PCB 布局是優(yōu)化高速電路板線性性能的關鍵因素。本系列前幾篇文章討論了一些減少二次諧波失真的基本技術。本文受 TI 文檔“高速 PCB 布局技術”的啟發(fā)，試圖詳細討論如何在高速差分 ADC 驅動器中布置軌到軌和軌到地旁路電容器，以實現最大可能的線性性能。　　使用單端運算放大器的差分 ADC 驅動器

　　如圖 1 所示，可以通過采用兩個單端運算放大器來實現差分 ADC 驅動器。
　　圖 1.使用兩個相同的單端運算放大器實現差分 ADC 驅動器
　　當差分信號施加到這些相同路徑時，各個運算放大器將產生相同的第二諧波分量。這些失真分量在 ADC 輸入端顯示為共模信號，它們將像任何其他共模噪聲和干擾信號一樣被差分 ADC 抑制。
　　在上一篇文章中，我們討論了需要對稱PCB 布局來保持兩個單端路徑相同并衰減二次諧波。在本文中，我們將討論如何布局運算放大器的去耦電容以實現最大可能的線性性能。
　　我們知道，去耦電容充當電荷源，提供運算放大器應向負載提供的高頻電流。為了提供高頻差分電流，我們可以使用軌對地和軌對軌去耦電容。
　　軌對軌與軌對地去耦結構　　在圖 1 所示的結構中，傳輸到負載的電流是差分的，即當上部運算放大器向負載提供電流時，下部分支吸收電流，反之亦然。讓我們考慮上部運算放大器提供負載電流而下部路徑吸收電流的情況。圖 2 顯示了軌對地和軌對軌去耦選項以及電流路徑。請注意，在此圖中，為簡單起見，未顯示放大級的電阻器。此外，我們假設采用具有專用接地層的多層板。

　　圖 2.軌對地（a）和軌對軌（b）去耦結構
　　采用軌對地去耦結構（圖 2(a)）時，高頻電流將從正極供電軌的旁路電容（Cbypass1 ）流向負載，然后流向負極供電軌的旁路電容（Cbypass2 ），如藍色箭頭所示。電路原理圖表明節(jié)點 A 和 B 都位于地平面，藍色箭頭所示的路徑是一條閉合的電流路徑。然而，實際上，節(jié)點 A 和 B 是接地平面上的兩個不同節(jié)點，電流應從節(jié)點 B 流向節(jié)點 A，以形成一條閉合的電流路徑。因此，負載電流將通過接地平面提供的阻抗最小的路徑流回 Cbypass1 的接地側。
　　這種結構的挑戰(zhàn)在于，任何流經接地平面且足夠靠近負載電流返回路徑的電流都可能與負載電流耦合并改變負載電流。此外，如果負載電流返回路徑從節(jié)點 B 到 A 出現任何不對稱，ADC 驅動器單端路徑之間的對稱性將受到影響，并且 ADC 輸入端將出現更大的二次諧波?！　榱吮苊膺@些問題，可以采用圖 2(b) 中的去耦結構，在兩個軌道之間放置一個旁路電容器。這樣，差分負載電流將遵循藍色箭頭所示的路徑，而不必流過接地平面。根據 TI 文檔，軌到軌旁路電容器可以將二次諧波失真降低 6 到 10dB。請注意，為了在相反方向上提供差分負載電流，我們需要添加另一個軌到軌旁路電容器 (Cbypass4 )，如下圖 3 所示。

　　圖 3
　　Cbypass4提供的負載電流的路徑如藍色箭頭所示。
　　那么共模電流呢？　　在圖1所示的結構中，運算放大器提供的電流主要是差分電流，可以由軌到軌去耦電容提供。但是，我們仍然可以有小的共模電流分量。例如，假設一個噪聲分量耦合到兩個運算放大器的同相輸入端，并略微提高這些節(jié)點的電壓。這將產生從兩個運算放大器流出的共模電流。如圖4所示，這樣的共模電流將對PCB走線的雜散電容進行充電。

　　圖 4　　請注意，軌對軌旁路電容無法提供這些共模電流。在圖 4 中，運算放大器必須直接通過電源和接地導體提供高頻共模電流分量，這是不希望的。因此，我們需要添加軌對地旁路電容，如圖 5 所示。

　　圖 5
　　如您所見，從兩個運算放大器流出的共模電流將由正軌和地之間的旁路電容（C旁路5和 C旁路7）提供。該共模電流將對走線的寄生電容充電。因此，返回電流將從寄生電容的接地側流回到接地平面中 C旁路5和 C旁路7 的接地側。同樣，兩個運算放大器吸收的共模電流將由放置在負軌和地之間的旁路電容（C旁路6和 C旁路8 ）提供。
　　軌至地電容可提供共模和差分電流　　雖然我們添加了 C旁路 5、C旁路 6、C旁路 7和 C旁路 8來提供共模電流，但這些電容器也將提供負載高頻差分電流的一部分。如圖 2(a) 所示，使用軌對地電容器可能會不必要地使差分負載電流流過接地平面，這是不希望的。為了避免這種情況，我們可以以對稱方式放置能夠提供差分電流的軌對地旁路電容器，并在它們之間的中點接地。圖 6 以圖形方式對此進行了最好的說明。

　　圖 6
　　上圖顯示了上部運算放大器提供負載電流而下部路徑吸收負載電流的情況。在這種情況下，C旁路5和 C旁路8可以提供一部分負載差分電流。為了防止差分電流流過接地平面，我們通過電路板信號層上的 PCB 走線將 C旁路5和 C旁路8的接地側連接在一起，并將該走線在中點接地（圖中的節(jié)點 A）。對于差分信號，節(jié)點 A 理論上應為虛擬接地，差分電流不應流入接地平面（對于差分負載電流， I接地=0）。同樣，我們將 C旁路6和 C旁路7對稱放置，并將兩個電容器之間的走線在中點接地。您可以在此 TI 應用報告中找到應用上述技術的示例布局。