正确的印制电路板布局可改善动态范围
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:618
    
    谐波失真极低的现代ic放大器,在一系列应用中可以改善动态范围。但是,要特别注意这些放大器在印制电路板上的布局,因为不当的印制电路板布局可以使失真性能恶化20db。
    典型的高速放大器结构都包括两套旁路电容器(图 1)。一套电容器的电容量较大(约 1mf 至 10mf),另一套则要小几个数量级(1nf至100nf)。在放大器的电源衰减较低的频率下这些电容器能提供一个低阻抗的接地通路。一个高速放大器的正确旁路通常需要两组或两组以上的电容器,因为在放大器带宽上限前,电容量较大的电容器组一般会发生自谐振。高质量的片式电容器是理想的去耦电容器,因为它们与通孔式电容器相比,电感量要低很多。
    
    电阻器rt用于端接放大器的输入,使源阻抗与用于测量的测试仪器的阻抗相匹配。在不使用传输线的应用电路中,无需使用端接电阻器。图中放大器的输出驱动负载为rl,rl表示放大器要驱动的任何可能的负载。当放大器的输出电压为正时,放大器必须为rl提供电流。同样,当输出电压为负时,放大器必须吸收电流。无论放大器是通过负载吸收电流还是为负载提供电流,都要有电流返回电源的通道。电流在返回时会选择最低阻抗的通道。
    
    在高频情况下,最低阻抗通道是经过旁路电容器。当放大器提供或吸收高频电流时,该电流要流经多个回路。上行旁路电容器的接地端为运放提供电流,而运放的吸收电流通过下行旁路电容器接地。每个流经旁路电容器的高频电流都被半波整流。有效旁路的关键是要了解高频电流如何流动。
    
    
    所示电路包括驱动等效1kω负载的一个高速放大器,负载构成一个衰减器,为测试需要保持一个50ω的反向端接(图 2)。输入也端接到50ω,以匹配使用的信号源。不同电路板布局的失真测量结果各不相同(图3与图4)。对电路布局的高频电流环路进行分析将有助于阐明这些二次谐波失真的差异(图5)。
    图 3 表示的是较差的情况,电源位于印制电路板的背面,意味着旁路电容器要由通孔(从印制电路板的一层到另一层的通孔)连接到电源。这些通孔会增加高频电流回路的电感。当放大器吸收电流时,该电流通过一个实心地层返回到c2和c4。然而,当放大器提供电流时,该电流在返回c1和c3以前,要通过两组感性通孔。
    
    
    在高频情况下,这些电感可以增加相当大的阻抗。当高频电流通过这些阻抗时,就会产生误差电压。由于高频电流是半波整流的,误差电压也是半波整流的。经半波整流的信号携带有大量的奇次谐波成份,会引起二次谐波失真,而三次谐波则保持不变。
    图 4 则相反,它是一种改进的布局,电源在电路板正面旁路,所以旁路电容器不需要使用通孔。另外,负载接地靠近两个去耦网络,所以,在放大器提供和吸收高频电流的通道上也无需通孔。这种经改进的印制电路板布局方法将二次谐波失真指标改善了3dbc 至18dbc。并且这种改善适用于各种频率。
    
    
    差分旁路
    旁路方法对避免接地问题很有用。可以对图1进行修改,使一组旁路电容器(c1和c3)跨接在电源上,而另一组旁路电容器(c2和c4)仍然连接在电源与接地之间。
    这种结构可以方便地在印制电路板上实现旁路电容器与负载的真正接地。负载与旁路电容器的完全接地可以将两接地点之间的电感减少到最低程度,因而减小了高频地电流形成的误差电压。另外,高频电流在返回负载或进入负载前就整合起来,就不会出现标准旁路情况下的半波整流问题,也就几乎不包含奇次谐波成份。因此,电流通道中产生的误差电压不会增大失真。
    将这一技术应用于一个旁路不良的电路布局(图 6)中,能够显著地改善失真。要记住旁路电容器走线应尽量短,尽量不使用通孔。必须用通孔时,应牢记两个并行通孔的电感只有单一通孔电感的一半。当增加通孔直径时,通孔的电感量也会减小。当需要反馈网络接地时,而闭环增益大
    
    谐波失真极低的现代ic放大器,在一系列应用中可以改善动态范围。但是,要特别注意这些放大器在印制电路板上的布局,因为不当的印制电路板布局可以使失真性能恶化20db。
    典型的高速放大器结构都包括两套旁路电容器(图 1)。一套电容器的电容量较大(约 1mf 至 10mf),另一套则要小几个数量级(1nf至100nf)。在放大器的电源衰减较低的频率下这些电容器能提供一个低阻抗的接地通路。一个高速放大器的正确旁路通常需要两组或两组以上的电容器,因为在放大器带宽上限前,电容量较大的电容器组一般会发生自谐振。高质量的片式电容器是理想的去耦电容器,因为它们与通孔式电容器相比,电感量要低很多。
    
    电阻器rt用于端接放大器的输入,使源阻抗与用于测量的测试仪器的阻抗相匹配。在不使用传输线的应用电路中,无需使用端接电阻器。图中放大器的输出驱动负载为rl,rl表示放大器要驱动的任何可能的负载。当放大器的输出电压为正时,放大器必须为rl提供电流。同样,当输出电压为负时,放大器必须吸收电流。无论放大器是通过负载吸收电流还是为负载提供电流,都要有电流返回电源的通道。电流在返回时会选择最低阻抗的通道。
    
    在高频情况下,最低阻抗通道是经过旁路电容器。当放大器提供或吸收高频电流时,该电流要流经多个回路。上行旁路电容器的接地端为运放提供电流,而运放的吸收电流通过下行旁路电容器接地。每个流经旁路电容器的高频电流都被半波整流。有效旁路的关键是要了解高频电流如何流动。
    
    
    所示电路包括驱动等效1kω负载的一个高速放大器,负载构成一个衰减器,为测试需要保持一个50ω的反向端接(图 2)。输入也端接到50ω,以匹配使用的信号源。不同电路板布局的失真测量结果各不相同(图3与图4)。对电路布局的高频电流环路进行分析将有助于阐明这些二次谐波失真的差异(图5)。
    图 3 表示的是较差的情况,电源位于印制电路板的背面,意味着旁路电容器要由通孔(从印制电路板的一层到另一层的通孔)连接到电源。这些通孔会增加高频电流回路的电感。当放大器吸收电流时,该电流通过一个实心地层返回到c2和c4。然而,当放大器提供电流时,该电流在返回c1和c3以前,要通过两组感性通孔。
    
    
    在高频情况下,这些电感可以增加相当大的阻抗。当高频电流通过这些阻抗时,就会产生误差电压。由于高频电流是半波整流的,误差电压也是半波整流的。经半波整流的信号携带有大量的奇次谐波成份,会引起二次谐波失真,而三次谐波则保持不变。
    图 4 则相反,它是一种改进的布局,电源在电路板正面旁路,所以旁路电容器不需要使用通孔。另外,负载接地靠近两个去耦网络,所以,在放大器提供和吸收高频电流的通道上也无需通孔。这种经改进的印制电路板布局方法将二次谐波失真指标改善了3dbc 至18dbc。并且这种改善适用于各种频率。
    
    
    差分旁路
    旁路方法对避免接地问题很有用。可以对图1进行修改,使一组旁路电容器(c1和c3)跨接在电源上,而另一组旁路电容器(c2和c4)仍然连接在电源与接地之间。
    这种结构可以方便地在印制电路板上实现旁路电容器与负载的真正接地。负载与旁路电容器的完全接地可以将两接地点之间的电感减少到最低程度,因而减小了高频地电流形成的误差电压。另外,高频电流在返回负载或进入负载前就整合起来,就不会出现标准旁路情况下的半波整流问题,也就几乎不包含奇次谐波成份。因此,电流通道中产生的误差电压不会增大失真。
    将这一技术应用于一个旁路不良的电路布局(图 6)中,能够显著地改善失真。要记住旁路电容器走线应尽量短,尽量不使用通孔。必须用通孔时,应牢记两个并行通孔的电感只有单一通孔电感的一半。当增加通孔直径时,通孔的电感量也会减小。当需要反馈网络接地时,而闭环增益大
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