电容滤波的原理:
VCC+5V-------------------------------------+5V
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C1 10uf C2 0.1uf
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GND GND
电容关键特性:隔直流、通交流
对于直流(+5v本身):电容相当于开路,直流电流从这里过不去;
对于交流(纹波、噪声):电容阻抗极低,频率越高,阻抗越小。噪声全部被“短路”到地。
直流走主线,交流噪声被电容旁路到地->剩下的就是干净的直流
为什么滤波先过大电容,再过小电容?(为什么要求小电容离芯片电源引脚更近?)
电容物理缺陷
- 大电解电容(10μF):内部卷绕结构,自带等效串联电感 ESL 大低频波纹可以滤除;高频噪声,大电容相当于失效,几乎不起作用。
- 0.1μF 陶瓷小电容:ESL 电感极小,处理高频毛刺效果极好;但储存电荷少,对付低频大波动能力弱。
真实 PCB 布线原则(重点)
0.1μF 小电容,紧挨着芯片 VCC 和 GND 引脚;10μF 大电容放远一点。
- 芯片内部突发高频噪声,优先被旁边最近的 0.1uF 陶瓷电容就地泄放到地。高频干扰走最短路径,不向外扩散。
- 10μF 大电容,负责储存电荷,应对负载电流突变、低频电压跌落。
如果反过来:大电容贴芯片,小电容放很远。 高频噪声要跑很长走线才能到达小电容,走线的电感会抵消滤波效果,小电容等于白装。
PCB板
单层pcb板
双层PCB板
四层板
| 丝印白油 |
| 阻焊绿油 |
| L1 Top 铜箔(信号) |
| PP 半固化片(玻纤 + 环氧胶) |
| L2 Power 铜箔(电源内层) |
| FR‑4 Core 芯板硬基材 |
| L3 GND 铜箔(地内层) |
| PP 半固化片(玻纤 + 环氧胶) |
| L4 Bottom 铜箔(信号) |
| 阻焊绿油 |
| 丝印白油 |
差分信号
为了克服单端信号易受干扰的问题,我们可以采用差分信号传输技术。这种技术涉及将发送端的原始信号转变为两个信号:D+ 和 D-。这两个信号通过两根导线传输,其中D+ 的波形与原始信号几乎相同,而 D- 是 D+ 的反相。这种方式可以显著增强信号的抗干扰能力。
在接收端,信号的还原过程非常直接。系统通过比较 D+ 和 D- 两条线上的电压差来确定原始信号的状态。如果 D+ 的电压高于 D-,则认定为数字信号 “1”;相反,如果 D+ 的电压低于 D-,则认定为数字信号 “0”。
差分信号布线要求
- 两线尽可能平行、等长
- 优先绘制差分线,差分线尽量短
- 差分线上尽量不超过两对过孔(过孔会增加线路的寄生电感,影响信号完整性)
- 平行紧密走线,避免直角锐角走线
- 长度差尽量小(控制在 5mil以内)
- 与其它信号网络以及地的距离尽量在 20mil 以上