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技術(shù)專題
電路板設(shè)計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，交流電壓會在特定時間間隔內(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，智能手機和便攜式照明設(shè)備）可以通過僅在一個方向上運行且不會變化的直流電源來更有效地運行。
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)計和多層板-振蕩器產(chǎn)生的高頻AC信號可以從一個電路耦合到另一個電路。低頻直流信號也可能從一個電路耦合到另一個電路，并影響處理器的運行。另外，泄漏電阻可能允許交流電和直流電進入信號電路。電容還可能允許交流電在信號電路內(nèi)尋找歸宿。
復雜電路中AC和DC組件的組合會導致電磁干擾（EMI）。將任意大小的DC電壓連接到負載，可使瞬時瞬變或紋波電流流經(jīng)走線和導線。這些瞬態(tài)電流具有雙倍壽命。一方面，電流的移動將其更改為交流電流，另一方面，瞬變電流充當傳播電磁波，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。這些射頻電流會導致發(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。
分離多個電源層可以實現(xiàn)更好的電源和熱量管理，同時還可以將不同的穩(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)字噪聲進入模擬電路的機會。要實現(xiàn)噪聲控制，還需要為每個調(diào)節(jié)電壓提供獨立的參考或接地層。
獨立的模擬和數(shù)字接地層可防止將數(shù)字噪聲信號注入模擬走線。沒有間隔，快速上升沿會產(chǎn)生電流尖峰，這些尖峰在接地平面中流動并損害模擬電路的性能。在公共接地點上連接單獨的模擬和數(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。電容器與信號路徑并聯(lián)連接并吸收噪聲，噪聲可能導致數(shù)字邏輯電路出錯。去耦電容器還可以保護電源免受邏輯電路更改狀態(tài)時產(chǎn)生的任何電噪聲的影響。
耦合電容器與信號路徑串聯(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進入通信系統(tǒng)的傳輸線。與放大器一起使用時，耦合電容器可防止任何傳入的交流信號改變晶體管的偏置電壓。
旁路電源至地面電源需要將多個并聯(lián)電容器從運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頻率范圍內(nèi)均具有低接地阻抗，因此不需要的噪聲會遠離放大器。電容器還可以補償運算放大器的電源抑制（PSR）的任何下降。使用多個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。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，然后再接一個更高值的電容器。