放大器和视频滤波器电路板设计技巧

 
图3

    
为了获得最高的输出信号质量，串联端接电阻必须尽可能靠近器件的输出引脚放置。这将大大减少寄生电容和寄生电感对驱动器输出的影响。从器件引脚到串联端接电阻的距离不应该超过0.5英寸(见图4)。图5是作为多媒体设备中作为输出驱动器的视频滤波器/驱动器的典型原理示意图。在图5所示的情况下，多媒体设备的复合视频信号端子接多媒体设备，S视频输出端子开通。在这时，让串联端接电阻靠近器件的输出引脚非常关键，可以把寄生电容对滤波器输出驱动器的影响降至最小，从而避免输出端出现振荡。图6所示为飞兆半导体的FMS6346A视频滤波驱动器驱动25pF 的负载，图7所示为FMS6346A驱动47pF的电容性负载。这表明，电容越小，性能越好。

 
图4

 
图5  FMS6346A 视频滤波器输出到 S-视频

 
图6  FMS6346A 视频滤波驱动器驱动25pF 的负载
 
图7  FMS6346A 驱动 47pF 的电容性负载

那么，考虑到了电路布局对性能的所有可能的影响，设计人员可以做些什么来确保版图避免振荡、失真和总体信号质量低下呢？下面的基本版图和旁路电容设计指南“设计规则13条(Lucky 13)”可能颇有裨益：

“设计规则 13条”

1) RTM (仔细阅读产品手册)。放大器的数据手册一般都会给出它的最小稳定增益要求。该指标至关重要，如果放大器的工作增益小于推荐的最小稳定增益，就可能产生振荡。

    
2)采用一个接地平面。这是为元件提供低感性接地连接的最好方法。

    
3) 去掉放大器下面和周围的接地平面，去掉敏感引脚附近的接地平面。去掉高速放大器输入输出引脚附近的接地平面，可以减少杂散电容。同样，去掉放大器下面和周围的接地平面也很有帮助。

    
4) 采用表面贴装元件。这类元件的引脚电感很小。 

    
5) 尽可能缩短引脚长度。 缩短引脚长度可以减少放大器反相输入端的串联电感。

  
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)，以减少电感。

7) 采用推荐的反馈电阻值。在使用电流反馈放大器时，这一点十分重要。

  
8)  不要在放大器的直接反馈回路中使用非线性元件 (如电容器) 。

   
9) 采用一个反馈电阻来实现单位增益配置。而不要使用标准的电压跟随（voltage-follower）电路。

10)  使用旁路电容。在每个电源上增加一个旁路电容有助于降低电源引脚处的回流电流路径阻抗，提高电源噪声抑制能力，并对电源走线进行高频过滤。大多数厂商都推荐使用6.8uF钽电容和0.1uF陶瓷电容。为获得最佳性能，应该按照以下规则放置电容：6.8uF电容距电源引脚不超过0.75英寸，0.1uF电容距电源引脚不超过0.1英寸。当两者的距离增加时，由于走线电感增加，电容的滤波效果下降。不过，这也需要与失真考虑事项进行权衡，因为实验结果显示，该距离延长一点点会改善失真性能。

 
图8

图8所示为一个单电源放大器示例。如果使用双电源放大器，则只需在其它电源上增加相同的旁路电容即可。

11) 调整旁路电容，减小失真。当单个运算放大器因接地电流路径而产生失真时，可调整旁路元件，对接地电流进行调节，使其远离输入元件。这十分简单，只需调整旁路电容，使它的接地连接远离输入即可。

    
12)对于视频滤波器，使串联端接电阻靠近输出引脚放置。这样做可以把寄生电容对滤波器输出驱动器的影响减至最小，从而避免输出端出现振荡。

   
13) 输入耦合电容和端接电阻靠近输入引脚放置，以获得最佳信号完整性。

电路板布局对系统性能的影响非常大，因此，在版图设计阶段，应该谨慎监测，避免失误。当有疑虑时，请联系放大器或视频滤波器供应商，他们会很乐意提供帮助。