在電路設(shè)計過程中，應(yīng)用工程師往往會忽視印刷電路板(PCB)的布局。通常遇到的問題是，電路的原理圖是正確的，但并不起作用，或僅以低性能運行。
在本篇文章中，工程師將跟大家介紹如何正確地布設(shè)運算放大器的電路板以確保其功能、性能和穩(wěn)健性。
事件重現(xiàn)
工程師與自己的實習(xí)生利用增益為2V/V、負荷為10k、電源電壓為+/-15V的非反相配置OPA191運算放大器進行設(shè)計。圖1所示為該設(shè)計的原理圖。
圖1 采用非反相配置的OPA191原理圖
工程師指派實習(xí)生為該設(shè)計布設(shè)電路板，同時為他做了PCB布設(shè)方面的一般指導(dǎo)（即盡可能縮短電路板的走線路徑，同時將組件保持緊密排布，以減小電路板空間），然后讓他自行設(shè)計。
設(shè)計過程到底有多難？其實就是幾個電阻器和電容器罷了，不是嗎？
圖2所示為實習(xí)生首次嘗試設(shè)計的布局。紅線為電路板頂層的路徑，而藍線為底層的路徑。
圖2 首次布局嘗試方案
當(dāng)時意識到電路板布局并不像自己想象的那樣直觀，工程師覺得應(yīng)該為實習(xí)生做一些更詳細的指導(dǎo)。實習(xí)生在設(shè)計時完全遵從了他的建議，縮短了走線路徑，并將各部件緊密地排布在一起。但這種布局還可以進一步改善，從而減小電路板寄生阻抗并優(yōu)化其性能。
他們所做的首項改進是將電阻R1和R2移至OPA191的倒相引腳（引腳2）旁；這樣有助于減小倒相引腳的雜散電容。
運算放大器的倒相引腳是一個高阻抗節(jié)點，因此靈敏度較高。較長的走線路徑可以作為電線，讓高頻噪音耦合進信號鏈。倒相引腳上的PCB電容會引發(fā)穩(wěn)定性問題。因此，倒相引腳上的接點應(yīng)該越小越好。
將R1和R2移至引腳2旁，可以讓負荷電阻器R3旋轉(zhuǎn)180度，從而使去耦電容器C1更貼近OPA191的正電源引腳（引腳7）。讓去耦電容器盡可能貼近電源引腳，這一點極其重要。如果去耦電容器與電源引腳之間的走線路徑較長，會增大電源引腳的電感，從而降低性能。
他們所做的另一項改進在于第二個去耦電容器C2。不應(yīng)將VCC與C2的導(dǎo)孔連接放在電容器和電源引腳之間，而應(yīng)布設(shè)在供電電壓必須通過電容器進入器件電源引腳的位置。
圖3顯示了移動每個部件和導(dǎo)孔從而改善布局的方法。
圖3 改進布局的各部件位置
可以加寬走線路徑，以減小電感，即相當(dāng)于走線路徑所連接的焊盤尺寸。還可以灌流電路板頂層和底層的接地層，從而為返回電流創(chuàng)造一個堅實的低阻抗路徑。圖4所示為終布局。
圖4 終布局
經(jīng)驗總結(jié)
當(dāng)布設(shè)印刷電路板時，務(wù)必遵循以下布設(shè)慣例：
盡量縮短倒相引腳的連接。
讓去耦電容器盡量靠近電源引腳。
如果使用了多個去耦電容器，將的去耦電容器放在離電源引腳近的位置。
不要將導(dǎo)孔置于去耦電容和電源引腳之間。
盡可能擴寬走線路徑。
不要讓走線路徑上出現(xiàn)90度的角。
灌流至少一個堅實的接地層。
不要為了用絲印層來標(biāo)示部件而舍棄良好的布局。
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