耦合是什么意思(耦合与去耦,上拉与下拉?)

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耦合和去耦

什么是耦合电容?什么是去耦电路?

耦合是指信号从第一级传输到第二级的过程。一般是指交流耦合,没有规定的时候。

去耦是指对电源采取进一步的滤波措施,通过电源消除两级之间信号的干扰。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。

去耦有三个目的:

1.去除电源中的高频纹波,通过电源的串扰路径切断多级放大器的高频信号。

2.当电路在大信号下工作时,对电源的需求增加,引起电源波动。通过去耦,降低了电源波动对输入级/高压增益级的影响;

3.形成浮动地线或浮动电源,在复杂系统中完成地线或电源各部分的协调。有源器件在开关过程中产生的高频开关噪声会沿着电源线传播。去耦电容的主要功能是为有源器件提供本地DC电源,从而减少开关噪声在电路板上的传播,并将噪声引向地面。

本文引自Lundequan的《电路板级EMC设计》,很好地阐述了噪声耦合和路径、去耦电容和旁路电容的使用。另见。

干扰耦合模式

干扰源产生的干扰信号通过一定的耦合通道对电控系统造成电磁干扰。干扰的耦合方式无非是通过电线、空间、公共线路等作用于电控系统。

分析主要包括以下几种。

直接耦合:这是干扰入侵最直接的方式,也是系统中最常见的方式。例如,干扰信号通过电线直接侵入系统,对系统造成干扰。对于这种耦合方式,滤波和解耦可以有效抑制输入的电磁干扰信号。

公共阻抗耦合:这也是一种公共耦合模式。两个电路的电流经常有一个共同的路径。公共阻抗耦合包括公共接地和电源阻抗。为了防止这种耦合,耦合阻抗应该接近零,并且干扰源和被干扰对象之间没有公共阻抗。

电容耦合:又称电场耦合或静电耦合,是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。

电磁感应耦合:也叫磁场耦合。它是由内部或外部空间的电磁场感应的一种耦合方式,防止这种耦合的常用方法是屏蔽易受干扰的器件或电路。

辐射耦合:电磁场的辐射也会引起干扰耦合,是一种随机干扰。这种干扰很容易通过电力线传输到系统。此外,当信号传输线较长时,可以通过Baxter网络辐射干扰波和接收干扰波,称为大线效应。

泄漏耦合:泄漏耦合是电阻耦合。当绝缘降低时,这种干扰经常发生。我记得我之前的观点:去耦电容一般都是大容量的,也就是说要避免噪声耦合到其他部分;旁路电容容量小,提供低阻抗噪声返回路径。其实这种说法没有错。但是查阅相关资料后发现,解耦和旁路从根本上没有区别,在称谓上是可以互换的。两者的作用都是庸俗的:它被用作电源。

噪声实际上是电源的波动,它来自两个方面:电源本身的波动,负载对电流需求的变化,以及电力系统相应能力差异引起的电压波动。去耦和旁路电容与负载变化引起的噪声有关。所以没有必要区分它们。其实电容的大小和数量是有理论依据的。如果随意选择,在某些情况下可能会遇到去耦电容(旁路)和分布参数的自振荡。因此,真正意义上的解耦和旁路是基于负载和供电系统的实际情况。没有必要区分,也没有本质的区别。

电容器是电路板设计中必不可少的元件,其质量也成为我们判断电路板质量的一个非常重要的方面。

(1)电容的作用和表示。

它由两个金属电极组成,中间夹着绝缘介质。电容器由于具有阻断直流和交流的特性,主要用于级间耦合、滤波、去耦、旁路和信号调谐。电容由“C”加上电路中的数字表示,例如C8,这意味着电路中编号为8的电容。

②电容的分类。

电容器分为气体介质电容器、液体介质电容器、无机固体介质电容器和有机固体介质电容器。按极性可分为极性电容器和非极性电容器。按结构可分为固定电容、可变电容和微调电容。

③电容器的容量。

电容容量表示可以储存的电能数量。电容对交流信号的阻断作用称为容抗,容抗与交流信号的频率和电容有关。容抗XC=1/2f c (f代表交流信号的频率,c代表电容)。

④电容器的容量单位和耐压。

电容的基本单位是F(法),其他单位是mF、uF、nF、pF。因为f单位的容量太大,我们一般看到f、nF、pF的单位。转换关系:1f = 100000f,1f = 1000nf = 100000pf。

每个电容器都有其耐压,用v表示,一般无电极电容器的标称耐压值为63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等。极性电容器的耐压比较低,一般标称耐压值为4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

⑤电容器的标记方法和容量误差。

电容器的标注方法分为直接标注法、颜色标注法和数(原创版权www.isoyu.com)字标注法。对于体积较大的电容器,通常采用直接标准法。如果是0.005,表示0.005uF=5nF。如果是5n,表示5nF。

编号方式:容量一般用三位数表示,前两位代表有效位数,第三位是10的幂。例如,102表示10x10x10 PF=1000PF,203表示10x10x10 PF。\ n \ n \颜色编码法,用不同的颜色表示沿电容引线方向的不同数字,第一个和第二个环表示电容,第三个颜色表示有效数字后的零的个数(以pF为单位)。颜色表示的值有:黑色=0,棕色=1,红色=2,橙色=3,黄色=4,绿色=5,蓝色=6,紫色=7,灰色=8,白色=9。

电容误差用符号f、g、j、k、l和m表示,允许误差分别为1%、2%、5%、10%、15%和20%。

⑥区分和测量电容的正负两极。

电容器上标记的黑色块是负极。PCB上电容位置有两个半圆,彩色半圆对应的引脚为负。引脚的长度也可以用来区分正极和负极。长腿是正的,短腿是负的。

当我们不知道电容器的正负极时,可以用万用表测量。电容器两极之间的介质不是绝对绝缘体,其电阻也不是无穷大,而是有限值,一般在1000兆欧姆以上。电容器两极之间的电阻称为绝缘电阻或泄漏电阻。只有当电解电容器的阳极接正电源(电阻断时为黑色探头)而负极接负电源(电阻断时为红色探头)时,电解电容器的漏电流才小(漏电阻大)。相反,电解电容器的泄漏电流增加(泄漏电阻降低)。这样,我们先假设某极为“+”,万用表选择R*100或R*1K档。然后,假设的“+”极与万用表的黑色探头连接,另一个电极与万用表的红色探头连接。当指针停止时(指针的电阻在左边附近较大),记下刻度,这样数字万用表就可以直接读取读数。然后对电容放电(触摸两根导线),然后切换两个探头再次测量。在两次测量中,当指针的最后一个停止位置在左侧(或电阻值较大)时,黑色探针连接到电解电容的正极。\n\n⑦使用电容器的一些经验和四个误区。

一些经验:当电路极性无法确定时,建议使用无极电解电容。流经电解电容器的纹波电流不应超过其允许范围。如果超过规定值,应选择纹波电流大的电容。电容器的工作电压不能超过其额定电压。焊接电容器时,烙铁应与电容器塑料外壳保持一定距离,防止塑料套管因过热而开裂。且焊接时间不超过10秒,焊接温度不超过260摄氏度。

四个误解:

●电容越大越好。

很多人喜欢用大容量的电容器来代替电容器。我们知道,虽然电容更大,但集成电路的电流补偿能力更强。且不说体积随着电容的增大而增大,增加了成本,也影响了空气流动和散热。关键在于电容上存在寄生电感,电容放电电路会在某一频率点产生谐振。在谐振点,电容的阻抗很小。因此,放电电路的阻抗最小,补充能量的效果最好。然而,当频率超过谐振点时,放电电路的阻抗开始增加,电容器提供电流的能力开始下降。电容越大,谐振频率越低,电容可以有效补偿电流的频率范围越小。从保证电容提供高频电流的能力来看,电容越大越好是不对的,在一般电路设计中有参考价值。

●相同容量的电容,并联的小电容越多越好。耐压、耐温、电容、ESR(等效电阻)是电容器的几个重要参数,ESR自然越低越好。

ESR与电容、频率、电压和温度有关。当电压固定时,电容越大,ESR越低。由于PCB空间的限制,板表中并联了很多小电容,所以有人认为并联的小电阻越多,ESR越低,效果越好。理论上确实如此,但考虑到电容引脚焊点的阻抗,并联多个小电容不一定有效。

●ESR越低●效果越好。

结合我们上面改进的电源电路,输入电容的容量更大。与容量要求相比,ESR的要求可以适当降低。因为输入电容主要是耐压,其次吸收MOSFET的开关脉冲。对于输出电容,可以适当降低耐压和容量的要求。ESR要求稍微高一点,因为需要确保足够的电流吞吐量。然而,这里需要注意的是,等效串联电阻并不尽可能低,低等效串联电容会导致开关电路振荡。然而,减振电路的复杂性会导致成本的增加。在电路板设计中,这里一般有一个参考值,作为元器件选择参数,避免减振电路带来的成本增加。

●良好的电容代表高质量。

“唯电容论”一度兴盛,一些厂商和媒体也刻意将其作为卖点。在电路板设计中,电路设计水平是关键。就像有的厂商可以用两相电源做出比有的厂商用四相电源更稳定的产品一样,一味的用高价电容未必能做出好的产品。测量一个产品,一定要从各个角度考虑,千万不要有意无意夸大电容的作用。

上拉和下拉

上拉电阻:

1.当TTL电路驱动COMS电路时,如果TTL电路的输出高电平低于COMS电路的最低高电平(一般为3.5V),那么需要在TTL的输出端连接一个上拉电阻,以增加输出高电平的值。

2.OC门电路在使用前必须增加一个拉电阻。

3.为了增加输出引脚的驱动能力,一些MCU引脚经常使用上拉电阻。

4.在COMS芯片上,为了防止静电造成的损坏,不能挂起未使用的引脚。通常,上拉电阻用于降低输入阻抗并提供负载释放路径。

5.芯片的引脚上增加了一个拉电阻,提高了输出电平,从而提高了芯片输入信号的噪声容限,增强了抗干扰能力。

6.提高总线的抗电磁干扰能力。当引脚悬空时,更容易接受外部电磁干扰。

7.长线传输中电阻失配容易引起反射波干扰,下拉电阻就是电阻匹配,有效抑制了反射波干扰。

上拉电阻的选择原则包括:

1.考虑到功耗节省和核心Baxter网的当前填充容量,它应该足够大;高电阻低电流。

2.它应该足够小,以确保足够的驱动电流;低电阻大电流。

3.对于高速电路,过大的上拉电阻可能导致边缘变平。综合考虑

以上三点通常选在1k到10k之间。下拉电阻也是如此

上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管的特性和低级电路的输入特性来设置,主要考虑以下因素:

1.驾驶能力和动力消耗之间的平衡。以上拉电阻为例,一般来说,上拉电阻越小,驱动能力越强,但功耗越大,所以设计时要注意两者之间的平衡。

2.从属电路的驱动要求。以上拉电阻为例,当输出电平较高时,开关管关断,应适当选择上拉电阻,为低电平电路提供足够的电流。

3.高低电平的设置。不同电路的高电平和低电平的阈值电平会有所不同,应适当设置电阻,以确保能够输出正确的电平。以上拉电阻为例。当输出电平较低时,开关管导通,上拉电阻的分压值和开关管的导通电阻应保持在零电平阈值以下。

4.频率特性。以上拉电阻为例,上拉电阻与开关管漏源级之间的电容和下电路之间的输入电容会形成RC延迟。电阻越大,延迟越大。上拉电阻的设置应考虑电路在这方面的要求。

下拉电阻的设置原理与上拉电阻相同。

当OC门输出高电平时,为高阻抗状态,其上拉电流应由上拉电阻提供。将输入端设置为每个端口不超过100uA,将输出端口的驱动电流设置为500uA左右,标准工作电压为5V,输入端口的高低电平阈值为0.8V(低于该值为低电平);2V(高电平阈值)。

选择上拉电阻时:

500 ua×8.4K = 4.2,即大于8.4K时,输出端可以下拉到0.8V以下,这是最小电阻值,小一点就拉不下来。如果输出端口的驱动电流较大,可以降低电阻值,保证下拉时可以低于0.8V。

当输出电平高时,忽略管道的漏电流,两个输入口需要200uA

200uA x15K=3V意味着上拉电阻降至3V,输出端口可以达到2V。这个电阻就是最大电阻,如果大一点,上拉会小于2V。选择10K。COMS门可参考74HC系列

设计时不能忽略管道的漏电流,IO口的实际电流在不同的级别是不一样的。以上只是一个原理,总结为一句话:输出高电平时反馈输入端口,输出低电平时不要反馈输出端口到Baxter网络(否则多余电流馈入级联输入端口,高于低电平阈值不可靠)