放大器和視頻濾波器電路板的設計技巧

在任何一個設計人員的工具箱里，集成電路放大器都是zui基本的構件模塊之一，它也是目前市面上zui的產品之一。放大器具有多項功能，比如驅動ADC，驅動多個視頻負載，作為視頻或其他類型濾波器而工作，驅動高速儀器信號等等。它們還可以作為振蕩器。不過，實際中這種方案存在一些問題。因為放大器應該只在設計人員需要的時候才振蕩，而如果電路板設計不正確，放大器卻會自行其是，隨意振蕩。那么，設計人員應該如何避免這種有害的振蕩呢？試回憶一下我們以前在電子課程里學過的知識，即振蕩與電容、電感和反饋相關。因此，關鍵在于精心設計電路板，減少或消除任何無關的電容性和電感性反饋路徑。對于較高速的放大器(大于50MHz)而言，這尤其重要。 

電路板、負載(尤其是電容性負載)和/或版圖設計，都會引入無形的電容和電感。此外，流入電路板各處旁路電容的電流可能產生不同的路徑，從而導致失真。因此，有些號稱減少失真的技術其實是適得其反，與避免振蕩的設計規(guī)則背道而馳。那么，在進行放大器或視頻濾波器的版圖設計時，為了保持全局平衡，減少失真和振蕩，需要考慮到哪些事項呢？ 

首先我們來看看振蕩器，在利用放大器直接驅動電容性負載時，負載會與放大器的輸出阻抗會產生相位滯后，而相位滯后將導致脈沖尖峰或振蕩。有些放大器能夠直接驅動電容性負載，但有些放大器則需要在放大器的輸出端增加一個小串聯電阻(Rs)來提高放大器的穩(wěn)定性和建立時間高頻放大器很容易受電路布局所致失真的影響，即使是低頻放大器(比如音頻放大器)，也具有非常嚴格的失真要求?？傊C波失真(THD)是音頻質量的主要指標，因此，減少版圖引起的失真十分關鍵。 

失真的一個重要原因是PCB中的接地電流效應。這種效應來自于流入每個電源和各電源旁路電容的電流，該電流與路徑的電導率成比例。各個路徑都存在不同的傳導性，從而導致失真。因為即使PCB本身的材料是線性的，電路板的行為也會表現出“空間非線性”特性。這是因為旁路電容分布在電路板的不同位置，導致接地電流沿不同的路徑流入各個旁路電容。路徑不同導致接地電流流經的接地電阻輸入一端的電壓受到影響，而另一端則不會。結果是輸入信號電壓被不均衡地調整，導致非線性的產生。在這種情況下，如果一個極性被調節(jié)，而另一個卻沒有，就會造成二次諧波失真。換一句話說，如果只有正弦波的一個極性被調節(jié)，結果將不再是正弦波，這種失真的影響是顯而易見的。為了避免失真，設計人員可以使用共有接地點并在輸出端采用接地旁路電容。 

高頻電路板版圖設計的主要規(guī)則是使高頻旁路電容盡可能靠近封裝的電源引腳。不過，經驗證明，稍微延長高頻旁路電容的連接走線可以提高平坦度和差分增益，從而減少失真。設計規(guī)則當然有益，而設計人員的實踐經驗也十分有用，可以確保規(guī)則與實際的一致性。 

在電路板上設計視頻濾波驅動器時，很重要的一點是，應該把輸入耦合電容和端接電阻靠近輸入引腳放置，以獲得*信號完整性。圖3所示為視頻濾波器/驅動器的一種典型AC耦合輸入配置。在這種配置中，采用0.1uF陶瓷電容來對輸入信號進行AC耦合。如果輸入信號不低于接地電位，鉗位電路不激活；但若輸入信號低于接地電位，則鉗位電路會把同步端zui低電壓設置為恰好低于接地電位。鉗位電路設置的輸入電平，結合內部DC偏移量，將使輸出信號保持在可接受的范圍之內，大約在250mV左右。這種鉗位特性還允許參考電平為地的DAC輸出直接驅動直流耦合輸入。 

為了獲得zui高的輸出信號質量，串聯端接電阻必須盡可能靠近器件的輸出引腳放置。這將大大減少寄生電容和寄生電感對驅動器輸出的影響。從器件引腳到串聯端接電阻的距離不應該超過0.5英寸(見圖4)。圖5是作為多媒體設備中作為輸出驅動器的視頻濾波器/驅動器的典型原理示意圖。在圖5所示的情況下，多媒體設備的復合視頻信號端子接多媒體設備，S視頻輸出端子開通。在這時，讓串聯端接電阻靠近器件的輸出引腳非常關鍵，可以把寄生電容對濾波器輸出驅動器的影響降至zui小，從而避免輸出端出現振蕩。圖6所示為飛兆半導體的FMS6346A視頻濾波驅動器驅動25pF 的負載，圖7所示為FMS6346A驅動47pF的電容性負載。這表明，電容越小，性能越好。