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功率设计

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别被表面现象迷惑,谨防模拟或数字电路的设计误区

—— 一知半解、自负和盲目自大比无知更危险,比如电路设计

导读: 人类是不同寻常的“动物”,有些时候,在某些方面,一知半解、自负和盲目自大比无知更危险,比如电路设计,可能导致电路无法正常工作。当看到有经验的工程师犹豫不决时,某些人觉得自己还不如和没有经验的人合作....

  人类是不同寻常的“动物”,有些时候,在某些方面,一知半解、自负和盲目自大比无知更危险,比如电路设计,可能导致电路无法正常工作。当看到有经验的工程师犹豫不决时,某些人觉得自己还不如和没有经验的人合作,不明白为什么这些经验丰富的工程师反而进退两难。这里有三个例子,其中的简单分析能给设计者一些启发,在未来的设计中避免类似问题。

  有些情况下,设计人员往往错误理解器件的工作方式,以至于做出一些奇怪的假设,导致器件的错误使用。不幸的是,现在的工程院校几乎都把注意力集中在数字技术,几乎完全忽略了模拟设计。使得没有模拟设计经验的数字工程师只能从试验、失败中获得模拟知识。由此产生的一些结果会使Rube Goldberg为之得意。(谁是Rube Goldberg?他是一位曾经获得普利策奖的漫画家。Rube Goldberg在20世纪早期通过一些荒诞的发明,实现简单功能复杂化而成名)

  我们来考虑一些在模拟工程师眼里非常可怕的情况,通常数字设计的错误认识是:没有意识到干净的电源和地对电路设计有多么重要,连接电路时不考虑直流阻抗匹配。忽略物理法则的设计最终会导致系统失效。

  别被表面现象迷惑

  数据手册常常注明:“电源的去耦电容要尽可能靠近集成电路的电源引脚放置。”如图1所示印制电路板(PCB),它们确实如此!

一个印制电路板版图(PCB),集成电路和电容  

  图1:一个印制电路板版图(PCB),集成电路和电容。(点击放大)

  该电路板用于视频混合信号,图1所示集成电路周围还存在其它器件,这些周边器件非常关键。这是一个四层板,信号通路在最外两层,模拟工程师通常将电源和地分别布设在中间两层。器件包括高频模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)以及信号处理电路。器件密度适中,没有球栅阵列(BGA)封装,不需要更多层或复杂布板。

  测试这个设计时,我们发现视频输出噪声非常大。而且,大多数噪声都来自一个集成电路。图1显示了电路板的顶层图,电源引脚测试到非常大的噪声。当用一根很细的导线穿过去耦电容的地层过孔,连接到电路板的另一侧时,一条引线(不在内部地层)消失在另一过孔,这将引发一些问题。

 

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