數據手冊常常注明:“電源的去耦電容要盡可能靠近集成電路的電源引腳放置。”如圖1所示印制電路板(PCB),它們確實如此!
圖1:一個印制電路板版圖(PCB),集成電路和電容。(點擊放大)
該電路板用于視頻混合信號,圖1所示集成電路周圍還存在其它器件,這些周邊器件非常關鍵。這是一個四層板,信號通路在最外兩層,模擬工程師通常將電源和地分別布設在中間兩層。器件包括高頻模/數轉換器(ADC)、數/模轉換器(DAC)以及信號處理電路。器件密度適中,沒有球柵陣列(BGA)封裝,不需要更多層或復雜布板。
測試這個設計時,我們發現視頻輸出噪聲非常大。而且,大多數噪聲都來自一個集成電路。圖1顯示了電路板的頂層圖,電源引腳測試到非常大的噪聲。當用一根很細的導線穿過去耦電容的地層過孔,連接到電路板的另一側時,一條引線(不在內部地層)消失在另一過孔,這將引發一些問題。
觀察電路布局,突出標示出我們感興趣的節點,可以看到所有連線,如圖2所示。
圖2. 使用PCB設計軟件得到的電路布局。(點擊放大)
這些布線看起來是由數字電路自動布線工具完成的,電路板設計人員可能并不具備模擬電路設計經驗。沒有內部地層和電源層(參考AN4345有關接地技巧與合理布局)。
在沒有設計經驗的人眼里,這個電路完全正確,但是,因一體電感生產為所有地混雜在一起。這種連接對于直流沒有問題,但在一定工作頻率下,其等效電路上存在較大的寄生成分,如圖3所示。
圖3. 電路中“地彈噪聲”的示意圖。(點擊放大)
圖2中的每個通路和過孔都存在寄生電阻和功率電感。圖3中,把這些分布寄生單元等效成與地串聯的低一體成型電感器工廠頻電感。圖中,繞線電感可以看作一個機械螺旋線電感;為方便解釋,假設集成電路為運算放大器,但它可以是任何電路。
當其它電路的電流改變時,“地彈噪聲”符號上方左右兩端的數字電路及其它電路的噪聲會使電壓上下波動。在很多點直接干擾到模擬信號:
1)噪聲通電感器廠過R1耦合到運放輸入。