包装
运算放大器通常采用不同的封装形式。所选的包装会影响放大器的高频性能。主要影响包括寄生效果(前述)和信号路径。这里集中讨论了放大器的路径输入、输出和电源。
图9SOIC包(a)和SOT?图23是示出使用包(b)的运算放大器之间的布线差异的图。每个包装本身都有问题。重点看(a)发现,仔细看反馈路径,有多种连接反馈的方法。最重要的是保证打印线的长度最短。反馈路径的寄生电感会引起铃声和超调。在图9A和9B中,返回放大器连接反馈路径。图9C示出了SOIC将反馈路径连接到包下的另一方法,并且减少反馈路径的长度。每个方法都有细微的差别。第一方法是,如果印刷线太长,则串联电感增大。第二种方法采用通孔,引起寄生电容和寄生电感。PCB设计布线时,必须考虑这些寄生效果的影响及其隐藏的问题。SOT-23布线差基本上理想的是反馈打印线的长度最短且通孔的利用较少。负荷和旁路容量从短路径返回到相同的接地连接。正电源端子的容量(图9B中未示出)直接置于PCB背面的负电源容量下。
图9。同一运算放大器电路的配线不同。(a)SOIC包装、(b)SOT?23包装、(c)RF的SOIC包装在PCB下面。
低失真放大器的引脚排列:ADI公司所提供的一些运算放大器(例如AD80451)采用有助于解决上述两个问题的新的低失真引脚排列。此外,还提高了其他两个重要的性能。如图10所示,LFCSP的低失真销排列在逆时针方向上移动一个销,并将输出销作为专用反馈销添加。
图10。采用低失真引脚排列的运算放大器
如图11所示,低失真销阵列允许输出销(专用反馈销)与反相输入销之间的近距离连接。由此,配线大幅简化、改善。
图11。AD8045低失真运算放大器的PCB设计配线
这个引脚阵列的另一个优点是减少二次谐波失真。传统运算放大器的引脚结构中二次谐波失真的原因之一是同相输入与负电源针脚的结合作用。LFCSP封装的低失真销阵列消除该组合,因此极大地降低了二次谐波失真。在一些情况下,最多可以降低14dB。图12AD80992是示出包装和LFCSP包装失真性能的差异的图。
这个包装也有耗电量低的优点。LFCSP在包中,包有能够降低包的热阻并改善theta的裸垫。JA的值约为40%。由于减少了热阻,所以相当于降低设备的动作温度,提高可靠性。
图12。AD8099将不同包装失真性能与相同运算放大器相比SOIC和LFCSP采用包装
现在,ADI公司使用新的低失真销排列提供AD8045、AD8099、AD8rnrn三种高速运算放大器。
配线和屏蔽
PCB上存在各种模拟信号和数字信号,包括从DC到GHz频率范围的高电压或低电流。很难保证这些信号不相互干扰。
在部分建议中,谁也不相信前面,最重要的是,事先考虑PCB上的信号怎么处理,制定计划。重要的是,注意哪些信号是敏感的信号,并决定采取什么措施来保证信号的完整性。接地平面为电信号提供了共同的考虑点,并且还可以用于遮挡。在需要信号分离的情况下,首先应该在信号打印线之间留下物理距离。以下是值得参考的实践经验。
通过降低同一PCB中的长并行线的长度和信号打印线的接近度,可以降低电感耦合。
通过减小相邻层的长尺打印线长度,可以防止电容耦合。
需要高分离度的信号打印线在不同的层上运行,在未完全分离的情况下正交应该在打印线上行驶,将接地面放置在它们之间。正交布线可以使电容耦合最小化,地线形成电屏蔽。该方法可以用于构成控制阻抗打印线。
高频(RF)信号通常在控制阻抗打印线上流动。也就是说,该打印线保持特征阻抗,例如50Omega。(RF应用中的典型值)。两个最常见的控制阻抗打印线微带线4和带状线5都可以实现类似的效果,但是实现方法不同。
如图13所示,可以在PCB的任意方面使用微带控制阻抗打印线。作为参照平面,直接采用其下面的接地平面。
图13。微带传输线。
公式(6)可以用来计算一个FR4板的特性阻抗。
H表示从接地面到信号线的距离,W表示线宽,T表示线厚。所有尺寸都是密耳mils(10-3英寸)单位。epsilon;r表示PCB材料的介电常数。
带状控制阻抗印刷线(参照图14)采用2层的接地面,夹有信号印刷线。该方法使用更多的打印线,所需的PCB层数更多,对介电厚度的变化敏感,成本较高,因此通常仅用于严格的应用。
图14。带状控制阻抗印制线。
方程(7)中示出了带状线的特性阻抗计算公式。
保护环或ldquo;隔离环rdquo;这是算术放大器中常用的另一种遮挡方法,用于防止寄生电流进入敏感节点。其基本原理简单地通过一条保护引线完全包围敏感触点,引线保持或保持与敏感触点相同的电位(低阻抗),因此将被吸收的寄生电流远离敏感触点。图15A示出了算术放大器的反转配置和同相配置中保护环的原理图。图15(b)是SOT?23示出了用于五个包中的两个保护环的典型布线方法。
图15。保护环。(a)反转及同相动作。(b)SOT235包。
结论
高水平的PCB设计配线对于成功的运算放大器电路设计尤其重要。良好的原理图是良好的布线基础。电路设计工程师和布线设计工程师之间的紧密合作是根本的,尤其是设备和布线的位置问题。需要考虑的问题包括旁路电源、降低寄生效果、采用接地面、计算放大器封装的影响、布线和屏蔽方法。