在电路规划进程中，运用工程师往往会忽视印刷电路板(PCB)的布局。一般遇到的问题是，电路的原理图是正确的，但并不起作用，或仅以低功用运转。在本文中，我将向您介绍怎么正确地布设运算放大器的电路板以保证其功用、功用和稳健性。
最近，我与一名实习生在运用增益为2V/V、负荷为10k?、电源电压为+/-15V的非反相装备OPA191运算放大器进行规划。图1所示为该规划的原理图。
图1：选用非反相装备的OPA191]OPA191原理图
我让实习生为该规划布设电路板，一起为他做了PCB布设方面的一般辅导(例如：尽或许缩短电路板的走线途径，尽量将组件坚持严密排布，以减小电路板所占空间)，然后让他自行规划。规划进程到底有多难?其实便是几个电阻器和电容器算了，不是吗?图2所示为他初次测验规划的布局。红线为电路板顶层的途径，而蓝线为底层的途径。
图2：初次布局测验计划
看到他的初次布局测验，我认识到了电路板布局并不像我幻想的那样直观;我至少应该为他做一些更具体的辅导。他在规划时彻底遵照了我的主张：缩短了走线途径，并将各部件严密地排布在一起。但其实这种布局还有很大的改善空间，以便减小电路板寄生阻抗并优化其功用。
接下来便是对布局的改善。咱们所做的首项改善是将电阻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，因而灵敏度较高。较长的走线途径能够作为电线，让高频噪声耦合进信号链。倒相引脚上的PCB电容会引发安稳性问题。因而，倒相引脚上的接点应该越小越好。
将R1和R2移至引脚2旁，能够让负荷电阻器R3旋转180度，然后使去耦电容器C1更接近OPA191的正电源引脚(引脚7)。让去耦电容器尽或许接近电源引脚，这一点极其重要。假如去耦电容器与电源引脚之间的走线途径较长，会增大电源引脚的电感，然后下降功用。
咱们所做的另一项改善在于第二个去耦电容器C2。不应将VCC与C2的导孔衔接放在电容器和电源引脚之间，而应布设在供电电压有必要经过电容器进入器材电源引脚的方位。图3显现了移动每个部件和导孔然后改善布局的办法。
图3：改善布局的各部件方位
将各部件移至新方位后，仍能够做一些其他改善。您能够加宽走线途径，以减小电感，即相当于走线途径所衔接的焊盘尺度。还能够灌流电路板顶层和底层的接地层，然后为回来电流发明一个坚实的低阻抗途径。图4所示为咱们的终究布局。
图4：终究布局
下一次当您布设印刷电路板时，主张您遵从以下布设常规：
尽量缩短倒相引脚的衔接。
让去耦电容器尽量接近电源引脚。
假如运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方位。
不要将导孔置于去耦电容和电源引脚之间。
尽或许扩宽走线途径。
不要让走线途径上呈现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明部件而放弃杰出的布局。
上文中，咱们谈到了布局外表放大器(运放)PCB的正确办法，并供给了一系列可供参阅的杰出布局实践。接下来，将讨论布局外表放大器(instrumentation amplifier，INA)经常见的过错，然后展现INA PCB怎么正确布局。
INA 用于要求放大差分电压的运用，如丈量经过高侧电流感应运用平分流电阻的电压。图5所示为典型单电源高侧电流感应电路的原理图。
图5：高侧电流感应原理图
图5丈量的是经过RSHUNT的差分电压，R1、R2、C1、C2和C3用于供给共模和差模滤波，R3和C4供给U1 INA的输出滤波，U2用于缓冲INA的参阅引脚。R4和C5用于构成低通滤波器，将运放给INA参阅引脚带来的噪音降至最低。
尽管图5中的原理图布局看起来很直观，但却十分简单在PCB布局中犯错，形成电路功用下降。图6显现了工作人员在查看INA布局经常见的三种过错。
图6：INA常见PCB布局
从上图可见，榜首个过错是对经过电阻器差分电压Rshunt的丈量方法。能够看到Rshunt到R2的线路较短，因而其电阻要小于Rshunt到R1线路的电阻。这一线路阻抗上的差异或许会引进INA的输入偏置电流在U1输入侧形成差分电压。因为INA的使命是放大差分电压，因而，假如输入侧的线路不平衡或许会导致呈现过错。因而，需保证INA输入线路的平衡并尽或许短。
第二个过错则是关于INA增益设置电阻Rgain的。U1引脚到Rgain焊垫的线路善于实践所需长度，因而会形成额定的电阻和电容。因为增益取决于INA增益设置引脚、引脚1和引脚8之间的电阻，额定的电阻或许带来过错的方针增益。而因为INA的增益设置引脚衔接着INA内的反应节，额定的电容或许形成安稳性问题。因而，需保证衔接增益设置电阻的线路应尽或许短。
最终，或许需求改善缓冲电路参阅引脚的方位。参阅引脚缓冲电路坐落间隔参阅引脚较远的方位，这或许添加衔接参阅引脚的电阻，导致噪声或其他信号或许耦合到线路中。参阅引脚上额定的电阻或许会下降大多数INA供给的高共模抑制比(CMRR)。因而，需将参阅引脚缓冲电路安排在尽或许接近INA参阅引脚的方位。
图7：纠正三类过错后的PCB布局
在图7中，能够看到R1和R2到分流电阻的线路长度相同，并选用了一个开尔文衔接。增益设置电阻到INA引脚的线路做到了尽或许短，基准缓冲电路也尽或许接近参阅引脚。
假如您往后要为INA布局PCB，请保证遵从以下准则：
保证输入侧一切线路彻底平衡;
削减线路长度并最大程度下降增益设置引脚上的电容;
将基准缓冲电路安排在尽或许接近INA参阅引脚的方位;
将解耦电容安排在尽或许接近电源引脚的方位;
至少覆设一个实心接地层;
不要为了给元件运用丝印而献身杰出的布局;
遵从本文榜首部分中说到的攻略
