電路中常見(jiàn)的寄生振蕩及消除方法

在電路設(shè)計(jì)尤其是振蕩電路的設(shè)計(jì)中，往往會(huì)遇到不符合設(shè)計(jì)預(yù)期的異常振蕩狀態(tài)，通常是因電路中的寄生參數(shù)而形成正反饋從而發(fā)生振蕩，我們稱為寄生振蕩。

電路中一旦發(fā)生寄生振蕩，就會(huì)影響電路的正常工作，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致電路設(shè)計(jì)功能完全失效。下面來(lái)看看電路中常見(jiàn)的寄生振蕩及消除方法，供大家參考設(shè)計(jì)。

共用電源內(nèi)阻耦合振蕩

首先來(lái)看下回路共用電源的三種形式：

1.不經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓的整流供電；

2.經(jīng)過(guò)線性穩(wěn)壓后供電；

3.整流或穩(wěn)壓后經(jīng)過(guò)LC、RC去耦濾波給前級(jí)電路供電。

直接由線性穩(wěn)壓電路作為總供電電源時(shí)，“電源”具有很低的低頻內(nèi)阻，電路出現(xiàn)低頻寄生耦合的機(jī)會(huì)比較少。若為去除回路間高頻耦合而采用了不合適的RC或LC濾波，那么有可能產(chǎn)生較大的低頻耦合。

在低頻上，電容器的阻抗增加，去耦濾波器的去耦作用減弱。后級(jí)電路的工作電流在電源內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，經(jīng)過(guò)去耦濾波器耦合到電路前級(jí)，同時(shí)還附加一定的相移。再加上供電電路固有的內(nèi)部反饋環(huán)路，有可能使電路滿足振蕩條件發(fā)生1Hz以下的超低頻寄生振蕩。

消除這種現(xiàn)象的方法： 增加RCL的值或者進(jìn)行參數(shù)調(diào)整破壞其相位條件 ，最終破壞振蕩條件，使電路進(jìn)入穩(wěn)定。

通過(guò)公用電源除了低頻寄生振蕩外，還有可能形成MHz量級(jí)的高頻寄生振蕩。產(chǎn)生這種振蕩的原因有如下幾種：

1.線性穩(wěn)壓集成電路的內(nèi)阻隨工作頻率的增加而增加，因?yàn)榉€(wěn)壓器內(nèi)部誤差調(diào)整電路的增益隨工作頻率的升高而降低；

2.電源濾波電容器的封裝電感感抗隨工作頻率升高而升高；

3.電源供電電路的引線電感的存在。

在計(jì)算電源濾波器時(shí)，往往采用CLC“π”型濾波器加上一個(gè)或數(shù)個(gè)大容量的鉭電容或電解電容。應(yīng)特別注意，π型濾波器同時(shí)是一個(gè)很好的諧振回路，它的諧振頻率不應(yīng)該接近或與電路的工作頻率相等，否則就會(huì)失去濾波的作用，增加寄生振蕩的機(jī)會(huì)。

在PCB設(shè)計(jì)中，對(duì)于僅需相同電壓的回路，因公用電源而連接起來(lái)，并無(wú)信號(hào)的輸入輸出關(guān)系，那么應(yīng)對(duì)其電源、地進(jìn)行隔離、分割，可以消除有害的公共阻抗。對(duì)于濾波良好的回路，其電源、地的交流電位應(yīng)是相同或相異極小的。

器件寄生耦合

器件之間的寄生雜散耦合有電場(chǎng)耦合、磁場(chǎng)互感耦合等。

兩個(gè)靠近的器件之間往往同時(shí)存在靜電場(chǎng)以及互感耦合。尤其對(duì)于包含磁性材料的器件，磁互感會(huì)更加嚴(yán)重，可以通過(guò)加大放置距離，磁場(chǎng)正交排布解決問(wèn)題。磁屏蔽應(yīng)選用 磁導(dǎo)率高的材料 。磁屏蔽的效果不但與材料的導(dǎo)磁率高低有關(guān)，還與屏蔽層的厚度、結(jié)構(gòu)等有關(guān)。

電場(chǎng)耦合可以通過(guò) 縮短器件引線和減小器件體積來(lái)減小 。在具有弱信號(hào)以及高增益的PCB上，電路布局務(wù)必追求輸入、輸出端的最大距離處理。若因受體積限制而不能做到最遠(yuǎn)排布，應(yīng)做好各部分的屏蔽處理。電場(chǎng)屏蔽材料應(yīng)選用高導(dǎo)電率的材料如銅箔或者鋁材等，靜電屏蔽應(yīng)該接至電路的交流地。

器件引線、極間電容、接地電容構(gòu)成的寄生振蕩器

這些情況往往會(huì)因器件分布參數(shù)的存在而構(gòu)成頻率達(dá)幾百兆的振蕩器，用低速的示波器無(wú)法觀察到振蕩的存在（因探頭影響了振蕩回路而停振），用一些間接的方法可以觀察： 如器件的接法正確、無(wú)損壞，但工作異常，電流失控、溫度出奇地偏高，用萬(wàn)用表筆接觸器件引腳會(huì)改變器件的工作電流等 。這些現(xiàn)象都表明了器件存在寄生振蕩。

消除寄生振蕩的方法是減小分布參數(shù)：采用體積更小的器件、縮短引線、改變器件在PCB上的排布等。這樣可以使寄生振蕩回路的頻率升高，當(dāng)頻率高至器件的截止頻率外時(shí)，寄生振蕩會(huì)因?yàn)闊o(wú)法滿足正反饋條件而消失。

當(dāng)因PCB布局限制無(wú)法縮短器件之間的引線時(shí)，可以在引線中串聯(lián)消振電阻，降低引線的Q值，其最終效果是降低了振蕩電路的增益，可以有效地消除寄生振蕩。從消除寄生振蕩有效性的角度看，消振電阻的阻值越大越有利于消除寄生振蕩，但阻值過(guò)大就會(huì)對(duì)正常信號(hào)形成衰減，需根據(jù)實(shí)際情況選取折中的值。

負(fù)反饋轉(zhuǎn)變?yōu)檎答?/p>

對(duì)于針對(duì)某功能需求設(shè)計(jì)的負(fù)反饋環(huán)路，若閉環(huán)增益過(guò)高，同時(shí)環(huán)內(nèi)放大器級(jí)數(shù)有三級(jí)以上，那么由于器件本身以及其他相移的積累，很容易使得環(huán)路對(duì)某些頻率變成了正反饋，若同時(shí)閉環(huán)增益也滿足條件，就會(huì)在電路中激發(fā)起振蕩，也是寄生振蕩的一種。

這種情況可以通過(guò)將頻率補(bǔ)償器件介入頻帶最窄的一級(jí)，可以最容易破壞自激的相位條件，對(duì)于器件內(nèi)部相移無(wú)法估算的情況，可以在實(shí)際調(diào)試中更換補(bǔ)償器件值來(lái)實(shí)現(xiàn)。

審核編輯：劉清