高频需要注意的问题

  • 格式:doc
  • 大小:96.00 KB
  • 文档页数:4

1 滤波电容

滤波电容需要考虑两个因素:电容的大小和电容放置的位置。

不同值的电容对不同频率的信号的作用不同,考虑到每个电容上都含有分布电感,所以只能对某一频带的信号有较好的滤波作用。比如:一个0.1μF的滤波电容有大约5nH的分布电感,其对10MHz以下信号有很好的滤波效果,而对40MHz以上的信号不起作用,因此针对不同频带的噪声采用不同的电容。可以按照C=1/的关系选择电容,其中C表示电容值单位为F,表示要滤除的频率单位为Hz。有时为了对电源进行很好的滤波,则要用好几个小电容并联。

电容位置的放置则是针对不同的器件,在电源的输出端口要加47μF的钽电容以及0.1μF和0.01μF的小电容进行滤波,而对于其他高频器件,0.1μF和0.01μF的滤波电容要尽量靠近其电源引脚,以使得器件内部以电源作为交流回路的高频交流信号以最短路径到地,这样就可以有效的抑制该高频信号对其他器件的影响。

2 布线中要注意的问题

物理布线含有微小的电阻,这部分电阻对于频率较低信号可以忽略,但当信号的频率高时,则不能忽略,要按照传输线理论进行分析,表1所示为信号传输时间和信号线的长度在低频和高频时的对应关系。

表1 延迟时间与传输线长度关系

传输时间(ns) 传输线长度(英尺)

集中负载 分布负载

5 8.6 3.6

3 5.1 2.17

2 3.4 1.4

1 1.7 0.75

对于低频系统,传输线上的微小电阻可以忽略,只需要考虑最后的负载即可,把该负载称之为集中负载;而对于高速系统,传输线上的电阻影响不可忽略,在考虑最后负载的同时也要考虑传输线电阻,称之为分布负载。

从表1中可以看出在高速系统中,传输线对信号传输时间的影响很大,因此在高速电路板的设计中,信号线应尽可能的短,而且粗,以减少分布负载,降低信号传输时间。

减少布线的不连续性也是减少分布负载的一个方面。在布线时,信号线不可能总是保持同一个方向不变,需要拐弯,在拐弯处会引起布线电阻的激增。因此遵循以下两个原则:

一、尽量减少信号线过孔的数量;

二、用45o拐角的方法改变信号线的方向。

图1中,信号线过孔的拐角处电阻突增,并且过孔信号线的电阻不可控制。

电阻激增电阻受控电阻无法控制电路板切面电路板切面(a)过孔过多(b)过孔少

图4-2 过孔对传输线的影响

(a)拐角90(b)拐角45

图1中,使用45o拐角代替90o拐角可以减缓电阻激增。

在高速电路板中,需要注意的问题还有许多,如隔离噪声敏感器件,相邻信号线的距离,电感不要平行放置,不同层的信号线不要平行放置等等,不再一一详细说明。

3 数模混合制板布局问题

本系统中既含有模拟信号的发生电路又含有数字控制电路,因此如何减少相互之间的影响,降低噪声,以保证模拟信号的精度也是一个十分重要的问题,这也是制板中需要注意的问题。

遵循数字部分和模拟部分分开、输出模拟信号线最短输出、输入模拟信号最短输入、模拟器件的模拟地以最短距离到地的原则进行布局。把整个系统分为两个部分:模拟信号产生电路,数字控制电路,两者之间以宽约2.5mm的地线隔离,以减少相互之间的影响,并为模拟信号产生电路预留加屏蔽罩的空间。同时模拟信号产生电路的元件和器件的放置尽量的紧凑,以使模拟信号在板子上的传输距离最短,使模拟信号传输线保持为没有过孔的直线并做到尽可能的粗。系统采用四层电路板设计,第一层为信号走线以及模拟和数字地屏蔽;第二层为模拟地和数字地,其中模拟地位于模拟信号产生电路的下方,数字地位于数字控制电路下方;第三电为模拟电源和数字电源,其中模拟电源位于模拟信号产生电路的下方,数字电源位于数字控制电路下方;第四为信号走线层。这种层次设计可以使得每个模拟器件的到地距离最短。

图4-4 系统分层图

4 数模混合制板电源与地的问题

模拟信号遵循交流回路路径最短原则进行传输,而电源和地对于模拟信号来讲都可以作为回路,因此把数字部分和模拟部分的电源和地分离,可以减少数字部分的高频噪声对模拟部分的影响。系统中,数字部分、模拟部分均需要3.3V电源,使用两个3.3V电源转换芯片分别作为数字和模拟部分的3.3V电源,避免了数字噪声从电源回路干扰模拟信号。把模拟地和数字地分开,并在一点连接,并通过磁铢把数字地和模拟地接到电源的地线上,即单点接地方式。选用的磁铢的直流电阻约0.3Ω,额定电流约800mA,对1MHz以上的信号抑制明显,考虑整个系统所消耗的电流较大,共采用6个磁铢并行单点接地,数字地和模拟地各使用3个磁铢接到一点,该点作为整个系统的电源地,从而使数字信号的高频噪声不能通过地线干扰模拟信号。

5 数模混合器件的放置

对于本身即为混合器件的放置,主要根据器件内部的不同结构具体分析。AD9852含有数字接口,但把它放置在模拟区域,一方面是布局的需要,另一方面器件的电源以及输出信号都进行了滤波,则可以抑制数字信号对模拟信号的噪声污染,利用这种方式可尽量减少噪声干扰。

6 外界噪声的屏蔽

该系统是基于数字控制系统中弹片机内部的辐射干扰十分严重,而且系统扫频信号涵盖了中波、短波和VHF等多个广播频段,因此采用屏蔽罩的方法,使信号发生电路与外界隔离,减少外界的辐射干扰。

7 布线规则

除了前面提及的一些问题,针对数模混合还要注意以下问题。首先,使得芯片的电源和地引脚以尽量短的距离到各自的电源和地,且要尽量的粗,减少分布电阻。其次,不允许数字信号跨越模拟区和数字区,以免破坏模拟区域的完整性。再次,器件引脚之间不要走模拟信号线,在噪声敏感器件的下方不要走数字信号线等。

数模混合制板根据不同的系统所要注意的问题可能不尽相同,但是对于制板设计的好坏却会直接影响到系统完成功能的好坏,因此反复对设计进行分析也是十分必要的。