数据手册常常注明:“电源的去耦电容要尽可能靠近集成电路的电源引脚放置。”如图1所示印制电路板(PCB),它们确实如此!
图1:一个印制电路板版图(PCB),集成电路和电容。(点击放大)
该电路板用于视频混合信号,图1所示集成电路周围还存在其它器件,这些周边器件非常关键。这是一个四层板,信号通路在最外两层,模拟工程师通常将电源和地分别布设在中间两层。器件包括高频模/数转换器(ADC)、数/模转换器(DAC)以及信号处理电路。器件密度适中,没有球栅阵列(BGA)封装,不需要更多层或复杂布板。
测试这个设计时,我们发现视频输出噪声非常大。而且,大多数噪声都来自一个集成电路。图1显示了电路板的顶层图,电源引脚测试到非常大的噪声。当用一根很细的导线穿过去耦电容的地层过孔,连接到电路板的另一侧时,一条引线(不在内部地层)消失在另一过孔,这将引发一些问题。
观察电路布局,突出标示出我们感兴趣的节点,可以看到所有连线,如图2所示。
图2. 使用PCB设计软件得到的电路布局。(点击放大)
这些布线看起来是由数字电路自动布线工具完成的,电路板设计人员可能并不具备模拟电路设计经验。没有内部地层和电源层(参考AN4345有关接地技巧与合理布局)。
在没有设计经验的人眼里,这个电路完全正确,但是,因一体电感生产为所有地混杂在一起。这种连接对于直流没有问题,但在一定工作频率下,其等效电路上存在较大的寄生成分,如图3所示。
图3. 电路中“地弹噪声”的示意图。(点击放大)
图2中的每个通路和过孔都存在寄生电阻和功率电感。图3中,把这些分布寄生单元等效成与地串联的低一体成型电感器工厂频电感。图中,绕线电感可以看作一个机械螺旋线电感;为方便解释,假设集成电路为运算放大器,但它可以是任何电路。
当其它电路的电流改变时,“地弹噪声”符号上方左右两端的数字电路及其它电路的噪声会使电压上下波动。在很多点直接干扰到模拟信号:
1)噪声通电感器厂过R1耦合到运放输入。