印刷电路板（ 印刷电路板 ) 布线在高速电路中起着关键作用。 本文主要从实用的角度讨论高速电路的布线问题。 主要目的是帮助新用户了解在为高速电路设计 PCB 布线时需要考虑的许多不同问题。 另一个目的是为一段时间没有接触PCB布线的客户提供复习资料。 由于篇幅有限，本文无法详细涵盖所有问题，但我们将讨论对提高电路性能、减少设计时间和节省修改时间影响最大​​的关键部分。

如何从实用的角度设计PCB

虽然这里的重点是与高速运算放大器相关的电路，但这里讨论的问题和方法通常适用于大多数其他高速模拟电路的布线。 当运算放大器工作在非常高的射频 (RF) 频段时，电路的性能在很大程度上取决于 PCB 布线。 在“绘图板”上看似良好的高性能电路设计，如果布线马虎，最终可能会表现平庸。 在整个布线过程中预先考虑和关注重要细节将有助于确保所需的电路性能。

原理图，示意图

虽然好的原理图并不能保证好的布线，好的布线始于好的原理图。 必须仔细绘制原理图，并考虑整个电路的信号方向。 如果原理图中从左到右的信号流正常、稳定，那么 PCB 上的信号流应该也一样好。 在原理图上提供尽可能多的有用信息。 因为有时候电路设计工程师不在，客户会请我们帮忙解决电路的问题。 做这项工作的设计师、技术人员和工程师将非常感激，包括我们。

除了通常的参考标识符、功耗和容错之外，原理图中还应提供哪些其他信息？ 以下是将普通原理图变成一流原理图的一些建议。 添加波形、外壳机械信息、打印线长、空白区域； 指明需要在PCB上放置哪些元件； 给出调整信息、元件值范围、散热信息、控制阻抗印制线、注意事项、简明电路动作说明…… （等等）。

不要相信任何人

如果您不自己设计布线，请务必留出足够的时间来仔细检查电缆线的设计。 在这里，一点预防的价值是补救的一百倍。 不要指望布线人员会理解您的想法。 您的输入和指导在布线设计过程开始时最为重要。 您提供的信息越多，您参与的布线过程越多，PCB 就会越好。 为布线设计工程师设置一个暂定的完成点——快速检查您想要的布线进度报告。 这种“闭环”方法可防止接线误入歧途，从而最大限度地减少返工的可能性。

给布线工程师的说明包括：电路功能的简短描述、指示输入和输出位置的 PCB 草图、PCB 级联信息（例如，板的厚度、有多少层、每个信号层和接地层的详细信息——功耗） 、接地、模拟、数字和射频信号）； 这些层需要这些信号； 需要放置重要组件； 旁路元件的准确位置； 哪些印刷线很重要； 哪些线路需要控制阻抗印制线路； 哪些行需要匹配长度； 组件尺寸； 哪些印刷线需要彼此远离（或接近）； 哪些线路需要彼此远离（或接近）； 哪些组件需要彼此远离（或靠近）放置； 哪些组件应该放在 PCB 的顶部，哪些应该放在 PCB 的底部？ 永远不要抱怨必须向某人提供太多信息——太少？ 是; 太多了？ 不尽然。

一个教训：大约 10 年前，我设计了一个多层表面贴装电路板——该板的两面都有元件。 这些板用螺栓固定在镀金铝壳上（因为严格的防震规格）。 提供偏置馈通的引脚穿过电路板。 引脚通过焊丝连接到PCB。 这是一个非常复杂的设备。 板上的一些组件用于测试设置 (SAT)。 但我已经准确定义了这些组件的位置。 你能猜出这些组件安装在哪里吗？ 顺便说一下，在董事会之下。 产品工程师和技术人员在完成设置后不得不将整个设备拆开并重新组装起来时，他们会很不高兴。 从那以后我就没有犯过那个错误。

位置

就像在 PCB 中一样，位置就是一切。 电路在PCB上的位置，其特定电路组件安装在何处，以及与它相邻的其他电路都是非常重要的。

通常，输入、输出和电源位置是预先确定的，但它们之间的电路需要“有创意”。 这就是为什么关注布线细节可以带来巨大收益的原因。 从关键元件的位置开始，考虑电路和整个PCB。 从一开始就指定关键组件的位置和信号路径有助于确保设计按预期工作。 第一次就做出正确的设计可以降低成本和压力，从而降低开发周期。

绕过电源

绕过放大器的电源侧以降低噪声是 PCB 设计过程的一个重要方面——无论是对于高速运算放大器还是其他高速电路。 旁路高速运算放大器有两种常见配置。

电源接地：这种方法在大多数情况下效率最高，使用多个并联电容器将运放的电源引脚直接接地。 两个并联电容器通常就足够了——但添加并联电容器可能对某些电路有益。

并联具有不同电容值的电容器有助于确保电源引脚在宽带上仅看到低交流阻抗。 这在运算放大器功率抑制比 (PSR) 衰减频率下尤为重要。 电容器有助于补偿放大器降低的 PSR。 在许多十倍范围内保持低阻抗的接地路径将有助于确保有害噪声不会进入运算放大器。 图 1 说明了使用多个并发电气容器的优势。 在低频时，大电容提供低阻抗接地通路。 但是，一旦频率达到它们的共振频率，电容器的电容性就会降低并呈现出更多的感性。 这就是为什么拥有多个电容器很重要的原因：当一个电容器的频率响应开始下降时，另一个电容器的频率响应开始起作用，从而在许多十倍频程内保持非常低的交流阻抗。

直接从运算放大器的电源引脚启动； 具有最小电容和最小物理尺寸的电容器应与运算放大器放置在 PCB 的同一侧——尽可能靠近放大器。 电容器的接地端应使用最短的引脚或印制导线直接连接到接地平面。 上述接地连接应尽可能靠近放大器的负载端，以尽量减少电源与接地端之间的干扰。 图 2 说明了这种连接方法。

对于超大电容器，应重复此过程。 最好从 0.01 μF 的最小电容开始，并在其附近放置一个等效串联电阻 (ESR) 为 2.2 μF（或更高）的电解电容器。 0.01 外壳尺寸的 0508 μF 电容器具有非常低的串联电感和出色的高频性能。

电源到电源：另一种配置使用一个或多个旁路电容器连接在运算放大器的正负电源端之间。 当电路中难以配置四个电容器时，通常使用这种方法。 缺点是电容器外壳尺寸可能会增加，因为电容器两端的电压是单电源旁路方法值的两倍。 增加电压需要增加设备的额定击穿电压，这意味着增加外壳尺寸。 但是，这种方法可以提高 PSR 和失真性能。

由于每个电路和接线都不同，电容器的配置、数量和电容值将取决于实际电路的要求。

寄生效应

寄生效应实际上是潜入您的 PCB 并对电路造成严重破坏、头痛和无法解释的破坏的小故障。 它们是渗入高速电路的隐藏寄生电容和电感。 其中包括封装管脚和印制导线过长形成的寄生电感； 焊盘与地、焊盘与电源层、焊盘与印刷线之间形成的寄生电容； 通孔之间的相互作用以及许多其他可能的影响。