在电路设计过程中，应用工程师往往忽视印刷电路板(PCB)的布局。一个常见的问题是电路原理图是正确的，但它不起作用，或者只能在低性能下运行。我将向您展示如何正确安排操作放大器的电路板，以确保其功能、性能和稳定性。
最近，我和一名实习生一起研究了增益2V/V、负载为10kΩ、电源电压为 /-15V的同相配置OPA191操作放大器。图1显示设计原理图。
图1：具有相同配置的图1：OPA191原理图OPA191原理图
我让实习生为设计做布板，并给了他关于PCB布局一般指导(如尽量减少电路板的布线路径，尽量保持元件排列紧密，减少电路板占用空间) ）空间)，然后让他自己设计。设计过程有多难？只是几个电阻电容器，不是吗？图2显示了他最初试图设计的布局。红线是板顶的路径，蓝线是底的路径。
图2：第一次布局尝试
看到他的第一次布局尝试，我意识到电路板的布局并不像我想象的那么直观；我至少应该给他一些更详细的指导。他在设计上完全遵循了我的建议：缩短布线路径，将零件紧密放在一起。然而，为了减少电路板的寄生阻抗，优化其性能，这种布局仍有很大的改进空间。
下一步是改进布局。我们所做的第一个改进是电阻R1和R2移到OPA191反相引脚(引脚 2)；这有助于减少反相引脚的杂散电容。操作放大器的反相引脚是一个高阻抗节点，因此具有高灵敏度。长线路径可用作将高频噪声耦合到信号链中的导线。相反，引脚上的PCB电容会导致稳定性问题。因此，引脚上的触点应尽可能小。
将R1和R2移动到引脚2，允许负载电阻R去耦电容器旋转180度C1更靠近 OPA191正电源引脚(引脚 7)。去耦电容器尽可能靠近电源引脚非常重要。如果去耦电容器和电源引脚之间的接线路径很长，电源引脚的电感会增加，从而降低性能。
图3:改善布局各部分的位置
在将零件移动到一个新的位置后，您仍然可以进行一些其他的改进。您可以扩大接线路径以减少电感，这相当于接线路径连接的焊盘的尺寸。电路板的顶部和底部也可以填充，以创建可靠的低阻抗路径来返回电流。图4显示了我们的最终布局。
图4：最终布局
建议您遵循以下布局协议：
1. 尽量减少反相引脚的连接。
2. 将去耦电容尽可能靠近电源引脚。
3. 若使用多个去耦电容，请将最小的去耦电容放置在最接近电源引脚的位置。
4. 不要在去耦电容器和电源引脚之间放置过孔。
5. 尽可能扩展路由路径。
在上面，我们谈到了仪表放大器(运输)PCB 正确的布局提供了一系列良好的布局实践供参考。接下来，我们将讨论仪器放大器的布局 (INA) 时的常见错误，然后展示如何正确布置INA PCB。
INA 用于需要放大差分电压的应用，如在高端电流检测应用中测量分流电阻器两端的电压。图5显示了单电源高侧电流检测电路的典型原理图。
图5：高端电流检测原理图
图5通过RSHUNT测量差分电压，R1、R2、C1、C2和C提供共模和差模滤波，R3和C4为U1 INA提供输出滤波，U2用于缓冲INA参考引脚.R4和C5用于形成由操作放大器引入的低通滤波器INA参考引脚的噪音。
虽然图5中的原理图布局看起来很直观，但在PCB布局容易出错，导致电路性能下降。图6显示工作人员正在检查 INA 布局中常见的三个错误。
图6：INA通用PCB布局
从上图可以看出，第一个误差是通过电阻测量差异电压Rshunt。可以看出Rshunt to R电阻小于2线Rshunt to R1线电阻。输入偏置电流可能会可能会引入输入偏置电流 INA，从而在U1输入侧产生差分电压。由于INA任务是放大差分电压，输入侧不平衡线可能导致错误。因此，需要保证INA输入线是平衡的，并可能短。
第二个误差和INA增益设置电阻Rgain有关。U1引脚到Rgain焊盘的长度比实际长度长，因此会产生额外的电阻和电容。因为增长取决于INA在引脚、引脚1和引脚8之间设置电阻，因此额外的电阻可能会带来错误的目标增益。由于INA增益设置的引脚连接到INA在反馈部分，额外的电容可能会导致稳定性问题。因此，确保连接增益设置电阻的线路尽可能短。
图7显示了纠正这三种错误后的布局。
在图7中，可以看到R1和R2到分流电阻器的线长相同，并且使用了开尔文连接。INA引脚的增益设置电阻尽可能短，基准缓冲电路尽可能靠近基准引脚。
如果您想在未来为INA布置PCB，请务必遵循以下指南：
1、确保输入端所有线路完全平衡；
2. 减少线路长度并最小化增益设置引脚上的电容；
3. 将参考缓冲电路布置在尽可能靠近INA参考引脚的位置；
4、去耦电容尽量靠近电源引脚布置；
5. 至少覆盖一层实心地平面；
6.不要为了电子元件使用丝印而牺牲良好的布局 ；
7. 遵循本文第一部分中提到的准则。