如何正确地布设运算放大器的电路板

在电路设想过程当中，使用工程师往往会疏忽印刷电路板(PCB)的结构。平日遇到的问题是，电路的原理图是精确的，但其实不起作用，或仅以低功能运转。在本文中，我将向您先容若何正确地布设运算放大器的电路板以确保其性能、功能和稳重性。

” 比来，我与一位练习生在应用增益为2V/V、负荷为10k?、电源电压为+/-15V的非反相设置OPA191运算放大器举行设想。 图1所示为该设想的原理图。

图1：接纳非反相设置的OPA191]OPA191原理图

我让练习生为该设想布设电路板，同时为他做了PCB布设方面的普通指示（比方：尽量收缩电路板的走线门路，尽可能将组件坚持慎密排布，以减小电路板所占空间），而后让他自行设想。设想进程到底有多灾？实在便是几个电阻器和电容器而已，不是吗？图2所示为他初次测验考试设想的结构。红线为电路板顶层的门路，而蓝线为底层的门路。

图2：初次结构测验考试计划

看到他的初次结构测验考试，我认识到了电路板结构其实不像我设想的那样直观；我至多应该为他做一些更细致的指示。他在设计时完整顺从了我的倡议：缩短了走线门路，并将各部件慎密地排布在一起。但实在这类结构另有很大的改良空间，以便减小电路板寄生阻抗并优化其功能。

接下来便是对结构的改良。咱们所做的首项改良是将电阻R1和R2移至OPA191的倒相引脚（引脚2）旁；如许有助于减小倒相引脚的杂散电容。运算放大器的倒相引脚是一个高阻抗节点，是以灵敏度较高。较长的走线门路能够作为电线，让高频噪声耦合进旌旗灯号链。倒相引脚上的PCB电容会诱发稳固性问题。是以，倒相引脚上的接点应当越小越好。

将R1和R2移至引脚2旁，能够让负荷电阻器R3扭转180度，从而使去耦电容器C1更切近OPA191的正电源引脚（引脚7）。让去耦电容器尽量切近电源引脚，这一点极端首要。假如去耦电容器与电源引脚之间的走线门路较长，会增大电源引脚的电感，从而下降功能。

咱们所做的另外一项改良在于第二个去耦电容器C2。不应将VCC与C2的导孔连贯放在电容器和电源引脚之间，而应布设在供电电压必需经由过程电容器进入器件电源引脚的地位。图3表现了挪移每一个部件和导孔从而改良结构的要领。

 图3：改良结构的各部件地位

将各部件移至新地位后，仍能够做一些其余改良。您能够加宽走线门路，以减小电感，即相当于走线门路所连贯的焊盘尺寸。还能够灌流电路板顶层和底层的接地层，从而为前往电流制造一个松软的低阻抗门路。图4所示为咱们的终究结构。

 图4：终究结构

下一次当您布设印刷电路板时，建议您遵照如下布设常规：

● 尽可能收缩倒相引脚的连贯。

● 让去耦电容器尽可能接近电源引脚。

● 假如使用了多个去耦电容器，将最小的去耦电容器放在离电源引脚比来的地位。

● 不要将导孔置于去耦电容和电源引脚之间。

● 尽量扩宽走线门路。

● 不要让走线门路上涌现90度的角。

● 灌流至多一个松软的接地层。

● 不要为了用丝印层来标示部件而舍弃精良的结构。

上文中，咱们谈到了结构仪表放大器（运放）PCB的精确要领，并供应了一系列可供参考的精良结构实际。接下来，将探究结构仪表放大器(instrumentation amplifier，INA)经常见的谬误，而后展示INA PCB若何精确结构。

INA 用于请求放大差分电压使用丈量太高侧电流感应使用平分流电阻的电压。图5所示典范单电源高侧电流感应电路的原理图。

图5：高侧电流感应原理图

滤波器，将运放给INA参考引脚带来乐音降至最低。

图6：INA罕见PCB结构

从上图可见，第一个谬误经由过程电阻器差分电压Rshunt丈量体式格局能够看到Rshunt到R2路线较短是以其电阻要小于Rshunt到R1路线的电阻。这一路线阻抗差别可能会引入INA输出偏置电流在U1输出侧造成差分电压因为INA使命是放大差分电压是以假如输出路线不平衡可能会致使涌现谬误是以，需确保INA输出路线均衡尽量短。

第二个谬误则是对于INA增益配置电阻Rgain的。U1引脚到Rgain路线擅长实践所需长度，因此会造成额定的电阻和电容因为增益取决于INA增益配置引脚、引脚1和引脚8之间的电阻额定的电阻大概带来谬误目的增益因为INA的增益配置引脚连接着INA内的反馈额定的电容大概造成稳固性问题是以，需确保连贯增益配置电阻路线应尽大概短。

图7所示为纠正这三类谬误结构。

图7：纠正三类谬误后的PCB结构

在图7中能够看到R1和R2到分流电阻路线长度沟通，并采用了一个开尔文连贯。增益配置电阻到INA引脚路线做到了尽量短，基准缓冲电路尽量接近参考引脚。

如果您往后要为INA结构PCB，请确保遵照如下准绳：

● 确保输出侧所有路线完整均衡；

● 缩小路线长度并最大水平下降增益配置引脚上的电容；

● 将基准缓冲电路安排在尽量接近INA参考引脚地位；

● 将解耦电容安排在尽量接近电源引脚地位；

● 至多覆设一个实心接地层；

● 不要为了给元件应用丝印就义精良结构；

● 遵照本文第一部份中提到的指南。