耦合、退耦、上拉、下拉的作用

1、耦合与退耦耦合：指 信号由第 一级向 第二级传 递的过程， 一般不加 注明时往 往是 指交 流耦 合。退 耦： 是指 对电 源采 取进 一步 的滤 波措施 ，去 除两 级间 信 号通 过电 源互相干扰的 影响。耦合常数是指耦合 电容值与第 二级输入阻抗值乘 积对 应的 时间 常数 。退耦 有三 个目 的将电源中 的高频纹 波去除 ，将多级 放大器的高 频信号通 过电源相 互串扰的通路 切断。大信号工作时，电 路对电源需 求加大，引起电源 波动，通过退 耦降低大信号时电源波动 对输入级/高电压 增益级的影 响。形成 悬浮 地或 是悬 浮电源 ，在 复杂 的系 统中 完成 各部 分地 线或 是电源

2、的协调 匹 有源器件在开关时产生的高频开 关噪声将沿着电源 线传播。去耦 电容的主要功能就是提供 一个局部的 直流电源给有源器 件，以减少开 关噪声在板上的传播和将 噪声引导到 地。干扰的耦合方式磁干 扰作 用的干扰 源产用在 电控 系统 直接耦合这是 干扰 侵入 最直 接的 方式 ，也 是 系统 中存 在最 普遍 的 一种 方 式。如干扰信 号通过导线直接侵入系统 而造成 对系统的干扰。对这种 耦合方式，可 采用滤波去耦的方法有效 地抑制电磁 干扰信号的传入。生的干扰 信号是 通过一定 的耦合通道 对电控系 统发生电 。干扰的耦合方式无非是 通过导线、 空间、公共线等作 上。分析下来主要有以

3、下 几种：公共阻抗耦合这也是常 见的一种 耦合方 式。常发 生在两个电 路的电流 有共同通 路的情况。公 共阻抗耦合有公共地和电 源阻抗两种 。防止这种耦合应使耦合阻抗趋 近于零、使干扰源和被干 扰对象间没 有公共阻抗。电容耦合 又称电场耦合或静电耦合，是 由于分布电容的存在而产生的 一种 耦合 方式 。电磁感应耦合又称 磁场 耦合 。是 由于内 部或 外部 空间 电磁场 感应 的一 种耦 合方 式, 防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电路加以屏 蔽。辐射耦合电磁场的辐射也会造成干扰耦合, 是一种无规则的干扰。这种干 扰很容易通过 电源线传到系统中去。另 当信号传输 线较长时, 它们

4、能 辐射干扰波和 接收干扰波,称为大线效 应。漏电耦合所谓漏电 耦合就是 电阻性 耦合,这 种干扰常在 绝缘降低 时发生。 电 容的 选择去藕电容 一般容量比较大,也就是 避免噪声耦 合到其他部分的意 思；旁路电容 容量小,提供低阻抗的噪 声回流路径 。 其实这种说法 也可 以算 没有 什么 大 错误 ,其 实 decouple 和 bypass 从 根本 上来 说没 有任何区别, 两者在称谓上可 以互换。 两者的 作用 低俗一点 说：当 电 源用 。所谓噪声 其实就是 电源的 波动,电 源波动来自 于两个方 面：电源 本身的波动, 负载对电流需求变化和电 源系统相应 能力的差别带来的 电压波

5、动。而去藕和旁路电容都是相对负载变化引起的噪声来说。所 以他 们两 个没 有必 要做区 分。而且实际上电容值的大小,数量也是有理论根据可循的 ,如果随 意选择, 可能 会在某些情况下遇到去藕 电容（旁路）和分布参数发生自 激振荡的情况。所以真正意义上的去藕和旁路都是根据负载和供电系 统的 实际情况 来说的。没有必要去做区 分,也没有 本质区别。电容是板卡设计中必用的元件,其品质的好坏已经成为我们判断 板卡 质量 的一 个很 重 要的 方面 。电容的功能和表示方法由两个金 属极，中 间夹有 绝缘介质 构成。电容 的特性主 要是隔直 流通交流，因 此多用于级间耦合、滤波 、去耦、旁 路及信号调谐。

6、电 容在电路中用“C 加数字表示，比如C8,表示在电路中编号为8的电 容。电容的分类电容 按介 质不 同分 为 ：气 体介 质电 容， 液 体介 质电 容， 无机 固 体 介质电容 ，有 机固体介质电容 电解电容 。按极性分 为：有极 性电容 和 无极 性电 容。 按结 构 可分 为： 固定 电容 ， 可变 电容 ，微 调电 容。电 容的 容量电容 容量 表示 能贮 存电能 的大小。 电容 对交流 信号的阻 碍作用称 为容抗，容抗与交流信号的频率和电容量有关，容抗XC=1/2n f c （f 表示交流信号的频率，C表示电容容量）。电容的 容量单位和耐压电容的基本单位是F（法），其它单位还有：毫

7、法（mF）、微法（uF）、 纳法（nF）、皮法（pF）。由于单位F的容量太大，所以我们看到的一般 都是 卩F、nF、pF的单位。换算关系： 仆=1000000卩F，1卩F=1000nF=1000000pF每一个电 容都 有它 的耐 压值，用 V表示。一般无 极电 容的 标称 耐 压值 比较 高有 ： 63V、 100V、 160V、 250V、 400V、 600V、 1000V 等。有 极电 容的 耐压 相对 比较低 ，一 般标 称耐 压值有 ： 4V、 6.3V 、 10V、 16V、 25V、 35V、 50V、 63V、 80V、 100V、 220V、 400V等。电容的 标注方法和

8、容量误差电容 的标 注方 法分 为：直 标法 、色 标法 和 数标 法。 对于 体积 比 较 大的 电容 ，多 采用直标法。如 果是 0.005 ，表 示 0.005uF=5nF 。如 果是 5n， 那就 表示 的是 5nF。灰 =8、 白 =9 。L、M来表示，允许误差分别对20%。数标 法： 一般 用三 位 数字 表示 容量 大小 ， 前两 位表 示有 效数 字 ， 第三 位数 字是 10 的 多少 次方 。如 ：102 表示 10x10x10 PF=1000PF ， 203 表示 20x10x10x10 PF 。 nn 色标 法 ， 沿电 容引 线方 向， 用不同 的颜 色表 示不 同的

9、 数字 ， 第一 、二 种环 表示 电 容量 ，第 三种 颜色 表 示有 效 数字后零的个 数（单位为 pF）。 颜色代表 的数值为 ：黑=0、 棕=1、 红 =2、 橙=3、黄 =4、 绿=5、 蓝 =6、 紫=7、电容 容量 误差 用符 号 F、 G、 J 、 K、 应为1%、 2%、 5%、 10%、 15%、 电 容的 正负极区分和测量PCB上电容位置上有两个半也有用引脚 长短来区 别正负 极电容 上面 有标 志的 黑 块为 负极 。在 圆， 涂颜 色的 半圆 对 应的 引脚 为负 极。之间 的电 阻叫 做绝 缘电阻 或漏 （ 电阻 挡时 的黑 表笔 ） ，负 端接 容的 漏电 流才

10、小（漏电阻 大）。 减小 ） 。这样 ，我 们先 假定 某 极为长脚为正，短 脚为负。 当我们不知 道电容 的正负极时，可以用万 用表来测量。 电容两极之间的介质并不 是绝对的绝 缘体，它的电阻也 不是无限大，而是一个有限的数值，一般在 1000 兆欧以上。电容两极 电电 阻。 只 有电 解电 容的 正极 接电源 正 电源负（电阻挡时的红表笔）时，电 解电 反之 ，则 电解 电容 的漏 电流 增加（ 漏电阻+” 极， 万用 表选 用 R*100 或 R*1K挡，然后将假 定的 “+”极与万 用表的黑 表笔相接 ，另一电 极与万 用表 的红表笔相接，记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大），对于数

11、字万 用表来说可以 直接读出读数。然后将电 容放电 （两根引线 碰一下），然 后两只表笔对 调，重新进行测量。两次 测量中，表 针最后停留的位置 靠左（或阻值大）的那次，黑表笔接的就 是电解电容 的正极。电容使用的一些经验及四个误区 一些经验在电路中 不能确定 线路的 极性时， 建议使用无 极电解电 容。通过 电解电容的纹 波电流不能超过其充许范 围。如超过 了规定值，需选用 耐大 纹波 电流 的电 容 。电 容的 工作 电压 不 能超 过其 额定 电压 。在进 行 电容的焊接的 时候，电烙铁应与电容的 塑料外壳保 持一定的距离，以 防止过热造成塑料套管破裂。并且焊接时间不应超过 10秒，焊接

12、温度 不应 超过 260 摄氏 度 。四个误区电容容量越大 越好：很 多人在电 容的替 换中往往爱用 大容量 的电 容。我们知道虽然电容越大，为 IC 提供的电流补偿的能力越强。且不 说电容容量的 增大带来的体积变大，增 加成本的同 时还影响空气流动 和散热。关键 在于电容上存在寄生电感 ，电容放电 回路会在某个频点 上发 生谐 振。在谐振点 ，电容的 阻抗小 。因此放 电回路的阻 抗最小， 补充能量 的效果也最好 。但当频率超过谐振点时 ，放电回路 的阻抗开始增加， 电容提供电流 能力便开始下降。电容的 容值越大， 谐振频率越低，电 容能有效补偿 电流的频率范围也越小。 从保证电容 提供高频

13、电流的能力的 角度 来说 ，电 容 越大 越好 的观 点是 错 误的 ，一 般的 电路 设计中 都 有一 个参 考值 的。同样 容量 的电 容， 并联越 多的 小电 容越 好，耐 压值 、耐 温值 、容 ESR（等效电阻）等是电容的几个重要参数，对于ESR自然是越低越 ESR与电容的容量、频率、电压、温度等都有关系。当电压固定时 容量越大，ESR越低。在板卡计中采用多个小电容并连多是出与值、 好。候，PCB空间的限制，这样有的人就认为，越多的并联小电阻，ESR越低， 效果 越好 。理 论上 是如此，但 是要 考虑 到电容 接脚 焊点 的阻 抗，采 用 多个 小电 容并 联， 效果并 不一 定突

14、 出ESR越低，效果越好。结合我们上面的提高的供电电路来说，对于 输入 电容 来说 ，输 入电容的容 量要 大一 点。相 对容 量的 要求 ， 对 ESR 的要 求可 以适 当的 降低。 因为 输入 电容 主要是 耐压 ，其 次是 吸收 MOSFET的开关脉冲。对于输出电容来说，耐压的要求和容量可以适当 的降 低一 点。ESR的要求则高一点，因为这里要保证的是足够的电流通过量。但 这里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振 荡。 而消 振电 路复 杂 同时 会导 致成 本的 增加。 板卡 设计 中， 这里一 般 有一 个参 考值 ，此 作为元件选 用参 数， 避免消 振电

15、 路而 导致 成本的 增 加。好电 容代 表着 高品 质。 “唯电 容论 ”曾经盛极 一时 ，一 些厂 商和 媒体 也刻 意的 把这 个 事情 做成 一个 卖点 。 在板 卡设 计中 ，电 路设计 水 平是 关键 。和 有的 厂商可 以用 两相 供电 做出比 一些 厂商 采用 四相供 电 更稳 定的 产品 一样 ， 一味 的采 用高 价电 容，不 一定 能做 出好 产品。 衡 量一 个产 品 ， 一定 要全方位多 角度 的去 考虑， 切不 可把 电容 的作用 有 意无 意的 夸大 。上拉与下拉 上拉电阻?当TTL电路驱动CMOS电路时，如果TTL电路输出 的高电平低于CMOS 电路的最低高电平

16、（一般为3.5V）,这时就需要在TTL的输出端接上拉 电阻 ，以 提高 输出 高电平的值 。?OC门电路必须加上拉电阻，才能使用。?为加 大输 出引 脚的 驱动 能力 ，有 的单 片机管 脚上 也常 使用 上拉电 阻。 ?在 CMOS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一 般接 上拉 电阻 产生 降低输 入阻 抗， 提供 泄荷通 路。?芯片 的管 脚加 上拉 电阻 来提 高输 出电 平 ，从 而提 高芯 片输 入信号 的噪 声容 限增 强抗 干扰 能 力。?提高 总线 的抗 电磁 干扰 能力 。管 脚悬 空就比 较容 易接 受外 界的电 磁干 扰。?长线 传输 中电 阻不 匹配

17、容易 引起 反射 波干扰 ，加 上下 拉电 阻是电 阻匹 配， 有效 的抑 制反 射波干扰。上拉电阻阻值的选择原则电阻 大， 电 流从节 约功 耗及 芯片 的灌电 流能 力考 虑应 当足够 大；小。电流 大。 综合 考虑 。从确 保足 够的 驱动 电 流考 虑应 当足 够小 ； 电阻 小， 对于 高速 电路 ，过 大的上 拉电 阻可 能边 沿变平 缓。以上 三点 ,通常 在 1k 到 10k 之间选 取， 对下拉 电阻 也有 类似 道 理。选择上拉电阻和下拉电阻的主要考虑因素对上 拉电 阻和 下拉 电 阻的 选择 应结 合开 关 管特 性和 下级 电路 的 输 入特 性进 行设 定， 主要需要

18、考 虑以 下几 个因素 ： 驱动能力与功耗的平衡以上 拉电 阻为 例， 一般地 说， 上拉 电阻 越小， 驱动 能力 越强 ， 但 功耗 越大 ，设 计是 应 注意 两者 之间 的均 衡 。下级电路的驱动需求同样 以上 拉电 阻为 例 ，当 输出 高电 平时 ， 开关 管断 开， 上拉 电 阻 应适 当选 择以 能够 向下级 电路 提供 足够 的电流 。高低电平的设定不同 电路 的高 低电 平的门 槛电 平会 有不 同，电 阻应 适当 设定 以确 保能 输出 正确 的电 平。以上拉 电阻 为例 ，当输 出低 电平 时， 开关管 导 通， 上拉 电阻 和开 关管导通电 阻分 压值 应确保 在零 电平 门槛 之下。频率 特性 以上 拉电 阻为例 ，上 拉电 阻和 开关管 漏源 级之 间的 电容 和下级电路之间的输入电容会形成RC延迟，电阻越大，延迟越大。上 拉电阻的设定 应考虑电路在这方面的需 求。 下拉电阻的设 定的原则和上拉电阻是一 样的。举例说明oc门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提 供，设输入端 每端口不大于lOOuA，设输出口驱动电流约500uA，标准 工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V（低于此 值为低电平）， 2V（高电平门限值）。选上拉电阻时：500uA x 8.4K= 4.2 即选大于8.4K时输出端能下