【E問E答】硬件設(shè)計的幾個問題

　　[問]：

　　1、電阻電容的封裝形式如何選擇，有沒有什么原則?比如，同樣是 104 的電容有 0603、0805 的封裝，同樣是 10uF 電容有 3216、0805、3528 等封裝形式，選擇哪種封裝形式比較合適呢?

　　2、有時候兩個芯片的引腳(如芯片A 的引腳 1,芯片B 的引腳 2)可以直接相連，有時候引腳之間(如A-1 和 B-2)之間卻要加上一片電阻，如 22歐，請問這是為什么?這個電阻有什么作用?電阻阻值如何選擇?

　　3、藕合電容如何布置?有什么原則?是不是每個電源引腳布置一片 0.1μF?有時候看到 0.1μF 和 10μF 聯(lián)合起來使用，為什么?

　　4、所謂 5V TTL 器件、5V CMOS 器件是指什么含義?是不是說該器件電源接上 5V，其引腳輸出或輸入電平就是 5V TTL 或者 5v CMOS?

　　[答]：

　　1、電阻電容的封裝與元件的規(guī)格有關(guān)，簡而言之，對于電阻，封裝與阻值(容值)和功率有關(guān)，功率越大，封裝尺寸越大;對于電容，封裝與容值和耐壓有關(guān)，容值和耐壓越高，封裝尺寸越大。經(jīng)驗之談，0603 封裝的電容，容值最大為 225(2.2μF)，10μF 的電容，應(yīng)該沒有 0805 的封裝，而 3216，3528 的封裝與耐壓和材料有關(guān)，建議你根據(jù)具體元件參考相應(yīng)的 Datasheet。

　　2、在芯片的引腳連線之間串入電阻，多見于信號傳輸上，電阻的作用是防止串?dāng)_，提高傳輸成功率，有時也用來作為防止浪涌電流。電阻值一般較小，低于 100 歐姆。

　　3、藕合電容應(yīng)盡可能靠近電源引腳。耦合電容在電源和地之間的有兩個作用：一方面是蓄能電容，避免由于電流的突變而使電壓下降，相當(dāng)于濾紋波，故又稱為去藕。另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲，故又稱為旁路。數(shù)字電路中典型的去耦電容值是 0.1μF。這個電容的分布電感的典型值是 5μH。0.1μF 的去耦電容有 5μH 的分布電感，它的并行共振頻率大約在 7MHz 左右，也就是說，對于 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦效果，對 40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用。0.1μF、10μF 的電容并聯(lián)使用，共振頻率在 20MHz 以上，去除高頻噪聲的效果要好一些，較好的兼顧了去藕和旁路。經(jīng)驗上，每 10 片左右 IC 要加一片 1 個耦合電容，可選 1μF 左右。最好不用鋁電解電容，電解電容是兩層薄膜卷起來的，這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時表現(xiàn)為電感。要使用鉭電容或聚碳酸酯電容。去耦電容的選用，可按 C="1"/F， 10MHz 取 0.1μF，100MHz 取 0.01μF。

　　4、泛泛地講，5V TTL 器件和 5V CMOS 器件統(tǒng)稱為 5V 器件，可以講該器件電源接上 5V，其引腳輸出或輸入電平就是 5V TTL 或者 5V CMOS。但 TTL 和 CMOS 器件由于材料的不同，導(dǎo)致其驅(qū)動能力、功耗、上升時間、開關(guān)速度等參數(shù)迥異，分別適用不同的場合。

　　[問]：

　　1、我是剛學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的，感覺有很多地方都是按經(jīng)驗值來選擇電阻電容的。比如，去藕電容一般是 0.1μF，上下拉電阻一般是 4.7K--10K，晶振起振電路電容好像一般為 22pF;還有，電阻的封裝選擇說是要按功率來說，可是怎么計算具體需要多大功率的電阻呢?我看很多設(shè)計中好像就是經(jīng)驗，大多使用 0805 或者 0603，電容好像也差不多，耐壓電壓稍微選大點應(yīng)該就沒問題?

　　2、USB 插座電路，有一個電容：0.01μF/2KV，有這么高的耐壓電壓電容嗎?為什么在這里需要使用這么高的耐壓電容?

　　3、何謂扇入、扇出、扇入系數(shù)及扇出系數(shù)?

　　[答]：

　　1、關(guān)于電容的選擇，與頻率關(guān)系較為密切。以晶振的匹配電容為例，主要用來匹配晶體和振蕩電路使電路易于啟振并處于合理的激勵態(tài)下，對頻率也有一定的“微調(diào)”作用，若頻率為 11.0592MHz，則該電容取30pF;當(dāng)頻率為 22.0184MHz，則取 22pF。另外，上拉電阻一般取值是4.7--10K，而下拉電阻一般取值是 10K--100K。

　　至于電阻的額定功率的選擇，一般取 0.25W 或 0.125W，此時封裝多為 0805 或者 0603;但若用于電流檢測或限流作用時，需取 0.5W--3W，封裝尺寸肯定大了，3216，3528 都有可能。

　　2、0.01μF/2KV，多數(shù)為陶瓷電容或聚丙烯電容，應(yīng)是安規(guī)電容，用于電源濾波器，起EMC及濾波作用。所謂的安規(guī)電容，是指用于這樣的場合：即電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全。

　　3、扇入系數(shù)，是指門電路允許的輸入端數(shù)目。一般門電路的扇入系數(shù) Nr 為 1--5，最多不超過 8。若芯片輸入端數(shù)多于實際要求的數(shù)目，可將芯片多余輸入端接高電平(+5V)或接低電平(GND)。扇出系數(shù)，是指一個門的輸出端所驅(qū)動同類型門的個數(shù)，或稱負(fù)載能力。一般門電路的扇出系數(shù) Nc 為 8，驅(qū)動器的扇出系數(shù) Nc 可達(dá) 25。Nc 表征了門電路的負(fù)載能力