1.4 瞬變干擾抑制器

屬瞬變干擾抑制器的有氣體放電管、金屬氧化物壓敏電阻、硅瞬變吸收二極管和固體放電管等多種。其中金屬氧化物壓敏電阻和硅瞬變吸收二極管的工作有點(diǎn)象普通的穩(wěn)壓管，是箝位型的干擾吸收器件;而氣體放電管和固體放電管是能量轉(zhuǎn)移型干擾吸收器件(以氣體放電管為例，當(dāng)出現(xiàn)在放電管兩端的電壓超過(guò)放電管的著火電壓時(shí)，管內(nèi)的氣體發(fā)生電離，在兩電極間產(chǎn)生電弧。由于電弧的壓降很低，使大部分瞬變能量得以轉(zhuǎn)移，從而保護(hù)設(shè)備免遭瞬變電壓破壞)。瞬變干擾抑制器與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)使用。

1.5氣體放電管

氣體放電管也稱避雷管，目前常用于程控交換機(jī)上。避雷管具有很強(qiáng)的浪涌吸收能力，很高的絕緣電阻和很小的寄生電容，對(duì)正常工作的設(shè)備不會(huì)帶來(lái)任何有害影響。但它對(duì)浪涌的起弧響應(yīng)，與對(duì)直流電壓的起弧響應(yīng)之間存在很大差異。例如90V氣體放電管對(duì)直流的起弧電壓就是90V，而對(duì)5kV/μs的浪涌起弧電壓最大值可能達(dá)到1000V。這表明氣體放電管對(duì)浪涌電壓的響應(yīng)速度較低。故它比較適合作為線路和設(shè)備的一次保護(hù)。此外，氣體放電管的電壓檔次很少。

1.6金屬氧化物壓敏電阻

由于價(jià)廉，壓敏電阻是目前廣泛應(yīng)用的瞬變干擾吸收器件。描述壓敏電阻性能的主要參數(shù)是壓敏電阻的標(biāo)稱電壓和通流容量即浪涌電流吸收能力。前者是使用者經(jīng)常易弄混淆的一個(gè)參數(shù)。壓敏電阻標(biāo)稱電壓是指在恒流條件下(外徑為7mm以下的壓敏電阻取0.1mA;7mm以上的取1mA)出現(xiàn)在壓敏電阻兩端的電壓降。由于壓敏電阻有較大的動(dòng)態(tài)電阻，在規(guī)定形狀的沖擊電流下(通常是8/20μs的標(biāo)準(zhǔn)沖擊電流)出現(xiàn)在壓敏電阻兩端的電壓(亦稱是最大限制電壓)大約是壓敏電阻標(biāo)稱電壓的1.8～2倍(此值也稱殘壓比)。這就要求使用者在選擇壓敏電阻時(shí)事先有所估計(jì)，對(duì)確有可能遇到較大沖擊電流的場(chǎng)合，應(yīng)選擇使用外形尺寸較大的器件(壓敏電阻的電流吸收能力正比于器件的通流面積，耐受電壓正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件體積)。使用壓敏電阻要注意它的固有電容。根據(jù)外形尺寸和標(biāo)稱電壓的不同，電容量在數(shù)千至數(shù)百pF之間，這意味著壓敏電阻不適宜在高頻場(chǎng)合下使用，比較適合于在工頻場(chǎng)合，如作為晶閘管和電源進(jìn)線處作保護(hù)用。特別要注意的是，壓敏電阻對(duì)瞬變干擾吸收時(shí)的高速性能(達(dá)ns)級(jí)，故安裝壓敏電阻必須注意其引線的感抗作用，過(guò)長(zhǎng)的引線會(huì)引入由于引線電感產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(在示波器上，感應(yīng)電壓呈尖刺狀)。引線越長(zhǎng)，感應(yīng)電壓也越大。為取得滿意的干擾抑制效果，應(yīng)盡量縮短其引線。關(guān)于壓敏電阻的電壓選擇，要考慮被保護(hù)線路可能有的電壓波動(dòng)(一般取1.2～1.4倍)。如果是交流電路，還要注意電壓有效值與峰值之間的關(guān)系。所以對(duì) 220V線路，所選壓敏電阻的標(biāo)稱電壓應(yīng)當(dāng)是220×1.4×1.4≈430V。此外，就壓敏電阻的電流吸收能力來(lái)說(shuō)，1kA(對(duì)8/20μs的電流波)用在晶閘管保護(hù)上，3kA用在電器設(shè)備的浪涌吸收上;5kA用在雷擊及電子設(shè)備的過(guò)壓吸收上;10kA用在雷擊保護(hù)上。壓敏電阻的電壓檔次較多，適合作設(shè)備的一次或二次保護(hù)。

1.7硅瞬變電壓吸收二極管(TVS管)

硅瞬變電壓吸收二極管具有極快的響應(yīng)時(shí)間(亞納秒級(jí))和相當(dāng)高的浪涌吸收能力，及極多的電壓檔次?？捎糜诒Ｗo(hù)設(shè)備或電路免受靜電、電感性負(fù)載切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓，以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過(guò)電壓。 TVS管有單方向(單個(gè)二極管)和雙方向(兩個(gè)背對(duì)背連接的二極管)兩種，它們的主要參數(shù)是擊穿電壓、漏電流和電容。使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護(hù)電路工作電壓高10%左右，以防止因線路工作電壓接近TVS擊穿電壓，使TVS漏電流影響電路正常工作;也避免因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致TVS管擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。 TVS管有多種封裝形式，如軸向引線產(chǎn)品可用在電源饋線上;雙列直插的和表面貼裝的適合于在印刷板上作為邏輯電路、I/O總線及數(shù)據(jù)總線的保護(hù)。 TVS管在使用中應(yīng)注意的事項(xiàng)： ·對(duì)瞬變電壓的吸收功率(峰值)與瞬變電壓脈沖寬度間的關(guān)系。手冊(cè)給的只是特定脈寬下的吸收功率(峰值)，而實(shí)際線路中的脈沖寬度則變化莫測(cè)，事前要有估計(jì)。對(duì)寬脈沖應(yīng)降額使用。 ·對(duì)小電流負(fù)載的保護(hù)，可有意識(shí)地在線路中增加限流電阻，只要限流電阻的阻值適當(dāng)，不會(huì)影響線路的正常工作，但限流電阻對(duì)干擾所產(chǎn)生的電流卻會(huì)大大減小。這就有可能選用峰值功率較小的TVS管來(lái)對(duì)小電流負(fù)載線路進(jìn)行保護(hù)。 ·對(duì)重復(fù)出現(xiàn)的瞬變電壓的抑制，尤其值得注意的是TVS管的穩(wěn)態(tài)平均功率是否在安全范圍之內(nèi)。 ·作為半導(dǎo)體器件的TVS管，要注意環(huán)境溫度升高時(shí)的降額使用問(wèn)題。 ·特別要注意TVS管的引線長(zhǎng)短，以及它與被保護(hù)線路的相對(duì)距離。 ·當(dāng)沒(méi)有合適電壓的TVS管供采用時(shí)，允許用多個(gè)TVS管串聯(lián)使用。串聯(lián)管的最大電流決定于所采用管中電流吸收能力最小的一個(gè)。而峰值吸收功率等于這個(gè)電流與串聯(lián)管電壓之和的乘積。 ·TVS管的結(jié)電容是影響它在高速線路中使用的關(guān)鍵因素，在這種情況下，一般用一個(gè)TVS管與一個(gè)快恢復(fù)二極管以背對(duì)背的方式連接，由于快恢復(fù)二極管有較小的結(jié)電容，因而二者串聯(lián)的等效電容也較小，可滿足高頻使用的要求。 ·固體放電管 固體放電管是一種較新的瞬變干擾吸收器件，具有響應(yīng)速度較快(10～20ns級(jí))、吸收電流較大、動(dòng)作電壓穩(wěn)定和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。固體放電管與氣體放電管同屬能量轉(zhuǎn)移型。圖2.2為其伏安特性。當(dāng)外界干擾低于觸發(fā)電壓時(shí)，管子呈截止?fàn)?。一旦干擾超出觸發(fā)電壓時(shí)，伏安特性發(fā)生轉(zhuǎn)折，進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，此時(shí)電流極大，而導(dǎo)通電阻極小，使干擾能量得以轉(zhuǎn)移。隨著干擾減小，通過(guò)放電管電流的回落，當(dāng)放電管的通過(guò)電流低于維持電流時(shí)，放電管就迅速走出低阻區(qū)，而回到高阻態(tài)，完成一次放電過(guò)程。固體放電管的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的短路失效模式(器件失效時(shí)，兩電極間呈短路狀)，為不少應(yīng)用場(chǎng)合所必須，已在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。固體放電管的電壓檔次較少，比較適合于作網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備，乃至部件一級(jí)的保護(hù)。

七、PCB使用技巧

1、元器件標(biāo)號(hào)自動(dòng)產(chǎn)生或已有的元器件標(biāo)號(hào)取消重來(lái)

Tools工具|Annotate…注釋

All Part：為所有元器件產(chǎn)生標(biāo)號(hào)

Reset Designators：撤除所有元器件標(biāo)號(hào)

2、單面板設(shè)置：

Design設(shè)計(jì)|Rules…規(guī)則|Routing layers

Toplayer設(shè)為NotUsed

Bottomlayer設(shè)為Any

3、自動(dòng)布線前設(shè)定好電源線加粗

Design設(shè)計(jì)|Rules…規(guī)則|Width Constraint

增加：NET,選擇網(wǎng)絡(luò)名VCC GND，線寬設(shè)粗

4、PCB封裝更新，只要在原封裝上右鍵彈出窗口內(nèi)的footprint改為新的封裝號(hào)

5、100mil=2.54mm;1mil=1/1000英寸

6、快捷鍵M，下拉菜單內(nèi)的Dram Track End 拖拉端點(diǎn)====拉PCB內(nèi)連線的一端點(diǎn)處繼續(xù)連線。

7、定位孔的放置

在KeepOutLayer層(禁止布線層)中畫(huà)一個(gè)圓，Place|Arc(圓心弧)center,然后調(diào)整其半徑和位置

8、設(shè)置圖紙參數(shù)

Design|Options|Sheet Options

(1)設(shè)置圖紙尺寸：Standard Sytle選擇

(2)設(shè)定圖紙方向：Orientation選項(xiàng)----Landscape(小平方向)----Portrait(垂直方向)

(3)設(shè)置圖紙標(biāo)題欄(Title BlocK):選擇Standard為標(biāo)準(zhǔn)型，ANSI為美國(guó)國(guó)家協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)型

(4)設(shè)置顯示參考邊框Show Reference Zones

(5)設(shè)置顯示圖紙邊框Show Border

(6)設(shè)置顯示圖紙模板圖形Show Template Graphics

(7)設(shè)置圖紙柵格Grids

鎖定柵格Snap On,可視柵格設(shè)定Visible

(8)設(shè)置自動(dòng)尋找電器節(jié)點(diǎn)

10、元件旋轉(zhuǎn)：

Space鍵：被選中元件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90

在PCB中反轉(zhuǎn)器件(如數(shù)碼管)，選中原正向器件，在拖動(dòng)或選中狀態(tài)下，

X鍵：使元件左右對(duì)調(diào)(水平面);Y鍵：使元件上下對(duì)調(diào)(垂直面)

11、元件屬性：

Lib Ref:元件庫(kù)中的型號(hào)，不允件修改

Footprint:元件的封裝形式

Designator:元件序號(hào)如U1

Part type：元件型號(hào)(如芯片名AT89C52 或電阻阻值10K等等)(在原理圖中是這樣，在PCB中此項(xiàng)換為Comment)

12、生成元件列表(即元器件清單)Reports|Bill of Material

13、原理圖電氣法則測(cè)試(Electrical Rules Check)即ERC

是利用電路設(shè)計(jì)軟件對(duì)用戶設(shè)計(jì)好的電路進(jìn)行測(cè)試，以便能夠檢查出人為的錯(cuò)誤或疏忽。

原理圖繪制窗中Tools工具|ERC…電氣規(guī)則檢查

ERC對(duì)話框各選項(xiàng)定義：

Multiple net names on net:檢測(cè)“同一網(wǎng)絡(luò)命名多個(gè)網(wǎng)絡(luò)名稱”的錯(cuò)誤

Unconnected net labels:“未實(shí)際連接的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)”的警告性檢查

Unconnected power objects:“未實(shí)際連接的電源圖件”的警告性檢查

Duplicate sheet mnmbets:檢測(cè)“電路圖編號(hào)重號(hào)”

Duplicate component designator:“元件編號(hào)重號(hào)”

bus label format errors:“總線標(biāo)號(hào)格式錯(cuò)誤”

Floating input pins:“輸入引腳浮接”

Suppress warnings:“檢測(cè)項(xiàng)將忽略所有的警告性檢測(cè)項(xiàng)，不會(huì)顯示具有警告性錯(cuò)誤的測(cè)試報(bào)告”

Create report file:“執(zhí)行完測(cè)試后程序是否自動(dòng)將測(cè)試結(jié)果存在報(bào)告文件中”

Add error markers:是否會(huì)自動(dòng)在錯(cuò)誤位置放置錯(cuò)誤符號(hào)

Descend into sheet parts:將測(cè)試結(jié)果分解到每個(gè)原理圖中，針對(duì)層次原理圖而言

Sheets to Netlist:選擇所要進(jìn)行測(cè)試的原理圖文件的范圍

Net Identifier Scope:選擇網(wǎng)絡(luò)識(shí)別器的范圍

14、系統(tǒng)原帶庫(kù)Miscellanous Devices.ddb中的DIODE(二級(jí)管)封裝應(yīng)該改，也就把管腳說(shuō)明1(A) 2(K)改為A(A) K(K)這樣畫(huà)PCB導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表才不會(huì)有錯(cuò)誤：Note Not Found

15、PCB布線的原則如下

(1)輸入輸出端用的導(dǎo)線應(yīng)盡量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發(fā)生反饋藕合。

(2)印制攝導(dǎo)線的最小寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基扳間的粘附強(qiáng)度和流過(guò)它們的電流值決定。

當(dāng)銅箔厚度為0.05mm、寬度為1~15mm時(shí).通過(guò)2A的電流，溫度不會(huì)高于3℃，因此導(dǎo)線寬度為1.5mm(60mil)可滿足要求。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，通常選0.02~0.3mm(0.8~12mil)導(dǎo)線寬度。當(dāng)然，只要允許，還是盡可能用寬線.尤其是電源線和地線。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對(duì)于集成電路，尤其是數(shù)字電路，只要工藝允許，可使間距小至5~8mm。

(3)印制導(dǎo)線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則.長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，易發(fā)生銅箔膨脹和脫落現(xiàn)象。必須用大面積銅箔時(shí)，最好用柵格狀.這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

(4)焊盤(pán)：焊盤(pán)中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤(pán)太大易形成虛焊。焊盤(pán)外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對(duì)高密度的數(shù)字電路，焊盤(pán)最小直徑可取(d+1.0)mm。

16、工作層面類型說(shuō)明

⑴、信號(hào)層(Signal Layers),有16個(gè)信號(hào)層，TopLayer BottomLayer MidLayer1-14。

⑵、內(nèi)部電源/接地層(Internal Planes),有4個(gè)電源/接地層Planel1-4。

⑶、機(jī)械層(Mechanical Layers),有四個(gè)機(jī)械層。

⑷、鉆孔位置層(Drill Layers),主要用于繪制鉆孔圖及鉆孔的位置，共包括Drill Guide 和Drill drawing兩層。

⑸、助焊層(Solder Mask),有TopSolderMask和BottomSolderMask兩層，手工上錫。

⑹、錫膏防護(hù)層(Paste Mask)有TopPaste和BottomPaster兩層。

⑺、絲印層(Silkscreen),有TopOverLayer和BottomOverLayer兩層，主要用于繪制元件的外形輪廓。

⑻、其它工作層面(Other)：

KeepOutLayer:禁止布線層，用于繪制印制板外邊界及定位孔等鏤空部分。

MultiLayer:多層

Connect:連接層

DRCError:DRC錯(cuò)誤層

VisibleGrid:可視柵格層

Pad Holes:焊盤(pán)層。

Via Holes:過(guò)孔層。

17、PCB自動(dòng)布線前的設(shè)置

⑴Design|Rules……

⑵Auto Route|Setup……

Lock All Pro-Route:鎖定所有自動(dòng)布線前手工預(yù)布的連線。