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技術(shù)專題
電路板設(shè)計(jì)上交流和直流電流之間的差異
如今，大型配電系統(tǒng)依靠交流電壓，交流電壓會(huì)在特定時(shí)間間隔內(nèi)改變方向。電力公司可以通過不同類型的設(shè)施發(fā)電，然后在很長的距離內(nèi)傳輸非常高的電壓，而能量損失最小。另外，增加或減少交流電壓比增加或減少直流電壓容易得多。但是，直流供電的設(shè)備（例如平板電腦，智能手機(jī)和便攜式照明設(shè)備）可以通過僅在一個(gè)方向上運(yùn)行且不會(huì)變化的直流電源來更有效地運(yùn)行。
交流和直流電流引起的問題
直流與交流電流
考慮高頻電路板設(shè)計(jì)和多層板-振蕩器產(chǎn)生的高頻AC信號(hào)可以從一個(gè)電路耦合到另一個(gè)電路。低頻直流信號(hào)也可能從一個(gè)電路耦合到另一個(gè)電路，并影響處理器的運(yùn)行。另外，泄漏電阻可能允許交流電和直流電進(jìn)入信號(hào)電路。電容還可能允許交流電在信號(hào)電路內(nèi)尋找歸宿。
復(fù)雜電路中AC和DC組件的組合會(huì)導(dǎo)致電磁干擾（EMI）。將任意大小的DC電壓連接到負(fù)載，可使瞬時(shí)瞬變或紋波電流流經(jīng)走線和導(dǎo)線。這些瞬態(tài)電流具有雙倍壽命。一方面，電流的移動(dòng)將其更改為交流電流，另一方面，瞬變電流充當(dāng)傳播電磁波，產(chǎn)生電磁場和噪聲。
除了直流瞬變外，還存在另一個(gè)與直流有關(guān)的問題：在數(shù)字電路中，集成電路從直流電源軌汲取電流。這些電流包括直流分量和射頻（RF）電流。這些射頻電流會(huì)導(dǎo)致發(fā)射。
解決交流和直流電流問題
要贏得“電流之戰(zhàn)”，設(shè)計(jì)人員就必須利用電源和地平面，使用去耦和耦合電容器，并繞過放大器電源端子的電源。
分離多個(gè)電源層可以實(shí)現(xiàn)更好的電源和熱量管理，同時(shí)還可以將不同的穩(wěn)壓電源與噪聲隔離。使用不同的穩(wěn)壓電源可防止發(fā)射器噪聲耦合到接收器電路，并減少數(shù)字噪聲進(jìn)入模擬電路的機(jī)會(huì)。要實(shí)現(xiàn)噪聲控制，還需要為每個(gè)調(diào)節(jié)電壓提供獨(dú)立的參考或接地層。
獨(dú)立的模擬和數(shù)字接地層可防止將數(shù)字噪聲信號(hào)注入模擬走線。沒有間隔，快速上升沿會(huì)產(chǎn)生電流尖峰，這些尖峰在接地平面中流動(dòng)并損害模擬電路的性能。在公共接地點(diǎn)上連接單獨(dú)的模擬和數(shù)字地線可減少循環(huán)接地電流和噪聲的可能性。
去耦電容器將電路與電源分離，并從穩(wěn)壓的直流電源電壓中過濾掉任何電壓尖峰或交流電壓分量。電容器與信號(hào)路徑并聯(lián)連接并吸收噪聲，噪聲可能導(dǎo)致數(shù)字邏輯電路出錯(cuò)。去耦電容器還可以保護(hù)電源免受邏輯電路更改狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的任何電噪聲的影響。
耦合電容器與信號(hào)路徑串聯(lián)連接，并過濾來自模擬和數(shù)字電路的直流分量。特別是，耦合電容器可防止直流信號(hào)進(jìn)入通信系統(tǒng)的傳輸線。與放大器一起使用時(shí)，耦合電容器可防止任何傳入的交流信號(hào)改變晶體管的偏置電壓。
旁路電源至地面電源需要將多個(gè)并聯(lián)電容器從運(yùn)算放大器的電源連接到地面。該技術(shù)顯示在一定頻率范圍內(nèi)電源引腳的交流阻抗較低。由于交流阻抗路徑在整個(gè)頻率范圍內(nèi)均具有低接地阻抗，因此不需要的噪聲會(huì)遠(yuǎn)離放大器。電容器還可以補(bǔ)償運(yùn)算放大器的電源抑制（PSR）的任何下降。使用多個(gè)具有不同值的電容器可確保涵蓋廣泛頻率范圍所需的頻率響應(yīng)。大多數(shù)配置將具有最小值和最小尺寸的電容器放在IC電源引腳上，然后再接一個(gè)更高值的電容器。