印制線(xiàn)路板相關(guān)問(wèn)題解答

問(wèn)：導線(xiàn)的電感是怎么一回事?

答：導線(xiàn)和印制線(xiàn)路板導電帶的電感在較高頻率時(shí)是不能忽略的。為了計算直導 線(xiàn)和導電帶的電感，這里介紹兩個(gè)近似方法。
例如1 cm長(cháng)，025 mm寬的導電帶形成的電感為10 nH，見(jiàn)圖135。
導線(xiàn)電感=00002Lln2LR-075 μH
例如：長(cháng)1 cm外徑05 mm的導線(xiàn)電感量為726 nH (2R=05 mm,L=1 cm)
導電帶電感=00002Lln2LW+H+02235 W+HL+05μH
例如：長(cháng)1cm寬025 mm印制線(xiàn)路板導電帶的電感為959 nH( H=0038mm,W=025 m m,L=1 cm)。
圖135 導線(xiàn)和導電帶在高頻條件下形成的電感
但是感抗與切割感應回路的寄生通量及感應電壓相比通常小得多?；芈访娣e必須被減到 最小，因為感應電壓正比于回路面積。在線(xiàn)路接線(xiàn)使用雙絞線(xiàn)時(shí)這一點(diǎn)很容易做到，見(jiàn)圖13 6(a)。
在印制線(xiàn)路板中，引線(xiàn)和返回路徑應該靠近。很小的布線(xiàn)變化常常會(huì )把影響降到最 小，見(jiàn)

源A耦合到低能量回路B。
減少回路面積或增大耦合回路之間的距離將使影響減到最小。通常把回路面積減到最小并且盡可能增大耦合回路之間的距離。有時(shí)需要磁場(chǎng)屏蔽，但 費用很高且容易發(fā)生機械故障，所以盡量避免使用。

問(wèn)：在“應用工程師問(wèn)答”中，經(jīng)常提到集成電路的非理想行為。對于使用類(lèi)似 電阻器這樣的簡(jiǎn)單元件應該輕松一點(diǎn)兒，請你解釋一下接近理想元件的情況。

答：我只是希望電阻器是一種理想元件，但電阻器引線(xiàn)端的不長(cháng)的小圓柱作用恰 恰類(lèi)似一種純電阻。實(shí)際電阻器還包含虛部電阻分量——即電抗分量。大多數電阻器都具 有 與其電阻并聯(lián)的小電容(典型值 1～3 pF)。 雖然有些薄膜電阻器，在其電阻性薄膜中進(jìn) 行螺旋槽式切割，多半是電感性的，其感抗為幾十或幾百納亨(nH)，見(jiàn)圖137。 當然，線(xiàn)繞電阻一般是電感性的而不是電容性的(至少在低頻情況下是這樣)。線(xiàn)繞電阻 器畢竟是由線(xiàn)圈構成的，所以線(xiàn)繞電阻器具有幾微亨(μH)或幾十微亨的電感 這是很平常的，甚至所謂“無(wú)電感”線(xiàn)繞電阻(其中有一半匝數線(xiàn)圈按順時(shí)針?lè )较蚶p，另一半線(xiàn)

圖137 實(shí)際電阻的電抗作用
圈按照逆時(shí)針?lè )较蚶p，以便使兩半線(xiàn)圈產(chǎn)生的電感互相抵消)也有1 μH或更大的剩余電感 。對于大約在10 kΩ以上的高阻值線(xiàn)繞電 阻，剩余電阻多半是電容性的而不是電感性的，而且其電容量高達 10 pF， 高于標準薄膜或合成型電阻器的電容量。當設計含有電阻器的高頻電路時(shí)一定要認真地考慮 這種電抗。

問(wèn)：但你所介紹的許多電路都是用于直流或頻率很低的精密測量，雜散電感和雜散 電容在這種應用中沒(méi)有關(guān)系，對嗎?

答：對。由于晶體管(不論是分立的晶體管還是集成電路內部的晶體管)都有很寬 的頻帶寬度，所以 當這種電路末端是電抗性負載時(shí)，在幾百或幾千兆赫頻帶內有時(shí)可能出現振蕩。與振蕩 有關(guān)系的偏移和整流作用對低頻精度和穩定性都會(huì )有壞的影響。

更糟的是，這種振蕩在示波器上可能看不到，這或者是由于示波器帶寬與這種被測的高 頻振蕩帶寬相比太低，或者由于示波器的探頭的電容量足夠停止這種振蕩。最好的方法是采 用寬頻帶(低頻至15 GHz以上)頻譜分析儀來(lái)檢驗系統有沒(méi)有寄生振蕩。當輸入在整個(gè)動(dòng)態(tài) 范圍變化時(shí)，應該做這種檢查，因為寄生振蕩有時(shí)出現在輸入頻帶很窄的范圍內。

問(wèn)：對于電阻器的電阻還有些什么問(wèn)題嗎?

答：電阻器的電阻不是固定的，而是隨溫度變化的。溫度系數(TC)從幾個(gè)ppm /°C(每攝氏度百萬(wàn)分之一)變化到幾千個(gè)ppm/°C。最穩定的電阻器是線(xiàn)繞電阻器或金屬膜 電阻器，最差的電阻是合成碳膜電阻器。

大的溫度系數有時(shí)很有用(以前的“應用工程師問(wèn)答”中曾提到如何利用+ 3500 pp m/°C電阻器來(lái)補償結二極管特性方程中的kT/q)。但一般說(shuō)來(lái)電阻隨溫度變化可能成為精密 電路中的一項誤差源。

如果電路的精度取決于具有不同溫度系數的兩個(gè)電阻器的匹配，那么在一個(gè)溫度條件下 不論匹配得多么好，在另一個(gè)溫度條件下都不會(huì )匹配。即使兩個(gè)電阻器的溫度系數匹配，也 不能保證它們保持在相同的溫度。由內部功耗產(chǎn)生的自熱或從系統某一熱源傳導的外部熱量 都 會(huì )造成溫度的失配，從而產(chǎn)生電阻。即使是高質(zhì)量的線(xiàn)繞電阻器或金屬膜電阻器受溫度影響 產(chǎn)生 的失配誤差也有幾百個(gè)(或者甚至幾千個(gè))ppm／℃。顯而易見(jiàn)的解決方法是使用的兩個(gè)電阻 器在制造時(shí)使 它們都非?？拷粋€(gè)基體，這樣不論什么時(shí)候都能很好地達到系統精度匹配要求。這種基 體 可以是精密模擬集成電路的硅片，或者玻璃片或者金屬薄膜。無(wú)論是哪種基體，這兩個(gè)電阻 器在制造期間都匹配得好，具有匹配優(yōu)良的溫度系數，而且處于幾乎相同的溫度(因為它 們非?？拷?。

問(wèn)：在對數電路設計中，常使用AD538實(shí)時(shí)模擬計算單元(ACU) ，其中需要“kT/q補償電阻”。請解釋一下?

答：AD538的接線(xiàn)方法如圖138所示，V BE 是硅二極管PN結兩端間的電壓， 等于(kT/q)ln(I/I REF )，其中I為PN結二極管的電流， I REF 為反向飽和電流， k/q為玻爾茲曼常數與一個(gè)電子電荷電量之比(約為1/11605 K/V)，T為開(kāi)氏絕對溫度。 雖然使用相似的等溫結對來(lái)消除反向飽和電流受溫度的影響，但是溫度電壓當量kT/q仍 與溫度有關(guān)。為消除應用中這種溫度依賴(lài)性，必須在增益與PN結

圖138 AD533接線(xiàn)圖

的絕對溫度成反比的電路中 采用對數電壓。在20°C附近的合適溫度范圍內，在上述電路中選用1 kΩ增益電阻，可得到 大約3 400 ppm/°C的正溫度系數。