芯耀
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Part 01 前言
在电路设计中，振荡电路就是电路的心跳。无论是为MCU提供稳定时钟，还是为无线通信生成高频载波，振荡电路都是灵魂。今天我们就结合仿真聊聊LC振荡电路。LC振荡电路的核心是一个由电感L和电容C组成的谐振回路，我们可以从单摆现象来理解其振荡的本质。
高中物理课本上肯定写过，一个没有摩擦力的单摆。当我们将摆锤拉到最高点时，它拥有了最大的势能。放手后，势能转化为动能，摆锤加速冲向最低点，此时速度最快，动能最大。越过最低点后，动能又重新转化为势能，直到摆锤到达另一侧的最高点。如此周而复始，能量在势能和动能之间不断转换，形成了稳定的振荡。
LC振荡的原理和单摆原理非常类似：
电能->磁能：假设电容C已充满电，两端电压达到最大值。此时，电路中所有的能量都以电场能的形式储存在电容中。当电容开始通过电感L放电时，电流逐渐增大，在电感周围建立了磁场，能量开始以磁场能的形式储存在电感中。
磁能->电能：当电容完全放电后，电压降为零，但此时电流达到了最大值，所有的能量都转化为了磁场能储存在电感中。由于电流不能突变，电感会抵抗电流的减小，其自身产生的感应电动势会继续为电容反向充电。磁场能又开始重新转化为电场能。
当电容被反向充电至最大电压后，电流降为零，能量再次全部以电场能的形式储存。随后，电容再次通过电感向反方向放电，重复上述过程。
这种电能与磁能之间无休止的“舞蹈”，便构成了LC回路的自然谐振。其振荡的频率，即谐振频率：
通过这个公式我们可以知道，通过选择不同的L和C值，我们就可以调谐出我们想要的特定频率。
接下来我们仿真一个LC振荡:
电感设置为500uH，电容设置为20nF，回路串联等效的电阻设置为0Ω：
计算振荡频率：
仿真得到振荡波形：
仿真振荡频率：50.22Khz
Part 02 如何抑制不期望的寄生振荡？
在很多电路中，我们期望信号能稳定地工作。然而，电路板上无处不在的寄生电感，比如来自长走线、元件引脚，和寄生电容像来自器件结电容、PCB层间电容会意外地形成寄生LC谐振回路。在特定的增益和反馈路径下，就会导致电路产生不期望的寄生振荡。
抑制振荡就是从振荡产生的两个条件：增益+反馈入手。
方法一：增加阻尼，破坏增益条件
最直接的方法是向寄生LC回路中引入损耗，使其环路增益远小于1。
串联阻尼电阻：在关键路径上串联一个小电阻，几欧姆到几十欧姆，可以有效地增加振荡摩擦力。例如，我们之前讲过的在运算放大器的输出端串联一个电阻，可以有效隔离输出级与容性负载，抑制振荡。又比如我们常见的在开关电源的门极驱动路径串联电阻，可以抑制MOSFET开关瞬间的振铃。
我们在振荡电路里串联一个10Ω电阻：
仿真一下振荡波形，效果太直观了：
使用磁珠：磁珠你可以理解成是一种频率敏感的智能电阻。它在低频时呈现很低的阻抗，几乎不影响正常信号，但在高频。也就是寄生振荡发生的频段时，它会变得具有很强的阻性，能高效地吸收并耗散掉高频振荡能量，这玩意常用于电源滤波和高速信号线中。
方法二：优化布局，切断反馈路径
这是预防寄生振荡最根本、最有效的手段，它的目标是切断意外形成的正反馈路径。
电源退耦：在每个有源器件的电源引脚处，尽可能近地放置一个或多个旁路电容，通常是100nF和1μF的组合。这些电容为高频噪声提供了到地的低阻抗路径，防止噪声通过电源轨在不同电路模块间传播，形成反馈。
可靠的接地：使用大面积的接地平面为所有信号提供了稳定、低阻抗的返回路径，能有效避免地弹和因共地阻抗形成的反馈回路。
信号走线最短原则：保持信号走线，特别是高频或敏感信号尽可能短，以减小寄生电感。同时，将输入和输出、模拟和数字、大功率和小信号区域在PCB板子上地分开，做好PCB分区布局，避免这些区域之间发生电容或电感耦合。
