PCB走線串?dāng)_引起的功耗問題？

我司有一款低功耗產(chǎn)品，要求關(guān)機(jī)時(shí)部分電路維持正常工作，因?yàn)殡姵厝萘坑邢?，且電池不能充電，所以要求功耗非常低，低?uA以下。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，在某種特殊場(chǎng)景下電池功耗異常，電流值忽高忽低，萬用表電流值沖到了10uA。

雖然萬用表上看到的瞬時(shí)值并不準(zhǔn)確，但是可以肯定有瞬時(shí)電流存在，功耗異常影響了整機(jī)壽命。經(jīng)過分析電路原理，發(fā)現(xiàn)兩條信號(hào)線并排走了很長(zhǎng)距離，并行長(zhǎng)度可以用單位“米”來形容了，如下密密麻麻，縱橫交錯(cuò)，當(dāng)然這是特殊產(chǎn)品特殊走線方法，一般產(chǎn)品不會(huì)這么設(shè)計(jì)。

此款產(chǎn)品的這兩個(gè)信號(hào)線并不相連，只是并行走線，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是管腳輸出，輸出數(shù)據(jù)頻率很慢，1Hz左右，另外一個(gè)管腳是輸入管腳，輸入管腳有一個(gè)10MR下拉電阻。使用示波器測(cè)量網(wǎng)絡(luò)波形，如下，黃色是管腳輸出信號(hào)，藍(lán)色是另外一個(gè)管腳的輸入信號(hào)。

如下圖所示，黃色輸出信號(hào)出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，另外一個(gè)管腳出現(xiàn)正尖峰，峰值已經(jīng)相當(dāng)高了，將近1V。黃色輸出信號(hào)出現(xiàn)下降沿的時(shí)候，另外一個(gè)管腳也出現(xiàn)一個(gè)負(fù)尖峰，峰值也比較高。這是由于走線之間的串?dāng)_引起的，并行距離太長(zhǎng)，等效電容太大所致。下面會(huì)詳細(xì)講解原因。

注意：因?yàn)橄吕娮韬艽?，使用示波器測(cè)量時(shí)，示波器的內(nèi)阻會(huì)影響電路參數(shù)，測(cè)量波形和實(shí)際有差距，但是不妨礙我們進(jìn)行電路原理分析。

放大看一下上升沿，如下圖，當(dāng)輸出管腳輸出上升沿時(shí)，黃色輸出信號(hào)有輕微跌落，藍(lán)色輸入信號(hào)迅速拉升，然后緩慢下降至正常電平。

在放大看一下輸出管腳下降沿，如下圖，當(dāng)輸出下降沿時(shí)，黃色波形幾乎沒有什么異常，但是藍(lán)色輸入管腳有下沖，下沖很陡，然后緩慢恢復(fù)到正常電平。

原理分析：兩條走線并行距離太大，導(dǎo)致兩條走線之間的電容很“可觀”，如下圖為簡(jiǎn)化了的等效電路，C1為等效電容，R1是等效電阻，這個(gè)電阻包括IN端的輸入阻抗，下拉電阻等。OUT端沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候IN端保持低電平。

當(dāng)OUT端輸出高電平時(shí)，輸出的高電平給C1充電，充電電流流過R1的時(shí)候會(huì)在R1上產(chǎn)生壓降，因此在IN端能夠測(cè)量出電壓，此電壓隨著充電電流逐漸減小，也就是上面圖片中緩慢降低的過程。當(dāng)電容充滿后IN端電壓回歸原始低電平。因?yàn)檫@里輸出頻率只有1Hz，而且電容較小，所以可以看到電容充滿的時(shí)候，如果輸出信號(hào)頻率比較高，電容還沒充滿就開始放電了。