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[经验]高频放大器布局布线、接地和旁路考虑

未来的我
工程师
2021-02-17 18:44:10     打赏
我非常喜欢读ADI提供的技术文档比如ADI的大部分数据手册中都会有技术术语或使用技巧的介绍对理解和应用某些产品和技术帮助很大特别是他提供的中文手册翻译的非常全面，通篇都是中文介绍这次在ADA4817放大器的数据手册里看到了关于布局布线、接地和旁路考虑对以后的PCB设计会有很大帮助整理出来分享一下布局布线、接地和旁路考虑PCB布局布线一般是设计过程的最后一步，常常也是最重 要的步骤之一。如果布局布线不当，再精巧的设计也可能毫无用处。ADA4817-1/ADA4817-2能够在RF频谱内工作，因此必须考虑高频电路板的布局布线做法。为了获得最佳 性能，务必充分注意PCB布局布线、信号布线、电源旁路 和接地问题。信号布线ADA4817-1/ADA4817-2采用具有专用反馈引脚的新型低失 真引脚排列，为实现紧凑的布局提供了条件。专用反馈引脚缩短了输出端到反相输入端的距离，可大大简化反馈网 络的布线。 将ADA4817-1/ADA4817-2布局为单位增益放大器时，建议在专用反馈引脚和放大器的反相输入端之间布设短而宽的 走线，-以便达到最大程度地减小杂散寄生电感。 为使寄生电感最小，高频信号走线之下应使用接地层。不过，输入和输出引脚之下的接地层则应予以移除，以减少 寄生电容的形成，避免相位裕量降低。易受噪声影响的信 号走线应布设在PCB内层，以提供最大程度的屏蔽。电源旁路电源旁路是PCB设计过程的重要方面。为获得最佳性能， ADA4817-1/ADA4817-2的电源引脚需要适当的旁路。 将电容从每个电源引脚并联连接到接地最有效。并联不同 值和尺寸的电容有助于确保电源引脚在较宽的频率范围内都具有较低的交流阻抗，这对于减小放大器的噪声耦合非 常重要。直接从电源引脚开始，将值和尺寸最小的元件放 在电路板上与放大器相同的一侧，并尽可能靠近放大器， 然后将它连接到接地层。对下一个最大值电容重复此过程。ADA4817-1/ADA4817-2建议采用0.1 μF、0508尺寸的 陶瓷电容。 0508提供低串联电感和出色的高频性能。0.1 μF可在高频时 提供低阻抗。将一个10 μF电解质电容与该0.1 μF电容并 联。10 μF电容可在低频时提供低交流阻抗。根据电路要求不同，可以使用更低值的电解质电容。额外的较小值电容 有助于为更高频率的干扰噪声提供低阻抗路径，但不一定 是必需的。 电容回路（接地）的布线同样重要。放大器的接地回路应靠近放大器负载，这一点对于失真性能至关重要。各电容 与负载的距离应较短并相等，这样可以实现最佳性能。 某些情况下，如果布局拥挤或比较困难，则在两个电源之 间进行旁路有助于提高PSRR并保持失真性能。这也是一种 改善性能的办法。 尽可能缩短走线长度并加宽从电容到放大器的走线可以降 低走线电感。串联电感与并联电容可以形成振荡电路，从而在输出端引起高频响铃振荡。因输出端的高频压缩，这 一额外电感还可能使失真提高。在连接到放大器电源引脚 的直接路径中，应尽可能少用过孔，因为过孔会产生寄生 电感，导致电路不稳定。当必须使用过孔时，应选择多个大直径过孔，以便降低等效寄生电感。接地为向电源和信号电流提供低阻抗回路，建议采用接地层和电源层。接地层和电源层还有助于降低杂散走线电感，并 为放大器提供低热路径。不要在任何引脚之下使用接地层 和电源层。安装垫与接地或电源层可以在放大器的输入端 形成寄生电容。反相输入端的杂散电容与反馈电阻会形成一个极点，导致相位余量降低和电路不稳定。输出端的杂 散电容如果过大，也会形成一个极点，导致相位裕量降 低。裸露焊盘ADA4817-1/ADA4817-2具有一个裸露焊盘，其热阻比标准 SOIC塑料封装降低25%。ADA4817-1/ADA4817-2的裸露焊 盘内部悬空，可提供极大的灵活性和易用性。可以将它连接到接地层或负电源层。如果热量不是问题，裸露焊盘可 以保持悬空。 裸露焊盘的安装垫设计也可以考虑使用热过孔或热管道。 这些附加过孔有助于降低整体结至环境温度(θJA)。在焊接 放大器裸露焊盘的表面上使用较多的铜，可以大大降低ADA4817-1/ADA4817-2的整体热阻。漏电流不良的PCB布局、污染和板绝缘材料可能会引起远大于 ADA4817-1/ADA4817-2输入偏置电流的漏电流。输入端与 邻近走线的任何压差都会引起漏电流通过PCB绝缘器，例 如：1 V / 100 GΩ = 10 pA。同样，任何污染（如电路板上的护肤油等）都会造成显著的漏电流。为了大幅降低漏电 流，应在输入端和输入引脚周围放置一个保护环（屏 蔽），并将其驱动至与输入端相同的电位。这样，输入端 与周围区域之间不存在压差，从而不会产生漏电流。为使保护环真正有效，必须用阻抗相对较低的源驱动它；在使 用多层板时，应将输入引脚四周及上下完全包围起来。 另一种能导致漏电流的效应是绝缘材料本身的电荷吸收。 尽可能减少输入引脚与保护环之间的材料量有助于降低电荷吸收。此外，某些情况下可能需要使用特氟龙或陶瓷等 低吸收材料。输入电容除旁路和接地外，高速放大器对输入端与接地之间的寄生电容也很敏感。几皮法的电容就会降低高频时的输入阻 抗，进而提高放大器的增益，导致频率响应峰化，严重时 甚至引起振荡。建议将连接到输入引脚的外部无源器件尽 可能靠近输入端放置，避免产生寄生电容。接地层和电源层应与电路板所有层上的输入引脚保持较短的距离。输入至输入/输出耦合为将输入与输出之间的容性耦合降至最低，输出和输入信号走线不应平行。此外，输入走线彼此不应靠近。两路输 入之间建议保持至少7密耳的距离。


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关键词： 高频     放大器     布局     布线     接地     旁路     考虑    

大华K
工程师
2021-02-17 19:00:30     打赏
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