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1、上拉电阻下拉电阻及耦合电容和退耦电容的总结上拉电阻:1、当 TTL 电路驱动 COMS 电路时,如果 TTL 电路输出的高电平低 于 COMS 电路的最低高电平 （一般为 3.5V ,这时就需要在 TTL 的输出端接上拉电阻 ,以提高输 出高电平的值。2、OC 门电路必须加上拉电阻 ,才能使用。3、为加大输出引脚的驱动能力 ,有的单片机管脚上也常使用上拉电 阻。4、在 COMS 芯片上, 为了防止静电造成损坏 , 不用的管脚不能悬空 , 一般接上 拉电阻产生降低输入阻抗 ,提供泄荷通路。5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平 ,从而提高芯片输入信号 的噪声容限 增强抗干扰能力。6、提高总线的抗
2、电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰 ,加上下拉电阻是电 阻匹配 ,有 效的抑制反射波干扰。上拉电阻阻值的选择原则包括 :1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大 ;电阻大 ,电流 小。2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小 ;电阻小 ,电流大。3、对于高速电路 ,过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑 以上三点 , 通常 在 1k 到 10k 之间选取。对下拉电阻也有类似道理 对上拉电阻和下拉电阻的选择应 结合开关管特性和下级电路的输入 特性进行设定 ,主要需要考虑以下几个因素 :1. 驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例 ,一
3、般地说 ,上拉电阻 越小,驱动能力 越强 ,但功耗越大 ,设计是应注意两者之间的均衡。 2. 下级电路的驱动需求。同样以 上拉电阻为例 ,当输出高电平时 , 开关管断开 ,上拉电阻应适当选择以能够向下级电路 提供足够的电 流。3. 高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同 ,电 阻应适当设 定以确保能输出正确的电平。 以上拉电阻为例 , 当输出低 电平时, 开关管导通 , 上拉 电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零 电平门槛之下。4. 频率特性。以上拉电阻为例 ,上拉电阻和开关管漏源级之间的电 容和下级电 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
4、定应考虑 电路在这方面的需求。下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。OC 门输出高电平时是一个高阻态 , 其上拉电流要由上拉电阻来提供 , 设输入端 每端口不大于 100uA, 设输出口驱动电流约 500uA ,标准工 作电压是 5V ,输入口的 高低电平门限为0.8V（低于此值为低电平；2V（高电平门限值。选上拉电阻时 :500uA x 8.4K= 4.2即选大于 8.4K 时输出端能下拉至 0.8V 以下, 此为 最小阻值, 再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大 ,则阻值可 减小,保证下拉时能低于 0.8V 即可。当输出高电平时 ,忽略管子的漏电流 ,两输入口需 200uA200uA
5、 x15K=3V 即上拉电阻压降为 3V , 输出口可达到 2V , 此阻值为 最大阻值, 再大就拉不到 2V 了。选 10K 可用。 COMS 门的可参考 74HC 系列设计时管子的漏电流不可忽略 , IO 口实际电流在不同电平下也是不 同的,上述 仅仅是原理 ,一句话概括为 :输出高电平时要喂饱后面的 输入口, 输出低电平不要把输出口喂撑了 （否则多余的电流喂给了级 联的输入口 ,高于低电平门限值就不可靠 了什么是耦合电容 ?什么是去耦电路 ?耦合指信号由第一级向第二级传递的过程 , 一般不加注明时往往是指 交流耦 合。退耦是指对电源采取进一步的滤波措施 , 去除两级间信号通过电源互 相干
6、扰的 影响。 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。退耦有三个目的 :1. 将电源中的高频纹波去除 ,将多级放大器的高频信号通过电源相互 串扰的通路切断。2. 大信号工作时 ,电路对电源需求加大 ,引起电源波动 ,通过退耦降 低大信号时电 源波动对输入级 /高电压增益级的影响 ;3. 形成悬浮地或是悬浮电源 ,在复杂的系 统中完成各部分地线或是 电源的协调 匹 有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线 传播。去耦电容的主要功 能就是提供一个局部的直流电源给有源器 件 ,以减少开关噪声在板上的传播和将噪 声引导到地。摘引自伦德全电路板级的电磁兼容设计一文 ,该论文对
7、噪声耦和 路径、去 耦电容和旁路电容的使用都讲得不错。请参阅。干扰的耦合方式 干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道对电控系统发生电磁 干扰作用 的。干扰的耦合方式无非是通过导线、空间、公共线等作用 在电控系统上。分析下来主要有以下几种直接耦合:这是干扰侵入最直接的方式 , 也是系统中存在最普遍的一 种方式。 如干扰信号通过导线直接侵入系统而造成对系统的干扰。 对 这种耦合方式 , 可采用 滤波去耦的方法有效地抑制电磁干扰信号的传 入。公共阻抗耦合 :这也是常见的一种耦合方式。 常发生在两个电路的电 流有共同 通路的情况。 公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。 防止这种耦合应使耦合阻抗趋近于
8、零、 使干扰源和被干扰对象间没有公共 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 :又称磁场耦合。 是由于内部或外部空间电磁场感应的 一种耦合 方式, 防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电 路加以屏蔽。辐射耦合 :电磁场的辐射也会造成干扰耦合 ,是一种无规则的干扰。 这种干扰很 容易通过电源线传到系统中去。另当信号传输线较长时 , 它们能辐射干扰波和接收 干扰波 ,称为大线效应。漏电耦合 :所谓漏电耦合就是电阻性耦合。 这种干扰常在绝缘降低时 发生。记 得以前我的观点是 :去藕电容一般容量比较大 ,也就是避免 噪声耦合到其
9、他部分的意 思; 旁路电容容量小 , 提供低阻抗的噪声回 流路径。 其实这种说法也可以算没有什 么大错误。但是经过偶查阅 了相关资料，才发现其实decouple和bypass从根本上来 说没有任何 区别,两者在称谓上可以互换。两者的作用低俗一点说 :当电源用。 所 谓噪声其实就是电源的波动 , 电源波动来自于两个方面 :电源本身 的波动 , 负载对电 流需求变化和电源系统相应能力的差别带来的电压 波动。 而去藕和旁路电容都是 相对负载变化引起的噪声来说。 所以他 们两个没有必要做区分。 而且实际上电容 值的大小, 数量也是有理论 根据可循的,如果随意选择 ,可能会在某些情况下遇到去 藕电容（旁
10、 路 和分布参数发生自激振荡的情况。 所以真正意义上的去藕和旁路都是根据负载和供电系 统的实际情况来说的。没有必要去做区分 , 也没有本质 区别电容是板卡设计中必用的元件 , 其品质的好坏已经成为我们判断板卡 质量的一 个很重要的方面。 电容的功能和表示方法。由两个金属极，中间夹有绝缘介质构成。电容的特 性主要是隔直流通交流 , 因此多用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。电容在电路中用“C'加数字表示，比如C8,表示在 电路中编号为8的电容。 电容的分类。电容按介质不同分为 :气体介质电容 ,液体介质电容 ,无机固体介质电容,有机固 体介质电容电解电容。按极性分为 :有极性电容和
11、无极性电容。按结构可分为 :固定 电容,可变电容,微调电容。 电容的容量。电容容量表示能贮存电能的大小。 电容对交流信号的阻碍作用称为容 抗,容抗 与交流信号的频率和电容量有关，容抗XC=1/2n f c （f表示交流信号的频率,C表示 电容容量。 电容的容量单位和耐压。nn电容的基本单位是F （法，其它单 位还有:毫法 （mF、微法（uF、纳法（nF、皮法（pF。由于单 位F的容量太大，所以我们看到的一 般都是卩F nF、pF的单位。换 算关系:1F =1000000卩F ,1 卩 F=1000nF=1000000pF每一个电容都有它的耐压值 ,用 V 表示。一般无极电容的标称耐压 值比较高
12、有:63V、100V、160 V、250V、400V、600V、1000V 等。有极电容的耐压相对比较低 ,一般标称耐压值有 :4V 、 6.3V 、10V 、 16V 、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V 等。电容的标注方 法和容量误差。电容的标注方法分为 :直标法、色标法和数标法。对于体积比较大的 电容,多采 用直标法。如果是 0.005表示0.005uF=5nF。如果是5n ,那就表示的是5nF。数标法:一般用三位数字表示容量大小 ,前两位表示有效数字 ,第三位数字是 10 的多少次方。如：102 表示 10x10x10 PF=1000PF , 203表
13、示 20x10x10x10 PF。nn 色 标法,沿电容引线方向 ,用不同的颜色表示不同的数字 ,第一、二种环表示电容量 ,第 三种颜色表示有效数字后零的个数 （单位为 pF 。颜色代表的数值为 :黑 =0、棕 =1、红 =2、橙 =3、黄 =4、绿 =5、蓝 =6、紫 =7、灰 =8、白 =9。电容容量误差用符号 F 、 G 、 J 、 K 、 L 、 M 来表示,允许误差分别对应为 ±1%、 ±2%、 ±5%、 ±10%、 ±15%、 ±20%。电容的正负极区分和测量。电容上面有标志的黑块为负极。在 PCB 上电容位置上有两个半圆
14、 , 涂颜色的半 圆对应的引脚为负极。 也有用引脚长短来区别正负极长脚 为正,短脚为负。当我们不知道电容的正负极时 , 可以用万用表来测量。电容两极之间的介质并 不是绝对的绝缘体 , 它的电阻也不是无限大 , 而是一个有限的数值,一般在 1000兆欧 以上。电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻 或漏电电阻。只有电解电容的正极接电 源正（电阻挡时的黑表笔 ,负端接电源负 （电阻挡时的红表笔时 ,电解电容的漏电流才小 （漏电阻大。反之, 则电解电容的漏电流增加 （漏电阻减小。这样,我们先假定某极为“+”极,万用表选 用R*100或R*1K挡，然后将假定 的“ +'极与万用表的黑表笔相接，另一电极
15、与万用 表的红表笔相接 , 记下表针停止的刻度 （表针靠左阻值大 ,对于数字万用表来说可以 直接读出读数。然后将电容放电 （两根引线碰一下 ,然后两只表笔对调,重新进行测 量。两次测量中 ,表针最后停留的位置靠左 （或阻值大的那次, 黑表笔接的就是电解 电容的正极。nn电容使用的一些经验及来四个误区一些经验 :在电路中不能确定线路的极性时 , 建议使用无极电解电容。 通过电 解电容的纹波电流不能超过其充许范围。 如超过了规定值 , 需选用耐大纹波电流的 电容。电容的工作电压不能超过其额定电压。 在进行电容的焊接的时候 ,电烙铁应 与电容的塑料外壳保持一定的距 离,以防止过热造成塑料套管破裂。并
16、且焊接时间 不应超过 10秒, 焊接温度不应超过 260摄氏度。四个误区:电容容量越大越好。nn很多人在电容的替换中往往爱用大容量的电容。我们知道虽然电容越大 ,为 IC 提供的电流补偿的能力越强。且不说电容容量的增大带来的体积变大 , 增加成本的同时还影响空气 流动和散热。关键在于电容上存在寄 生电感, 电容放电回路会在某个频点上发生谐振。在谐振点 ,电容的阻抗小。因此放 电回路的阻抗最小,补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时 ,放电回路的阻抗开始增加 , 电容提供电流能力便开始下降。电容的容值越大 ,谐振频率越低 , 电容能有效补偿电 流的频率范围也越小。 从保证电容提供高频电流的能
17、力的角度来说 , 电容越大越好 的观点是错误的 , 一般的电路设计中都有一个参考值的。同样容量的电容，并联越多的小电容越好，耐压值、耐温值、容值、ESR（等效 电阻等是电容的几个重要参数 , 对于 ESR 自然是越低越好。 ESR 与电容的容量、 频率、电压、温度等都有关系。当电压固定时候 , 容量越大 , ESR 越低。在板卡 计中采用多个小电容并连多是出与 PCB 空间的限制 ,这样有的人就认为 ,越多的并联 小电阻, ESR 越低,效果越好。理论上是如此 ,但是要考虑到电容接脚焊点的阻抗 ,采 用多个小电容并联 ,效果并不一定突出。 ESR越低，效果越好。结合我们上面的提高的供电电路来说
18、 , 对于输入电容来说 , 输入电容的容量要 大一点。相对容量的要求 ,对 ESR 的要求可以适当的降低。 因为输入电容主要是耐 压,其次是吸收 MOSFET 的开关脉冲。对于输出电容来说 , 耐压的要求和容量可以 适当的降低一点。 ESR 的要求则高一点, 因为这里要保证的是足够的电流通过 量。但这里要注意的是 ESR 并不是越低越好 ,低 ESR 电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会导致成本的增加。 板卡设计中 , 这里一般有一个参考值,此 作为元件选用参数 ,避免消振电路而导致成本的增加。好电容代表着高品质。n '唯电容论”曾经盛极一时，一些厂商和媒体也刻意的把这个事情做成一个卖点。 在板卡设计中 , 电路设计水平是关 键。和有的厂商可以用两相供电做出比一些厂商采用四相供电 更稳定的产品一样 一味的采用高价电容 ,不一定能做出好产品。衡 量一个产品 , 一定要全方位多角度的 去考虑, 切不可把电容的作用有意无意的夸大 .