實際上印刷線路板(PCB) 是由電氣線性材料構成的,，也即其阻抗應是恒定的。那么,，PCB為什么會將非線性引入信號內呢,？答案在于：相對于電流流過的地方來說，PCB布局是“空間非線性”的,。
放大器是從這個電源還是從另外一個電源獲取電流,，取決于加負載上的信號瞬間極性。電流從電源流出,，經過旁路電容,，通過放大器進入負載。然后,，電流從負載接地端(或 PCB輸出連接器的屏蔽)回到地平面,，經過旁路電容，回到最初提供該電流的電源,。
電流流過阻抗最小路徑的概念是不正確的,。電流在全部不同阻抗路徑的多少與其電導率成比例。在一個地平面,，常常有不止一個大比例地電流流經的低阻抗路徑：一個路徑直接連至旁路電容,；另一個在達到旁路電容前，對輸入電阻形成激勵,。圖1示意了這兩個路徑,。地回流電流才是真正引發(fā)問題的原因。
當旁路電容放在PCB的不同位置時,，地電流通過不同路徑流至各自的旁路電容,，即“空間非線性”所代表的含義。若地電流某一極性的分量的很大部分流過輸入電路的地，則只擾動信號的這一極性的分量電壓,。而若地電流的另一極性并沒施擾,，則輸入信號電壓以一種非線性方式發(fā)生變化。當一個極性分量發(fā)生改變而另一個極性沒改動時,，就會產生失真,，并表現(xiàn)為輸出信號的二次諧波失真。圖2以夸張的形式顯示這種失真效果,。
當只有正弦波的一個極性分量受到擾動時,，產生的波形就不再是正弦波。用一個100 Ω負載模擬理想放大器,，使負載電流通過一個1 Ω電阻,，僅在信號的一個極性上耦合輸入地電壓，則得到圖3所示的結果,。傅立葉變換顯示,，失真波形幾乎全是-68dBc處的二次諧波。當頻率很高時,，很容易在PCB上生成這種程度的耦合,，它無需借助太多PCB特殊的非線性效應，就可毀掉放大器優(yōu)異的防失真特性,。當單個運算放大器的輸出由于地電流路徑而失真時,，通過重新安排旁路回路可調節(jié)地電流流動，并保持與輸入器件的距離,，如圖4所示,。
多放大器芯片
多放大器芯片(兩個、三個或者四個放大器)的問題更加復雜,，因為它無法使旁路電容的地連接遠離全部輸入端,。對四放大器來說更是如此。四放大器芯片的每一邊都有輸入端,，所以沒有空間放置可減輕對輸入通道擾動的旁路電路,。
圖5給出了四放大器布局的簡單方法。大多器件直接連至四放大器管腳,。一個電源的地電流可擾動另一個通道電源的輸入地電壓和地電流,，從而導致失真。例如,，四放大器通道1 上的(+Vs)旁路電容可直接放在臨近其輸入的地方,；而(-Vs)旁路電容可放在封裝的另一側。(+Vs)地電流可擾動通道1,，而(-Vs)地電流則可能不會。
為避免這種問題，可讓地電流擾動輸入,，但讓PCB電流以一種空間線性方式流動,。為實現(xiàn)此目的，可以采用下方式在PCB上布局旁路電容：使(+Vs) 和(–Vs) 地電流流經同一路徑,。若正/負電流對輸入信號的擾動相等,，則將不會產生失真。因此,，使兩個旁路電容緊挨著排列,，以使它們共享一個接地點。因為地電流的兩個極性分量來自同一個點(輸出連接器屏蔽或負載地),，并都回流至同一個點(旁路電容的公共地連接),，所以正/負電流都流經同一路徑。若一個通道的輸入電阻被 (+Vs)電流擾動,，則(–Vs)電流對其有相同影響,。因為無論極性是怎樣的，產生的擾動都相同,，所以不會產生失真,，但將使該通道增益發(fā)生小的變化，如圖 6所示,。
為驗證如上推斷,，采用兩個不同的PCB布局：簡易布局(圖5)和低失真布局(圖6)。采用飛兆半導體的 FHP3450四運算放大器所產生的失真如表1所示,，F(xiàn)HP3450的典型帶寬是210MHz,，斜率是1100V/us，輸入偏置電流是100nA,，每通道的工作電流是3.6mA,。從表1可看出，失真越嚴重的通道,，改進的效果越好,，從而使4個通道在性能上接近相等。
若在PCB 上沒有一個理想的四放大器,，則測量單一放大器通道的效應會很困難,。顯然，一個給定的放大器通道不僅擾動其本身輸入,，還會擾動其它通道的輸入,。地電流流經全部不同的通道輸入，且產生不同效果,，但又都受每個輸出的影響,，這種影響是可測量的,。
表2給出了當只驅動一個通道時，在其它未受驅動的通道上測量到的諧波,。未驅動通道在基本頻率上顯示出一個小信號(串擾),，但在沒有任何顯著基本信號的情況下，也產生由地電流直接引入的失真,。圖6 的低失真布局顯示：因為幾乎消除了地電流效應,，二次諧波和總體諧波失真(THD)特性有很大改進。
本文小結
簡單地說,，在PCB上,，地回流電流流經不同的旁路電容(用于不同的電源)及電源本身，其大小與其電導率成比例,。高頻信號電流流回小旁路電容,。低頻電流(如音頻信號的電流)可能主要流經更大的旁路電容。即使頻率更低的電流也可能“漠視”全部旁路電容的存在,，直接流回電源引線,。具體的應用將決定哪個電流路徑最關鍵。幸運的是,，通過采用公共接地點及輸出側的地旁路電容,，可以容易地保護全部地電流路徑。
高頻PCB布局的金科玉律是將高頻旁路電容盡可能靠近封裝的電源管腳,，但比較圖5和圖6可以看出,，為改進失真特性而修改該規(guī)則不會帶來太大改變。改進失真特性是以增加約0.15英寸長的高頻旁路電容走線為代價的,，但這對FHP3450的AC響應性能影響很小,。PCB布局對充分發(fā)揮一款高質量放大器的性能很重要，這里討論的問題絕非僅限于高頻放大器,。類似音頻等頻率更低的信號對失真的要求要嚴格得多,。地電流效應在低頻下要小一些，但若要求相應改進所需的失真指標,，地電流仍可能是一個重要的問題,。