【導讀】電路設計過(guò)程中，應用工程師往往會(huì )忽視印刷電路板(PCB)的布局。通常遇到的問(wèn)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。
那如何正確地布設運算放大器的電路板以確保其功能、性能和穩健性呢？
事件重現
工程師與自己的實(shí)習生利用增益為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(jìn)行設計。圖1所示為該設計的原理圖。
圖1 采用非反相配置的OPA191原理圖
工程師指派實(shí)習生為該設計布設電路板，同時(shí)為他做了PCB布設方面的一般指導（即盡可能縮短電路板的走線(xiàn)路徑，同時(shí)將組件保持緊密排布，以減小電路板空間），然后讓他自行設計。
設計過(guò)程到底有多難？其實(shí)就是幾個(gè)電阻器和電容器罷了，不是嗎？
圖2所示為實(shí)習生首次嘗試設計的布局。紅線(xiàn)為電路板頂層的路徑，而藍線(xiàn)為底層的路徑。
圖2 首次布局嘗試方案
當時(shí)意識到電路板布局并不像自己想象的那樣直觀(guān)，工程師覺(jué)得應該為實(shí)習生做一些更詳細的指導。實(shí)習生在設計時(shí)完全遵從了他的建議，縮短了走線(xiàn)路徑，并將各部件緊密地排布在一起。但這種布局還可以進(jìn)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(jìn)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(gè)高阻抗節點(diǎn)，因此靈敏度較高。較長(cháng)的走線(xiàn)路徑可以作為電線(xiàn)，讓高頻噪音耦合進(jìn)信號鏈。倒相引腳上的PCB電容會(huì )引發(fā)穩定性問(wèn)題。因此，倒相引腳上的接點(diǎn)應該越小越好。
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(diǎn)極其重要。如果去耦電容器與電源引腳之間的走線(xiàn)路徑較長(cháng)，會(huì )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(jìn)在于第二個(gè)去耦電容器C2。不應將VCC與C2的導孔連接放在電容器和電源引腳之間，而應布設在供電電壓必須通過(guò)電容器進(jìn)入器件電源引腳的位置。
圖3顯示了移動(dòng)每個(gè)部件和導孔從而改善布局的方法。
圖3 改進(jìn)布局的各部件位置
可以加寬走線(xiàn)路徑，以減小電感，即相當于走線(xiàn)路徑所連接的焊盤(pán)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(gè)堅實(shí)的低阻抗路徑。圖4所示為終布局。
圖4 終布局
經(jīng)驗總結
當布設印刷電路板時(shí)，務(wù)必遵循以下布設慣例：
1 盡量縮短倒相引腳的連接；
2 讓去耦電容器盡量靠近電源引腳。
3 如果使用了多個(gè)去耦電容器，將的去耦電容器放在離電源引腳近的位置。
4 不要將導孔置于去耦電容和電源引腳之間。
5 盡可能擴寬走線(xiàn)路徑。
6 不要讓走線(xiàn)路徑上出現90度的角。
7 灌流至少一個(gè)堅實(shí)的接地層。
8 不要為了用絲印層來(lái)標示部件而舍棄良好的布局。
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