普通電感的阻抗及對串擾的影響

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述
普通電感的阻抗及對串擾的影響普通電感的阻抗及對串擾的影響 無論何處,只要存在電流,就會產生電感。由驅動電路提供的電流會產生一個磁場,能量被儲在磁場中。因為任何驅動電路都是一個功率有限的激勵源……
普通電感的阻抗及對串擾的影響

普通電感的阻抗及對串擾的影響



 






無論何處,只要存在電流,就會產生電感。由驅動電路提供的電流會產生一個磁場,能量被儲在磁場中。因為任何驅動電路都是一個功率有限的激勵源,電流總會在有限的時間內建立一個穩定狀態值。很快地建立或很快地衰減的電流阻力,稱為電感。


圖1.10顯示了由30歐的激勵源驅動一個電感而產生的電流和電壓的理想波形。電感的階躍響應的衰減變化是一個時間的函數,在電壓階躍的最初時刻,幾乎沒有電流流過,使得Y(T)II(T)比值非常高。在短時間內。電感起來如同開路。



隨著時間的推移,Y(T)II(T)比值逐漸減小。最後,電壓下降到接近於零,電感這時看起來如同短路一樣,稍後,當環繞電感的磁場完全建立后,電流只受電感的直流電阻限制。比值Y(T)II(T)變得非常低。


圖1.11顯示了一個優化了的測量裝置,用於揭示納亨(NH)級電感的特性。這個裝置適合用來測量接地走線或較短導線的電感。



例:一個小的接地電感的測量


本例中的被測設備(DUT)是一條的電路走線(見圖1.11),長度為1IN,採用環氧樹脂FR-4印刷電路板,1.5OZ的覆銅。該走線布在一個完整地平面的上方,標稱間隔為0.008IN線寬是0.010IN。走線的遠端通過一個0.035IN直徑的過孔短接到地。當開路時,這個結構對地的寄生電容為2PF,當遠端短接到地時,則減半,計算得到的電感大約是9NH。


我們打算使用一個800PS的上升時間來揭示這個電路的特性。首先確定一下我們所希望看到的:在該頻率上寄生電容的阻抗遠遠大於電感的阻抗。



在我們的測量中出現的容抗值比預期的感抗值大8倍。電容的這一影響將會把L/R觀測值提高12%。


測量裝置由兩個RG-174同軸電纜組成,分別用於輸入和輸出。輸入電纜通過總和為49歐的電阻接地,其中包括驅動DUT抽頭的10歐電阻。在這個測試夾具中,信號源沒有像電容測試夾具中那樣與DUT很好地隔離。在不同的DUT負載條件下,從信號源看到的端接阻抗在39歐到49歐之間變化。因為我們預料到DUT的不匹配會產生反射,所以不要忘記脈衝發生器的反向端接。


調整信號發生器,使之沒有直流偏置。任何時候電感都會短路所有的直流偏置。


把信號源關掉,但50歐的反向端接仍然保持連接,在DUT端測量得到源端阻抗是7.6歐。這是信號源的50歐+39歐阻抗,抽頭的10歐電阻以及探頭號的50歐阻抗總的並聯結果。


我們已經為DUT安排了一個低的源端阻抗,以放大L/R的衰減時間。如果用一個500歐戴維南等效源端電阻的測試夾具,預期的L/R時間將只有0.018NS。採用7.6歐的源端阻抗,預期L/R衰減常數為1.2NS。


在這個實驗中,輸出電纜直接把DUT連接到一個示波器的輸入端,示波器的輸入法端內部採用50歐端接。輸入和輸出電纜都是3FT長。


當驅動為2.4V階躍輸入時,圖1.12顯示了這個7.6歐裝置的開路響應。示波器自動計算出的10~90%上升時間為788PS。階躍幅度是417MV。探頭的設置是1:1,因此DUT上的電壓實際是417MV。



圖1.13顯示的是這個7.6歐測量裝置的戴維南等效電路。



在DUT連接的情況下,觀察到的電壓波形顯示為電感特性,電壓隨著輸入信號很快上升,然後衰減到零。對於該裝置,在整個可觀察的時間範圍上,從800PS到7NS,DUT都是感性的。指數衰減時間是1.36NS,其測試是通過對兩個游標游標在電壓上仔細定位,使其電壓之比為乘數因子E。



採用關係式L=RT,從測量到的衰減常數,我們可以計算出DUT的電感:



我們可以用上升時間和頻率之間的關係推導出一個粗略的辦法:用電感與數字波形的前沿表示電抗。在考慮由於寄生串聯電感引起的不良接地中導致的地信號反彈時,這種近似方法非常有用。


XL=πL/TR


例1.2的電感是一條1IN長的走線。對於3NS的上升沿,電抗為9.4歐。如果這個走線用來將一個50歐端接器接地,上升沿為3US時,總的端接值偏差20%。


如果這個走線用來將一排8個50歐端接地器接地,8個端接器的並聯阻抗(50/8=6歐)實際上小於該走線的阻抗。如果所有的8個端接線路同時跳變,端接排將無法正常工作。


在任何時刻,電感上的電壓與流過電感的電流的上升時間的關係總是依然下列通用公式:



後面當我們計算電路之間的電感引起的串擾時,將採用式


關於短接電路能不能工作,可以對比兩種把數字線路短接到地的普通方式:一個刀片和尖嘴鉗的兩個尖嘴。


在調試過程中,經常需要把一個信號短接到地來驗證一個電路正常(或不正常)。如果這個短接工具電感太大,窄脈衝將會從未短路的地方溜過。時鐘線和非同步中斷線尤其容易受到這個窄脈衝問題的影響。


當用一個刀片短路兩個相距0.3IN的電路節點時,其電感在幾個納亨的量級上。對於一個1NS的上升沿,刀片阻抗的大小約為6歐,見式。


當用一把尖嘴鉗的一個尖嘴傳送上去,其電感在10~20NH的量級上。信號從尖嘴鉗的一個尖嘴傳送上去,經過接合處,從另一個尖嘴上傳送下來,其導致的電感要大於刀片的電感,對於同樣的1NS的上升沿,尖嘴鉗的阻抗至少有30歐,對於把一個短的TTL脈衝短路到地,30歐無論如何都不夠低。




 




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