如何合理布局模擬電路印制電路板信號(hào)線

　　摘要：有一個(gè)公認(rèn)的準(zhǔn)則就是在所有模擬電路印制電路板中，信號(hào)線應(yīng)盡可能的短，這是因?yàn)樾盘?hào)線越長(zhǎng)，電路中的感應(yīng)和電容捐合就越多，這是不希望看到的?，F(xiàn)實(shí)情況是，不可能將所有的信號(hào)線都做成短，因而，布線時(shí)首先要考慮的就是容易產(chǎn)生干擾的信號(hào)線。

　　在模擬電路印制電路板中，信號(hào)線能完成各種功能，如信號(hào)輸入、反饋、輸出以及提供基準(zhǔn)信號(hào)等。因此，對(duì)于不同的應(yīng)用，信號(hào)線都必須以各種方式進(jìn)行優(yōu)化。但是，有一個(gè)公認(rèn)的準(zhǔn)則就是在所有模擬電路印制電路板中，信號(hào)線應(yīng)盡可能的短，這是因?yàn)樾盘?hào)線越長(zhǎng)，電路中的感應(yīng)和電容捐合就越多，這是不希望看到的?，F(xiàn)實(shí)情況是，不可能將所有的信號(hào)線都做成短，因而，布線時(shí)首先要考慮的就是容易產(chǎn)生干擾的信號(hào)線。

　　特別是在下列電路中信號(hào)線的布線需格外引起注意：

　　1） 高頻放大器/振蕩器;

　　2） 多級(jí)放大器，特別是輸出功率較高的放大器;

　　3） 高增益直流放大器;

　　4） 小信號(hào)放大器;

　　5） 差動(dòng)放大器。

　　1.高頻放大器/振蕩器

　　如果高頻放大器印制電路板布線不合理，就會(huì)導(dǎo)致放大器帶寬的降低。這是因?yàn)閮蓷l靠近的地線和信號(hào)線之間會(huì)形成一個(gè)大電容，這個(gè)電容與輸出電阻一起構(gòu)成一個(gè)低通濾波器。這個(gè)低通濾波器使放大器帶寬降低。同時(shí)，如果輸入信號(hào)線和輸出信號(hào)線彼此接近，反饋信號(hào)就會(huì)引起振蕩。為了避免這些問題的產(chǎn)生，上述導(dǎo)線之間應(yīng)該留有足夠的空間間隔（ Lindsey ， 1985） 。

　　電子電路設(shè)計(jì)者通常都有這樣一個(gè)共同的經(jīng)歷，那就是如果設(shè)計(jì)一個(gè)高頻放大器，實(shí)際上它卻會(huì)產(chǎn)生振蕩。在振蕩器的布局中也會(huì)遇到類似的問題，它不按照所設(shè)計(jì)的頻率振蕩。這種問題的產(chǎn)生是由于信號(hào)線之間存在電容藕合，因此，在印制電路板布局時(shí)很重要的一點(diǎn)就是減小信號(hào)線之間的藕合電容。

　　2.具有高功率輸出的多級(jí)放大器

　　如果電源線和地線太長(zhǎng)，多級(jí)放大器很容易產(chǎn)生低頻振蕩。由于導(dǎo)線自身具有電阻率，由高功率輸出引起的大電流將會(huì)流過這些導(dǎo)線。在電源和地之間加一個(gè)足夠大的電容，形成電源去藕電路，就可以解決這個(gè)問題?；蛘撸瑢?duì)于不同的放大級(jí)分別提供獨(dú)立的電源和地線，這樣就不會(huì)有公共的電源和地線通路了。

　　3.高增益直流放大器

　　高增益直流放大器通常用于小信號(hào)放大。當(dāng)晶體管或直流放大器等器件被焊接在印制電路板上時(shí)，就會(huì)在銅筒和器件引腳的連接處形成熱電偶，從而產(chǎn)生不同的交變電壓，對(duì)放大器形成一個(gè)干擾信號(hào)。為了使直流放大器輸入級(jí)周圍的溫度變化率達(dá)到，并且保持恒定，建議將輸入級(jí)用一個(gè)隔離裝置包圍起來，以避免其周圍空氣流動(dòng)所造成的影響。

　　4. 微小信號(hào)放大器

　　該信號(hào)放大器處理的是微小信號(hào)，包括以下兩種類型。

　?。?）高阻抗（低電流）放大器

　　這種放大器中，兩個(gè)相鄰的信號(hào)線間存在電容藕合，這會(huì)嚴(yán)重影響電路的性能，甚至導(dǎo)致低電平信號(hào)被覆蓋。高阻抗電路中，兩導(dǎo)線間的電容藕合。為了減小藕合，建議在高阻抗的信號(hào)線之間，以及其他干擾信號(hào)之間保持足夠的距離。一般情況下，該距離至少為信號(hào)線寬度的40 倍。

　　無論如何，低電平信號(hào)線的對(duì)地電容應(yīng)該很高，以便減小耦合電壓。這就是說，低電平信號(hào)導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)靠近地線。如果不能保證低電平信號(hào)線之間有足夠的寬度，可在它們之間布一條地線，以降低藕合。

　　當(dāng)放大器使用光電池或化學(xué)電池作為電源時(shí)，電源阻抗可達(dá)到數(shù)百萬甚至是數(shù)億歐姆。如果蝕刻后印制電路板沒有進(jìn)行充分地清理，殘留在電路板表面的電解液就會(huì)在鄰近的導(dǎo)線間產(chǎn)生較大的電阻，甚至即使電路板完全清理干凈了，仍有不大于10 12 0 的漏電阻存在。而且，這些電阻不可能是等方性分布的，以致于兩條鄰近導(dǎo)線間的電阻可能比距離較遠(yuǎn)的兩條導(dǎo)線間的電阻更高。因此，低電平I1 V （電流/電壓）轉(zhuǎn)換器的輸入應(yīng)當(dāng)在印制電路板兩面都用防護(hù)環(huán)路保護(hù)起來，防護(hù)環(huán)路應(yīng)連接到與總的連接點(diǎn)等電位的點(diǎn)上。如果做到這些，漏電阻的值就不那么重要了，因?yàn)榧釉谒厦娴牟钪惦妷杭汉苄×恕?/p>

　　高阻抗放大器印制電路板不能使用鍍通孔。印制電路板材料的體積電阻率比表面電阻率更低，在基板上很難安裝防護(hù)環(huán)。的方法就是把高阻抗放大器的終端連接到聚四氟乙烯絕緣體上，而不是印制電路板導(dǎo)線上。

　　（2） 低阻抗（低電壓）放大器

　　在低阻抗電路中，有可能產(chǎn)生感應(yīng)電壓，這是因?yàn)殡娐分杏懈袘?yīng)藕合或磁場(chǎng)存在。這種干擾可通過以下方法減小到一定程度：

　　1）將高電平交流信號(hào)線與低電平信號(hào)線保持足夠的距離;

　　2） 在信號(hào)線附近布設(shè)地線;

　　3） 避免形成接地環(huán)路，以防外部磁場(chǎng)干擾低電平信號(hào)。

　　5. 差動(dòng)放大器

　　差動(dòng)放大器只對(duì)兩個(gè)信號(hào)的差值進(jìn)行放大，而對(duì)其公共的電壓信號(hào)將不予放大。如果差動(dòng)放大器和印制電路板設(shè)計(jì)不合理，當(dāng)信號(hào)電平較低時(shí)，公共電壓就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小的差動(dòng)干擾信號(hào)。差動(dòng)放大器的輸入阻抗高，輸入端任何參數(shù)的不平衡都會(huì)給電路造成很大的干擾。所以，在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)必須確保放大器在物理結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱。

　　在差動(dòng)放大器的輸入端存在一個(gè)確定的漏電阻，它可以造成不平衡的電壓偏移。這個(gè)問題可以通過在輸入電路增加防護(hù)裝置加以解決。防護(hù)裝置將信號(hào)線包圍，如果它能和兩個(gè)輸入信號(hào)線的低電平端保持相同的電壓，就會(huì)引起有效電阻的增加。這種裝置能夠確保信號(hào)源終端和防護(hù)體與信號(hào)源的低電平端電平相同。防護(hù)線要形成一個(gè)圈，將信號(hào)線從輸入端到放大器的輸入連接點(diǎn)都包圍起來，并且和設(shè)備的防護(hù)裝置相連，這對(duì)于處理低電平差動(dòng)信號(hào)是一種行之有效的方法。另外，小信號(hào)差動(dòng)放大器的印制電路板基材更適合使用環(huán)氧玻璃材料，這有助于減小漏電流。