电路设计

正确理解AC耦合电容

在高频电路设计中，经常会用到AC耦合电容，要么在芯片之间加两颗直连，要么在芯片与连接器之间加两颗。看似简单，但一切都因为信号的高速而不同。信号的高速传输使这颗电容变得不“理想”，这颗电容没有设计好，就可能会导致整个项目的失败。因此，对高速电路而言，这颗AC耦合电容没有优化好将是“致命”的。

下面笔者依据之前的项目经验，盘点分析一下我在这颗电容的使用上遇到的一些问题。

最开始要先明白AC耦合电容的作用。一般来讲，我们用AC耦合电容来提供直流偏压，就是滤出信号的直流分量，使信号关于0轴对称。既然是这个作用，那么这颗电容是不是可以放在通道的任何位置呢？这就是笔者最初做高频电路时，在这颗电容使用上遇到的第一个问题——AC耦合电容到底该放在哪。

这里拿一个项目中常遇到的典型通路来分析。

雷电压/电流的特性

1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)

1.2/50uS雷电压脉冲波形(IEC61000-4-5)

引言

开关电流技术是近年来提出的一种新的模拟信号采样、保持、处理技术。与已成熟的开关电容技术相比，开关电流技术不需要线性电容和高性能运算放大器，整个电路均由MOS管构成，因此可与标准数字CMOS工艺兼容，可与数字电路使用相同工艺，并集成在同一块芯片上，所以也有人称之为数字工艺的模拟技术。但是开关电流电路中存在一些非理想因素，如时钟馈通误差和传输误差，它直接影响到电路的性能。

本文详细分析了第二代开关电流存储单元存在的问题，提出了改进方法，并设计了延迟线电路。此电路可以精确地对信号进行采样并延迟任意时钟周期。解决了第二代开关电流存储单元产生的误差，利用此电路可以方便地构造各种离散时间系统函数。

1、第二代开关电流存储单元分析

第二代开关电流存储单元，在φ1(n-1)相，S1，S2闭合，S3断开，晶体管M连成二极管形式，输入电流ii与偏置电流I之和给栅源极间电容C充电。随着充电的进行，栅极电压vgs达到使M能维持整个输入电流的电平，栅极充电电流减至零，达到稳态，此时M的漏极电流为：

光耦(opticalcoupler)亦称光电隔离器、光耦合器或光电耦合器。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光二极管发出光线，光敏三极管接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。典型应用电路如下图1-1所示。

光耦的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了前端与负载完全的电气隔离，输出信号对输入端无影响，减小电路干扰，简化电路设计，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦合器是70年代发展起来的新型器件，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

一、单片机上拉电阻的选择

大家可以看到复位电路中电阻R1=10k时RST是高电平，而当R1=50时RST为低电平，很明显R1=10k时是错误的，单片机一直处在复位状态时根本无法工作。出现这样的原因是由于RST引脚内含三极管，即便在截止状态时也会有少量截止电流，当R取的非常大时，微弱的截止电流通过就产生了高电平。

二、LED串联电阻的计算问题

通常红色贴片LED：电压1.6V-2.4V，电流2-20mA，在2-5mA亮度有所变化，5mA以上亮度基本无变化。

AC耦合时缺少DC偏置电流回路

最常遇到的一个应用问题是在交流(AC)耦合运算放大器或仪表放大器电路中没有提供偏置电流的直流(DC)回路。在图1中，一只电容器与运算放大器的同相输入端串联以实现AC耦合，这是一种隔离输入电压(VIN)的DC分量的简单方法。这在高增益应用中尤其有用，在那些应用中哪怕运算放大器输入端很小的直流电压都会限制动态范围，甚至导致输出饱和。然而，在高阻抗输入端加电容耦合，而不为同相输入端的电流提供DC通路，会出现问题。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-05/wen_zhang_/100011798-41817-d1.j…; alt=“图1.错误的运算放大器AC耦合”></center><center>图1.错误的运算放大器AC耦合</center>

发现这些细节，就能拯救电路。很多人都一样，我们很多工程师在完成一个项目后，发现整个项目大部分的时间都花在“调试检测电路整改电路”这个阶段，也正是这个阶段，很多项目没有办法进行下去，停滞在那边。想要快速完成项目，摆脱实验调试时的烦闷，苦恼不知道问题出在哪里，就快点了解下面这些电路设计中的细节！

（1）为了获得具有良好稳定性的反馈电路，通常要求在反馈环外面使用一个小电阻或扼流圈给容性负载提供一个缓冲。

（2）积分反馈电路通常需要一个小电阻（约560欧）与每个大于10pF的积分电容串联。

与分立器件相比，现代集成运算放大器(op amp)和仪表放大器(in-amp)为设计工程师带来了许多好处。虽然提供了许多巧妙、有用并且吸引人的电路。往往都是这样，由于仓促地组装电路而会忽视了一些非常基本的问题，从而导致电路不能实现预期功能 - 或者可能根本不工作。本文将讨论一些最常见的应用问题，并给出实用的解决方案。

AC耦合时缺少DC偏置电流回路

我们并不指望采用一个 5V 低功率运放来产生一个具 –100dBc 失真的正弦波。虽然如此，采用 LTC6258 的带通滤波器仍然能够与一个易用型低功率振荡器相组合，以在低成本、低电压和极低功耗的情况下产生实用正弦波。

LTC6258 为何如此“神奇”呢？

有源滤波器

图 1 所示的带通滤波器是 AC 耦合至一个输入。因此，LTC6258 输入并没有给前一个电路级施加负担来生成一个特定的绝对共模电压。一个由 RA1 和 RA2 构成的简单电阻分压器负责为 LTC6258 带通滤波器提供偏置。把运放输入规定在一个固定的电压有助于减小可能由于共模的移动而出现的失真。
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