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AN-345 应用笔记 ONE TECHNOLOGY WAY ? P.O. BOX 9106 ? NORWOOD, MASSACHUSETTS 02062-9106 ? 617/329-4700 低频和高频电路接地 了解接地路径和信号路径，实现行之有效的设计电流沿着阻抗最小， 而不仅是电阻最小的路径流动 作者：Paul Brokaw 、Jeff Barrow 在大多数电子系统中，降噪是一个重要设计问题。与功耗限 基本运算放大器互连 制、环境温度变化、尺寸限制以及速度和精度要求一样，必须 关于运算放大器的许多文章一般都将理想运算放大器描述为三端 处理好无所不在的噪声因素，才能使最终设计获得成功。这 器件：拥有一对差分输入和一路输出 （图 1）。但是，输出电压 里，我们不考虑用于降低 “外部噪声” （与信号一起到达系 必须相对于某一参考点来测量，放大器的输出电流必须通过一条 统）的技术，因为其存在一般不受设计工程师直接控制；外部 闭合回路返回放大器。理想差分运算放大器的无限大共模抑制断 噪声必须通过滤波、模拟信号处理和数字算法等手段在系统的 运行设计中予以处理。 相比之下，防止 “内部噪声” （电路或系统内部产生或耦合的噪 声）扰乱信号则是设计工程师的直接责任。如果不在早期设计过 程中予以充分考虑，噪声源可能会对最终性能产生不利影响，阻 碍系统高分辨率优势的实现；其后果至少是需要重新设计和返 工，耗费大量资金。已经有一些文章1,2,3,4,5探讨了涉及噪声与系统 图1. 常规 “三端”运算放大器 关系的一些设计因素。本文中，我们将讨论系统 “接地”的原理 图、拓扑结构和最终布局在降低内部噪声耦合方面的重要作用。 绝了输入参考电位与输出参考电位的关系，而且高输入阻抗使得 无法将输入端用作输出电流返回点，因此必须有第四端，有些人 为了充分考虑噪声问题，我们需要从多个方面入手：器件的实际 称之为 “地”。 内部引脚连接与概念连接；推荐的对地参考信号原理图；以及布 局对噪声产生和拾取的影响。根据噪声现象的带宽不同，这些主 当然，多数 IC 运算放大器并没有 “地”连接；一般认为第四端 题可以在两种有重叠的频域下加以考虑；低频时的地噪声源、问 是双电源 （也可能为其它放大器和系统元件供电）的公共连接。 题和解决方案与高频时不同。不过幸运的是，良好的接地做法一 它不仅在低频时起到这种作用，而且只要电源连接实际上为放 般适用于所用频带。 大器提供低 （理想值为 0 ）阻抗，则在放大器带宽内的所有频率 时，它都会起到这一作用。当此要求未得到满足时，电源端的阻 抗就会影响信号路径，众多问题将随之而来，包括噪声、瞬态响 1 “噪声和运算放大器电路”，D. H. Sheingold 和L. R. Smith ， 《模拟对话》3-1 应差和振荡等。 (1969) 。 2 “了解干扰型噪声”，Alan Rich ， 《模拟对话》16-3 (1982) 。 运算放大器必须输入完全差分信号，将此信号转换为单端输出， 3 “屏蔽和防护”，Alan Rich ， 《模拟对话》17-1 (1983) 。 并以第四端作为参考。图2 显示了几种颇受欢迎的基本运算放大 4 “高速电路的接地规则”，Don Brockman 和Arnold Williams ， 《模拟对话》