電路設(shè)計(jì)技術(shù)與技巧第二版pdf中文版

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電路設(shè)計(jì)技術(shù)與技巧(第二版)目錄簡(jiǎn)介

第1章 接地與布線

1.1 接地.

1.1.1 單元內(nèi)部的接地

1.1.2 機(jī)殼地

1.1.3 鋁的傳導(dǎo)率

1.1.4 接地回路

1.1.5 電源回饋 (電源地)

1.1.6 輸入信號(hào)接地

1.1.7 輸出信號(hào)接地

1.1.8 板間接口信號(hào)

1.1.9 星-點(diǎn)接地

1.1.10單元間的接地連接

1.1.11屏蔽

1.1.12安全地

1.2 導(dǎo)線與電纜

1.2.1 導(dǎo)線類型

1.2.2 電纜類型

1.2.3 電力電纜

1.2.4 數(shù)據(jù)電纜和多芯電纜

1.2.5 rf電纜

.1.2.6 雙絞線

1.2.7 串?dāng)_

1.3 傳輸線

1.3.1 特性阻抗

1.3.2 時(shí)域

1.3.3 頻域

第2章 印制電路

......

章節(jié)節(jié)選

第 1章 接地與布線

1.1 接地

任何電子電路都具有一個(gè)基本特性，即其內(nèi)部存在的電壓都是參照一個(gè)公共點(diǎn)來測(cè)定的,習(xí)慣上,將這一點(diǎn)稱為“地飛這個(gè)術(shù)語(yǔ)是源于電子工程師的實(shí)踐操作,因?yàn)閺淖置嫔现v這個(gè)參照點(diǎn)是指將銅銷釘連接到大地來實(shí)現(xiàn)的)。這個(gè)點(diǎn)也可以被定義為電源接入到電路的連接點(diǎn),而這條連接線則被定義為“零線飛因?yàn)槠渖系碾妷簽?0V),這樣,地和零線經(jīng)常又被視為同義的(或混用).在這種情況下,當(dāng)我們?cè)谥付?5V, 12 V 或 2.5V供電時(shí),它們的電壓都是相對(duì)于這個(gè)零線來說的。

但在這時(shí)，地線與零線并不完全相同。地線是出于安全原因，負(fù)責(zé)將設(shè)備的外殼連接到大地的“地”,在通常的使用中它并不承載電流。然而,在本章中,詞匯“接地”將使用它更為常見的含義，即是指連接到安全地，同時(shí)也是包合了信號(hào)和電源電流的返同同路。

也許，在電子電路中最可能造成眾多問題的原因，就是將零線和地線進(jìn)行了混用。之所以這樣講，是因?yàn)樵谝粋€(gè)正常的工作電路中，它只可能有一個(gè)點(diǎn)是真正的零電壓:注意，在實(shí)際應(yīng)用中的“零線”與理論定義中的概念，是相互矛盾的。這是因?yàn)?，任何一個(gè)實(shí)際的導(dǎo)體都會(huì)有一個(gè)有限的、非零的電阻或阻抗，歐姆定律告訴我們，當(dāng)電流通過任何一個(gè)阻抗不為零的物體時(shí)，都會(huì)在其上產(chǎn)生一定的電壓。在一個(gè)正常工作的電路中，必然會(huì)有一定的電流流過那些被定義為零電壓的導(dǎo)線，因此，如果在這條導(dǎo)線上，只有一點(diǎn)可以是真正的零電樂(一般認(rèn)為，這一點(diǎn)就是在電源輸出的連接點(diǎn)上)，那么這條線上剩余的其他部分將不可能再是零電壓,如圖 1.1所示。

在進(jìn)行了這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年U述后，我們也許會(huì)說，你說得很對(duì)，可實(shí)際上仍有成千上萬的電子電路都在這樣使用著零線，它們工作得很正常，似乎沒有什么問題，哪有你所描述的問題出現(xiàn)呢 ?是的,在絕大多數(shù)的情況下,你的觀察是正確的,沒有問題、但是,要知道,當(dāng)零線的阻抗為毫歐級(jí)，并且流經(jīng)它的電流也多為毫安數(shù)量級(jí)時(shí)，它們共同作用所形成的電位差也只有數(shù)百微伏，這當(dāng)然不會(huì)對(duì)電路的正常工作產(chǎn)生任何影響。換句話說，在零線的電位上再加上 500 V,它的值也是十分接近 0 V 的沒有人會(huì)注意到這樣的變化。那么，回答上面問題的困難就表現(xiàn)在，我們很輕易地忘掉了零線的這個(gè)特點(diǎn)，并簡(jiǎn)單地假設(shè)在紅何條件下零線都是 0V，于是當(dāng)電略發(fā)生振蕩或不工作時(shí)，我們對(duì)此會(huì)感到十分驚

訝。那么，使零線表現(xiàn)出問題的條件是:當(dāng)流經(jīng)零線的電流不再是毫安或微安的數(shù)量級(jí)，而是變成為幾個(gè)安培時(shí)當(dāng)零線的導(dǎo)體阻抗不再是毫歐數(shù)量級(jí)，而是變成了數(shù)個(gè)歐姆時(shí)。當(dāng)電流與電阻的共同作用造成足夠大的電位差，而影響到電路的正常工作時(shí)。關(guān)于地線的考慮

作為一名優(yōu)秀的電路設(shè)計(jì)人員，應(yīng)該知道在什么時(shí)候需要認(rèn)真地考慮上述可能出現(xiàn)的問題，而又在什么時(shí)候則可以安全地忽略掉這些因素。一個(gè)可能經(jīng)常遇到的情況是，當(dāng)你作為一個(gè)具體電路的設(shè)計(jì)者，可能并不負(fù)責(zé)整個(gè)電路的布局，這個(gè)工作可以是由布局設(shè)計(jì)者來完成的(也可能是由軟件包根據(jù)一定的規(guī)則來完成的)。對(duì)于整休布局來說，接地的設(shè)計(jì)總是很難做得很好，不論是使用離散布線還是使用印制電路，如果設(shè)計(jì)沒有找到最好的平衡點(diǎn)，則設(shè)計(jì)者就必須對(duì)接地的設(shè)計(jì)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)并提出一個(gè)可行的解決方案。一個(gè)總需要被強(qiáng)調(diào)的技巧是，清楚地知道返回電流將會(huì)流經(jīng)哪些地方，以及它在回流時(shí)所可能會(huì)帶來的問題:或者，如果這點(diǎn)很難做到，至少也要確保不管這些返回電流會(huì)從哪里流過，它可能造成的影響都將是最小的。雖然上面討論的這些問題都只是針對(duì)零線和接地連接的，但是它也同樣可以應(yīng)用到任何有電流通過的導(dǎo)體中，問題的描述和解決機(jī)理都是通用的，注意這些問題在實(shí)際的操作中很容易被忽略。電源的供電線路(或線路對(duì)) 是另一種特殊的情況，在那里導(dǎo)體的阻抗會(huì)引發(fā)很多麻煩。

1.1.1單元內(nèi)部的接地

在這里“單元"可以定義為一個(gè)單一的電路板或者是一組電路板,并且這些電路板又通過導(dǎo)線連接到一個(gè)公共外殼上的所謝“ 本地”接地點(diǎn)上,例如,電源地的接入點(diǎn)。在圖 1.2 中給出了這樣的示例。我們假設(shè) PBCI(印制電路板 沖包含有信號(hào)整形電路，PCB2 中包含有一個(gè)用于信號(hào)處理的微處理器,而 PCB3 包含有一個(gè)大電流的輸出驅(qū)動(dòng)，例如為電器和指示燈提供緊動(dòng)。也許你會(huì)將這些功能設(shè)計(jì)在一塊電路板上，但是，如果將這些功能分升來考慮,那么,從原理上講,這樣的設(shè)計(jì)將會(huì)更容易被接受和采納。電源供給單元 PSU為前面的兩個(gè)電路板提供了 個(gè)低電壓的供電電源，并為輸出電路板提供了 個(gè)大功率的電源。這是·個(gè)相當(dāng)普通的系統(tǒng)設(shè)計(jì),下面將從圖 1.2 出發(fā)，來討論一下什么是好的和不好的設(shè)計(jì)方案。

1.1.2 機(jī)殼地

首先，要注意到在這里的連接都是只連接到金屬機(jī)殼或外殼的一個(gè)點(diǎn)上。所有需要連接到機(jī)殼的導(dǎo)線都引到了這個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)應(yīng)該是一個(gè)為這一目的而設(shè)置的金屬接線柱。這個(gè)連按可以是主電源的女全地(后續(xù)內(nèi)容中有更詳盡的討論) 即 0 V 電源地線，以及任何可能需要的屏蔽和過濾的連接，包括被電源自身所需要的屏蔽，例如，在變壓器內(nèi)部的靜電屏獻(xiàn)( 關(guān)干電源設(shè)計(jì)的內(nèi)容將在第7 童中給出更加詳盡的描述)。

使用單一的機(jī)殼接地的目的是為了防止在機(jī)殼中出現(xiàn)循環(huán)的電流D。如果使用多個(gè)接地點(diǎn)，即電流在返回時(shí)有另外一個(gè)途徑，則電流的一部分將流經(jīng)機(jī)殼(如圖 1.3 中 所示 這部分電流的大小將取決于與對(duì)頻率非常敏感的阻抗比。這樣，這些流經(jīng)機(jī)殼的電流大小將很難被掌握，并且它會(huì)隨著電路結(jié)構(gòu)的不同而不同，因此，這些電流會(huì)造成一些意想不到的.令人厭煩的影響:在對(duì)一個(gè)振蕩和干擾進(jìn)行全力跟蹤了若干小時(shí)之后，才發(fā)現(xiàn)當(dāng)將一顆看上去無關(guān)緊要螺絲釘再擰緊到機(jī)殼上時(shí)，問題竟然解決了。這些機(jī)殼上的連接點(diǎn)都會(huì)受到腐蝕的影響，因此單元電路的性能會(huì)隨時(shí)間而下降，并且它們還將受到機(jī)殼材料表面氧化的影響。如果在設(shè)計(jì)中使用了多點(diǎn)機(jī)殼接地，那么，對(duì)機(jī)殼的電氣結(jié)構(gòu)就需要格外注意。

1.1.3 鋁的傳導(dǎo)率

鋁作為重量輕、強(qiáng)度高并擁有較高的導(dǎo)電率的底板材料，被廠泛地應(yīng)用到電子工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中。在電氣傳導(dǎo)方面，只有銀、銅和金擁有比鋁更高的傳導(dǎo)性。鋁底板的低電阻特性非常適合用做地同路的承截體。遺憾的是，鋁的另外一個(gè)特性《也許在其他場(chǎng)合這個(gè)特性是非常有用的)是其表面的氧化過程非?？欤梢哉f現(xiàn)實(shí)世界中，鋁的表面都覆蓋有一層薄的氧化鋁層( AL,0)。氧化鋁是不導(dǎo)電的。事實(shí)上，在散熱器上的陽(yáng)極氧化鋁就是一個(gè)非常好的絕緣體，它是經(jīng)過化學(xué)處理后有意形成的一層厚厚的氧化層。

鋁易氧化的性質(zhì)所帶來的實(shí)際效果是，當(dāng)兩塊鋁板表面被連接在一起時(shí)，它們之間的接觸電阻會(huì)很高。而鋁板之間實(shí)質(zhì)性的電傳導(dǎo)只會(huì)發(fā)生在這個(gè)氧化層被刺破的位置。因此，如果想要保證由多塊分離的鋁板所組成的底板擁有良好的導(dǎo)電性能，必須要確保這些鋁板被緊密地連接在一起，比如牢固焊接或者使用具有抗振和鋸齒狀接觸面的墊圈，并進(jìn)行了完全深入表面的牢固連接。這樣的做法也完全適用于對(duì)接地點(diǎn)的操作。由于鋁并不容易被牢固焊接,因此，最好的連接是使用壓入配合或熔焊接線( 參見圖 1.4)如果不容易做到這點(diǎn),那么,在連按螺母下就需要使用一種抗振的、帶有鋸齒狀接觸面的墊因,并確保它車固地接觸到鋁板的表層下方。