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踐。在本文中，我將探討布局儀表放大器(INA)時常見的錯誤，然后展示INA正確布局的一個例子。

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

圖1：高側(cè)電流感應原理圖

圖1測量的是通過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，將運放給INA參考引腳帶來的噪音降至最低。

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

圖2：INA常見PCB布局

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

第二個錯誤則是關(guān)于INA增益設置電阻Rgain的。U1引腳到Rgain焊墊的線路長于實際所需長度，因此會造成額外的電阻和電容。由于增益取決于INA增益設置引腳、引腳1和引腳8之間的電阻，額外的電阻可能帶來錯誤的目標增益。而由于INA的增益設置引腳連接著INA內(nèi)的反饋節(jié)，額外的電容可能造成穩(wěn)定性問題。因此，需確保連接增益設置電阻的線路應盡可能短。

最后，可能需要改進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的位置，這可能增加連接參考引腳的電阻，導致噪音或其他信號可能耦合到線路中。參考引腳上額外的電阻可能會降低大多數(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所示為糾正這三類錯誤后的布局。

圖 3

在圖3中，您可以看到R1和R2到分流電阻的線路長度相同，并采用了一個開爾文連接。增益設置電阻到INA引腳的線路做到了盡可能短，基準緩沖電路也盡可能靠近參考引腳。

下次您為INA布局PCB時，需確保遵循以下原則：

確保輸入側(cè)所有線路完全平衡；

減少線路長度并最大程度降低增益設置引腳上的電容；

將基準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；

至少覆設一個實心接地層；

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

其他信息

在Art Kay和Tim Green編寫的中您可以了解常用的模擬設計公式。

查看TI Designs 10μA至100mA、0.05% 誤差、高側(cè)電流感應解決方案參考設計 (TIPD135)。

探索TI放大器集成電路全部產(chǎn)品組合，并獲取能夠助力您設計工作的技術(shù)資源。

查看TI全部可用的精密儀表放大器

使用TI通用儀表放大器評估模塊測試您的儀表放大器樣例方案