例如圖2所示。電源線和地線要布在一起電源線和地線的位置良好配合，可以降低電磁干擾的可能性。流經(jīng)電路板走線的開關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變化，電路板走線存在寄生電感，可采用如下公式計算電壓的變化：V = LdI/dt其中，V = 電壓的變化；L = 電路板走線感抗；dI = 流經(jīng)走線的電流變化；dt =電流變化的時間。如果執(zhí)行開關(guān)動作時沒有足夠的電荷，會造成電源電壓發(fā)生很大變化。在數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的電流。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(EMI)的可能性降低了679/對于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但原因不同。所有情況下，這些電容的引腳都應(yīng)較短圖 2 在此電路板上，使用不同的路線來布電源線和地線，由于這種不恰當?shù)呐浜希娐钒宓碾娮釉骷途€路受電磁干擾的可能性比較大圖3 在此單面板中，到電路板上器件的電源線和地線彼此靠近。圖 1 在模擬和數(shù)字PCB設(shè)計中，旁路或去耦電容(1mF)應(yīng)盡量靠近器件放置。一般來說，這些高頻信號的頻率超出模擬器件抑制高頻信號的能力。但有趣的是，其原因卻有所不同。但引腳須較短，且要盡量靠近器件()或供電電源(對于10mF電容)。這些電容的位置如圖1所示。 模擬和數(shù)字布線策略的相似之處旁路或去耦電容在布線時，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，都需要靠近其電源引腳連接一個電容。模擬和數(shù)字領(lǐng)域的布線策略有一些類似之處，但要獲得更好的結(jié)果時，由于其布線策略不同，簡單電路布線設(shè)計就不再是最優(yōu)方案了。二、工程領(lǐng)域中的數(shù)字設(shè)計人員和數(shù)字電路板設(shè)計專家在不斷增加，這反映了行業(yè)的發(fā)展趨勢。圖 7中，精密模擬電路更靠近接插件，但是與數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和電源電路的開關(guān)電流隔離開了。7. 如使用地平面，分隔開地平面可能改善或降低電路性能，因此要謹慎使用。與數(shù)字電流一樣，高速電路的地平面或接地走線經(jīng)過模擬器件時，地線上的電壓變化會改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系。與上述類似，高速電路的地返回信號也會造成地平面的電壓發(fā)生變化。經(jīng)過模擬器件的地平面或接地走線上的這些電壓變化，將改變信號鏈中信號和地之間的關(guān)系(即信號的對地電壓)。對于地平面或接地走線的感抗部分，計算公式為V = Ldi/dt，其中V是產(chǎn)生的電壓，L是地平面或接地走線的感抗，di是數(shù)字器件的電流變化，dt是持續(xù)時間。4. 數(shù)字電流不應(yīng)流經(jīng)模擬器件。圖6中，注意到并非所有器件都有自己的回路，U1和U2是共用回路的。3. 如果不能采用地平面，應(yīng)采用星形連接策略 (見圖6)。這是一個好的經(jīng)驗法則，但要知道，接地線的最小寬度是從此點到末端的有效寬度，此處“末端”指距離電源連接端最遠的點。圖 1 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的頂層圖 2 采用自動布線為圖3所示電路原理圖設(shè)計的電路板的底層圖 3a 圖圖圖4和圖5中布線的電路原理圖圖 3b 圖圖圖4和圖5中布線的模擬部分電路原理圖有無地平面時的電流回路設(shè)計對于電流回路，需要注意如下基本事項：1. 如果使用走線，應(yīng)將其盡量加粗。廠商的演示板和評估板通常采用這種布線策略。在手工布線時，為確保正確實現(xiàn)電路，需要遵循一些通用的設(shè)計準則：盡量采用地平面作為電流回路；將模擬地平面和數(shù)字地平面分開；如果地平面被信號走線隔斷，為降低對地電流回路的干擾，應(yīng)使信號走線與地平面垂直；模擬電路盡量靠近電路板邊緣放置，數(shù)字電路盡量靠近電源連接端放置