单板电路设计经验分享（1）--电源滤波

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在单板设计中有一些常用的经验，今天来跟大家分享一下。

首先聊聊电源、插座和上下拉电阻。为什么呢？

首先，电源是单板设计中首先要考虑的，电路能不能工作，工作稳定性如何？这些的先决条件就是要有一个输出稳定、纹波较小的电源。只有电源滤波部分做好了，才能够让整个电路稳定工作。

其次，单板设计中电源插座也是一个必须考虑的问题，因为单板电路中电源的拔插，尤其是热插拔（我们经常会看到有这样的说法，RS232串口不支持热插拔，USB接口支持热插拔，那么热插拔是什么意思呢？其实热插拔的通俗说法就是带电插拔）是一种经常性的行为，所以必须要考虑选择一个好的插座来防止电流及电压的瞬间冲击。

第三，常见的单板电路中，上拉电阻和下拉电阻是经常碰到的，尤其是在为了提高灌电流能力以及电平匹配的场合，上下拉电阻是优选项。

我们今天就重点说一下这三种设计。

一、电源滤波

先来说说电源滤波的设计，电源滤波设计中主要考虑两种滤波设计，分别是：输入侧电源的滤波和IC的电源去耦。

1、输入侧电源的滤波

对于单板的电源输入侧，出于上电特性及热插拔的需要，需要加一个π型滤波电路。

Π型滤波电路的基本电路形式如下图所示。

我们来分析一下这个电路的原理。电路中，C1作为输入侧的输入电容，L是输入电感，C2是π型滤波电路的输出侧电容；其工作原理为：C1的主要目的是为了限制上电瞬间的电压上升时速度，同时也起到滤除输入侧电路由电源引起的纹波，因此，C1一般是由直流电容和交流电容组成的并联电容组，其中直流电容的作用是去除电的纹波，而交流电容的主要作用是去耦。

那么，如何选择这些器件的参数呢？一般来说，输入侧电容选用钽电容，去耦电容的容量一般选择0.01微法~1微法之间，至于元件的封装形式，直插式或贴片时均可，从生产工艺的角度来说的话，贴片式的更好一些。推荐直流电容的参数为直流电容选取10微法左右的，交流电容选取0.1微法左右的。

我们再来看看电感的作用，电感在本电路中的作用是为了抑制电流的变化率，从电感的特性来分析的话，电感越大，抑制效果越好，但是电感太大时，电路的上电特性会受到很大影响，尤其是上电或下电时，电感两端会产生反电势，这样会对后面的负载产生影响，所以参数不能选的过大，一般推荐值为10微亨。

而输出侧的电容不仅要完成去耦及滤除纹波的作用，还必须维持滤波后的

反电势的影响，兼顾考虑板内负载大小及板内其它去耦电容的数量，所以这里推荐输出侧电容的参数为：直流电容10微法，交流电容0.01微法。

2、IC的电源去耦

电路中的IC为什么要加去耦电容呢？

通过上面的电源滤波电路，经过π型滤波电路的瞬态电压特性已经有了比较大的改善，但是，由于单板上的负载以及非线性器件的影响，电源中的纹波不能能完全被消除，并且分布特性对于电源特定的影响较大，因此，在IC器件端应该添加去耦电容的设计，以改善板内IC侧的电源特性。

器件参数的选择与电源滤波电容的参数选择相同，推荐的参数为：直流电容10微法，交流电容0.01微法。