代换IC技巧，让PCB电路设计更完美！（附7大PCB布局原则）

（EDA365陆妹整理）

在PCB电路设计中会遇到需要代换IC的时候，下面就来分享一下代换IC时的技巧，帮助设计师在PCB电路设计时能更完美。

一、直接代换

直接代换是指用其他IC不经任何改动而直接取代原来的IC，代换后不影响机器的主要性能与指标。

其代换原则是：代换IC的功能、性能指标、封装形式、引脚用途、引脚序号和间隔等几方面均相同。其中IC的功能相同不仅指功能相同，还应注意逻辑极性相同，即输出输入电平极性、电压、电流幅度必须相同。性能指标是指IC的主要电参数（或主要特性曲线）、最大耗散功率、最高工作电压、频率范围及各信号输入、输出阻抗等参数要与原IC相近。功率小的代用件要加大散热片。

1、同一型号IC的代换

同一型号IC的代换一般是可靠的，安装集成PCB电路时，要注意方向不要搞错，否则，通电时集成PCB电路很可能被烧毁。有的单列直插式功放IC，虽型号、功能、特性相同，但引脚排列顺序的方向是有所不同的。例如，双声道功放ICLA4507，引脚有“正”、“反”之分，其起始脚标注（色点或凹坑）方向不同：没有后缀与后缀为“R”，的IC等，例如M5115P与M5115RP。

2、型号前缀字母相同、数字不同IC的代换

这种代换只要相互间的引脚功能完全相同，其内部PCB电路和电参数稍有差异，也可相互直接代换。如：伴音中放ICLA1363和LA1365，后者比前者在IC第5脚内部增加了一个稳压二极管，其它完全一样。

一般情况下，前缀字母是表示生产厂家及PCB电路的类别，前缀字母后面的数字相同，大多数可以直接代换。但也少数特例，虽数字相同，但功能却完全不同。例如，HA1364是伴音IC，而uPC1364是色解码IC；数字是4558的，8脚的是运算放大器NJM4558，14脚的是CD4558数字PCB电路；故二者完全不能代换。所以一定还要看引脚功能。

有的厂家引进未封装的IC芯片，然后加工成按本厂命名的产品，还有为了提高某些参数指标而改进的产品。这些产品常用不同型号进行命名或用型号后缀加以区别。例如，AN380与uPC1380可以直接代换，AN5620、TEA5620、DG5620等可以直接代换。

二、非直接代换

非直接代换是指不能进行直接代换的IC稍加修改外围PCB电路，改变原引脚的排列或增减个别元件等，使之成为可代换的IC的方法。

代换原则：代换所用的IC可与原来的IC引脚功能不同、外形不同，但功能要相同，特性要相近；代换后不应影响原机性能。

1、不同封装IC的代换

相同类型的IC芯片，但封装外形不同，代换时只要将新器件的引脚按原器件引脚的形状和排列进行整形。例如，AFTPCB电路CA3064和CA3064E，前者为圆形封装，辐射状引脚：后者为双列直插塑料封装，两者内部特性完全一样，按引脚功能进行连接即可。双列ICAN7114、AN7115与LA4100、LA4102封装形式基本相同，引脚和散热片正好都相差180度。前面提到的AN5620带散热片双列直插16脚封装、TEA5620双列直插18脚封装，9、10脚位于集成PCB电路的右边，相当于AN5620的散热片，二者其它脚排列一样，将9、10脚连起来接地即可使用。

2、PCB电路功能相同但个别引脚功能不同lC的代换

代换时可根据各个型号IC的具体参数及说明进行。如电视机中的AGC、视频信号输出有正、负极性的区别，只要在输出端加接倒相器后即可代换。

3、类塑相同但引脚功能不同IC的代换

这种代换需要改变外围PCB电路及引脚排列，因而需要一定的理论知识、完整的资料和丰富的实践经验与技巧。

4、有些空脚不应擅自接地

内部等效PCB电路和应用PCB电路中有的引出脚没有标明，遇到空的引出脚时，不应擅自接地，这些引出脚为更替或备用脚，有时也作为内部连接。

5、组合代换

组合代换就是把同一型号的多块IC内部未受损的PCB电路部分，重新组合成一块完整的IC，用以代替功能不良的IC的方法。对买不到原配IC的情况下是十分适用的。但要求所利用IC内部完好的PCB电路一定要有接口引出脚。

非直接代换关键是要查清楚互相代换的两种IC的基本电参数、内部等效PCB电路、各引脚的功能、IC部元件之间连接关系的资料。实际操作时予以注意。

（1）集成PCB电路引脚的编号顺序，切勿接错；

（2）为适应代换后的IC的特点，与其相连的外围PCB电路的元件要作相应的改变；

（3）电源电压要与代换后的工C相符，如果原PCB电路中电源电压高，应设法降压；电压低，要看代换IC能否工作；

（4）代换以后要测量IC的静态工作电流，如电流远大于正常值，则说明PCB电路可能产生自激，这时须进行去耦、调整。若增益与原来有所差别，可调整反馈电阻阻值；

（5）代换后IC的输入、输出阻抗要与原PCB电路相匹配；检查其驱动能力；

（6）在改动时要充分利用原PCB电路板上的脚孔和引线，外接引线要求整齐，避免前后交叉，以便检查和防止PCB电路自激，特别是防止高频自激；

（7）在通电前电源Vcc回路里最好再串接一直流电流表，降压电阻阻值由大到小观察集成PCB电路总电流的变化是否正常。

6、用分立元件代换IC

有时可用分立元件代换IC中被损坏的部分，使其恢复功能。代换前应了解该IC的内部功能原理、每个引出脚的正常电压、波形图及与外围元件组成PCB电路的工作原理。同时还应考虑：

（1）信号能否从工C中取出接至外围PCB电路的输入端：

（2）经外围PCB电路处理后的信号，能否连接到集成PCB电路内部的下一级去进行再处理（连接时的信号匹配应不影响其主要参数和性能）。如中放IC损坏，从典型应用PCB电路和内部PCB电路看，由伴音中放、鉴频以及晋频放大级成，可用信号输入法找出损坏部分，若是音频放大部分损坏，则可用分立元件代替。

附录：7大PCB布局原则

（1）元器件最好单面放置。如果需要双面放置元器件，在底层（BottomLayer）放置插针式元器件，元器件最好单面放置。

就有可能造成电路板不易安放，也不利于焊接，所以在底层（BottomLayer）最好只放置贴片元器件在底层，类似常见的计算机显卡PCB板上的元器件布置方法。单面放置时只需在电路板的一个面上做丝印层，便于降低成本。

（2）合理安排接口元器件的位置和方向。一般来说，作为电路板和外界（电源、信号线）连接的连接器元器件，通常布置在电路板的边缘，如串口和并口。

如果放置在电路板的中央，显然不利于接线，接器元器件，也有可能因为其他元器件的阻碍而无法连接。另外在放置接口时要注意接口的方向，使得连接线可以另外在放置接口时要注意接口的方向顺利地引出，远离电路板。

接口放置完毕后，应当利用接口元器件的String（字符串）清晰地标明接口的种类；对于电源类接口，应当标明电压等级，防止因接线错误导致电路板烧毁。

（3）高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。

也就是说不要将电压等级相差很大）高压元器件和低压元器件之间最好要有较宽的电气隔离带。不要将电压等级相差很大的元器件摆放在一起，这样既有利于电气绝缘，对信号的隔离和抗干扰也有很大好处。

（4）电气连接关系密切的元器件最好放置在一起。这就是模块化的布局思想。

（5）对于易产生噪声的元器件，例如时钟发生器和晶振等高频器件，在放置的时候应当尽量把它们放置在时钟输入端。

大电流电路和开关电路也容易产生噪声，在布局的时候这些元器件或模块也应该远离逻辑控制电路和存储电路等高速信号电路，如果可能的话，尽量采用控制板结合功率板的方式，利用接口来连接，以提高电路板整体的抗干扰能力和工作可靠性。

（6）在电源和芯片周围尽量放置去耦电容和滤波电容。去耦电容和滤波电容的布置是改善电路板电源质量，提高抗干扰能力的一项重要措施。

在实际应用中，印制电路板的走线、引脚连线和接线都有在实际应用中可能带来较大的寄生电感，导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺，而在电源和地之间放置可能带来较大的寄生电感，导致电源波形和信号波形中出现高频纹波和毛刺，一个0.1F的去耦电容的去耦电容可以有效地滤除这些高频纹波和毛刺。

如果电路板上使用的是贴片电容，应该将贴片电容紧靠元器件的电源引脚。对于电源转换芯片，或者电源输入端，最好是布置一个10F或者更大的电容，以进一步改善电源质量。

（7）元器件的编号应该紧靠元器件的边框布置，大小统一，方向整齐，不与元器件、过孔和焊盘重叠。

元器件或接插件的第1引脚表示方向；正负极的标志应该在PCB上明显标出，不允许被覆盖；电源变换元器件电源变换元器件（如DC/DC变换器，线性变换电源和开关电源）旁应该有足够的散热空间和安装空间，外围留有足够的焊接空间等。

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LM31 芯片工作原理+LM311 正确使用方法，图文+电路案例，带你搞定

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今天是LM311芯片， 主要是以下几个方面：

一、LM311是什么元件？

LM311 是一款高性价比的电压比较器 ，常用于漏水检测、灯光控制 等多种比较器电路 中，主要采用 8 引脚封装 。

LM311实物图

二、LM311 引脚功能

LM311 引脚功能图

下面为 LM311 比较器的引脚功能：

LM311 引脚功能

三、LM311芯片工作原理

LM311 可在 -15V 至 +15V 的宽电压范围内工作，并且可为 IC 逻辑提供高达 5V 的单电源电压。反相或同相电压范围必须在输入共模电压范围内。非反相输入电压施加在引脚号，并在引脚号反相。

针脚 5 和 6 用于偏移平衡和调整频闪功能，负直流电源电压施加在引脚号4 和引脚 8 处的正极。如果不应该使用这些引脚，则将它们短路在一起或保持开路。这两个条件都可以接受。

始终建议不要将选通引脚直接接地，输出在 COL OUT 处获得，即引脚号7 ，而引脚号1 接地。为了最小化噪声，应该在电源和地之间连接一个旁路电容。该电容未包含在引脚号4 。如果 LM311 使用单电源供电。在这种情况下它通常接地。LM311的简化原理图如下：

LM311的简化原理图

四、LM311正确使用方法

LM311 是常用的线性比较器 ，广泛用于比较电路 中。但是，LM311 在应用中经常会出现意想不到的问题，即输出的脉冲信号并不像理论分析的那么理想，而是在输出脉冲的前后沿附近出现高频振荡。

当高速比较器用于高速输入信号和低源阻抗输入信号时，正常的输出响应应该是快速和稳定的。但是，当输入信号为慢速变化信号或高阻抗信号源（1.0KΩ-10KΩ）时，比较器可能会在比较阈值点突然振荡 ，这是由比较器的高增益和宽带引起的，而干扰的存在也是造成这种振荡的直接原因之一。在应用中，为避免这种振荡和不稳定 ，因此，必须注意这种情况，尽量避免或消除高频振荡 。下面提出几种避免和克服振荡的有效方法：

LM311电路图

输出脉冲前的高频振荡

输出脉冲后的高频振荡

1、元器件的合理选择

合理布置结构振荡的产生与结构的布置有很大关系。最好让输出信号远离输入引脚，也远离两个平衡引脚，因为反馈信号感应或接触任何引脚都可能引起振荡。 如果比较器在输入端使用电阻，则其位置和值需要考虑清楚。电阻应放在插座附近，阻值一般应小于10K（甚至更小），正负电源应加0.1μ的滤波电容滤除电源的干扰，电容应靠近管脚放置。平衡的两端要妥善处理，不使用时可以将它们短接在一起。具体的可以参考 datasheet 使用。

2、增加输入信号的幅度

输入信号幅度的大小与振荡直接相关 。实验表明，信号幅度越小，频率越低，振荡的可能性越大。下面将对上述结论进行简要分析。如果有一个过零比较器，它的输入信号是 Vi=V0sinω0t t=0 时信号的斜率是：

输入信号斜率公式

△t时间内电压的变化量为：△Vi=K·△t=V0sinω0t ，可见△Vi与V0、ω0成正比，即输入信号幅值越大，电压越高信号的频率，在Δt时间内，V的幅值变化较大。当dvi/dt足够大时，输入信号会很快越过比较门限，从而达到消除振荡的目的。

由于比较器的输入电压范围一般较宽（例如LM311的电压输入范围为±30V），因此这种方法最简单、最可行。实验证明，只要输入信号的幅度大于0.7V，就能在10Hz～60KHz范围内可靠工作。如果电压幅值继续增加，工作范围可以扩展到低频端。

3、在比较器的输出端加一个滤波器

在比较器输出端的上拉电阻两端接一个适当容量的电容，对滤除和减少振荡有明显的作用。 电容的容量应根据实验确定，电容的容量不宜太大，否则输出脉冲的前沿会变差。在实验中发现，这种负面影响在频率较高时尤为严重。使脉冲幅度变小，使后级计数器不能工作，情况见图。因此，这种方法在应用上有一定的局限性，合理选用电容 是应用这种方法的关键。

当然，劣化的前沿可以通过具有整形功能的74LS14来恢复。这种方法的负面影响是将原始脉冲前沿向后移动。本设计中取电容C=0.01μ。在系统要求的范围内，电路中能可靠工作的上拉电阻值不宜太大。在本设计中，R=510Ω。

较高频率下的脉冲幅度

4、采用滞后技术

在比较电路中，当输入信号达到比较电平时，比较器应立即翻转 ，但如果被测信号叠加一定量的干扰，则可能导致比较器在比较电平附近振荡，如图如下图。

普通过零比较器的输出

具有滞后技术的输出

克服比较器振荡的有效方法是采用迟滞技术 ，即在其同相端加入少量的正反馈 ，迟滞比较器的比较电平不再是单一电平，而是具有接近原始比较电平的两个电压。对于下面的的电路，上比较电平用V+H表示，下比较电平用V+L表示。

具有两个电平的电路

迟滞电压可以通过 R1 和 R2 来调节 。只要正确选择迟滞电压，就可以消除比较电路的振荡现象 。因此抗干扰能力大大提高，但迟滞电平△V的存在会使检测灵敏度变差。因此，△V不宜过大，通常R 1≤R2，对于LM311比较器，加3mv的迟滞即可消除电路中的振荡。

迟滞电压公式

总之，LM311在应用中出现问题的原因是多方面的。因此，在使用时一定要慎重考虑，分别对待，只有这样，我们才能正确使用LM311。

五、LM311 芯片特性参数

LM311的一些技术指标和芯片特性包括：

更为具体的可以参考下面的图：

M311 芯片特性参数

六、LM311 D典型电路图

1、LM311 电压比较器电路

LM311 电压比较器电路

LM311电压比较器电路图有以下特点和注意事项：

电压比较器LM311共有8个引脚。其中第7个管脚为输出，为集电极开路结构，即所谓集电极开路门，简称OC门 。它的作用是满足一些特殊的需求，比如驱动LED、灯、继电器，以及与以下数字电路的电平兼容。

因此，当应该输出高电平时，将不会获得高电平。需要在正电源的7脚和8脚之间接一个电阻，比如1kΩ左右，使集电极不再开路。

2、LM311 过零检测器电路

LM311 芯片最简单的应用之一是过零检测电路 ，如下图所示：

LM311 过零检测器电路

与其他比较器一样，如果同相输入端的电压大于反相端的电压，则输出比较器将为高电平。否则，输出将为逻辑低电平。我们可以使用相同的概念来设计过零检测电路。

在上面的示意图中，我们在同相输入端施加交流信号，并将反相输入端接地。当同相输入端的信号达到零电压值时，两个输入引脚的电压幅度变得相等， 你将在比较器的输出端看到一个脉冲，如下所示：

LM311 过零检测器电路

3、LM311气体检测电路

LM311 气体检测电路

集成电压比较器 LM311的 3端有5V的恒定输入。由于传感器输出电流与室内气体（烟雾）浓度成正比，即：

I = kC

因此，我们可以利用传感器和电位器 1R 将气体浓度转换成电压信号输入到 LM311 的2号端子（即V=kC*1R）。

电压比较器可以将模拟信号转换成二进制信号。LM311 是一款低开环增益、大失调电压、低共模抑制比的通用集成比较器，但响应速度快，传输延迟时间短，可直接向单片机输入高电平信号。

从以上分析可以看出，可以通过调节电位器的阻值来调节室内报警浓度的上限。

4、LM311光控电路

下面这个电路基于电压比较器集成电路LM311 ，IC1同相输入端的电阻 R3 和 R4 提供 6V 参考电压。由于光敏电阻在黑暗中阻值可达数兆欧，当反相输入端电位为高电平，比较器为低电平时，Q1 不导通，继电器不吸合。

反之，由于光敏电阻点亮时的阻值为 5-10K，当反相输入端电位为低电平时，比较器输出为高电平，当 Q1 导通时，继电器吸合。交换 LM311 输入+-，情况正好相反。通过调节 R1，我们可以设置启动继电器的照度。

LM311 光控制器电路

5、LM311 漏水检测电路

漏水检测仪原理：当接水板的两个电极之间漏水时，两个电极之间的电阻值会发生很大的变化，从而可以检测出是否漏水。

桥式电路是通过比较方法测量各种物理量的电路。最简单的是由四个支路组成的电路，每个支路称为电桥的“臂”。在实际的检测电路中，利用电桥电路在检测电阻方面的优良特性，通过电压检测电桥来检测电阻值的变化。

LM311 漏水检测电路

可以认为漏水检测电极是一个可变电阻，作为电桥的一个支路，其余三个支路的阻值相同。 比电阻值可以根据漏水电极在有水和无水情况下的电阻值来确定。范围应在有水时的电阻值和无水时的电阻值之间，中间值可作为剩余的三路电阻值。

在检测电桥中，如果检测电极没有漏水，则其电阻值较大，所以V+﹥V﹣，即V_id﹥0，V_out﹥0。

如果检测电极漏水，其电阻值较小，所以V+﹤V﹣，即：V_id﹤0，V_out﹤0。这样就可以准确地检测出是否漏水。换言之，电压比较器 LM311的输出电平的高低代表有无漏水。

泄漏传感器 PCB

在设计 LM311比较器电路时要注意，当高速比较器用于高速输入信号和低源阻抗输入信号时，正常的输出响应要快且稳定。

但当输入信号为缓变信号或高阻信号源时，比较器可能会在比较阈值点处振荡，这是由于比较器的高增益和宽带造成的，干扰的存在也会造成这种情况。直接原因之一。在应用中，我们必须避免这种振荡和不稳定。振荡的产生与结构的排列有很大关系。

信号输出端应远离输入引脚，也应远离两个平衡端引脚 。正负电源应加滤波电容，滤除电源的干扰，电容应靠近引脚放置。增加输入信号的幅度以减少振荡的可能性。在比较器的输出端拉一个电阻，两端接一个适当容量的电容，对滤波和减振有显着的作用。

6、热传感器

使用LM311 IC的热传感器基本电路图

7、LM311构成的TTL逻辑电平接口电路

LM311构成的TTL逻辑电平接口电路

该电路可以将非标准输入信号变为符合规则逻辑电平要求的脉宽信号 ，即高电平为5V，低电平为0V。

8、其他应用

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