PCB設計：功放PCB布線技巧介紹

在電路設計過程中，應用工程師常常忽略印刷電路板（PCB）的布局。 一個常見的問題是電路原理圖是正確的，但它不起作用，或者只能在低性能下運行。 我將向您展示如何正確布置運算放大器的電路板，以確保其功能、性能和魯棒性。

最近，我和一名實習生一起研究 OPA191 運算放大器，該運算放大器具有 2V/V 增益、10k Ω 負載和+/- 15V 電源電壓的同相配置。

我請實習生進行設計的布局，并給了他關于PCB布局的一般指導（例如，盡量減少電路板的布線路徑，盡量保持元件緊密排列，以減少占用的空間） 電路板），然后讓他自己設計。 設計過程有多難？ 只是幾個電阻和電容，不是嗎？

看到他的第一次布局嘗試，我發(fā)現(xiàn)電路板的布局并不像我想象的那么直觀； 我至少應該給他一些更詳細的指導。 他在設計上完全遵循了我的建議：縮短布線路徑并將部件緊密地組合在一起。 然而，為了降低電路板的寄生阻抗并優(yōu)化其性能，這種布局仍有很大的改進空間。

下一步是改進布局。 我們所做的第一個改進是將電阻R1和R2移至OPA191的反相引腳（引腳2）； 這有助于減少反相引腳的雜散電容。 運算放大器的反相引腳為高阻抗節(jié)點，因此具有較高的靈敏度。 較長的布線路徑可用作導體，將高頻噪聲耦合到信號鏈中。 反相引腳上的 PCB 電容可能會導致穩(wěn)定性問題。 因此，沉腳上的觸點應盡可能小。

將 R1 和 R2 移至引腳 2 可使負載電阻 R3 旋轉 180 度，從而使去耦電容 C1 更靠近 OPA191 的正電源引腳（引腳 7）。 重要的是去耦電容器盡可能靠近電源引腳。 如果去耦電容與電源引腳之間的布線路徑很長，電源引腳的電感將會增大，從而降低性能。

將零件移動到新位置后，您仍然可以進行一些其他改進。 您可以加寬走線路徑以減小電感，其相當于走線路徑連接的焊盤的尺寸。 電路板的頂部和底部接地層也可以進行灌漿，以為返回電流創(chuàng)建可靠的低阻抗路徑。

下次布局印刷電路板時，建議您遵循以下布局約定：

1、 盡量減少反相引腳的連接。

2、將去耦電容盡可能靠近電源引腳放置。

3、 如果使用多個去耦電容，請將最小的去耦電容放置在最靠近電源引腳的位置。

4、不要在去耦電容和電源引腳之間放置過孔。

5、盡可能擴展路由路徑。

上面我們談到了儀表放大器（運放）PCB的正確布局，并提供了一系列良好的布局實踐供參考。 接下來，我們將討論布置儀表放大器 (INA) 時的常見錯誤，然后展示如何正確布置 INA PCB。

INA 用于需要差分電壓放大的應用，例如測量高端電流檢測應用中分流電阻器上的電壓。

差分電壓通過 RSHUNT 測量。 R1、R2、C1、C2和C3用于提供共模和差模濾波，R3和C4用于為U1 INA提供輸出濾波，U2用于緩沖INA參考引腳，R4和C5用于形成一個 低通濾波器可大大降低運算放大器向 INA 參考引腳引入的噪聲。

第一個錯誤是通過電阻測量差分電壓 Rshunt。 可以看出，導線Rshunt到R2的電阻比導線Rshunt到R1的電阻短。 這種線路阻抗差異可能會將輸入偏置電流引入 INA，從而在 U1 輸入側產生差分電壓。 由于INA的任務是放大差分電壓，因此輸入側的線路不平衡可能會產生誤差。 因此，需要保證INA輸入線平衡且盡可能短。

第二個誤差與 INA 增益設置電阻 Rgain 有關。 從U1引腳到Rgain焊盤的長度比實際所需的長度長，因此會產生額外的電阻和電容。 由于增益取決于 INA 增益設置引腳、引腳 1 和引腳 8 之間的電阻，因此額外的電阻可能會導致目標增益不正確。 由于 INA 的增益設置引腳連接到 INA 的反饋部分，額外的電容可能會導致穩(wěn)定性問題。 因此，請確保連接增益設置電阻的線路盡可能短。

那么，可能需要改進緩沖電路的參考引腳的位置。 參考引腳緩沖電路距離參考引腳較遠，這可能會增加參考引腳的電阻，導致噪聲或其他信號耦合到線路中。 參考引腳上的附加電阻可能會降低大多數(shù) INA 提供的高共模抑制比 (CMRR)。 因此，參考引腳緩沖電路應盡可能靠近 INA 參考引腳放置。

如果您將來想為 INA 布局 PCB，請遵循以下指南：

1、確保輸入端所有線路完全平衡；

2、減少線路長度并最小化增益設置引腳上的電容；

3、參考緩沖電路盡量靠近INA參考引腳布置；

4、去耦電容盡量靠近電源引腳布置；

5、至少覆蓋一層堅實的地平面；

6、不要為了電子元件絲印而犧牲良好的布局；

7、 遵循本文第一部分中提到的準則。 PCB設計和PCB加工制造商展示了如何正確布置運算放大器的電路板，以確保其功能、性能和魯棒性。