在電路設計過(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。

在本篇文章中，牛人工程師將跟大家介紹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。

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