PCB 布局是優(yōu)化高速板失真性能的關(guān)鍵因素?？紤]下面所示的非反相放大級的布局示例，該放大級使用 SOIC 封裝中的運(yùn)算放大器。

在這些示例中，所有組件都放置在電路板的頂側(cè)，只有正電源軌的旁路電容器 (Cbypass1 )位于底側(cè)。我們假設(shè)電路板有一個(gè)專用的接地層，并且由綠色圓圈表示的過孔將走線或焊盤連接到該接地層。

圖 2. 負(fù)電源軌旁路電容器放置位置不同的兩個(gè)電路圖。

正如您所看到的，除了負(fù)軌旁路電容器 ( Cbypass2 )的放置之外，兩種布局完全相同。左側(cè)的布局將 Cbypass2 的接地側(cè)置于靠近運(yùn)算放大器輸入的位置，而右側(cè)的布局則試圖使該端子靠近負(fù)載并遠(yuǎn)離運(yùn)算放大器的輸入。

圖2(b)中的布局可以實(shí)現(xiàn)更好的失真性能。

仔細(xì)注意返回電流路徑

要理解為什么圖 2(b) 中的布局表現(xiàn)出較低的失真，請考慮當(dāng)施加到負(fù)載的信號具有負(fù)極性時(shí)（即 C 旁路 2 提供負(fù)載電流）時(shí)流經(jīng)接地層的返回電流。

當(dāng)輸出信號極性為負(fù)時(shí)，從負(fù)載汲取的電流流經(jīng)頂層走線和運(yùn)算放大器電路，如圖 3 中的藍(lán)色箭頭所示。

圖 3. 與圖 2 相同的圖表，但用藍(lán)色箭頭顯示電流。

我們知道，高頻返回電流直接在信號走線下方流動(dòng)，以限度地減少環(huán)路面積。因此，圖 3(a) 中布局的返回電流應(yīng)遵循與紅線所示類似的路徑。

然而，值得注意的是，雖然大部分返回電流直接在信號走線下方流動(dòng)，但它仍然可以在接地層上稍微擴(kuò)散，如圖 4 所示。

圖 4.高頻返回電流的分布。圖片由Segera Davies提供。

因此，采用圖 3(a) 中的布局，返回電流會擾動(dòng)運(yùn)算放大器輸入端的電壓。耦合到運(yùn)算放大器輸入的誤差信號將與信號相關(guān)，因此將導(dǎo)致運(yùn)算放大器輸出失真。由于信號相關(guān)誤差電壓僅在輸出電壓的一種極性（負(fù)極性）期間出現(xiàn)，因此它主要會增加二次諧波失真。

返回電流將在圖 3(b) 中的接地層上選擇什么路徑？

同樣，信號走線正下方的路徑（藍(lán)色箭頭下方）將提供盡可能低的電感。然而，在這種情況下，旁路電容的接地側(cè)非常接近負(fù)載的接地端子。因此，與電感路徑相比，3(a)中紅色箭頭所示的路徑可以提供非常小的電阻。事實(shí)上，返回電流會選擇阻抗的路徑（路徑電感和電阻都要考慮）。

為了確定返回電流的準(zhǔn)確分布，我們需要仿真工具；然而，我們可以推斷出一部分返回電流將在紅色箭頭周圍流動(dòng)，而相對較小的電流將在藍(lán)色箭頭下方流動(dòng)。由于信號走線下方流動(dòng)的電流相對較小，因此我們可以期望在電路的敏感節(jié)點(diǎn)下方（運(yùn)算放大器輸入周圍）有一個(gè)“更安靜”的接地。

使旁路電容的接地側(cè)遠(yuǎn)離運(yùn)算放大器輸入是減少諧波失真的有效技術(shù)，并且在不同芯片制造商的不同技術(shù)文檔中通常推薦這種技術(shù)。

如果負(fù)載遠(yuǎn)離運(yùn)算放大器輸出怎么辦？

我們再看一個(gè)示例，其中負(fù)載距離運(yùn)算放大器輸出一定距離，如圖 5 所示。

圖 5. 我們的示例運(yùn)算放大器電路，但負(fù)載距離運(yùn)算放大器輸出較遠(yuǎn)。

同樣，我們應(yīng)該使旁路電容器的接地側(cè)遠(yuǎn)離運(yùn)算放大器輸入。電容器應(yīng)放置在靠近運(yùn)算放大器電源引腳的位置，其接地端靠近運(yùn)算放大器輸出。

相當(dāng)一部分返回電流應(yīng)遵循上面討論的低電阻路徑，從而形成下圖中紅線所示的返回電流路徑。