如何正确地布设运算放大器@@@@

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电路设计过程中@@,应用工程师往往会忽视印刷电路板@@(PCB)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@@。

那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@@稳健性呢@@?

事件重现@@

工程师与@@自己的实习生利用增益为@@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@@@@@@。

采用非反相配置的@@OPA191原理图@@@@

图@@1 采用非反相配置的@@OPA191原理图@@@@

工程师指派实习生为该设计布设电路板@@,同时为他做了@@PCB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所示为实习生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@@。

首次布局尝试方案@@

图@@2 首次布局尝试方案@@

当时意识到电路板布局并不像自己想象的那样直观@@,工程师觉得应该为实习生做一些更详细的指导@@。实习生在设计时完全遵从了他的建议@@,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@@。

他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@@PCB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@@。

他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@@。

改进布局的各部件位置@@

图@@3 改进布局的各部件位置@@

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所示为终布局@@@@。

图@@4 终布局@@

图@@4 终布局@@

经验总结@@

当布设印刷电路板时@@,务必遵循以下布设惯例@@:

1 尽量缩短倒相引脚@@的连接@@;

2 让去耦电容器@@尽量靠近电源引脚@@@@。

3 如果使用了多个去耦电容器@@@@,将@@的去耦电容器@@放在离电源引脚@@近的位置@@。

4 不要将@@导孔置于去耦电容和@@电源引脚@@之间@@。

5 尽可能扩宽走线路径@@。

6 不要让走线路径上出现@@90度@@的角@@。

7 灌流至少一个坚实的接地层@@。

8 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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