如何合理布局模擬電路印制電路板信號線

摘要：有一個公認的準則就是在所有模擬電路印制電路板中，信號線應盡可能的短，這是因為信號線越長，電路中的感應和電容捐合就越多，這是不希望看到的。現(xiàn)實情況是，不可能將所有的信號線都做成最短，因而，布線時首先要考慮的就是最容易產(chǎn)生干擾的信號線。

在模擬電路印制電路板中，信號線能完成各種功能，如信號輸入、反饋、輸出以及提供基準信號等。因此，對于不同的應用，信號線都必須以各種方式進行優(yōu)化。但是，有一個公認的準則就是在所有模擬電路印制電路板中，信號線應盡可能的短，這是因為信號線越長，電路中的感應和電容捐合就越多，這是不希望看到的?，F(xiàn)實情況是，不可能將所有的信號線都做成最短，因而，布線時首先要考慮的就是最容易產(chǎn)生干擾的信號線。

特別是在下列電路中信號線的布線需格外引起注意:

1) 高頻放大器/振蕩器;

2) 多級放大器，特別是輸出功率較高的放大器;

3) 高增益直流放大器;

4) 小信號放大器;

5) 差動放大器。

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，就會導致放大器帶寬的降低。這是因為兩條靠近的地線和信號線之間會形成一個大電容，這個電容與輸出電阻一起構(gòu)成一個低通濾波器。這個低通濾波器使放大器帶寬降低。同時，如果輸入信號線和輸出信號線彼此接近，反饋信號就會引起振蕩。為了避免這些問題的產(chǎn)生，上述導線之間應該留有足夠的空間間隔( Lindsey , 1985) 。

電子電路設(shè)計者通常都有這樣一個共同的經(jīng)歷，那就是如果設(shè)計一個高頻放大器，實際上它卻會產(chǎn)生振蕩。在振蕩器的布局中也會遇到類似的問題，它不按照所設(shè)計的頻率振蕩。這種問題的產(chǎn)生是由于信號線之間存在電容藕合，因此，在印制電路板布局時很重要的一點就是減小信號線之間的藕合電容。

2.具有高功率輸出的多級放大器

如果電源線和地線太長，多級放大器很容易產(chǎn)生低頻振蕩。由于導線自身具有電阻率，由高功率輸出引起的大電流將會流過這些導線。在電源和地之間加一個足夠大的電容，形成電源去藕電路，就可以解決這個問題。或者，對于不同的放大級分別提供獨立的電源和地線，這樣就不會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放大。當晶體管或直流放大器等器件被焊接在印制電路板上時，就會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，對放大器形成一個干擾信號。為了使直流放大器輸入級周圍的溫度變化率達到最小，并且保持恒定，建議將輸入級用一個隔離裝置包圍起來，以避免其周圍空氣流動所造成的影響。

4. 微小信號放大器

該信號放大器處理的是微小信號，包括以下兩種類型。

(1)高阻抗(低電流)放大器

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

無論如何，低電平信號線的對地電容應該很高，以便減小耦合電壓。這就是說，低電平信號導線應當靠近地線。如果不能保證低電平信號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。

當放大器使用光電池或化學電池作為電源時，電源阻抗可達到數(shù)百萬甚至是數(shù)億歐姆。如果蝕刻后印制電路板沒有進行充分地清理，殘留在電路板表面的電解液就會在鄰近的導線間產(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，以致于兩條鄰近導線間的電阻可能比距離較遠的兩條導線間的電阻更高。因此，低電平I1 V (電流/電壓)轉(zhuǎn)換器的輸入應當在印制電路板兩面都用防護環(huán)路保護起來，防護環(huán)路應連接到與總的連接點等電位的點上。如果做到這些，漏電阻的精確值就不那么重要了，因為加在它上面的差值電壓己很小了。

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環(huán)。最好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)生感應電壓，這是因為電路中有感應藕合或磁場存在。這種干擾可通過以下方法減小到一定程度:

1)將高電平交流信號線與低電平信號線保持足夠的距離;

2) 在信號線附近布設(shè)地線;

3) 避免形成接地環(huán)路，以防外部磁場干擾低電平信號。

5. 差動放大器

差動放大器只對兩個信號的差值進行放大，而對其公共的電壓信號將不予放大。如果差動放大器和印制電路板設(shè)計不合理，當信號電平較低時，公共電壓就會產(chǎn)生一個小的差動干擾信號。差動放大器的輸入阻抗高，輸入端任何參數(shù)的不平衡都會給電路造成很大的干擾。所以，在印制電路板設(shè)計時必須確保放大器在物理結(jié)構(gòu)上完全對稱。

在差動放大器的輸入端存在一個確定的漏電阻，它可以造成不平衡的電壓偏移。這個問題可以通過在輸入電路增加防護裝置加以解決。防護裝置將信號線包圍，如果它能和兩個輸入信號線的低電平端保持相同的電壓，就會引起有效電阻的增加。這種裝置能夠確保信號源終端和防護體與信號源的低電平端電平相同。防護線要形成一個圈，將信號線從輸入端到放大器的輸入連接點都包圍起來，并且和設(shè)備的防護裝置相連，這對于處理低電平差動信號是一種行之有效的方法。另外，小信號差動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。