繼續(xù)關(guān)于排版的討論

 通過一次關(guān)于基本知識(shí)的對(duì)話，讓我們深入考察那沒有什么魅力但是極其關(guān)鍵的旁路電容和去耦電容。

 編輯引言：旁路電容是關(guān)注度低、沒有什么魅力的元器件，一般來說，在許多專題特寫中不把它作為主題，但是，它對(duì)于成功、可靠和無差錯(cuò)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。

 來自Intersil公司的作者David Ritter和Tamara Schmitz參加了關(guān)于該主題的進(jìn)一步對(duì)話。本文是對(duì)話的第三部分。Dave和Tamara信仰辯論的價(jià)值、教育的價(jià)值以及謙虛地深入討論核心問題的價(jià)值；簡(jiǎn)而言之，為了獲取知識(shí)而展開對(duì)一個(gè)問題的討論。

 下面是，第三部分的對(duì)話，請(qǐng)“聆聽”并學(xué)習(xí)。

 (Tamara博士拿著一袋發(fā)著沙沙響聲的書進(jìn)入她的辦公室，當(dāng)Dave從旁邊走過時(shí)她把那袋書扔在了桌子上。)

 Dave: 嗨，Tamara:博士，你往那里扔什么？

 Tamara: 那是我們的讀者郵件。 

Dave: 我們收到郵件？你的意思是喜歡“來自新澤西Fort Lee的Richard Fader寫道：這就是我聽說的關(guān)于電容器的一切抱怨嗎？”之類的郵件？ 

Tamara: 是的，就是那樣的信件。 

Dave: 關(guān)于電容器以及排版嗎？ 

Tamara: 當(dāng)然！這是一封來自Kyle(所有讀者的姓名被改變，以保護(hù)他們隱私)。在高幅度射頻場(chǎng)中，他慣常于把電容器級(jí)聯(lián)起來以旁路他的電路。 

Dave: 正如我們所說的，有時(shí)候你需要這么做，但是，許多時(shí)間你不需要這么做。 

Tamara: 他也問到了耦合電容。看來他們?cè)隈詈想娙萆嫌龅降膯栴}不如在旁路電容上遇到的問題大。

 Dave: 是的，我已經(jīng)注意到了那個(gè)問題，但是，一些人擔(dān)心采用大的耦合電容，因?yàn)樗Ｎ艺J(rèn)為，他們的思路不正確。

 Tamara: 在今后的討論中我們將著手解決那個(gè)問題。這里是Carl的評(píng)價(jià)。他對(duì)我們最近關(guān)于接地平面上的電壓降問題提出的解決方案感到不確定。他認(rèn)為，在它(感應(yīng)作用)周圍或者需要磁通，或者它僅僅是一個(gè)通常很小的IR降。

 Dave: 是的，我們通常在視頻系統(tǒng)中談到的60dB的串?dāng)_非常小，意味著有幾個(gè)毫伏的有害信號(hào)。上次在例子中我們證明了，為了便于描述，我們把電路做了相當(dāng)多的簡(jiǎn)化。實(shí)際電路在每一個(gè)通道具有完整的直流恢復(fù)(具有電子機(jī)械繼電器)，并且它是通孔元件。從圖1所示可見，當(dāng)通孔元件或過孔破壞了一個(gè)接地層時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況。

圖1：視頻混合器的電路板排版圖。邊緣電流線顯示出現(xiàn)串?dāng)_的可能性；帶引腳的元件破壞接地層，并把電流線聚集在一起。

 Tamara: 你的意思是你不用表面貼裝元件，因此，接地層上充滿了帶引腳的元件的通孔？

 Dave: 是的，來自輸入的大多數(shù)回流通過圍繞這個(gè)電路的窄帶之中。與實(shí)體接地層相比，電阻要更大。

 Tamara: 因此，邊緣電路被更多地?fù)頂D在一起。

 Dave: 是的。串?dāng)_比你想像的要多。表面安裝的元件對(duì)解決這個(gè)問題有很大幫助，因?yàn)樗鼈兙哂懈俚耐祝牵呀拥貙臃珠_是明智且容易的事情，并且不論你是否擁有大量的過孔它均能消除這個(gè)問題。如圖2所示。

 Tamara: 免費(fèi)、容易且有效—聽起來就像放之四海皆準(zhǔn)的慣例。

Dave: 那真是我一直思考的事情。你在哪個(gè)領(lǐng)域取得了什么進(jìn)展？

 Tamara: 我已經(jīng)跟兩家電容器公司X2Y以及KEMENT的代表進(jìn)行了接觸。

 Dave: 他們?cè)趺聪氲模?/p>

 Tamara: 我們?cè)谂月冯娙萆匣ㄙM(fèi)了太多的精力，你不知道你怎么想的嗎？

 Dave: 啊，是的，我的意思是它們僅僅是電容器。

 Tamara: 他們說，我們的研究不夠。我們僅僅考慮兩維。他們甚至要考慮電容器內(nèi)部的側(cè)景(side view)。

 Dave: 他們重視我們建議的那樣的電流路徑嗎？

 Tamara: 是的，通過減少他們的電容器的引腳的垂直封裝面積，他們把等效串聯(lián)電感(ESL)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值從大約2nH降低為原來的1/5。

 Dave: 因此，即使專業(yè)公司也重視該電流(如釋重負(fù)地嘆息)。我們站在可巨人的肩膀上(停頓，心不在焉地凝視遠(yuǎn)方…)

 Tamara: Dave. . . . DAVE. .

 Dave: 哦，對(duì)不起。那么，現(xiàn)在我們?cè)谀睦锔欕娏髀窂剑琓amar博士。

 Tamara: 我認(rèn)為，我們需要做稍微深入的討論，并通過一個(gè)例子分步討論。我認(rèn)為，我們的讀者了解電流路徑對(duì)于放置他們的旁路電容是至關(guān)重要的，但是，可能需要一個(gè)實(shí)例。讓我們看看在一個(gè)簡(jiǎn)單的電路中，電流是在哪里流過的。讓我們看看驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載的運(yùn)放的輸出。下面是一塊簡(jiǎn)單的電路和電路板。

 Dave: 好，讓我們把討論做的有趣一些。對(duì)于輸入偏置級(jí)的電壓參考來說，怎么樣？

 Tamara: 圖3所示為具有增益為2的單電源運(yùn)放配置。 

圖3：簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器以及電壓參考電路。

 Dave: 電壓參考偏置均以電源電壓的一半來輸入以獲得最佳的輸入范圍。

 Tamara: 這次我們?yōu)榕虐孢x擇采用雙層電路板(上次那塊板子采用四層板)。第二層幾乎是完整的接地層，在輸入和輸出線上是兩條跳線，如圖4所示。

 
圖4：?jiǎn)芜\(yùn)放及其電壓參考電路的印刷電路板排版。

 Dave: 讓我們跟蹤電流的路徑(圖5a和圖5b)。

 
圖5a和圖5b：在參考電壓中的交流以及直流路徑。

 Tamara: 工程師們有時(shí)會(huì)混淆交流以及直流路徑，因此，讓我們把交流高頻路徑標(biāo)記為藍(lán)色，而把直流路徑標(biāo)記為綠色。

 Dave: 我要深入探討一下。我用實(shí)線把驅(qū)動(dòng)電路標(biāo)出，因?yàn)樗鼈兊碾娏鞔蠖鄶?shù)在頂層流動(dòng)并且回路用虛線表示，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮拥貙由系牧鲃?dòng)占突出地位。

 Tamara: 你真厲害！

Dave: 你可能認(rèn)為，參考電源僅僅是直流電源，但是，它也是放大器中交流電路的一部分。要核查在參考電路中的高頻電流路徑。

 Tamara: 我特別想知道，無源元件的堆疊如何讓你干凈地引入輸入線并在U2、R4、C3和C5之間共享一小塊接地焊盤。

 Dave: 那并沒有阻止我構(gòu)建一條從R3至那個(gè)輸入網(wǎng)絡(luò)的緊湊(布局很好)的反饋路徑。

 Tamara: 高頻路徑是短且緊湊的，其環(huán)路通過輸出旁路電容器C5以及參考旁路電容器C3。我猜測(cè)那就是為什么你把C3放在放大器U2附近，而不是放在上面的參考芯片U1旁邊。在頂層上它們甚至共享額外的接地連接。

 Dave: 沒錯(cuò)。我們想要高頻電流包含小的閉合面積，這意味著電感小。為了形成對(duì)照，請(qǐng)參見直流電流的回路。

 Tamara: 它們?cè)谡麎K板子上展開并且甚至似乎離開電路板的頂層。

 Dave: 是！直流電流必須來自電源，那意味著它進(jìn)入并離開連接器或找到它流去本地電源調(diào)整器的途徑。在任一情形下，路徑的面積均大。

 Tamara: 那就是為什么我們?cè)诘谝粋€(gè)地方采用旁路電容器：把高頻電流保持在本地，并分流會(huì)引起大量不希望出現(xiàn)的電壓降的感性以及阻性路徑。

 Dave: 現(xiàn)在，請(qǐng)看以下放大器的輸出電流(圖6a和圖6b)。

 
圖6a和圖6b：在運(yùn)放中的交流以及直流路徑。

 Tamara: 再看看在電路板頂層上展開的直流電流(在連接電源的地方)，但是，在緊湊的環(huán)路中交流電流非常接近輸出放大器。

 Dave: 交流回路除非在接地層上展開，否則不會(huì)依靠自己或跨越它自己構(gòu)成回路。那就是最小化串?dāng)_的良好實(shí)踐。

 Tamara: 這一次在你的接地層上沒有出現(xiàn)你的著名的切割，為什么沒有？

 Dave: 那個(gè)信號(hào)的確沒有機(jī)會(huì)相互作用。信號(hào)流直接從左邊流向右邊—輸入至輸出。我們沒有畫出輸入電流路徑，這留給讀者做練習(xí)。

 Tamara: 然而，如圖2所示的接地層切割在把信號(hào)線圍起來并防止邊緣電流相互作用上最為有用。

 Dave: 絕對(duì)正確。可是，不要忘記這整個(gè)對(duì)話是從旁路電容器開始討論的。

 Tamara: 是的，的確如此。我們能夠選擇正確的電容器的尺寸、類型和封裝，然而，如果我們不對(duì)排版進(jìn)行最優(yōu)化的話，那也不會(huì)有效。

 Dave: 那可能是我們能夠說的最重要的事情：關(guān)于放置旁路電容器的問題幾乎總是可以通過跟蹤電流的路徑并最小化電流的環(huán)路面積來回答。除此之外，沒有更多的其它問題。