電路設計中可靠性抗干擾等一些應該注意的問題

　　本文從最基本、最常用的電子元器件和基本電路的著手，介紹電路設計時應該注意的一些問題, 以提高所設計電路的可靠性和抗干擾能力。

　　一、基本元件

　　1，電阻。

　　1)基本概念

　　我們都知道, I = U/R這個公式, 也知道P = UI. 電阻是一種非儲能元件, 它直接將電能轉換成熱能, 因此, 如果電阻上消耗的功率過大, 會導致其過熱而燒毀.

　　2)基本參數

　　阻值，精度，功率. 使用時我們應該注意以下一些問題:

　　在數字電路中, 大部分對電阻的阻值要求不是很高(如大量使用的上拉和下拉電阻), 因此應該盡可能減少電阻的阻值的種類, 以方便采購和生產.

　　只有在對精度要求特別高的場合, 如電源及運放的反饋電阻, 我們才選用高精度電阻(一般1%), 大部分場合我們選用5%精度的電阻就可以了.

　　在流過比較大的電流的電路中, 我們應該好好計算一下電阻消耗的功率, 否則如果實際消耗的功率大于其額定功率會燒毀電阻。

　　2,電容

　　1)基本概念

　　我們應該知道幾個基本的公式:

　　2)特性參數

　　容值，精度，耐壓值，泄漏電流，頻率特性. 在使用的時候, 我們應該要注意以下一些問題:

　　耐壓值：施加在電容上的電壓如果高于其額定的所能承受的電壓, 將會導致電容擊穿燒毀, 因此, 無論如何高于實際工作電壓1.5倍以上的電容耐壓值，此電容可選，否則電壓一旦超過耐壓值，電容就容易被燒壞。

　　泄漏電流：泄漏電流是指在沒有故障施加電壓的情況下，電氣中帶相互絕緣的金屬零件之間，或帶電零件與接地零件之間，通過其周圍介質或絕緣表面所形成的電流稱為泄漏電流。極性電容中又分為正向泄漏電流和反向泄漏電流，反向泄漏電流很大，當在極性電容兩端接上反向電壓時，由于反向泄露電流很大，P=U·I，電容則會被燒毀，這也就是極性電容一定不能接反的原因。

　　頻率特性：實際電路中，電容等價于電容與電阻并聯再和電感串聯。其在高頻時呈感性，低頻時呈容性。高頻濾波用電容量小的獨石電容，低頻濾波時用電容量大的電解電容。

　　3，電感

　　1)基本概念

　　電感是閉合回路的一種屬性。當線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應，感應磁場又會產生感應電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利(H)”

　　2)特性參數

　　包括電感量，精度，飽和電流，工作頻率，工作電流電感量，如圖，電感為一根鐵氧體磁芯和纏繞在其外部的銅導線組成，當沒有磁芯時，電感量很小。

　　工作電流：在實際電路中，電感等效于自身串聯一個電阻，電流通過會產生渦流形成熱量，電感太小，通過的電流就較大，W=1/2·L·i2，會導致過熱燒毀電感。

　　4，二極管

　　1)基本概念

　　二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管。它是一種具有單向傳導電流的電子器件。

　　2)特性參數

　　包括工作電流，正向導通電壓，反向電壓，正向導通時間，反向恢復時間

　　正向導通電壓：外加正向電壓時，在正向特性的起始部分，正向電壓很小，不足以克服PN結內電場的阻擋作用，正向電流幾乎為零，這一段稱為死區。這個不能使二極管導通的正向電壓稱為死區電壓。當正向電壓大于死區電壓以后，PN結內電場被克服，二極管正向導通，電流隨電壓增大而迅速上升。在正常使用的電流范圍內，導通時二極管的端電壓幾乎維持不變，這個電壓稱為二極管的正向導通電壓。

　　反向電壓：外加反向電壓不超過一定范圍時，通過二極管的電流是少數載流子漂移運動所形成反向電流。由于反向電流很小，二極管處于截止狀態。如果反向電壓過大，二極管就會被擊穿。

　　正向導通時間和反向恢復時間：在實際數字電路中，二極管的正向導通與反向回復都是需要一定的時間才能完成，為了提高電路系統穩定性，我們要盡可能縮短導通與恢復時間，一般會用到肖特基二極管，俗稱快速二極管。

　　5，三極管

　　1)基本概念

　　半導體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。

　　2)特性參數

　　包括功耗，頻率特性

　　頻率特性：三極管有三種工作區間，截止區，放大區和飽和區。放大狀態亦稱為線性工作狀態，Ic=?·Ib，用在模擬電路中。截止和飽和狀態也稱為開關狀態，應用于數字電路中。

　　6，電源

　　實際電路中，電源存在內阻，相當于串聯一個電阻，此時輸出電壓就會有所下降，對電路中的干擾不可忽略。

　　7，導線

　　實際電路中，導線有一定的內阻，R=ρ·L/S，相當與電感與電阻串聯，由于電感自身存在渦流效應，所以在電路、尤其在高頻電路中，設計人員應當將導線設計盡量短，盡量粗。

　　二，電路

　　1，三極管在電路中應用

　　由金屬導線和電氣以及電子部件組成的導電回路，稱其為電路。

　　在三極管電路中，有三種工作狀態，即截止狀態。放大狀態和飽和狀態。在模擬電路中常用到線性放大狀態，例如運算放大器;在數字電路中常用到開關狀態，即截止狀態和飽和狀態。如下圖，

　　2，數字地與模擬地分開

　　在高要求電路中，數字地與模擬地必需分開。即使是對于A/D、D/A轉換器同一芯片上兩種“地”最好也要分開，僅在系統一點上把兩種“地”連接起來。

　　3，LDO(低壓差分穩壓器)

　　開關性穩壓電源的效率很高，但輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調整率等性能也較差，特別是對模擬電路供電時，將產生較大的影響。在開關性穩壓器輸出端接入低壓差線性穩壓器，如圖所示，就可以實現有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩壓精度，同時電源系統的效率也不會明顯降低。

　　4，PWM(脈沖寬度調制)

　　簡稱脈寬調制(PWM)，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

　　脈沖寬度調制是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。

　　根據公式Ui-Uo=L·ΔI/Ton和公式-Uo=L·ΔI/Toff得知輸出電壓Uo

　　Uo=Ui·Ton/Toff。

　　5，濾波電容

　　在輸入電源上，數字電路干擾是一個一個小尖峰，不能用大電容濾波，只能用小電容;濾波電容一大一小(小電容濾除高頻干擾，大電容濾除低頻干擾)一定要放在根部，不要放太遠，也不要放在電路板背面。

　　三，結語

　　實際上，在模擬電路和數字電路中除了上述干擾現象，還有一些干擾是依然存在的，例如電源線電流變化產生的感應壓降、電路導線之間的相互干擾等。反映在數字信號處理系統中，其危害最大的是高頻脈沖噪聲，這些都需要我們在平時的電路設計中加以考慮。希望我門通過上述探討，為后續電路系統設計及相關方面的工作打下基礎。