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在电 路设计过程中，应用工程师往往会忽视印刷电 路 板( P C B )的布局。通常遇到的问题是，电 路的原理图是正确的，但并不起作用，或仅以低性能运行。在本篇博文中，我将向您介绍如何正确地布设运 算 放 大 器的 电 路 板以确保其功能、性能和稳健性。 我与一名实习生最近在利用增益为2V/V、负荷为10k?、电 源电 压为+/-15V的非反相配置OPA191运 算 放 大 器进行设计。图1所示为该设计的原理图。 
图1：采用非反相配置的OPA191原理图 我指派实习生为该设计布设电 路 板，同时为他做了P C B布设方面的一般指导（即尽可能缩短电 路 板的走线路径，同时将组件保持紧密排布，以减小电 路 板空间），然后让他自行设计。设计过程到底有多难？其实就是几个电 阻器和电 容 器罢了，不是吗？图2所示为他首次尝试设计的布局。红线为电 路 板顶层的路径，而蓝线为底层的路径。 
图2：首次布局尝试方案 当时，我意识到电 路板布局并不像我想象的那样直观；我应该为他做一些更详细的指导。他在设计时完全遵从了我们的建议，缩短了走线路径，并将各部件紧密地排布在一起。但这种布局还可以进一步改善，从而减小电 路板寄生阻抗并优化其性能。 我们所做的首项改进是将电 阻R1和R2移至OPA191的倒相引脚（引脚2）旁；这样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，因此灵敏度较高。较长的走线路径可以作为电线，让高频噪音耦合进信号链。倒相引脚上的P C B电 容会引发稳定性问题。因此，倒相引脚上的接点应该越小越好。 将R1和R2移至引脚2旁，可以让负荷电 阻器R3旋转180度，从而使去耦电 容 器C1更贴近OPA191的正电源引脚（引脚7）。让去耦电 容 器尽可能贴近电源引脚，这一点极其重要。如果去耦电 容 器与电源引脚之间的走线路径较长，会增大电源引脚的电 感，从而降低性能。 我们所做的另一项改进在于第二个去耦电 容 器C2。不应将VCC与C2的导孔连接放在电 容 器和电源引脚之间，而应布设在供电 电 压必须通过电 容 器进入器件电源引脚的位置。 图3显示了移动每个部件和导孔从而改善布局的方法。 
图3：改进布局的各部件位置 将各部件移至新位置后，仍可以做一些其他改进。您可以加宽走线路径，以减小电 感，即相当于走线路径所连接的焊盘尺寸。还可以灌流电 路板顶层和底层的接地层，从而为返回电 流创造一个坚实的低阻抗路径。 图4所示为我们的最终布局。 
图4：最终布局 下一次当您布设印刷电 路 板时，务必遵循以下布设惯例： 尽量缩短倒相引脚的连接。 让去耦电 容 器尽量靠近电源引脚。 如果使用了多个去耦电 容 器，将最小的去耦电 容 器放在离电源引脚最近的位置。 不要将导孔置于去耦电 容和电 源引脚之间。 尽可能扩宽走线路径。 不要让走线路径上出现90度的角。 灌流至少一个坚实的接地层。 不要为了用丝印层来标示部件而舍弃良好的布局。
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发表于 2019-4-18 10:07:02
