印制线路板相关问题问答

问：前面介绍了有关单纯电阻的问题，的确一定存在一些电阻，其性能完全符合我们的预料。请问一段导线的电阻会怎样呢?

答：情况不一样。大概你所指的是一段导线或者是起导线作用的印制线路板中的一段导电带。由于室温超导体至今还没问世，所以任何一段金属导线都起到低阻值电阻 器的作用(它也具有电容和电感的作用)，这样必须考虑它对电路的影响。

问：在小信号电路中一段很短的铜线所具有的电阻一定不重要吧?

答：让我们考虑输入阻抗为5kΩ的16位ADC。假定到ADC输入端的信号线由典型的印制线路板(厚度为0038 mm，宽度为025 mm)长度为10 cm的导电带 构成。在室温条件下它具有约018 Ω的电阻，这个电阻稍小于5 kΩ×2×2 -16 ，在 满度时会产生2 LSB的 增益误差，见图13.1。

可以证明，假如印制线路板的导电带做得比较宽(实际上已经如此)，则上述问题可能减轻 。在模拟电路中通常使用比较宽的导电带为好，但是许多印制线路板的设计者(和印制线路 板设计程序)更喜欢采用最小宽度的导电带以便于信号线的布置。总之，在所有可能出现问 题的地方，计算导电带的电阻并分析其作用，这是非常重要的。

问：宽度过大的导电带与印制线路板背面的金属层构成的电容会有问题吗?

答：问题很小。虽然由印制线路板的导电带构成的电容很重要(即使是低频电路 也 应引起重视，因为低频电路也能产生高频寄生振荡)，但总是应该先估算一下。如果不存在 上述情况，即使较宽的导电带形成很大的电容也不会带来问题(见图132)。倘若带来问题 ，可去掉一小块接地平面的面积，以减小对地的电容。

图132 印制线路板导电带形成的电容

问：这个问题先留一下!什么是接地平面?

答：假如一块印制线路板的整个一面(或者一块多层印制线路板的整个夹层)的铜 箔用来接地，那么这就是我们所说的接地平面。任何地线的排布都要使其具有尽可能小的电 阻和 电感。倘若一个系统使用一个接地平面，那么它受接地噪声影响的可能性很小。另外接地平 面也具有屏蔽和散热的作用。

问：这里所说的接地平面对制造厂家来说很困难，对吗?

答：在20年前这方面确实有些问题。今天由于印制线路中的粘结剂、阻焊剂 和波峰焊技术的改进使制造接地平面已成为印制线路板的常规作业。

问：你说一个系统使用一个接地平面使其遭受地噪声的可能性很小，留下来的接地 噪声问题还有什么不能解决?

答：一个接地噪声系统的基本电路如图133所示。尽管有一个接地平面，但是其 电阻和电感却不为零——倘若外部电流源足够强，它将影响精密的信号。通过合理地排布印制线路板，使大电流不能流到影响精密信号产生接地电压的区域，这 个问题就能减到最小。有时在接地平面上断开或开缝可以使大的接

图133 接地噪声系统基本电路

地电流从敏感区域改变流向，但是强行改变接地平面也能使信号绕道进入灵敏区域，所以这 样的工艺技术必须小心使用。

问：怎样才能知道在一个接地平面上产生的电压降?
答：通常电压降可以测量到，但有时候可以根据接地平面材料的电阻(标称1盎司 铜具有045mΩ/□的电阻)和电流所经过的导电带的长度进行计算，不 过计算可能很复杂 。在直流到低频(50kHz)范围内的电压可以用仪表放大器，如AMP02或AD620进行测量，如 图134所示。

图134 用仪表放大器和示波器测量接地平面的电压 降
放大器增益设定为1000，并连到灵敏度为5mV/div的示波器上。放大器可以用被测电路 的同一电源供电，或者用自身电源供电。但放大器的地假如与其电源地分开，则示波器必须 连接到所用电源电路的电源地。

接地平面上任意两点间的电阻可以用探头加到这两点上进行测量。放大器增益和示波器 灵敏度综合起来可使测量灵敏度达到5μV/div。放大器的噪声将增大示波器波形曲线的宽度 ，大约为3μV,但还是有可能使测量的分辨率达到约1μV水平——这足够判别大多数接地噪 声，并且置信度可达80%。

问：有关上述测试方法应该注意什么?

答：任何交变磁场在探头引线上都会感应出电压来，这可以用探头相互 短路来试验(并且对地电阻提供一个偏流路径)，观察示波器波形图。所观察到的交流波形就 是由于感应所产生的，可以用改变引线位置或设法消除磁场使其减少到最小。另外，保证放 大器的地线连接到系统的地线上也是很必要的。如果放大器设有这个连接就没有偏流返回路 径，放大器不能工作。接地还应该保证所用的接地方法不会干扰被测电路的电流分布。

问：高频接地噪声如何测量?

答：使用合适的宽频带仪表放大器测量高频接地噪声是很困难的，所以使用高频 和 甚高频无源探头较为适当。它由铁氧体磁环(外径为6～8mm)组成，磁环上有两个线圈，每个 线圈6～10匝。为了构成一个高频隔离变压器，一个线圈连到频谱分析仪输入端，另一个线 圈连到探头。

测试方法与低频情况类似，但频谱分析仪用幅频特性曲线表示噪声。这与时域特性不同 ，噪声源可以根据它们的频率特征很容易进行区别。此外使用频谱分析仪的灵敏度至少比使 用宽频带示波器高60 dB。