印制線路板相關問題介紹

問：前面介紹了有關單純電阻的問題，的確一定存在一些電阻，其性能完全符合我們的預料。請問一段導線的電阻會怎樣呢?

答：情況不一樣。大概你所指的是一段導線或者是起導線作用的印制線路板中的一段導電帶。由于室溫超導體至今還沒問世，所以任何一段金屬導線都起到低阻值電阻 器的作用(它也具有電容和電感的作用)，這樣必須考慮它對電路的影響。

問：在小信號電路中一段很短的銅線所具有的電阻一定不重要吧?

答：讓我們考慮輸入阻抗為5kΩ的16位ADC。假定到ADC輸入端的信號線由典型的印制線路板(厚度為0038 mm，寬度為025 mm)長度為10 cm的導電帶 構成。在室溫條件下它具有約018 Ω的電阻，這個電阻稍小于5 kΩ×2×2 -16 ，在 滿度時會產(chǎn)生2 LSB的 增益誤差，見圖13.1。

可以證明，假如印制線路板的導電帶做得比較寬(實際上已經(jīng)如此)，則上述問題可能減輕 。在模擬電路中通常使用比較寬的導電帶為好，但是許多印制線路板的設計者(和印制線路 板設計程序)更喜歡采用最小寬度的導電帶以便于信號線的布置?？傊?，在所有可能出現(xiàn)問 題的地方，計算導電帶的電阻并分析其作用，這是非常重要的。

問：寬度過大的導電帶與印制線路板背面的金屬層構成的電容會有問題嗎?

答：問題很小。雖然由印制線路板的導電帶構成的電容很重要(即使是低頻電路 也 應引起重視，因為低頻電路也能產(chǎn)生高頻寄生振蕩)，但總是應該先估算一下。如果不存在 上述情況，即使較寬的導電帶形成很大的電容也不會帶來問題(見圖132)。倘若帶來問題 ，可去掉一小塊接地平面的面積，以減小對地的電容。

圖132 印制線路板導電帶形成的電容

問：這個問題先留一下!什么是接地平面?

答：假如一塊印制線路板的整個一面(或者一塊多層印制線路板的整個夾層)的銅 箔用來接地，那么這就是我們所說的接地平面。任何地線的排布都要使其具有盡可能小的電 阻和 電感。倘若一個系統(tǒng)使用一個接地平面，那么它受接地噪聲影響的可能性很小。另外接地平 面也具有屏蔽和散熱的作用。

問：這里所說的接地平面對制造廠家來說很困難，對嗎?

答：在20年前這方面確實有些問題。今天由于印制線路中的粘結劑、阻焊劑 和波峰焊技術的改進使制造接地平面已成為印制線路板的常規(guī)作業(yè)。

問：你說一個系統(tǒng)使用一個接地平面使其遭受地噪聲的可能性很小，留下來的接地 噪聲問題還有什么不能解決?

答：一個接地噪聲系統(tǒng)的基本電路如圖133所示。盡管有一個接地平面，但是其 電阻和電感卻不為零——倘若外部電流源足夠強，它將影響精密的信號。通過合理地排布印制線路板，使大電流不能流到影響精密信號產(chǎn)生接地電壓的區(qū)域，這 個問題就能減到最小。有時在接地平面上斷開或開縫可以使大的接

圖133 接地噪聲系統(tǒng)基本電路

地電流從敏感區(qū)域改變流向，但是強行改變接地平面也能使信號繞道進入靈敏區(qū)域，所以這 樣的工藝技術必須小心使用。

問：怎樣才能知道在一個接地平面上產(chǎn)生的電壓降?
答：通常電壓降可以測量到，但有時候可以根據(jù)接地平面材料的電阻(標稱1盎司 銅具有045mΩ/□的電阻)和電流所經(jīng)過的導電帶的長度進行計算，不 過計算可能很復雜 。在直流到低頻(50kHz)范圍內(nèi)的電壓可以用儀表放大器，如AMP02或AD620進行測量，如 圖134所示。

圖134 用儀表放大器和示波器測量接地平面的電壓 降
放大器增益設定為1000，并連到靈敏度為5mV/div的示波器上。放大器可以用被測電路 的同一電源供電，或者用自身電源供電。但放大器的地假如與其電源地分開，則示波器必須 連接到所用電源電路的電源地。

接地平面上任意兩點間的電阻可以用探頭加到這兩點上進行測量。放大器增益和示波器 靈敏度綜合起來可使測量靈敏度達到5μV/div。放大器的噪聲將增大示波器波形曲線的寬度 ，大約為3μV,但還是有可能使測量的分辨率達到約1μV水平——這足夠判別大多數(shù)接地噪 聲，并且置信度可達80%。

問：有關上述測試方法應該注意什么?

答：任何交變磁場在探頭引線上都會感應出電壓來，這可以用探頭相互 短路來試驗(并且對地電阻提供一個偏流路徑)，觀察示波器波形圖。所觀察到的交流波形就 是由于感應所產(chǎn)生的，可以用改變引線位置或設法消除磁場使其減少到最小。另外，保證放 大器的地線連接到系統(tǒng)的地線上也是很必要的。如果放大器設有這個連接就沒有偏流返回路 徑，放大器不能工作。接地還應該保證所用的接地方法不會干擾被測電路的電流分布。

問：高頻接地噪聲如何測量?

答：使用合適的寬頻帶儀表放大器測量高頻接地噪聲是很困難的，所以使用高頻 和 甚高頻無源探頭較為適當。它由鐵氧體磁環(huán)(外徑為6～8mm)組成，磁環(huán)上有兩個線圈，每個 線圈6～10匝。為了構成一個高頻隔離變壓器，一個線圈連到頻譜分析儀輸入端，另一個線 圈連到探頭。

測試方法與低頻情況類似，但頻譜分析儀用幅頻特性曲線表示噪聲。這與時域特性不同 ，噪聲源可以根據(jù)它們的頻率特征很容易進行區(qū)別。此外使用頻譜分析儀的靈敏度至少比使 用寬頻帶示波器高60 dB。