運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)的幾個(gè)技巧3

1、運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)的幾個(gè)技巧Honser 發(fā)表于 2007-4-4 11:31:00運(yùn)算放大器在電路中發(fā)揮重要的作用，其應(yīng)用已經(jīng)延伸到汽車電子、通信、消費(fèi)等各個(gè)領(lǐng)域，并將在支持未來技術(shù)方面扮演重要角色。在運(yùn)算放大器的實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常遇到諸如選型、供電電路設(shè)計(jì)、偏置電路設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)等方面的問題。在電子工程專輯網(wǎng)站舉行的運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)專題討論中，圣邦微電子有限公司總裁張世龍先生應(yīng)邀回答與工程師進(jìn)行互動(dòng)。我們也基于此專題討論，總結(jié)出了運(yùn)算放大器應(yīng)用設(shè)計(jì)的幾個(gè)技巧，以饗讀者。 一、如何實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)放大？ 傳感器+運(yùn)算放大器+ADC+處理器是運(yùn)算放大器的典型應(yīng)用電路，在這種應(yīng)用中，一個(gè)

2、典型的問題是傳感器提供的電流非常低，在這種情況下，如何完成信號(hào)放大？張世龍指出，對(duì)于微弱信號(hào)的放大，只用單個(gè)放大器難以達(dá)到好的效果，必須使用一些較特別的方法和傳感器激勵(lì)手段，而使用同步檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)可以得到非常好的測(cè)量效果。這種同步檢測(cè)電路類似于鎖相放大器結(jié)構(gòu)，包括傳感器的方波激勵(lì)，電流轉(zhuǎn)電壓放大器，和同步解調(diào)三部分。他表示，需要注意的是電流轉(zhuǎn)電壓放大器需選用輸入偏置電流極低的運(yùn)放。另外同步解調(diào)需選用雙路的SPDT模擬開關(guān)。 另有工程師朋友建議，在運(yùn)放、電容、電阻的選擇和布板時(shí)，要特別注意選擇高阻抗、低噪聲運(yùn)算和低噪聲電阻。有網(wǎng)友對(duì)這類問題的解決也進(jìn)行了補(bǔ)充，如網(wǎng)友“1sword”建議： 1)電

3、路設(shè)計(jì)時(shí)注意平衡的處理，盡量平衡，對(duì)于抑制干擾有效，這些在美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體、BB(已被TI收購(gòu))、ADI等公司關(guān)于運(yùn)放的設(shè)計(jì)手冊(cè)中均可以查到。 2)推薦加金屬屏蔽罩，將微弱信號(hào)部分罩起來(開個(gè)小模具)，金屬體接電路地，可以大大改善電路抗干擾能力。 3)對(duì)于傳感器輸出的nA級(jí)，選擇輸入電流pA級(jí)的運(yùn)放即可。如果對(duì)速度沒有多大的要求，運(yùn)放也不貴。儀表放大器當(dāng)然最好了，就是成本高些。 4)若選用非儀表運(yùn)放，反饋電阻就不要太大了，M歐級(jí)好一些。否則對(duì)電阻要求比較高。后級(jí)再進(jìn)行2級(jí)放大，中間加入簡(jiǎn)單的高通電路，抑制50Hz干擾。 二、運(yùn)算放大器的偏置設(shè)置 在雙電源運(yùn)放在接成單電源電路時(shí)，工程師朋友在偏置電

4、壓的設(shè)置方面會(huì)遇到一些兩難選擇，比如作為偏置的直流電壓是用電阻分壓好還是接參考電壓源好？有的網(wǎng)友建議用參考電壓源，理由是精度高，此外還能提供較低的交流旁路，有的網(wǎng)友建議用電阻，理由是成本低而且方便，對(duì)此，張世龍沒有特別指出用何種方式，只是強(qiáng)調(diào)雙電源運(yùn)放改成單電源電路時(shí)，如果采用基準(zhǔn)電壓的話，效果最好。這種基準(zhǔn)電壓使系統(tǒng)設(shè)計(jì)得到最小的噪聲和最高的PSRR。但若采用電阻分壓方式，必須考慮電源紋波對(duì)系統(tǒng)的影響，這種用法噪聲比較高，PSRR比較低。 三、 如何解決運(yùn)算放大器的零漂問題？ 有網(wǎng)友指出，一般壓電加速度傳感器會(huì)接一級(jí)電荷放大器來實(shí)現(xiàn)電荷電壓轉(zhuǎn)換，可是在傳感器動(dòng)態(tài)工作時(shí)，電荷放大器的輸出電壓會(huì)

5、有不歸零的現(xiàn)象發(fā)生，如何解決這個(gè)問題？ 對(duì)此，網(wǎng)友“Frank”分析道，有幾種可能性會(huì)導(dǎo)致零漂：1)反饋電容ESR特性不好，隨電荷量的變化而變化；2)反饋電容兩端未并上電阻，為了放大器的工作穩(wěn)定，減少零漂，在反饋電容兩端并上電阻，形成直流負(fù)反饋可以穩(wěn)定放大器的直流工作點(diǎn)；3)可能挑選的運(yùn)算放大器的輸入阻抗不夠高，造成電荷泄露，導(dǎo)致零漂。 網(wǎng)友“camel”和“windman”還從數(shù)學(xué)分析的角度對(duì)造成零漂的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，認(rèn)為除了使干擾源漂移小以外還必須使傳感器、纜線電阻要大，運(yùn)放的開環(huán)輸入阻抗要高、運(yùn)放的反饋電阻要小，即反饋電阻的作用是為了防止漂移，穩(wěn)定直流工作點(diǎn)。但是反饋電阻太小的話，也

6、會(huì)影響到放大器的頻率下限。所以必須綜合考慮！ 而嘉賓張世龍則建議，對(duì)于電荷放大器輸出電壓不歸零的現(xiàn)象，一般采用如下辦法來解決： 1)采用開關(guān)電容電路的技巧，使用CDS采樣方式可以有效消除offset電壓；2)采用同步檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)，可以有效消除offset電壓。 開關(guān)電源依靠反饋控制環(huán)路來保證在不同的負(fù)載情況下得到所需的電壓和電流。反饋控制環(huán)路的設(shè)計(jì)影響到許多因素，包括電壓調(diào)整、穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應(yīng)。    當(dāng)某個(gè)反饋控制環(huán)路在某個(gè)頻率的環(huán)路增益為單位增益或更高且總的相位延遲等于360 時(shí)，反饋控制環(huán)路將會(huì)產(chǎn)生振蕩。穩(wěn)定性通常用下面兩個(gè)參數(shù)來衡量：  

7、;  相位裕量:當(dāng)環(huán)路增益為單位增益時(shí)實(shí)際相位延遲與360 間的差值，以度為單位表示。    增益裕量:當(dāng)總相位延遲為360 時(shí)，增益低于單位增益的量，以分貝為單位表示。    對(duì)多數(shù)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)路增益大于0dB時(shí)，相位裕量都大于45 （小于315 ）。當(dāng)環(huán)路相位延遲達(dá)到360 時(shí)，增益裕量為-20dB或更低。    如果這些條件得到滿足，控制環(huán)將具有接近最優(yōu)的響應(yīng)；它將是無條件穩(wěn)定的，即不會(huì)阻尼過小也不會(huì)阻尼過大。通過測(cè)量在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出控制環(huán)通常操作帶寬的情況下控制環(huán)的頻率響應(yīng)，可以保證

8、能夠反映出所有可能的情況。    一個(gè)單輸出開關(guān)電源的控制環(huán)增益和相位響應(yīng)曲線。測(cè)量是利用一個(gè)GP102增益相位分析儀（一種獨(dú)立的用來評(píng)價(jià)控制環(huán)增益和相位裕量的儀器）進(jìn)行的，然后輸入到電子表軟件中。    在這一例子中，從0dB增益交點(diǎn)到360 測(cè)量得到的相位裕量為82 （360 到278 ）。從0dB增益交點(diǎn)到相位達(dá)到360 的增益裕量為-35dB。把這些增益和相位裕量值與-20dB增益裕量和60 相位裕量的目標(biāo)值相比較，可以肯定被測(cè)試電源的瞬態(tài)響應(yīng)和調(diào)節(jié)是過阻尼的，也是不可接受的。    0dB交點(diǎn)對(duì)

9、應(yīng)的頻率為160Hz，這導(dǎo)致控制環(huán)的響應(yīng)太慢。理想情況下，在1或2KHz處保持正的環(huán)增益是比較合適的，考慮到非常保守的增益和相位裕量，不必接近不穩(wěn)定區(qū)即可改善控制環(huán)的動(dòng)態(tài)特性。當(dāng)然需要對(duì)誤差放大器補(bǔ)償器件進(jìn)行一些小的改動(dòng)。進(jìn)行修改后，可以對(duì)控制環(huán)重新進(jìn)行測(cè)試以保證其無條件穩(wěn)定性。    通常可利用頻率響應(yīng)分析儀（FRA）或增益-相位分析儀進(jìn)行這種測(cè)量。這些儀器采用了離散傅里葉變換（DFT）技術(shù)，因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)經(jīng)常很小且被掩蓋在噪聲和電源開關(guān)臺(tái)階所產(chǎn)生的失真中。DFT用來從中提取出感興趣的信號(hào)。測(cè)試信號(hào)注入    為進(jìn)行測(cè)量，F(xiàn)RA向控制

10、環(huán)中注入一個(gè)已知頻率的誤差信號(hào)擾動(dòng)。利用兩個(gè)FRA通道來判斷擾動(dòng)要多長(zhǎng)時(shí)間才能從誤差放大器輸入到達(dá)電源輸出。    擾動(dòng)信號(hào)應(yīng)該在控制環(huán)反饋信號(hào)被限制在單條路徑的地方注入，并且來自低阻抗的驅(qū)動(dòng)源。連接到電源輸出或誤差放大器輸出的反饋路徑是注入擾動(dòng)信號(hào)的好地方。    通過信號(hào)發(fā)生器通過一個(gè)隔離變壓器連接到測(cè)試電路，以保證FRA信號(hào)發(fā)生器和被測(cè)試電路間的電氣隔離。注入方法將擾動(dòng)信號(hào)注入到誤差放大器的輸入。對(duì)于電源輸出電壓在FRA最大輸入電壓限制以內(nèi)的情況，這一方法是合適的。    如果被測(cè)量電源的輸出電壓比

11、FRA最大輸入電壓還要高，那么第一種注入方法就不適用了。擾動(dòng)信號(hào)被注入到誤差放大器的輸出，此處的控制環(huán)對(duì)地電壓比較低。如果電源電壓超過FRA輸入范圍則應(yīng)采用這種注入方法。    選定合適的注入點(diǎn)以后，還必須仔細(xì)地設(shè)定擾動(dòng)信號(hào)的幅度。擾動(dòng)的響應(yīng)可通過連接到電源輸出的示波器看到。    開始時(shí)，F(xiàn)RA信號(hào)發(fā)生器幅度應(yīng)該設(shè)為零和低頻率，通常在控制環(huán)帶寬的低端。然后慢慢提高FRA信號(hào)發(fā)生器的幅度。FRA信號(hào)發(fā)生器幅度的一個(gè)比較好的起始點(diǎn)是能夠在示波器上看到電源輸出電壓波動(dòng)為額定輸出電壓的5%左右。    必須在控

12、制環(huán)帶寬的高端重復(fù)這一過程以確保是否可在整個(gè)控制環(huán)帶寬上使用同樣的驅(qū)動(dòng)水平。FRA發(fā)生器不能欠驅(qū)動(dòng)或過驅(qū)動(dòng)控制環(huán)。在此種條件下進(jìn)行的任何測(cè)量都是不準(zhǔn)確的。    不大可能在整個(gè)控制環(huán)帶寬范圍內(nèi)使用同一組FRA信號(hào)發(fā)生器設(shè)置。這種情況下，可以利用幅度補(bǔ)償來保證頻率切換和環(huán)增益變化時(shí)擾動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定。這可以通過控制FRA信號(hào)發(fā)生器幅度，從而保證恒定的誤差放大器輸入來達(dá)到。進(jìn)行測(cè)量    FRA的兩個(gè)輸入分別連接到注入隔離變壓器的次級(jí)的兩端。CH2測(cè)量控制環(huán)輸出，CH1測(cè)量控制環(huán)輸入。測(cè)量是相對(duì)于地進(jìn)行的。   

13、從10Hz掃描到30KHz，觀察增益和相位測(cè)量重復(fù)性，以保證注入控制環(huán)的擾動(dòng)信號(hào)幅度是正確的。參考增益-相位圖表核對(duì)控制環(huán)增益和相位裕量。    可在誤差放大器一級(jí)加入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器件。再次進(jìn)行從低頻到高頻的掃描可以看到補(bǔ)償值變化的效果。理想情況下，環(huán)增益每頻程應(yīng)該下降-20dB，特別是在控制環(huán)增益經(jīng)過單位增益時(shí)。功率因數(shù)校正電路    反饋控制環(huán)并不僅限于用于開關(guān)電源的輸出調(diào)節(jié)。通常用在整流橋后的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正（PFC）電路中采用兩個(gè)控制環(huán)來達(dá)到正弦輸入電流，從而使負(fù)載功率因素接近1.0。PFC電路通?；趯Ｓ玫目刂破鱅C、一個(gè)開關(guān)

14、器件和一個(gè)能量?jī)?chǔ)存電感器，即所謂的DC連接。    第一個(gè)控制環(huán)即電壓控制環(huán)，試圖在DC連接或PFC電路輸出維持一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。這一控制環(huán)響應(yīng)相對(duì)比較慢，大約在10Hz左右跨越0dB。第二個(gè)控制環(huán)即電流控制環(huán)有效地控制輸入電流的波形。這一脈寬調(diào)制（PWM）斬波器電路必須跟蹤整流正弦電壓波形，因此，電流控制環(huán)的參考點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的。由于電流控制環(huán)必須跟蹤交流電源頻率，因此其交叉點(diǎn)可能達(dá)數(shù)KHz。測(cè)試電壓控制環(huán)    測(cè)試較慢的電壓控制環(huán)和快速的電流控制環(huán)需要不同的方法：    PFC 電壓控制環(huán) &

15、#160;  電壓控制環(huán)的測(cè)試是比較直接的。不需要對(duì)電路進(jìn)行改動(dòng)。實(shí)際上，在對(duì)電壓環(huán)測(cè)試時(shí)，電流控制環(huán)仍在工作。注入點(diǎn)選擇的一般規(guī)則在這兒都適用。您可在環(huán)中找一個(gè)源為低阻抗且信號(hào)限制在單條路徑的點(diǎn)來注入擾動(dòng)信號(hào)。注入采用的電阻值大約1,000 。    PFC電流控制環(huán)    測(cè)試較快的電流控制環(huán)需要更多考慮和注意，因?yàn)樾枰獙?duì)電路進(jìn)行一些變動(dòng)才能獲得對(duì)增益和相位裕量的真實(shí)評(píng)估。    1 利用一個(gè)0 至 400-V 直流電源為PFC電路的輸入供電。不需要交流電源，并且應(yīng)該斷開。 

16、60;  2 禁止電壓控制環(huán)工作，但并非整塊IC。    3 如果需要，為PFC控制器IC提供一個(gè)輔助電源，典型為+18V。    4 利用一個(gè)0至10-V直流電源根據(jù)輸入電壓的相應(yīng)水平來控制PFC輸出電流。實(shí)際上，0至10V直流電源將控制控制器內(nèi)的控制增益并代替電壓參考（對(duì)50或60Hz交流電頻率通常每秒變化100至120次）。電流反饋環(huán)應(yīng)當(dāng)跟蹤輸入電源，因此利用0至10V直流電流來設(shè)定不同的條件。    5 在PFC的輸出適加一個(gè)可變負(fù)載。    6 采用一個(gè)1

17、00- 注入電阻連接在電流傳感電阻和PFC傳感輸入之間。    7 從50Hz掃描到約開關(guān)頻率的一半。檢查在第4點(diǎn)和第5點(diǎn)中所描述的不同設(shè)置組合情況下的環(huán)響應(yīng)。例如，應(yīng)該對(duì)控制環(huán)在零電流、峰值電流和中間狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試。    在PFC區(qū)的測(cè)量是危險(xiǎn)的。應(yīng)該確保隔離地和頻率-響應(yīng)分析儀輸入通道以及信號(hào)發(fā)生器，以及后兩者。 電磁騷擾傳播途徑許多電子硬件包含著具有天線能力的元件，例如電纜、印制電路板的印制線、內(nèi)部連接導(dǎo)線和機(jī)械結(jié)構(gòu)。這些元件可以電場(chǎng)、磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)方式傳輸能量并耦合到線路中。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過屏蔽、電纜布局以及距離控制得到

18、改善。地線面或屏蔽面既可以因反射而增大干擾信號(hào)，也可以因吸收而衰減干擾信號(hào)。電纜之間的耦合既可以是電容性的，也可以是電感性的，這取決于其走向、長(zhǎng)度和相互距離。所以，產(chǎn)品如何布置電纜、設(shè)計(jì)電路板上印制線、內(nèi)部連接導(dǎo)線，或者增加一些什么輔助措施、如何屏蔽、如何接地、如何控制距離將是改造產(chǎn)品，使之符合EMC認(rèn)證需要考慮的問題。公共阻抗耦合公共阻抗耦合是由于騷擾源與敏感部位共用一個(gè)線路阻抗而產(chǎn)生的。公共阻抗包括：（1）騷擾源和敏感部位共用的導(dǎo)體；（2）由兩個(gè)電流回路之間的互感耦合；（3）由于兩個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)之間的電容耦合產(chǎn)生的。理論上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)和每個(gè)回路通過空間都能耦合到另一節(jié)點(diǎn)和回路。實(shí)際上的耦合程度隨

19、距離增大急劇下降。(1) 導(dǎo)體連接當(dāng)騷擾源與敏感部位共用一個(gè)地時(shí)，則由于騷擾源的輸出電流流過公共地阻抗，在敏感部位的輸人端產(chǎn)生電壓。公共阻抗僅僅是由一段導(dǎo)線或印制板走線產(chǎn)生的。因?yàn)閷?dǎo)線的阻抗呈感性，因此輸出中的高頻或高didt分量將更容易耦合。當(dāng)輸出和輸入在同一系統(tǒng)時(shí)，公共阻抗構(gòu)成亂真反饋通路，這可能導(dǎo)致振蕩。(2) 磁場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體中流動(dòng)的交流電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)將與臨近的導(dǎo)體耦合，在其上感應(yīng)出電壓。敏感導(dǎo)體中感應(yīng)電壓由下式計(jì)算：VM × dILdt式中：M是互感，單位享利。M取決于騷擾源和敏感電路電路的環(huán)路面積、方向、距離，以及有兩者之間有無磁屏蔽。磁場(chǎng)耦合的等效電路相當(dāng)于電壓源

20、串接在敏感部位的電路中。值得注意是兩個(gè)電路之間有無直接連接對(duì)耦合沒有影響，無論兩個(gè)電路對(duì)地是隔離還是連接的，感應(yīng)電壓都是相同的。(3) 電場(chǎng)感應(yīng)導(dǎo)體上的交流電壓產(chǎn)生電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)與臨近的導(dǎo)體耦合，并在其上感應(yīng)出電壓。在敏感導(dǎo)體上感應(yīng)的電壓由下式計(jì)算：V = CC × Zin × dVL/dt 式中CC是耦合電容, Zin是敏感電路的對(duì)地阻抗。這里假設(shè)耦合電容阻抗大大高于電路阻抗。噪聲似乎是從電流源注入的，其值為CC×dVLdt。CC的值與導(dǎo)體之間距離、有效面積以及有無電屏蔽材料有關(guān)。典型例子是兩個(gè)平行絕緣導(dǎo)線，間隔0.1英寸時(shí)，其耦合電容大約為每米50pF；未屏蔽

21、的中等功率電源變壓器的初次級(jí)間電容大約為1001000pF。在上述情況中，兩個(gè)電路都必須連接參考地，這樣耦合路徑才能完整。但是如果有一個(gè)電路未接地，并不意味著沒有耦合通路。未接地的電路與地之間存在雜散電容，這個(gè)電容與直接耦合電容串聯(lián)。另外，即使沒有任何地線，騷擾源至敏感部位的低電壓端之間也存在寄生電容。噪聲電流還是能夠加到敏感部位，但其值由CC和雜散電容的串聯(lián)值決定。(4) 負(fù)載電阻的影響需要注意的是，磁場(chǎng)和電場(chǎng)耦合的等效電路之間的差異決定了電路負(fù)載電阻的變化引起的結(jié)果是不同的。電場(chǎng)耦合隨RL增加而增大，而磁場(chǎng)耦合隨RL增加而減小。這個(gè)性質(zhì)可以用于診斷：比如你在觀察耦合電壓時(shí)，改變RL，你能夠

22、推斷哪一種耦合模式起主導(dǎo)作用。同樣道理，磁場(chǎng)耦合對(duì)低阻抗電路的影響更大，而電場(chǎng)耦合對(duì)高阻抗電路影響更大。(5) 空間間隔互電容和互感都受騷擾源和敏感導(dǎo)體之間的物理距離的影響。電源耦合所有騷擾能夠從騷擾源經(jīng)電源配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入敏感部位，因兩者是連接在一起的。因此對(duì)高頻不利。盡管從線路上可以容易地預(yù)測(cè)阻抗，但是在高頻時(shí)很難精確估算。在電磁兼容試驗(yàn)中，電源的射頻阻抗可用50網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)50H電感近似表示（LISN）。對(duì)于較長(zhǎng)的距離，在10MHz以下，電源電纜是損耗很低的，特性阻抗約為150200的傳輸線。然而在任何一個(gè)局部配電系統(tǒng)中，因負(fù)載連線、電纜接頭和配電元件起的騷擾是影響射頻傳輸特性的主要因素。所有這

23、些因素將增加損耗。輻射耦合 (1) 電磁場(chǎng)的產(chǎn)生電場(chǎng)（E場(chǎng)）產(chǎn)生于兩個(gè)具有不同電位的導(dǎo)體之間。電場(chǎng)的單位為V/m，電場(chǎng)強(qiáng)度正比于導(dǎo)體之間的電壓，反比于兩導(dǎo)體間的距離。磁場(chǎng)（H場(chǎng)）產(chǎn)生于載流導(dǎo)體的周圍，磁場(chǎng)的單位為A/m，磁場(chǎng)正比于電流，反比于離開導(dǎo)體的距離。當(dāng)交變電壓通過網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)體產(chǎn)生交變電流時(shí)，產(chǎn)生電磁（EM）波，E場(chǎng)和H場(chǎng)互為正交，同時(shí)傳播。傳播速度由媒介決定；在自由空間等于光速 3×108m/s。在靠近輻射源時(shí)，電磁場(chǎng)的幾何分布和強(qiáng)度由干擾源特性決定，僅在遠(yuǎn)處是正交的電磁場(chǎng)。如圖11所示。電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之比稱為波阻抗（圖12）。對(duì)于任何已知電磁波，波阻抗是一個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)，

24、因?yàn)樗鼪Q定了耦合效率，也決定了導(dǎo)體的屏蔽效能。對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)，d/2，電磁波稱為平面波，平面波的阻抗是恒定的，等于自由空間的阻抗：Z0120377在近場(chǎng)，d/2，波阻抗由輻射源特性決定。小電流、高壓電輻射體（例如棒）主要產(chǎn)生高阻抗的電場(chǎng)，而大電流、低電壓輻射體（例如環(huán)）主要產(chǎn)生低阻抗磁場(chǎng)。如果輻射體阻抗正好約377，那么實(shí)際在近場(chǎng)就能產(chǎn)生平面波，這取決于輻射體形狀。/2附近的區(qū)域，或近似六分之一波長(zhǎng)的區(qū)域，是處于近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間的傳輸區(qū)域。平面波總是假設(shè)是在遠(yuǎn)場(chǎng)，當(dāng)分別考慮電場(chǎng)或磁場(chǎng)波時(shí)，則假設(shè)是在近場(chǎng)。(2) 耦合方式差模、共模和天線模輻射場(chǎng)耦合是電磁兼容的基本概念，在騷擾的發(fā)射和入侵耦合方面都起作

25、用。差?？疾煲桓娎|連接起來的兩臺(tái)設(shè)備，如圖13所示。電纜中兩根靠近的導(dǎo)線傳輸差模（去和回）信號(hào)電流。輻射場(chǎng)可以耦合到這個(gè)系統(tǒng)，并在兩根電線之間感應(yīng)出差模騷擾；同樣，差模電流自身產(chǎn)生輻射場(chǎng)。地參考面（可以是設(shè)備外部，也可以是設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)）在耦合中不起作用。共模電纜上還會(huì)傳輸共模電流，即電流在每根導(dǎo)線上都以同一方向流動(dòng)。這些電流通常與信號(hào)電流無關(guān)。共模電流可以由外部電磁場(chǎng)耦合到由電纜、地參考面和設(shè)備與地連接的各種阻抗形成的回路引起。共模電流可以引起內(nèi)部差模電流，設(shè)備對(duì)差模電流是敏感的。另外，共模電流也可以由地平面和電纜之間的內(nèi)部噪聲電壓引起，這是共模輻射發(fā)射的主要原因。需要注意的是，與導(dǎo)線和設(shè)

26、備外殼有關(guān)的寄生電容和電感是共模耦合回路的主要部分，在很大程度上決定著共模電流的輻度和頻譜分布。這些寄生電抗是偶然產(chǎn)生的，而不是設(shè)計(jì)的，因此控制或預(yù)測(cè)這些參數(shù)比控制或預(yù)測(cè)那些決定差模耦合的參數(shù)，例如電纜的間隔和濾波參數(shù)更困難。天線模天線模電流沿電纜和地平面同向傳輸。天線模電流通常不是由內(nèi)部噪聲的產(chǎn)生，但是當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)，包括接地平面，暴露于外場(chǎng)時(shí)，天線模電流將會(huì)流動(dòng)。例如：飛機(jī)飛入雷達(dá)發(fā)射的波束區(qū)域時(shí)；飛機(jī)機(jī)身作為內(nèi)部設(shè)備的接地平面，它象內(nèi)部導(dǎo)線一樣傳輸同樣的電流。當(dāng)不同的電流通路上的阻抗不同時(shí)，天線模電流會(huì)變?yōu)椴钅；蚬材＃@時(shí)，天線模就成為系統(tǒng)的輻射場(chǎng)敏感性問題。上拉電阻：1、當(dāng)TTL電路驅(qū)動(dòng)C

27、OMS電路時(shí)，如果TTL電路輸出的高電平低于COMS電路的最低高電平（一般為3.5V），這時(shí)就需要在TTL的輸出端接上拉電阻，以提高輸出高電平的值。2、OC門電路必須加上拉電阻，才能使用。3、為加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，有的單片機(jī)管腳上也常使用上拉電阻。4、在COMS芯片上，為了防止靜電造成損壞，不用的管腳不能懸空，一般接上拉電阻產(chǎn)生降低輸入阻抗，提供泄荷通路。5、芯片的管腳加上拉電阻來提高輸出電平，從而提高芯片輸入信號(hào)的噪聲容限增強(qiáng)抗干擾能力。6、提高總線的抗電磁干擾能力。管腳懸空就比較容易接受外界的電磁干擾。7、長(zhǎng)線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上下拉電阻是電阻匹配，有效的抑制反射波

28、干擾。上拉電阻阻值的選擇原則包括:1、從節(jié)約功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；電阻大，電流小。2、從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠??；電阻小，電流大。3、對(duì)于高速電路，過大的上拉電阻可能邊沿變平緩。        綜合考慮以上三點(diǎn),通常在1k到10k之間選取。對(duì)下拉電阻也有類似道理。對(duì)上拉電阻和下拉電阻的選擇應(yīng)結(jié)合開關(guān)管特性和下級(jí)電路的輸入特性進(jìn)行設(shè)定，主要需要考慮以下幾個(gè)因素：1 驅(qū)動(dòng)能力與功耗的平衡。以上拉電阻為例，一般地說，上拉電阻越小，驅(qū)動(dòng)能力越強(qiáng)，但功耗越大，設(shè)計(jì)是應(yīng)注意兩者之間的均衡。2 下級(jí)電路的驅(qū)動(dòng)需求。

29、同樣以上拉電阻為例，當(dāng)輸出高電平時(shí)，開關(guān)管斷開，上拉電阻應(yīng)適當(dāng)選擇以能夠向下級(jí)電路提供足夠的電流。3 高低電平的設(shè)定。不同電路的高低電平的門檻電平會(huì)有不同，電阻應(yīng)適當(dāng)設(shè)定以確保能輸出正確的電平。以上拉電阻為例，當(dāng)輸出低電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，上拉電阻和開關(guān)管導(dǎo)通電阻分壓值應(yīng)確保在零電平門檻之下。4 頻率特性。以上拉電阻為例，上拉電阻和開關(guān)管漏源級(jí)之間的電容和下級(jí)電路之間的輸入電容會(huì)形成RC延遲，電阻越大，延遲越大。上拉電阻的設(shè)定應(yīng)考慮電路在這方面的需求。下拉電阻的設(shè)定的原則和上拉電阻是一樣的。OC門輸出高電平時(shí)是一個(gè)高阻態(tài)，其上拉電流要由上拉電阻來提供，設(shè)輸入端每端口不大于100uA,設(shè)輸出口驅(qū)動(dòng)

30、電流約500uA，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓是5V，輸入口的高低電平門限為0.8V(低于此值為低電平)；2V(高電平門限值)。選上拉電阻時(shí)：500uA x 8.4K= 4.2即選大于8.4K時(shí)輸出端能下拉至0.8V以下，此為最小阻值，再小就拉不下來了。如果輸出口驅(qū)動(dòng)電流較大，則阻值可減小，保證下拉時(shí)能低于0.8V即可。當(dāng)輸出高電平時(shí)，忽略管子的漏電流，兩輸入口需200uA，200uA x15K=3V即上拉電阻壓降為3V，輸出口可達(dá)到2V，此阻值為最大阻值，再大就拉不到2V了。選10K可用。COMS門的可參考74HC系列，設(shè)計(jì)時(shí)管子的漏電流不可忽略，IO口實(shí)際電流在不同電平下也是不同的，上述僅僅是原理，一句話

31、概括為：輸出高電平時(shí)要喂飽后面的輸入口，輸出低電平不要把輸出口喂撐了（否則多余的電流喂給了級(jí)聯(lián)的輸入口，高于低電平門限值就不可靠了）                             在數(shù)字電路中不用的輸入腳都要接固定電平，通過1k電阻接高電平或接地。 1. 電阻作用： 接電組就是為了防止輸入端懸空 減弱外部電流對(duì)芯片產(chǎn)生的干擾 保護(hù)cmos內(nèi)的保護(hù)二極管,一般電流不大于10mA 上拉和下拉、限流 1、改變電平的電位，常用在TTL-CMOS匹配 2、在引腳懸空時(shí)有確定的狀態(tài) 3、增加高電平輸出時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力。 4、為OC門提供電流         那要看輸出口驅(qū)動(dòng)的是什么器件，如果該器件需要高電壓的話，而輸出口的輸出電壓又不夠，就需要加上拉電阻。