耦合常数(耦合和解耦)

耦合和去耦

什么是耦合电容？什么是去耦电路？

指的是耦合信号从第一级传输到第二级的过程，通常指的是交流耦合时没有指示。

去耦是指对电源采取进一步的滤波措施，通过电源消除两级信号之间相互干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值的乘积对应的时间常数。

去耦有三个目的:

1.去除电源中的高频纹波，通过电源的串扰路径切断多级放大器的高频信号。

2.大信号工作时，电路需要更多的电源，造成电源波动。通过去耦，可以降低电源波动对输入级/高压增益级的影响；

3.形成浮地或浮地电源，协调复杂系统中地线或电源的各部分。有源器件在开关过程中产生的高频开关噪声将沿电力线传播。去耦电容的主要功能是为有源器件提供本地DC电源，以减少电路板上开关噪声的传播，并将噪声引向地面。

引用自Lund Quan的文章《电路板级电磁兼容设计》，这篇文章很好地讲述了噪声耦合器和路径、去耦电容和旁路电容的使用。看到没。

干涉耦合模式

干扰源产生的干扰信号会通过一定的耦合通道对电控系统造成电磁干扰。干扰的耦合方式无非是通过电线，空和公共电线作用于电控系统。

分析主要包括以下几种。

直接耦合:这是干扰入侵最直接的方式，也是系统中最常见的方式。例如，干扰信号通过电线直接侵入系统，对系统造成干扰。对于这种耦合方式，可以通过滤波和解耦来有效抑制输入的电磁干扰信号。

公共阻抗耦合:这也是一种常见的耦合方式。两个电路的电流经常有一个共同的路径。共阻抗耦合有两种:共地阻抗和电源阻抗。为了防止这种耦合，耦合阻抗应该接近零，干扰源和被干扰物体之间不应该有公共阻抗。

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:也称为磁场耦合。由于它是内部或外部空之间电磁场感应的耦合方式，防止这种耦合的常用方法是屏蔽易受干扰的器件或电路。

辐射耦合:电磁场的辐射也会引起干涉耦合，是一种不规则的干涉。这种干扰很容易通过电力线传输到系统。另一方面，当信号传输线很长时，它们可以辐射和接收干扰波，这就是所谓的大线效应。

泄漏耦合:所谓泄漏耦合就是电阻耦合。当绝缘降低时，这种干扰经常发生。我记得我之前的观点:去耦电容一般容量较大，意味着避免噪声耦合到其他部分；旁路电容容量小，提供低阻抗噪声返回路径。其实这种说法没有错。但是我查了一下相关资料，发现其实从根本上来说，解耦和旁路并没有什么区别，在称谓上是可以互换的。两者的作用是庸俗的:作为电源。

所谓噪声，其实就是电源的波动，它来自于两个方面:电源本身的波动，负载对电流的需求变化引起的电压波动，以及供电系统的相应能力。然而，去耦和旁路电容与负载变化引起的噪声有关。所以没有必要区分它们。其实电容的大小和数量是有理论依据的。如果随意选择，在某些情况下可能会遇到去耦电容(旁路)和分布参数的自激振荡。因此，真正意义上的解耦和旁路是基于负载和供电系统的实际情况。不需要区分，也没有本质区别。

它是电容器板设计中必不可少的部件，其质量也成为我们判断板质量的一个非常重要的方面。

(1)电容的作用和表示。

它由两个金属电极组成，中间夹着绝缘介质。电容器主要用于阻断直流和交流，因此多用于级间耦合、滤波、去耦、旁路和信号调谐。电容由“C”加上电路中的一个数字表示，例如C8，它表示电路中编号为8的电容。

②电容的分类。

电容器分为气体介质电容器、液体介质电容器、无机固体介质电容器和有机固体介质电容器。根据极性，有极性电容器和非极性电容器。按结构可分为:固定电容、可变电容和微调电容。

③电容器的容量。

电容表示储存的电能。电容对交流信号的阻断作用称为容抗，容抗与交流信号的频率和电容有关，容抗XC=1/2πf c (f代表交流信号的频率，c代表电容)。

④电容器的容量单位和耐压。

电容的基本单位是f(法拉)，其他单位是毫法拉(mF)、微法拉(uF)、纳法拉(nF)和皮法拉(pF)。因为单位F的容量太大，我们通常看到的单位是μF、nF、pF。转换关系:1f = 1，000，000 μ f，1 μ f = 1，000 NF = 1，000，000 PF

每个电容器都有其耐压值，用v表示，一般无电极电容器的标称耐压值较高:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等。极性电容器的耐受电压相对较低。一般标称耐压值为:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、10V、220V、400V等。

⑤电容的标记方法和容量误差。

电容标记方法可分为直接标准法、颜色标准法和数字标准法。对于体积较大的电容器，通常采用直接校准法。如果是0.005，表示0.005uF=5nF。如果是5n，表示5nF。

编号方式:一般用三位数表示容量，前两位表示有效位数，第三位是10的幂。例如，102表示10x10x10 PF=1000PF，203表示10x10x10 PF。\n\n \ nColor code方法使用不同的颜色表示沿电容引线方向的不同数字，第一个和第二个环表示电容，第三个颜色表示有效数字后的零的数量(以pF为单位)。用颜色表示的数值有:黑色=0，棕色=1，红色=2，橙色=3，黄色=4，绿色=5，蓝色=6，紫色=7，灰色=8，白色=9。

电容误差用符号F、G、J、K、L、M表示，允许误差分别为1%、2%、5%、10%、15%、20%。

⑥区分和测量电容的正负两极。

电容器上标记的黑色块是负极。PCB上电容位置有两个半圆，彩色半圆对应的引脚为负极。区分正负长引脚和负短引脚之间的引脚长度也很有用。

当我们不知道电容器的正负极时，可以用万用表测量。电容器两极之间的介质不是绝对绝缘体，其电阻也不是无穷大，而是有限值，一般在1000兆欧以上。电容器两极之间的电阻称为绝缘电阻或泄漏电阻。只有当电解电容器的正极连接到正电源(电阻断时为黑色探针)而负极连接到负电源(电阻断时为红色探针)时，电解电容器的泄漏电流才小(泄漏电阻大)。否则，电解电容器的泄漏电流增加(泄漏电阻降低)。这样，我们假设某极为“+”，万用表选择R*100或R*1K。然后用万用表的黑色探头连接假设极，用万用表的红色探头连接另一个电极，记下手的停止刻度(手向左的电阻大)，这样数字万用表就可以直接读取读数。然后对电容器放电(两根导线相互接触)，然后切换两个探头，再次测量。在两次测量中，手的最后一个停止位置被留下(或者电阻很大)，黑色的笔被连接到电解电容器的正极。\n\n⑦电容器使用的一些经验和四个误区。

一些经验:当电路极性无法确定时，建议使用无极电解电容。流经电解电容的纹波电流不能超过其允许范围。如果超过规定值，应选择纹波电流大的电容。电容器的工作电压不能超过其额定电压。焊接电容器时，烙铁应与电容器塑料外壳保持一定距离，防止塑料套管因过热而开裂。且焊接时间不超过10秒，焊接温度不超过260摄氏度。

四个误解:

●电容越大越好。

很多人在更换电容器时喜欢用大容量的电容器。我们知道，虽然电容越大，集成电路的电流补偿能力越强。且不说体积随着电容容量的增大而增大，在增加成本的同时也影响空气体流量和散热。关键是电容上有寄生电感，电容放电电路会在某一频率点产生谐振。在谐振点，电容的阻抗很小。因此，放电电路的阻抗最小，补充能量的效果也最好。然而，当频率超过谐振点时，放电电路的阻抗开始增加，电容器的电流供应能力开始下降。电容的电容越大，谐振频率越低，电容可以有效补偿电流的频率范围越小。从保证电容提供高频电流的能力来看，认为电容越大越好是错误的。对一般电路设计有参考价值。

●相同容量的电容，并联的小电容越多越好。耐压值、温度值、电容值、ESR(等效电阻)等是电容器的几个重要参数，自然ESR越低越好。

ESR与电容、频率、电压、温度等有关。当电压固定时，电容越大，ESR越低。在板表中使用多个并联的小电容是PCB空之间的限制，所以有人认为并联的小电阻越多，ESR越低，效果越好。理论上是这样的，但考虑到电容引脚焊点的阻抗，如果并联几个小电容，效果不一定突出。

●ESR越低●效果越好。

结合我们上面改进的电源电路，对于输入电容，输入电容的容量稍微大一点。相对容量要求，ESR要求可以适当降低。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，可以适当降低耐压和容量的要求。ESR稍微高一点，因为我们在这里需要确保足够的电流吞吐量。但需要注意的是，ESR不要尽可能低，低ESR电容会引起开关电路振荡。然而，减振电路的复杂性也会导致成本的增加。在板卡设计中，这里一般有一个参考值，作为元器件的选择参数，避免减振电路带来的成本增加。

●良好的电容代表高质量。

“唯电容论”一度兴盛，一些厂商和媒体刻意将此事作为卖点。在电路板设计中，电路设计水平是关键。就像有些厂商可以做出比四相电源更稳定的两相电源产品一样，盲目使用高价电容未必能做出好产品。衡量一个产品，一定要从各个角度考虑，不能有意无意夸大电容的作用。

上拉和下拉

上拉电阻:

1.当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路的输出高电平低于COMS电路的最低高电平(一般为3.5V)，则需要在TTL的输出端连接一个上拉电阻来提高输出高电平。

2.只有增加了拉电阻，才能使用OC门电路。

3.为了增加输出引脚的驱动能力，一些单片机引脚上经常使用上拉电阻。

4.在COMS芯片上，为了防止静电造成的损坏，未使用的引脚不能悬空空。通常，连接上拉电阻以降低输入阻抗并提供负载放电路径。

5.芯片的引脚上增加了一个拉电阻，提高了输出电平，从而提高了芯片输入信号的噪声容限，增强了抗干扰能力。

6.提高总线的抗电磁干扰能力。引脚悬垂空更容易接受外部电磁干扰。

7.长距离传输中电阻失配容易引起反射波干扰，下拉电阻为电阻匹配，有效抑制了反射波干扰。

上拉电阻的选择原则包括:

1.考虑到功耗节省和芯片的吸电流能力，它应该足够大；高电阻低电流。

2.它应该足够小，以确保足够的驱动电流；低电阻大电流。

3.对于高速电路，过大的上拉电阻可能会使边缘变得平滑。统筹兼顾

以上三点通常选在1k到10k之间。下拉电阻也是如此。

上拉电阻和下拉电阻的选择应根据开关管的特性和下电路的输入特性来设定，并应考虑以下因素:

1.驾驶能力和动力消耗之间的平衡。以上拉电阻为例。一般来说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计时要注意两者之间的平衡。

2.低级电路的驱动要求。同样，以上拉电阻为例。当输出电平高时，开关管关断，应适当选择上拉电阻，为下电路提供足够的电流。

3.高低电平的设置。不同电路的高电平和低电平的阈值电平会有所不同，应适当设置电阻，以确保能够输出正确的电平。以上拉电阻为例。当输出电平较低时，开关管导通，应保证上拉电阻的分压值和开关管的导通电阻低于零电平阈值。

4.频率特性。以上拉电阻为例。上拉电阻和开关漏源级之间的电容以及下电路之间的输入电容将形成RC延迟。电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设置应考虑电路在这方面的要求。

下拉电阻的设置原理与上拉电阻相同。

当OC门输出高电平时，为高阻抗状态，其上拉电流应由上拉电阻提供。设输入端各端口不超过100uA，输出端驱动电流约500uA，标准工作电压为5V，输入端高低电平阈值为0.8V(低于此值为低电平)。2V(高电平阈值)。

上拉电阻时:

500 ua×8.4K = 4.2，即当输出端大于8.4K时，可以下拉到0.8V以下，0.8V是最小电阻值，小一点就不下拉了。如果输出端口的驱动电流较大，可以降低电阻值，保证下拉时可以低于0.8V。

当输出电平高时，忽略管的漏电流，两个输入口需要200uA。

200uA x15K=3V，即上拉电阻的压降为3V，输出端口可以达到2V，这是最大电阻值，上拉电阻不能再达到2V。选择10K可用。COMS门可以参考74HC系列。

在设计时，管的漏电流不可忽略，IO口的实际电流在不同的级别是不一样的。以上只是原理，可以总结为:输出电平高时，反馈输入口；当输出电平较低时，不要给输出端口馈电(否则多余的电流会馈入级联输入端口，高于低电平阈值就不可靠)。

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