印制線(xiàn)路板相關(guān)問(wèn)題解答

問(wèn)：前面介紹了有關(guān)單純電阻的問(wèn)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(wèn)一段導線(xiàn)的電阻會(huì )怎樣呢?

答：情況不一樣。大概你所指的是一段導線(xiàn)或者是起導線(xiàn)作用的印制線(xiàn)路板中的一段導電帶。由于室溫超導體至今還沒(méi)問(wèn)世，所以任何一段金屬導線(xiàn)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(wèn)：在小信號電路中一段很短的銅線(xiàn)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(xiàn)由典型的印制線(xiàn)路板(厚度為0038 mm，寬度為025 mm)長(cháng)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(gè)電阻稍小于5 kΩ×2×2 -16 ，在 滿(mǎn)度時(shí)會(huì )產(chǎn)生2 LSB的 增益誤差，見(jiàn)圖13.1。

可以證明，假如印制線(xiàn)路板的導電帶做得比較寬(實(shí)際上已經(jīng)如此)，則上述問(wèn)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(xiàn)路板的設計者(和印制線(xiàn)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(xiàn)的布置?？傊?，在所有可能出現問(wèn) 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(wèn)：寬度過(guò)大的導電帶與印制線(xiàn)路板背面的金屬層構成的電容會(huì )有問(wèn)題嗎?

答：?jiǎn)?wèn)題很小。雖然由印制線(xiàn)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(huì )帶來(lái)問(wèn)題(見(jiàn)圖132)。倘若帶來(lái)問(wèn)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(xiàn)路板導電帶形成的電容

問(wèn)：這個(gè)問(wèn)題先留一下!什么是接地平面?

答：假如一塊印制線(xiàn)路板的整個(gè)一面(或者一塊多層印制線(xiàn)路板的整個(gè)夾層)的銅 箔用來(lái)接地，那么這就是我們所說(shuō)的接地平面。任何地線(xiàn)的排布都要使其具有盡可能小的電 阻和 電感。倘若一個(gè)系統使用一個(gè)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(wèn)：這里所說(shuō)的接地平面對制造廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)很困難，對嗎?

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

問(wèn)：你說(shuō)一個(gè)系統使用一個(gè)接地平面使其遭受地噪聲的可能性很小，留下來(lái)的接地 噪聲問(wèn)題還有什么不能解決?

答：一個(gè)接地噪聲系統的基本電路如圖133所示。盡管有一個(gè)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(guò)合理地排布印制線(xiàn)路板，使大電流不能流到影響精密信號產(chǎn)生接地電壓的區域，這 個(gè)問(wèn)題就能減到最小。有時(shí)在接地平面上斷開(kāi)或開(kāi)縫可以使大的接

圖133 接地噪聲系統基本電路

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

問(wèn)：怎樣才能知道在一個(gè)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(shí)候可以根據接地平面材料的電阻(標稱(chēng)1盎司 銅具有045mΩ/□的電阻)和電流所經(jīng)過(guò)的導電帶的長(cháng)度進(jìn)行計算，不 過(guò)計算可能很復雜 。在直流到低頻(50kHz)范圍內的電壓可以用儀表放大器，如AMP02或AD620進(jìn)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(kāi)，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(diǎn)間的電阻可以用探頭加到這兩點(diǎn)上進(jìn)行測量。放大器增益和示波器 靈敏度綜合起來(lái)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(xiàn)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——這足夠判別大多數接地噪 聲，并且置信度可達80%。

問(wèn)：有關(guān)上述測試方法應該注意什么?

答：任何交變磁場(chǎng)在探頭引線(xiàn)上都會(huì )感應出電壓來(lái)，這可以用探頭相互 短路來(lái)試驗(并且對地電阻提供一個(gè)偏流路徑)，觀(guān)察示波器波形圖。所觀(guān)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(xiàn)位置或設法消除磁場(chǎng)使其減少到最小。另外，保證放 大器的地線(xiàn)連接到系統的地線(xiàn)上也是很必要的。如果放大器設有這個(gè)連接就沒(méi)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(huì )干擾被測電路的電流分布。

問(wèn)：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(wú)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(gè)線(xiàn)圈，每個(gè) 線(xiàn)圈6～10匝。為了構成一個(gè)高頻隔離變壓器，一個(gè)線(xiàn)圈連到頻譜分析儀輸入端，另一個(gè)線(xiàn) 圈連到探頭。

測試方法與低頻情況類(lèi)似，但頻譜分析儀用幅頻特性曲線(xiàn)表示噪聲。這與時(shí)域特性不同 ，噪聲源可以根據它們的頻率特征很容易進(jìn)行區別。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。