高速PCB设计探讨（二）

寄生效应

所谓寄生效应就是那些溜进你的PCB并在电路中大施破坏、头痛令人、原因不明的小故障（按照字面意思）。它们就是渗入高速电路中隐藏的寄生电容和寄生电感。 其中包括由封装引脚和印制线过长形成的寄生电感；焊盘到地、焊盘到电源平面和焊盘到印制线之间形成的寄生电容；通孔之间的相互影响，以及许多其它可能的寄 生效应。图3（a）示出了一个典型的同相运算放大器原理图。但是，如果考虑寄生效应的话，同样的电路可能会变成图3(b)那样。

图3. 典型的运算放大器电路，（a）原设计图，（b）考虑寄生效应后的图。

在高速电路中，很小的值就会影响电路的性能。有时候几十个皮法（pF）的电容就足够了。相关实例：如果在反相输入端仅有1 pF的附加寄生电容，它在频率域可以引起差不多2 dB的尖脉冲（见图4）。如果寄生电容足够大的话，它会引起电路的不稳定和振荡。

图4. 由寄生电容引起的附加尖脉冲。

当寻找有问题的寄生源时，可能用得着几个计算上述那些寄生电容尺寸的基本公式。下面公式是计算平行极板电容器（见图5）的公式。

C表示电容值，A表示以cm2为单位的极板面积，k表示PCB材料的相对介电常数，d表示以cm为单位的极板间距离。

图5. 两极板间的电容。

带状电感是另外一种需要考虑的寄生效应，它是由于印制线过长或缺乏接地平面引起的。下面为计算印制线电感（Inductance）的公式。参见图6。

W表示印制线宽度，L表示印制线长度，H表示印制线的厚度。全部尺寸都以mm为单位。

图6. 印制线电感。

图7中的振荡示出了高速运算放大器同相输入端长度为2.54 cm的印制线的影响。其等效寄生电感为29 nH（10－9H），足以造成持续的低压振荡，会持续到整个瞬态响应周期。图7还示出了如何利用接地平面来减小寄生电感的影响。

图7. 有接地平面和没有接地平面的脉冲响应。

通孔是另外一种寄生源；它们能引起寄生电感和寄生电容。下面是计算寄生电感的公式（参见图8）。

T表示PCB的厚度，d表示以cm为单位的通孔直径。

图8. 通孔尺寸。

下面是如何计算通孔（参见图8）引起的寄生电容值。

εr 表示PCB材料的相对磁导率。T表示PCB的厚度。D1表示环绕通孔的焊盘直径。D2表示接地平面中隔离孔的直径。所有尺寸均以cm为单位。在一块 0.157 cm厚的PCB上一个通孔就可以增加1.2 nH的寄生电感和0.5 pF的寄生电容；这就是为什么在给PCB布线时一定要时刻保持戒备的原因，要将寄生效应的影响降至最小。