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假設您花費 25 美元或更多錢購買了一個精密運算放大器或數據轉換器，插入電路板后，您卻發現，器件與其技術規格不符。可能是電路受漂移影響，頻率響應不佳，發生振蕩，或者根本無法實現您期望的精度。不過，先不要抱怨器件本身，而應當先檢查您的無源元件，包括電容、電阻、電位器，當然還有印刷電路板本身。容差、溫度、寄生效應、老化以及用戶組裝過程的微妙影響，可能會在不經意間搞垮您的電路。而且，制造商常常對所有這些影響不加說明或語焉不詳。一般而言，如果使用 12 位或更高分辨率的數據轉換器，或者價格在5美元以上的運算放大器，則無源元件的選擇尤其應當慎重。為了更好地說明這一問題，請考慮一個 12 位數模轉換器(DAC)。半個LSB（最低有效位）對應于滿量程的 0.012%，或百萬分之 122 (ppm)！在各種無源元件的影響下，誤差可能會快速累積，從而遠遠超過 122。 購買昂貴的無源元件并不一定能解決問題。很多情況下，如果選擇得當，則利用 25 美分電容所實現的設計，可能比利用 8 美元的電容的設計性能更好、性價比更高。了解和分析無源元件的影響雖然并非易事，不過卻是非常值得的；下面將介紹一些基本知識。 電容 大多數設計人員一般都很熟悉現有的各種電容。但是，電容種類繁多，包括玻璃電容、鋁箔電容、固態鉭和鉭箔電容、銀云母電容、陶瓷電容、特氟龍電容，以及聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚丙烯類型的薄膜電容等，因此精密電路設計中發生靜態和動態誤差的機制很容易被忘記。 圖 1 顯示了一個非理想電容的等效模型。電阻 Rp 代表絕緣電阻或泄漏，與標稱電容 C 并聯。第二個電阻 Rs（等效串聯電阻或ESR）與該電容串聯，代表引腳和電容器極板的電阻*。電感L（等效串聯電感或 ESL）代表引腳和電容板的電感。最后，電阻Rda 和電容 Cda 一起構成電介質吸收現象的簡化模型。無論是快速電路還是慢速電路，電介質吸收現象均可能會破壞其動態性能。 圖 1. 電容等效電路 電介質吸收 我們首先討論電介質吸收，也稱為“浸潤”，有時也稱為“電介質遲滯”，這可能是我們了解最少而潛在破壞性最高的一種電容效應。放電時，多數電容都不愿意放棄之前所擁有的全部電荷。圖2 顯示了這一效應。電容在時間 t 0 充電至 V 伏后，開關在時間 t1將電容短路。在時間 t 2，電容開路；殘余電壓在其引腳上緩慢積累，達到近乎恒定的值。此電壓就是由“電介質吸收”引起的。 圖 2. 殘余電壓反映電容的電介質吸收現象 界定或測量電介質吸收的標準技術極為稀少。測量結果通常用電容上重復出現的原始充電電壓的百分比表示。典型方法是：讓電容充電 1 分鐘以上，然后短路 1 至 10 秒的建立時間，最后讓電容恢復約 1 分鐘時間，再測量殘余電壓。 實際操作中，電介質吸收有多種表現形式，例如：積分器拒絕復位至 0，電壓頻率轉換器表現出異常非線性，采樣保持器表現出變化不定的誤差。最后一種表現形式對于數據采集系統特別不利，因為相鄰通道的電壓差可能達到幾乎滿量程。圖 3 顯示了一個簡單采樣保持器所發生的情況。 圖 3. 電介質吸收在采樣保持應用中引起誤差 電介質吸收是電介質材料本身的特性，但低劣的制造工藝或電極材料也會影響此特性。電介質吸收特性用充電電壓的百分比表示，對于特氟龍、聚苯乙烯和聚丙烯電容，該值低至 0.02%；對于一些鋁電解電容，該值則高達 10% 或更大。在一定時間期限內，聚苯乙烯電容的電介質吸收率可以低至 0.002%。 一般陶瓷和聚碳酸酯電容的典型電介質吸收率為 0.2%，這相當于8 位分辨率時的半個 LSB！銀云母、玻璃和鉭電容的電介質吸收率通常較大，介于 1.0% 至 5.0% 之間；聚酯電容的電介質吸收率為 0.5% 左右。一般而言，如果電容技術規格表沒有說明所需時間期限和電壓范圍內的電介質吸收率，則應格外謹慎。 電介質吸收可以在快速建立電路的瞬態響應中產生長尾現象，例如高通有源濾波器或交流放大器。在此類應用所用的一些器件中，圖 1 的 Rda-Cda 電介質吸收模型可能具有數毫秒的時間常數*。在快充快放應用中，電介質吸收與“模擬存儲器”相似，電容試圖記住以前的電壓。 一些設計中，如果電介質吸收效應比較簡單，易于確定，并且您愿意做一些微調，則可以對其進行補償。例如在積分器中，可以通過合適的補償網絡反饋輸出信號，通過并聯一個負阻抗來抵消電介質吸收等效電路。已經證明，這種補償方法可以將采樣保持電路的性能提高 10 倍或更多。 寄生效應和損耗因數 圖1中，電容的泄漏電阻 Rp、有效串聯電阻 Rs 和有效串聯電感 L是寄生元件，可能會降低外部電路的性能。一般將這些元件的效應合并考慮，定義為損耗因素或 DF。 電容的泄漏是指施加電壓時流過電介質的微小電流。雖然模型中表現為與電容并聯的簡單絕緣電阻 (Rp)，但實際上泄漏與電壓并非線性關系。制造商常常將泄漏規定為 MΩ-μF 積，用來描述電介質的自放電時間常數，單位為秒。其范圍介于 1 秒或更短與數百秒之間，前者如鋁和鉭電容，后者如陶瓷電容。玻璃電容的自放電時間常數為 1,000 或更大；特氟龍和薄膜電容（聚苯乙烯、聚丙烯）的泄漏性能最佳，時間常數超過 1,000,000 MΩ-μF。對于這種器件，器件外殼的表面污染或相關配線、物理裝配會產生泄漏路徑，其影響遠遠超過電介質泄漏。 有效串聯電感 ESL（圖 1）產生自電容引腳和電容板的電感，它能將一般的容抗變成感抗，尤其是在較高頻率時；其幅值取決于電容內部的具體構造。管式箔卷電容的引腳電感顯著大于模制輻射式引腳配置的引腳電感。多層陶瓷和薄膜電容的串聯阻抗通常最低，而鋁電解電容的串聯阻抗通常最高。因此，電解電容一般不適合高頻旁路應用。 電容制造商常常通過阻抗與頻率的關系圖來說明有效串聯電感。不出意料的話，這些圖會顯示：在低頻時，器件主要表現出容性電抗；頻率較高時，由于串聯電感的存在，阻抗會升高。 有效串聯電阻 ESR（圖 1 的電阻 Rs）由引腳和電容板的電阻組成。如上文所述，許多制造商將 ESR、ESL 和泄漏的影響合并為一個參數，稱為“損耗因數”或 DF。損耗因數衡量電容的基本無效性。制造商將它定義為每個周期電容所損失的能量與所存儲的能量之比。特定頻率的等效串聯電阻與總容性電抗之比近似于損耗因數，而前者等于品質因數 Q 的倒數。 損耗因數常常隨著溫度和頻率而改變。采用云母和玻璃電介質的電容，其 DF 值一般在 0.03% 至 1.0% 之間。室溫時，陶瓷電容的 DF 范圍是 0.1% 至 2.5%。電解電容的 DF 值通常會超出上述范圍。薄膜電容通常是最佳的，其 DF 值小于 0.1%。 容差、溫度和其它影響 一般而言，精密電容比較昂貴，甚至不易購買。事實上，電容選擇會受到可獲取性和容差的范圍限制。一些陶瓷電容和多數薄膜型電容通常具有±1% 的容差，但其交貨時間可能令人無法接受。大多數薄膜電容都可以提供±1% 以下的容差，但必須特別訂購。 大多數電容都對溫度變化敏感。損耗因數、電介質吸收和電容值本身都與溫度有關。對于一些電容，這些參數與溫度的關系近似線性；而對于另一些電容，這些參數隨溫度的變化極不規則。過大的溫度系數 (ppm/°C) 對于采樣保持應用一般不會有很大影響，但可能會損害精密積分器、電壓頻率轉換器和振蕩器的性能。NPO 陶瓷電容的溫度漂移低至 30 ppm/°C，一般是最佳選擇。鋁電解電容的溫度系數則可能超過 10,000 ppm/°C。 還應當考慮電容的最大工作溫度。例如，聚苯乙烯電容在接近85°C 時就會熔化，而特氟龍電容則能承受 200°C 的高溫。 電容和電介質吸收對所施加電壓的敏感度也可能會損害電路應用中的電容性能。電容制造商可能并未清楚地給出電壓系數，但用戶始終應當考慮這些因素的可能影響。例如，當施加最大電壓時，一些高密度陶瓷電容的電容值可能會下降 50% 或更多！ 此外，許多類型電容的電容值和損耗因數會因頻率不同而發生較大變化，主要原因是電介質常數發生變化。就此而言，聚苯乙烯、聚丙烯和特氟龍電介質較佳。 關鍵元件最后裝配 設計過程結束并不意味著設計人員就可以高枕無憂。常用的印刷電路板裝配技術可能會使最好的設計毀于一旦。例如，一些常用的印刷電路板清潔劑可能會滲入某些電解電容中，尤其是采用橡膠端蓋的電解電容。更糟糕的是，一些薄膜電容，特別是聚苯乙烯型，接觸某些溶劑時會發生溶解。野蠻地對待引腳也可能會損害電容，造成隨機的或間歇性電路問題。蝕箔型電容極易受損，應當特別注意。為了避免這些問題，建議將最為重要的元件安排在電路板裝配過程的最后一步安裝。 設計人員還應當考慮電容的自然失效機制。例如，金屬薄膜電容經常發生“自愈”現象。這些電容最初是由于電介質薄膜中的細小穿孔所產生的導電電橋而失效。但是，由此造成的故障電流可能會產生足夠的熱量而破壞電橋，使電容恢復正常工作（電容值變得稍低）。當然，高阻抗電路應用可能無法產生足以破壞電橋的電流。 鉭電容也會表現出一定程度的“自愈”現象，但與薄膜電容不同的是，前者取決于故障處緩慢上升的溫度。因此，鉭電容在高阻抗電路中的自愈效果最佳，因為它會限制流過電容缺陷的電流浪涌。因此，高電流應用選擇鉭電容時要格外小心。電解電容的壽命常常取決于電解液從端蓋滲出的滲透率。環氧樹脂密封的性能優于橡膠密封，但在嚴重的反向電壓或過壓情況下，環氧樹脂密封電容可能會爆炸。 電阻和電位計 設計人員可以選擇各種各樣的電阻，包括碳素電阻、碳膜電阻、體金屬電阻、金屬膜電阻、感性和非感性繞線電阻。電阻也是高性能電路的潛在誤差源，不過它可能是最基本且問題最少的元件，因此常被忽略。如果選擇不當，電阻可能會產生遠超過 122ppm (1/2 LSB) 的誤差，從而破壞12位設計的精度。您上一次認真閱讀一份電阻數據手冊是什么時候？如果您仔細閱讀數據手冊，相信您會大吃一驚：原來可以了解到如此有用的信息！ 考慮圖4所示電路，它將 0-100 mV 輸入信號放大 100 倍，以供輸入范圍為 0-10 V 的 12 位 ADC 轉換。增益設置電阻可以是初始容差低至±0.001% (10 ppm) 的精密體金屬膜電阻。或者，也可以通過校準或選擇來校正電阻的初始容差。這樣，根據校準儀器的精度限制，可以將電路的初始增益精度設置為所需的任意容差。 圖 4. 溫度變化可能會降低放大器精度 但是，溫度變化可以通過多種方式限制圖 4 所示放大器的精度。電阻的絕對溫度系數只要符合預期，則無關緊要。即使如此，溫度系數約為 1,500 ppm/°C 的碳素電阻也將不適合應用。即使能將溫度系數匹配到很難實現的 1%，仍然會有 15 ppm/°C 的差距，這是不可接受的，因為小到 8°C 的溫度波動就會產生 1/2 LSB 或120 ppm 誤差。 制造商確實能夠提供絕對溫度系數在±1 至±100 ppm/°C 范圍內的金屬膜電阻和體金屬電阻，但應注意，不同電阻的溫度系數可能相差甚大，特別是不同批次的電阻。為解決這一問題，一些制造商提供匹配電阻對，但價格昂貴，一對電阻的溫度系數差值在2 至 10 ppm/°C 范圍內。低成本的薄膜電阻網絡是不錯的選擇，使用廣泛。 遺憾的是，即使采用匹配電阻對也不能完全解決溫度引起的電阻誤差問題。圖 5a 顯示了自熱效應引起的誤差。電阻具有相同的溫度系數，但在該電路中的功耗大不相同。對于 1/4 W 電阻，假設熱阻（依據數據手冊）為 125°C/W，則電阻 R1 溫度升高0.0125°C，電阻 R2 溫度則升高 1.24°C。當溫度系數為 50 ppm/°C時，誤差為 62 ppm (0.006%)。 更糟糕的是，自熱效應會產生非線性誤差。在圖5a所示例子中，當輸入電壓減半時，所得誤差只有15 ppm。圖5b顯示了圖5a電路的非線性傳遞函數。這個例子絕不是最差情況；電阻如果更小，結果會更差，因為其熱阻更高。 圖 5. 電阻自熱導致非線性放大器響應：(a) 溫度引起的非線性分析；(b) 非線性傳遞函數（比例有所夸大） 對于高功耗器件，使用較高功率的電阻可以降低電阻自熱效應。或者，也可以使用薄膜或厚膜電阻網絡，通過將熱量均勻地散布于給定封裝中的所有電阻來降低自熱效應。 導線或印刷電路板互連的電阻的溫度系數也是一個誤差源，可能會增加電路的誤差，但這點常被忽略。印刷電路板和導線互連所用的金屬（例如銅）具有高達 3,900 ppm/°C 的溫度系數。例如，一個精密 10 Ω、10 ppm/°C 繞線電阻加上 0.1 Ω 的互連電阻，將會變成一個溫度系數為 45 ppm/°C 的電阻。互連的溫度系數對于精密混合電路設計具有重大影響，薄膜電阻的互連是不容忽視的。 最后需要考慮的是一種稱為“溫度回掃”的現象，主要適用于環境溫度變化較大的設計。它是指具有恒定內部損耗的電阻經歷一定數量的環境溫度高低變化循環之后，其電阻值所發生的變化。溫度回掃可能會超過 10 ppm，甚至一些較佳的金屬膜電阻也是如此。 總而言之，為使電阻電路的溫度相關誤差最小，應當考慮下列措施（及其成本）： ·電阻溫度系數應嚴格匹配。 ·使用絕對溫度系數較低的電阻。 ·使用熱阻較低的電阻（較高的額定功率、較大的外殼）。 ·緊密熱耦合匹配電阻（使用標準電阻網絡或單一封裝中的 多個電阻）。 ·對于大比值，考慮使用步進式衰減器。 電阻寄生效應 電阻可能會表現出相當高的寄生電感或電容，特別是在高頻時。制造商常常根據一個或多個頻率時阻抗幅值和直流電阻的差值與電阻的比值，將這些寄生效應規定為電抗誤差，用百分比或 ppm表示。 繞線電阻尤其容易發生寄生效應。雖然電阻制造商提供正常或非感性纏繞形式的繞線電阻，但非感性繞線電阻同樣會令設計人員頭痛。當 R 值低于 10,000 Ω 時，這些電阻仍然顯現出細微的電感（約為 20 μH）。超過10,000 Ω 的非感性繞線電阻則具有大約 5pF 的分流電容。 這些寄生效應可能會嚴重破壞動態電路應用，特別是當應用同時使用高于和低于 10,000 Ω 的電阻時，此時出現峰值甚至振蕩并不少見。這些效應在低 kHz 范圍內的頻率時表現明顯。 即使在低頻電路應用中，繞線電阻的寄生效應也會導致問題。指數式建立至 1 ppm 需要 20 個時間常數甚至更長時間。與繞線電阻相關的寄生效應可能會大幅延長建立時間，使之遠遠超過時間常數的長度。 過高的寄生電抗在非繞線電阻中也是屢見不鮮。例如，一些金屬膜電阻具有明顯的引腳間電容，在高頻時就會表現出來。碳素電阻在高頻時表現最佳。 熱電效應 任何兩種不同金屬之間的結面都會產生熱 EMF。許多情況下，它是精密電路設計中的主要誤差源。例如在繞線電阻中，當接上引腳時（典型引腳材料為 180 合金，由 77% 的銅和 23% 的鋁組成），電阻導線可以產生 42 mv/°C 的熱 EMF。如果電阻的兩個引腳溫度相同，則EMF相互抵消，凈誤差為零。然而，如果垂直安裝電阻，則由于氣流流過長引腳，并且其熱容量較低，因此電阻的頂部與底部之間可能會存在溫度梯度。 1°C 的溫差也能產生 42 mV 的誤差電壓，大于典型精密運算放大器的 25 mV 失調電壓！水平安裝電阻（圖 6）可以解決這一問題。此外，一些電阻制造商提供特別定制的鍍錫銅引腳，它可將熱 EMF 降至 2.5 mV/°C。 圖 6. 熱梯度造成明顯的熱電誤差 一般而言，設計人員應避免關鍵電路板上及其附近出現溫度梯度。這常常意味著，應當對功耗較大的器件實施熱隔離。大溫度梯度所產生的熱湍流也可能會造成類似動態噪聲的低頻誤差。 電壓、失效和老化 所施加電壓的變化也會嚴重影響電阻。沉積氧化物高值電阻對此尤其敏感，其電壓系數為 1 ppm/V 至 200 ppm/V 以上。這是高壓分壓器等精密應用中需要關注的另一個因素。 如果不認真對待，電阻的失效機制也會造成電路失效。碳素電阻失效時變成開路，這是一種安全失效機制。因此，在一些應用中，這些元件可以起到熔斷器的作用。用碳膜電阻代替碳素電阻可能會帶來麻煩，因為碳膜電阻失效時變為短路。（金屬膜電阻失效時通常變為開路。） 隨著時間流逝，所有電阻的值都會發生細微變化。制造商用電阻值的變化（ppm/年）來表示長期穩定性。對于金屬膜電阻，50 或75 ppm/年的值并非罕見。在關鍵應用中，應當將金屬膜電阻在額定功率老化至少一周時間。老化期間，電阻值可能偏移高達 100或 200 ppm。金屬膜電阻可能需要工作 4,000 至 5,000 小時后，才能完全穩定下來，特別是未經老化時。 電阻過量噪聲 大多數設計人員對電阻的熱噪聲或約翰遜噪聲有一定的了解，但對另一種稱為“過量噪聲”的噪聲現象則知之甚少。在精密運算放大器和轉換器電路中，這種噪聲十分棘手。僅當電流流過電阻時，過量噪聲才變得明顯。 簡單地說，熱噪聲源于電阻中的電荷載子受熱而發生的隨機振動。雖然這些振動所產生的平均電流為零，但瞬間電荷運動會導致電阻引腳上出現瞬間電壓。 過量噪聲則主要發生于直流電流在不連續的介質中流動時，例如碳素電阻。電流不均勻地流過壓縮碳顆粒，產生微觀顆粒間“電弧”現象。該現象除引起熱噪聲外，還會引起 1/f 噪聲。換言之，過量噪聲電壓與頻率平方根的倒數成比例。 過量噪聲常常會令不夠謹慎的設計人員大吃一驚。電阻熱噪聲和運算放大器噪聲設置典型運算放大器電路的本底噪聲。只有當電壓出現在輸入電阻上并引起電流流動時，過量噪聲才變得明顯，并常常成為主導因素。一般而言，碳素電阻所產生的過量噪聲最大。導電介質越均勻，則過量噪聲越不明顯。碳膜電阻優于碳素電阻，金屬膜電阻又優于碳膜電阻。 制造商用噪聲指數來表示過量噪聲，即電阻上每伏直流壓降、每10 倍頻率，電阻的均方根噪聲的微伏數。噪聲指數可以達到 10dB（每 10 倍帶寬每直流伏特 3 微伏）或更高。過量噪聲在低頻時最為顯著。超過 100 kHz 時，熱噪聲占主導地位。 電位計 影響固定電阻的大多數現象也會影響電位計。此外，用戶還應警惕這些元件獨有的一些風險。 例如，許多電位計未采取密封措施，板清洗劑甚至過高濕度可能會嚴重損壞電位計。振動（或者僅僅長時間使用）可能會損壞阻性元件和游標端子。接觸噪聲、溫度系數、寄生效應和可調范圍限制都可能會妨礙電路正常工作。此外，繞線電阻的分辨率限制以及陶瓷、塑料電阻分辨率的隱性限制（遲滯、材料溫度系數不相容、松弛等），使得精確設置的獲得和保持只能是一個“無限接近”的過程。因此，應當格外謹慎并細心調整。 印刷電路板 在所有精密電路設計中，印刷電路板是“看不見的器件”。設計人員很少把印刷電路板的電氣特性看作額外電路元件，因此電路的最終性能往往比預期要糟糕。 對精密電路性能不利的印刷電路板效應包括：泄漏電阻、接地箔片的壓降、雜散電容、電介質吸收和相關的“鉤子”（電路階躍響應波形的突出特點）。此外，印刷電路板還有吸收大氣水分的傾向（“吸濕性”），這意味著：濕度變化常常會導致一些寄生效應的影響發生變化。 印刷電路板效應一般可以分為兩類：一類主要影響電路的靜態或直流操作，另一類則主要影響電路的動態或交流操作。 靜態印刷電路板效應 泄漏電阻是最主要的靜態電路板效應。電路板的表面污染，例如焊劑殘留物、積鹽及其它殘渣，可以在電路節點之間建立泄漏路徑。即使在妥善清潔的電路板上，也不難發現 15 V 供電軌至鄰近節點存在 10 nA 或更大的泄漏電流。*幾納安的泄漏電流進入錯誤節點時，常常會在電路輸出端引起數以伏計的誤差。例如，10 nA電流進入 10 MΩ 電阻可引起 0.1 V 的誤差。 若要確定節點是否對泄漏電流的影響敏感，只需問一個問題：如果將數納安或更大的雜散電流注入此節點，是否有問題？ 如果電路已經構建完成，可以通過一項經典測試確定有問題節點的濕度敏感度。其方法是：一邊觀察電路工作，一邊通過一根吸管向可能的問題點吹氣。吸管將呼吸的水分集中起來，當水分與電路板的易受影響部分中的鹽分接觸時，電路工作就會中斷。 消除簡單表面泄漏問題的方法有多種。徹底清洗電路板以消除殘渣將大有裨益。簡單的程序包括：先用異丙醇用力刷洗電路板，然后用去離子水徹底清洗，最后在 85°C 下烘烤數小時。不過，應謹慎選擇電路板清洗劑。如果用基于氟利昂的溶劑清洗，一些水溶性焊劑會產生鹽沉積物，使泄漏問題進一步惡化。 遺憾的是，如果電路對泄漏敏感，則最嚴格的清潔也只能是權宜之計。經過搬運并接觸污穢大氣、高濕度環境之后，問題很快又會重新出現。“防護”則能相當可靠并一勞永逸地解決表面泄漏問題。妥善設置的防護措施甚至可以消除暴露在惡劣工業環境中的電路的泄漏問題。 防護原理很簡單：在敏感節點周圍布設導體，以便隨時吸收雜散電流，并且使這些導體的電位始終與敏感節點相等。防護電位必須接近敏感節點的電位，否則防護將提供源電流，而不是吸電流。例如，假設泄漏電阻為 1000 MΩ，為使流入節點的泄漏電流低于 1 pA，防護與節點之間的電位差必須在 1.0 mV 以內。 圖 7a 和 7b 說明了適用于典型反相和同相運算放大器應用的防護原理。圖 7c 顯示了防護的實際電路板布局。請注意，為實現最好的效果，電路板兩側均應出現防護圖案。最好是從布局過程一開始，在規劃新電路板圖案時就考慮防護。如果考慮得較晚，留給防護的空間往往會不足，甚至根本沒有。 * 遺憾的是，標準運算放大器引腳排列將-15V電源引腳緊靠+輸入，以期處于高阻抗。 圖7. 適當的電路防護措施可以同時解決靜態和動態 PC 板誤差。(a)：反相應用中使用防護；(b)：同相應用中使用局部防護，電壓緩沖有助于防護電路；(c)：運算放大器的印刷電路板防護圖案 動態印刷電路板效應 靜態印刷電路板效應會隨著濕度或板污染的變化而發生或消失，但主要影響電路動態性能的問題則通常相對穩定。這些問題無法通過清洗或其它簡單辦法予以解決，必須采用新設計。因此，動態效應可能會永久損害設計的性能規格。 大多數電路設計人員都相當清楚與引腳和元件放置有關的雜散電容問題。正確的布局可以永久解決引腳放置問題，其余的困難可以通過培訓裝配人員，使之以最佳方式定位元件或折彎引腳來解決。 電介質吸收則麻煩得多，并且設計人員對這種電路板現象知之甚少。像電容的電介質吸收一樣，印刷電路板的電介質吸收也可以用連接兩個緊密相鄰節點的串聯電阻和電容來模擬（圖 8）。其效應與間距成反比，與長度成正比。該模型的有效電容范圍是 0.1至 2.0 pF，電阻范圍是 50 至 500 MΩ。0.5 pF 和 100 MΩ 的值最常見。因此，電路板電介質吸收與高阻抗電路的關系最活躍。 圖 8. 電介質吸收破壞印刷電路的動態響應 電介質吸收主要影響動態電路響應，例如建立時間。與電路泄漏不同，這種效應通常不與濕度或其它環境條件聯系在一起，而是取決于電路板的電介質屬性。在板中產生通孔所涉及到的化學反應似乎會加重這一問題。如果您的電路不能達到預期的瞬態響應規格，則應將電路板電介質吸收考慮為可能的原因之一。 幸運的是，我們有辦法來解決這一問題。像對待電容電介質吸收一樣，可以使用外部元件來補償該效應。更重要的是，將敏感節點完全隔離的表面防護措施常常可以徹底消除這一問題（板兩側上必須具有同樣的防護措施）。 電路板“鉤子”與電介質吸收即便不完全相同，也很相似，表現為有效電路板電容隨著頻率而變化。一般而言，它會影響電路板電容占總電路電容相當一部分的高阻抗電路的瞬態響應。工作頻率低于 10 kHz 的電路最易受影響。像電路板電介質吸收一樣，板的化學組成對這種效應影響極大。 不要放過蛛絲馬跡 記住，如果基于精密運算放大器或數據轉換器的設計與性能規格不符，請勿放過任何可能找到誤差源的蛛絲馬跡。既要分析有源元件，也要分析無源元件。盡力找出并檢驗所有假設或先入為主的觀念，以免受到蒙蔽而無視真實情況。對任何事情都不應掉以輕心。 例如，當電纜導體因未系緊而在周圍的電介質內活動時，可能會產生并積累大量靜電荷，導致誤差，尤其是與高阻抗電路相連時。替代方案是采用剛性電纜或低噪聲特氟龍絕緣電纜，但價格高昂。 隨著運算放大器越來越精密，數據轉換器的分辨率越來越高，而且系統設計人員要求的速度和精度越來越高，詳細了解本文所述的誤差源變得越來越重要。 |
