Debug连载五.硬件之模拟电路（4）——杂谈

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今天的帖子我们没有突出的重点，都是我看了一些资料消化之后分享给大家的。

一：0欧电阻

首先大家要明白，不存在0欧电阻的，而是存在尽可能接近0欧的电阻。

0欧电阻的作用主要有下面几条：

1, 在电路中没有任何功能，单纯只是在PCB上为了调试方便或兼容设计等原因。

2, 可以做跳线用，既美观，安装也方便。如果某段线路不用，直接不贴该电阻即可（不影响外观）。

3, 在布线时,线过不去了，可以加一个0欧的电阻。

4, 单点接地（保护接地、工作接地、直流接地在设备上相互分开,使其各自成为独立系统。）

5, 做保险丝用。由于PCB上走线的熔断电流较大，如果发生短路过流等故障时，很难熔断，可能会带来更大的事故。

6. 我们在设计单片机系统时，模拟地和数字地单点接地，只要是地，最终都要接到一起，

所以，0欧电阻的作用还是很重要的。

二：模拟地和数字地

综述：

我们在PCB上时常会看见地线分割这样的方式，这是为了降低噪声干扰。怎么会产生噪声? 我们知道，数字电路频率一般高于模拟电路，这两种信号会和地形成回流，回流会产生噪声干扰。我们分开的根本目的就是让他们在各自的回路之内形成回流，避免形成串扰。

如何分析它是属于模拟电路还是数字电路?

我个人的见解是：判断器件属于模拟还是数字部分。例如，一个电源给单片机供电，我们就将它划进数字部分。如果既是模拟又是数字的又怎么办?典型的例如D/A，我们的办法是将模拟和数字部分单独分开。

对于单纯的低频模拟电路，我们常见的抗干扰的办法就是加粗和缩短地线，除此之外，我们还可以使用单点接地的方法来减小地线公共阻抗而导致的部件之间的干扰。

对于高频模拟电路和数字电路，我们使用分开接地（即模拟地和数字地进行分离）和一点接地相结合的方法。

对于高频电路，还有一种令我们十分头痛的噪声——高频辐射噪声。

这种噪声消除的方法有这样几种：

1.尽量加粗地线来降低噪声对地阻抗。

2满接地，除了传输信号之外的线，其余全部做地线！

3.不要有大面积铜箔（有的话会增大干扰，不利于噪声的消除）

4.对于地线，我们应当让其构成环路，但环路包围的面积不能太大，防止仪器在强磁场中产生环路电流（麦克斯韦定理）。

如果是低频电路，我们应当避免地线环路，要将数字电源和模拟电源隔离，地线分开布置（A/D应单点共地）。低频我们建议模拟和数字地一点接地，影响不大。在高频中我们可以利用0欧电阻一点共地。

三：滤波电容、去耦电容、旁路电容作用

首先我们要明白一个道理，无论电容再怎么分类，其基本原理都是利用电容对交变信号呈低阻状态。交变电流的频率f越高，电容的阻抗就越低。旁路电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路；去耦电容的主要功能是减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地，加入去耦电容后电压的干扰会明显减小；滤波电容常用于滤波电路中。

滤波电容：

滤波电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。旁路电容用在有电阻连接时，接在电阻两端使交流信号顺利通过。

1. 去耦电容蓄能作用的理解

去耦电容主要是去除高频信号的干扰，干扰的进入方式是上面我们说到的高频电磁辐射。实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。你可以把总电源看作水库，我们大楼内的家家户户都需要供水，这时候，水不是直接来自于水库，那样距离太远了，等水过来，我们已经渴的不行了。实际水是来自于大楼顶上的水塔。去耦电容可以弥补器件在需要电流的时候，不能被及时供给问题的不足。这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一（在Vcc引脚上通常并联一个去耦电容，这样交流分量就从这个电容接地。)

2. 旁路电容与去耦电容的区别

去耦电容：去除在器件切换时从高频器件进入到配电网络中的RF能量。

旁路电容：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。

我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。

去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。对于同一个电路来说，旁路电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，而去耦电容是把输出信号的干扰作为滤除对象。

在电路中，如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中存在电感，电阻，所以这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合。

去耦电容就是起到一个电池的作用，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。

旁路电容实际也是去耦合的，只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，一般是0.1u，0.01u等，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。

去耦和旁路都可以看作滤波。

去耦电容相当于电池，避免由于电流的突变而使电压下降，相当于滤纹波。具体容值可以根据电流的大小、期望的纹波大小、作用时间的大小来计算。去耦电容一般都很大，对更高频率的噪声，基本无效。

旁路电容就是针对高频来的，也就是利用了电容的频率阻抗特性。

去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1μF。这个电容的分布电感的典型值是5μH。0.1μF的去耦电容有5μH的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1μF、10μF的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10μF左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1μF，100MHz取0.01μF。

至此，电路部分连载完毕，下一期连载教你看时序图。

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