PCB布局是高速板线性性能优化的关键因素。本系列的前几篇文章讨论了一些减少二次谐波失真的基本技术。本文的灵感来自TI文件“高速PCB布局技术“试图详细讨论轨到轨和轨到地旁路电容应该如何在高速差分ADC驱动器中布置，以实现最大的可能线性性能。
使用单端运放的差分ADC驱动器
如图1所示，可以通过采用两个单端OP-AMP来实现差分ADC驱动器。
图1。使用两个相同的单端运放来实现差分ADC驱动器
当差分信号应用于这些相同的路径时，单个运放将产生相同的二次谐波分量。在ADC输入端作为共模信号出现，这些失真分量将被差分ADC抑制，就像任何其他共模噪声和干扰信号一样。
在前一篇文章中，我们讨论了a对称PCB布局需要保持两个单端路径相同并衰减二次谐波。在这篇文章中，我们将讨论如何布置运放的去耦电容器，以实现最大可能的线性性能。
我们知道去耦电容器充当电荷源并提供运算放大器应该传递给负载的高频电流。为了提供高频差动电流，我们可以使用轨对地和轨对轨去耦电容器。
轨到铁路与轨到地下耦合结构
利用图1中所示的结构，输送到负载的电流是差分，即当上部运算放大器源电流到负载时，下部分支汇过电流，反之亦然。让我们考虑上部OP-AMP源的情况，负载电流和下部路径汇。轨到地和轨到轨解耦选项以及电流路径如图2所示。注意，在该图中，为了简单起见，未示出放大级的电阻。此外，我们假设采用具有专用接地平面的多层板。
图2。铁路对地(a)和铁路对铁路(b)解耦结构
通过轨对地解耦结构(图2(a))，高频电流将从正轨的旁路电容(Cbypass1）到负载然后，到负导轨的旁路电容（CBypass2.)如蓝色箭头所示。电路原理图表明节点A和B都在地平面，蓝色箭头所示的路径是电流的闭合路径。但在现实中，节点A和节点B是地平面上两个截然不同的节点，电流应该从节点B流向节点A，形成闭合的电流路径。因此，负载电流将通过接地面提供的阻抗最小的路径流回C的接地侧bypass1。
这种结构的挑战在于，任何流过地面的电流，只要足够接近负载电流返回路径，都可能与负载电流耦合并改变负载电流。此外，如果负载电流从节点B到A的回路不对称，则会影响ADC驱动器单端回路的对称性，在ADC输入端会出现较大的二次谐波。
为了避免这些问题，可以采用图2（b）中的去耦结构，其中旁路电容器放置在两个轨道之间。以这种方式，差动载荷电流将遵循蓝色箭头所示的路径，并且它不必流过接地平面。根据这一点TI文档，轨到轨旁路电容可以将第二次谐波失真减少6至10dB。注意，为了提供相反方向的差分载荷电流，我们需要包括另一个轨到轨旁路电容（C.绕过4.）如图3所示。
图3.
C提供的负载电流路径绕过4.由蓝色箭头表示。
常用电流怎么样？
利用图1中所示的结构，OP-AMPS提供的电流主要是差分，可以由轨到轨解耦电容提供。但是，我们仍然可以具有小的共模电流组件。例如，假设噪声分量耦合到两个OP-AMP的非反相输入，并略微提高这些节点的电压。这将产生流出两个OP-AMPS的共模电流。如图4所示，这种共模电流将对PCB迹线的杂散电容充电。
图4.
请注意，轨到轨旁路电容不能提供这些共模电流。在图4中，OP-AMPS将必须直接通过电源和接地导体提供高频共模电流分量，这是不需要的。因此，我们需要添加轨到地旁路电容，如图5所示。
图5.
正如你所看到的，从两个运放输出的共模电流将由正极和地(C绕过5.和c绕过7.）。该共模电流将为迹线的寄生电容充电。因此，返回电流将从寄生电容的地面流回C的地面绕过5.和c绕过7.在接地面上。类似地，两个运放产生的共模电流将由放置在负轨和地(C绕过6.和c绕过8.）。
轨道面上的帽可以提供共模和差分电流
当我们加入C的时候绕过5.C绕过6.C绕过7.，和c绕过8.为了提供共模电流，这些电容器也将提供负载的一部分高频差动电流。如图2(a)所示，使用轨对地电容器会不必要地使差动负载电流流过不需要的接地面。为了避免这种情况，我们可以放置轨对地旁路电容，它可以对称地提供差动电流，并在它们之间的轨迹的中点接地。这在图6中得到了最好的图形说明。
图6.
上图显示了上部运算算放大器源的情况，负载电流和下部路径汇。在这种情况下，c绕过5.和c绕过8.可以提供一部分负载差电流。为了防止差动电流流过地面平面，我们连接C的地面绕过5.和c绕过8.通过电路板信号层上的PCB线并将这条线接地在中点(图中的节点a)。对于差分信号，节点a理论上应该是一个虚拟地，且差分电流不应该流入接地面(I地面差分载荷电流= 0）。同样，我们放置c绕过6.和c绕过7.相互对称地接地两个电容器之间的轨迹在中点。您可以找到一个应用上述技术的示例布局TI申请报告。
最后值得一提的是，这些技术也适用于基于全差分运算放大器的ADC驱动器。更多信息，请参考我上面提到的TI文件。
结论
要从差分ADC驱动程序中提取最大线性性能，我们需要一个对称PCB布局。采用轨到轨旁路电容作为高频差分电流的主电荷源可以将第二谐波分量减少6至10dB。我们仍然需要轨到地旁路电容来提供共模电流。由于这些电容器还可以提供负载差分电流的一部分，因此我们需要对称地将它们放置，使得差分载荷电流不能流入地平面。
