如何布局儀表放大器的印刷電路板

在之前的博文中，我談到了布局儀表放大器（運(yùn)放）印刷電路板 (PCB)的正確方法，并提供了一系列可供參考的良好布局實(shí)踐。在本文中，我將探討布局儀表放大器(INA)時(shí)常見(jiàn)的錯(cuò)誤，然后展示INA正確布局的一個(gè)例子。

INA 用于要求放大差分電壓的應(yīng)用，如測(cè)量通過(guò)高側(cè)電流感應(yīng)應(yīng)用中分流電阻的電壓。圖1所示為典型單電源高側(cè)電流感應(yīng)電路的原理圖。

圖1：高側(cè)電流感應(yīng)原理圖

圖1測(cè)量的是通過(guò)RSHUNT的差分電壓，R1、R2、C1、C2和C3用于提供共模和差模濾波，R3和C4提供U1 INA的輸出濾波，U2用于緩沖INA的參考引腳。R4和C5用于形成低通濾波器，將運(yùn)放給INA參考引腳帶來(lái)的噪音降至最低。

雖然圖1中的原理圖布局看起來(lái)很直觀，但卻非常容易在PCB布局中出錯(cuò)，造成電路性能下降。圖2顯示了TI工作人員在檢查INA布局時(shí)常見(jiàn)的三種錯(cuò)誤。

圖2：INA常見(jiàn)PCB布局

第一個(gè)錯(cuò)誤是對(duì)通過(guò)電阻器差分電壓Rshunt的測(cè)量方式?？梢钥吹絉shunt到R2的線(xiàn)路較短，因此其電阻要小于Rshunt到R1線(xiàn)路的電阻。這一線(xiàn)路阻抗上的差異可能會(huì)引入INA的輸入偏置電流在U1輸入側(cè)造成差分電壓。由于INA的任務(wù)是放大差分電壓，因此，如果輸入側(cè)的線(xiàn)路不平衡可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，需確保INA輸入線(xiàn)路的平衡并盡可能短。

第二個(gè)錯(cuò)誤則是關(guān)于INA增益設(shè)置電阻Rgain的。U1引腳到Rgain焊墊的線(xiàn)路長(zhǎng)于實(shí)際所需長(zhǎng)度，因此會(huì)造成額外的電阻和電容。由于增益取決于INA增益設(shè)置引腳、引腳1和引腳8之間的電阻，額外的電阻可能帶來(lái)錯(cuò)誤的目標(biāo)增益。而由于INA的增益設(shè)置引腳連接著INA內(nèi)的反饋節(jié)，額外的電容可能造成穩(wěn)定性問(wèn)題。因此，需確保連接增益設(shè)置電阻的線(xiàn)路應(yīng)盡可能短。

最后，可能需要改進(jìn)緩沖電路參考引腳的位置。參考引腳緩沖電路位于距離參考引腳較遠(yuǎn)的位置，這可能增加連接參考引腳的電阻，導(dǎo)致噪音或其他信號(hào)可能耦合到線(xiàn)路中。參考引腳上額外的電阻可能會(huì)降低大多數(shù)INA提供的高共模抑制比(CMRR)。因此，需將參考引腳緩沖電路安排在盡可能靠近INA參考引腳的位置。

圖3所示為糾正這三類(lèi)錯(cuò)誤后的布局。

圖 3

在圖3中，您可以看到R1和R2到分流電阻的線(xiàn)路長(zhǎng)度相同，并采用了一個(gè)開(kāi)爾文連接。增益設(shè)置電阻到INA引腳的線(xiàn)路做到了盡可能短，基準(zhǔn)緩沖電路也盡可能靠近參考引腳。

下次您為INA布局PCB時(shí)，需確保遵循以下原則：

確保輸入側(cè)所有線(xiàn)路完全平衡；

減少線(xiàn)路長(zhǎng)度并最大程度降低增益設(shè)置引腳上的電容；

將基準(zhǔn)緩沖電路安排在盡可能靠近INA參考引腳的位置；

將解耦電容安排在盡可能靠近電源引腳的位置；

至少覆設(shè)一個(gè)實(shí)心接地層；

不要為了給元件使用絲印而犧牲良好的布局；

遵循我之前博文中提到的指南

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