在電路設計過程中，應用工程師傾向于忽略印刷電路板（PCB）的布局。一個常見的問題是電路的原理圖是正確的，但它不起作用，或者只能以低性能運行。在本文中，我將向您展示如何正確布置運算放大器的板以確保其功能，性能和穩健性。

最近，我與一名實習生一起工作同相配置OPA191運算放大器，增益為2V/V，負載為10kΩ，電源電壓為+/- 15V。圖1顯示了該設計的原理圖。

圖1：具有非反相配置的OPA191原理圖OPA191原理圖

我要求實習生為設計布置電路板，同時給了他關于PCB布局的一般指導（例如：盡量減少電路板的布線路徑，盡量保持組件緊密排列，以減少電路板占用空間），然后讓他自己設計。設計過程有多難？事實上，它只是幾個電阻器和電容器，不是嗎？圖2顯示了他首次嘗試設計的布局。紅線是電路板頂部的路徑，藍線是底部路徑。

圖2：第一次布局嘗試

看到他的第一次布局嘗試，我意識到電路板布局并不像我想象的那么直觀;我至少應該為他做一些更詳細的指導。他完全遵循我的設計建議：縮短布線路徑并將零件緊密放在一起。但是，為了降低電路板的寄生阻抗并優化其性能，這種布局仍有很大的改進空間。

下一步是改進布局。我們做的第一個改進是將電阻R1和R2移到OPA191的反相引腳（引腳2）;這有助于降低反相引腳的雜散電容。運算放大器的反相引腳是高阻抗節點，因此具有高靈敏度。較長的跡線路徑可用作導線，將高頻噪聲耦合到信號鏈中。反相引腳上的PCB電容會導致穩定性問題。因此，反相引腳上的觸點應盡可能小。

將R1和R2移到引腳2可使負載電阻R3旋轉180度，從而帶來將電容器C1去耦靠近OPA191的正電源引腳（引腳7）。去耦電容盡可能靠近電源引腳是非常重要的。如果去耦電容和電源引腳之間的走線路徑較長，則電源引腳的電感會增加，從而降低性能。

圖3：改進布局的各個部分的位置

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，這相當于走線路徑所連接的焊盤的尺寸。還可以灌注電路板的頂部和底部接地平面，以為返回電流創建堅固的低阻抗路徑。圖4顯示了我們的最終布局。

圖4：最終布局

下次布置印刷電路板時，建議您遵循以下布局約定：

1。最小化反相引腳的連接。

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，則將最小的去耦電容放在最靠近電源引腳的位置。

4。請勿在去耦電容和電源引腳之間放置過孔。

5。盡可能擴展布線路徑。

在上面，我們討論了布置儀表放大器（op amp）PCB的正確方法并提供了一系列好的布局實踐以供參考。接下來，我們將探討在布置儀表放大器（INAs）時常見的錯誤，然后展示如何正確布局INA PCB。

INA用于需要放大的應用中差分電壓，例如測量高端電流檢測應用中分流電阻兩端的電壓。圖5顯示了典型的單電源高側電流檢測電路的原理圖。

圖5：高端電流檢測原理圖

圖5測量通過RSHUNT，R1，R2，C1，C2和C3的差分電壓用于提供共模和差模濾波，R3和C4為U1 INA提供輸出濾波，U2用于緩沖INA參考引腳。 R4和C5用于形成低通濾波器，可最大限度地降低運算放大器引入INA參考引腳的噪聲。

盡管圖5中的原理圖布局似乎很直觀，在PCB布局中很容易出錯，導致電路性能下降。圖6顯示了工作人員在檢查INA布局時遇到的三個常見錯誤。

圖6：INA通用PCB布局

從上圖可以看出，第一個誤差是通過電阻測量差分電壓Rshunt。可以看出Rshunt到R2線路較短，因此其電阻小于Rshunt到R1線路的電阻。線路阻抗的這種差異可能會在INA中引入輸入偏置電流，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，輸入側的不平衡線可能會導致錯誤。因此，必須確保INA輸入線平衡且盡可能短。

第二個錯誤是關于INA增益設置電阻Rgain。 Rgain焊盤的U1引腳長于實際所需的長度，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，額外的電阻可能會帶來錯誤的目標增益。由于INA的增益設置引腳連接到INA中的反饋部分，因此額外的電容可能會導致穩定性問題。因此，請確保連接增益設置電阻的線路應盡可能短。

最后，可能需要改善緩沖電路參考引腳的位置。參考引腳緩沖電路遠離參考引腳，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。參考引腳上的額外電阻可能會降低大多數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。

圖7顯示校正這三種誤差后的布局。

在圖7中，可以看出R1和R2與分流電阻的線路長度相同且為開爾文使用連接。 INA引腳的增益設置電阻盡可能短，參考緩沖電路盡可能靠近參考引腳。

如果如果您希望將來為INA布置PCB，請務必遵循以下準則：

1。確保輸入側的所有線都完全平衡;

2。減小線路長度并最小化增益設置引腳上的電容;

3。將參考緩沖電路盡可能靠近INA參考引腳排列;

4。將去耦電容盡可能靠近電源引腳排列;

5。至少覆蓋一個堅固的地平面;

6。為了將絲網用于組件，不要犧牲良好的布局;

7。請遵循本文第一部分中提到的準則。