在任何一個(gè)設計人員的工具箱里，集成電路放大器都是最基本的構件模塊之一，它也是目前市面上最全能的產(chǎn)品之一。放大器具有多項功能，比如驅動(dòng)ADC，驅動(dòng)多個(gè)視頻負載，作為視頻或其他類(lèi)型濾波器而工作，驅動(dòng)高速儀器信號等等。它們還可以作為振蕩器。不過(guò)，實(shí)際中這種方案存在一些問(wèn)題。因為放大器應該只在設計人員需要的時(shí)候才振蕩，而如果電路板設計不正確，放大器卻會(huì )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(xué)過(guò)的知識，即振蕩與電容、電感和反饋相關(guān)。因此，關(guān)鍵在于精心設計電路板，減少或消除任何無(wú)關(guān)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(huì )引入無(wú)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(chǎn)生不同的路徑，從而導致失真。因此，有些號稱(chēng)減少失真的技術(shù)其實(shí)是適得其反，與避免振蕩的設計規則背道而馳。那么，在進(jìn)行放大器或視頻濾波器的版圖設計時(shí)，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(lái)看看振蕩器，在利用放大器直接驅動(dòng)電容性負載時(shí)，負載會(huì )與放大器的輸出阻抗會(huì )產(chǎn)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(dòng)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(gè)小串聯(lián)電阻(Rs)來(lái)提高放大器的穩定性和建立時(shí)間(settling time)性能。

圖1：在輸出端增加Rs提高穩定性

圖2給出了驅動(dòng)傳輸電纜(如同軸電纜)的典型電路配置圖。電阻Rs和RL應該等于電纜的特征阻抗(Zo)，而電容C應該可被用來(lái)在更大的頻率范圍對電纜進(jìn)行匹配，以對隨頻率提高而增加的放大器輸出阻抗進(jìn)行補償。

圖2：驅動(dòng)電纜或傳輸線(xiàn)的典型電路圖

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(zhì)量的主要指標，因此，減少版圖引起的失真十分關(guān)鍵。

失真的一個(gè)重要原因是PCB中的接地電流效應。這種效應來(lái)自于流入每個(gè)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(gè)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(xiàn)性的，電路板的行為也會(huì )表現出“空間非線(xiàn)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(gè)旁路電容。路徑不同導致接地電流流經(jīng)的接地電阻輸入一端的電壓受到影響，而另一端則不會(huì )。結果是輸入信號電壓被不均衡地調整，導致非線(xiàn)性的產(chǎn)生。在這種情況下，如果一個(gè)極性被調節，而另一個(gè)卻沒(méi)有，就會(huì )造成二次諧波失真。換一句話(huà)說(shuō)，如果只有正弦波的一個(gè)極性被調節，結果將不再是正弦波，這種失真的影響是顯而易見(jiàn)的。為了避免失真，設計人員可以使用共有接地點(diǎn)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則是使高頻旁路電容盡可能靠近封裝的電源引腳。不過(guò)，經(jīng)驗證明，稍微延長(cháng)高頻旁路電容的連接走線(xiàn)可以提高平坦度和差分增益，從而減少失真。設計規則當然有益，而設計人員的實(shí)踐經(jīng)驗也十分有用，可以確保規則與實(shí)際的一致性。

在電路板上設計視頻濾波驅動(dòng)器時(shí)，很重要的一點(diǎn)是，應該把輸入耦合電容和端接電阻靠近輸入引腳放置，以獲得最佳信號完整性。圖3所示為視頻濾波器/驅動(dòng)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(lái)對輸入信號進(jìn)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(huì )把同步端最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(dòng)直流耦合輸入。

為了獲得最高的輸出信號質(zhì)量，串聯(lián)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(dòng)器輸出的影響。從器件引腳到串聯(lián)端接電阻的距離不應該超過(guò)0.5英寸(見(jiàn)圖4)。圖5是作為多媒體設備中作為輸出驅動(dòng)器的視頻濾波器/驅動(dòng)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(kāi)通。在這時(shí)，讓串聯(lián)端接電阻靠近器件的輸出引腳非常關(guān)鍵，可以把寄生電容對濾波器輸出驅動(dòng)器的影響降至最小，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(dòng)器驅動(dòng)25pF 的負載，圖7所示為FMS6346A驅動(dòng)47pF的電容性負載。這表明，電容越小，性能越好。

圖4：器件引腳到串聯(lián)端接電阻的距離不應該超過(guò)0.5英寸

圖5：FMS6346A 視頻濾波器輸出到 S-視頻

圖6：FMS6346A 視頻濾波驅動(dòng)器驅動(dòng)25pF 的負載

圖7：FMS6346A 驅動(dòng) 47pF 的電容性負載

圖8：一個(gè)單電源放大器示例 (如果使用雙電源放大器，則只需在其它電源上增加相同的旁路電容即可)

那么，考慮到了電路布局對性能的所有可能的影響，設計人員可以做些什么來(lái)確保版圖避免振蕩、失真和總體信號質(zhì)量低下呢？下面的基本版圖和旁路電容設計指南“設計規則13條”可能頗有裨益：

1) RTM (仔細閱讀產(chǎn)品手冊)。放大器的數據手冊一般都會(huì )給出它的最小穩定增益要求。該指標至關(guān)重要，如果放大器的工作增益小于推薦的最小穩定增益，就可能產(chǎn)生振蕩。

2)采用一個(gè)接地平面。這是為元件提供低感性接地連接的最好方法。

3) 去掉放大器下面和周?chē)�的接地平面，去掉敏感引腳附近的接地平面。去掉高速放大器輸入輸出引腳附近的接地平面，可以減少雜散電容。同樣，去掉放大器下面和周?chē)�的接地平面也很有幫助�?

4) 采用表面貼裝元件。這類(lèi)元件的引腳電感很小。

5) 盡可能縮短引腳長(cháng)度。 縮短引腳長(cháng)度可以減少放大器反相輸入端的串聯(lián)電感。

6) 避免使用插槽。避免使用插槽，或者最多使用嵌入式插槽 (flush-mount)，以減少電感。

7) 采用推薦的反饋電阻值。在使用電流反饋放大器時(shí)，這一點(diǎn)十分重要。

8) 不要在放大器的直接反饋回路中使用非線(xiàn)性元件 (如電容器) 。

9) 采用一個(gè)反饋電阻來(lái)實(shí)現單位增益配置。而不要使用標準的電壓跟隨（voltage-follower）電路。

10) 使用旁路電容。在每個(gè)電源上增加一個(gè)旁路電容有助于降低電源引腳處的回流電流路徑阻抗，提高電源噪聲抑制能力，并對電源走線(xiàn)進(jìn)行高頻過(guò)濾。大多數廠(chǎng)商都推薦使用6.8uF鉭電容和0.1uF陶瓷電容。為獲得最佳性能，應該按照以下規則放置電容：6.8uF電容距電源引腳不超過(guò)0.75英寸，0.1uF電容距電源引腳不超過(guò)0.1英寸。當兩者的距離增加時(shí)，由于走線(xiàn)電感增加，電容的濾波效果下降。不過(guò)，這也需要與失真考慮事項進(jìn)行權衡，因為實(shí)驗結果顯示，該距離延長(cháng)一點(diǎn)點(diǎn)會(huì )改善失真性能。

11) 調整旁路電容，減小失真。當單個(gè)運算放大器因接地電流路徑而產(chǎn)生失真時(shí)，可調整旁路元件，對接地電流進(jìn)行調節，使其遠離輸入元件。這十分簡(jiǎn)單，只需調整旁路電容，使它的接地連接遠離輸入即可。

12)對于視頻濾波器，使串聯(lián)端接電阻靠近輸出引腳放置。這樣做可以把寄生電容對濾波器輸出驅動(dòng)器的影響減至最小，從而避免輸出端出現振蕩。

13) 輸入耦合電容和端接電阻靠近輸入引腳放置，以獲得最佳信號完整性。電路板布局對系統性能的影響非常大，因此，在版圖設計階段，應該謹慎監測，避免失誤。