如何在PCB設(shè)計中減少諧波失真

為避免這種問題，可讓地電流擾動輸入，但讓PCB電流以一種空間線性方式流動。為實現(xiàn)此目的，可以采用下方式在PCB上布局旁路電容：使(+Vs)和(–Vs)地電流流經(jīng)同一路徑。若正/負(fù)電流對輸入信號的擾動相等，則將不會產(chǎn)生失真。因此，使兩個旁路電容緊挨著排列，以使它們共享一個接地點。因為地電流的兩個極性分量來自同一個點(輸出連接器屏蔽或負(fù)載地)，并都回流至同一個點(旁路電容的公共地連接)，所以正/負(fù)電流都流經(jīng)同一路徑。若一個通道的輸入電阻被(+Vs)電流擾動，則(–Vs)電流對其有相同影響。因為無論極性是怎樣的，產(chǎn)生的擾動都相同，所以不會產(chǎn)生失真，但將使該通道增益發(fā)生小的變化，如圖6所示。

為驗證如上推斷，采用兩個不同的PCB布局：簡易布局(圖5)和低失真布局(圖6)。采用飛兆半導(dǎo)體的FHP3450四運算放大器所產(chǎn)生的失真如表1所示，F(xiàn)HP3450的典型帶寬是210MHz，斜率是1100V/us，輸入偏置電流是100nA，每通道的工作電流是3.6mA。從表1可看出，失真越嚴(yán)重的通道，改進(jìn)的效果越好，從而使4個通道在性能上接近相等。

若在PCB上沒有一個理想的四放大器，則測量單一放大器通道的效應(yīng)會很困難。顯然，一個給定的放大器通道不僅擾動其本身輸入，還會擾動其它通道的輸入。地電流流經(jīng)全部不同的通道輸入，且產(chǎn)生不同效果，但又都受每個輸出的影響，這種影響是可測量的。

表2給出了當(dāng)只驅(qū)動一個通道時，在其它未受驅(qū)動的通道上測量到的諧波。未驅(qū)動通道在基本頻率上顯示出一個小信號(串?dāng)_)，但在沒有任何顯著基本信號的情況下，也產(chǎn)生由地電流直接引入的失真。圖6的低失真布局顯示：因為幾乎消除了地電流效應(yīng)，二次諧波和總體諧波失真(THD)特性有很大改進(jìn)。

本文小結(jié)

簡單地說，在PCB上，地回流電流流經(jīng)不同的旁路電容(用于不同的電源)及電源本身，其大小與其電導(dǎo)率成比例。高頻信號電流流回小旁路電容。低頻電流(如音頻信號的電流)可能主要流經(jīng)更大的旁路電容。即使頻率更低的電流也可能“漠視”全部旁路電容的存在，直接流回電源引線。具體的應(yīng)用將決定哪個電流路徑最關(guān)鍵。幸運的是，通過采用公共接地點及輸出側(cè)的地旁路電容，可以容易地保護(hù)全部地電流路徑。

高頻PCB布局的金科玉律是將高頻旁路電容盡可能靠近封裝的電源管腳，但比較圖5和圖6可以看出，為改進(jìn)失真特性而修改該規(guī)則不會帶來太大改變。改進(jìn)失真特性是以增加約0.15英寸長的高頻旁路電容走線為代價的，但這對FHP3450的AC響應(yīng)性能影響很小。PCB布局對充分發(fā)揮一款高質(zhì)量放大器的性能很重要，這里討論的問題絕非僅限于高頻放大器。類似音頻等頻率更低的信號對失真的要求要嚴(yán)格得多。地電流效應(yīng)在低頻下要小一些，但若要求相應(yīng)改進(jìn)所需的失真指標(biāo)，地電流仍可能是一個重要的問題。