Первая попытка верстки

Навыки подключения печатных плат усилителя

В процессе проектирования схем инженеры-прикладники часто пренебрегают компоновкой печатных плат (PCB). Распространенная проблема заключается в том, что схема принципа правильная, но она не работает или работает только с низкой производительностью. Я покажу вам, как правильно расположить печатную плату операционного усилителя, чтобы обеспечить его функциональность, производительность и надежность.

Недавно я работал со стажером над операционным усилителем OPA191 в той же фазовой конфигурации с коэффициентом усиления 2 В/В, нагрузкой 10 кОм и напряжением питания +/-15 В. На рисунке 1 показана принципиальная схема конструкции.

Принципиальная схема OPA191 с синфазными конфигурациями Указывает принципиальную схему OPA191

Я попросил стажера сделать платы для дизайна, дал ему общие инструкции по компоновке печатных плат (например, свести к минимуму пути подключения печатных плат, держать компоненты как можно ближе друг к другу, чтобы свести к минимуму пространство платы)), а затем оставил его проектировать свои собственные. Насколько сложным был процесс проектирования? Это всего лишь несколько резисторов и конденсаторов, не так ли? На рисунке 2 показана его первоначальная попытка компоновки. Красная линия — это путь к верхней части доски, а синяя линия — нижний путь.

Первая попытка верстки

Увидев его первую попытку верстки, я понял, что макет доски был не таким интуитивным, как я думал; Я должен, по крайней мере, дать ему более подробные инструкции. Он сделал именно то, что я предложил в дизайне: сократил путь проводки и упаковал детали близко друг к другу. Однако, чтобы уменьшить паразитный импеданс платы и оптимизировать ее производительность, у этой компоновки все еще есть много возможностей для улучшения.

Следующий шаг – улучшение планировки. Первое улучшение, которое мы сделали, заключалось в перемещении резисторов R1 и R2 на инвертирующий вывод OPA191 (контакт 2); Это помогает уменьшить блуждающую емкость инвертирующего контакта. Обратный вывод операционного усилителя является высокоимпедансным узлом и поэтому обладает высокой чувствительностью.  Более длинные пути маршрутизации могут использоваться в качестве проводников для соединения высокочастотного шума с сигнальной цепью. Емкость печатной платы на инвертирующем контакте может вызвать проблемы со стабильностью. Поэтому контакт на инвертирующем штифте должен быть как можно меньше.

Перемещение R1 и R2 на контакт 2 позволяет нагрузочному резистору R3 поворачиваться на 180 градусов, тем самым приближая развязывающий конденсатор C1 к положительному выводу питания OPA191 (контакт 7). Важно, чтобы развязывающий конденсатор находился как можно ближе к контакту блока питания. Если путь прокладки между развязывающим конденсатором и выводом питания длинный, индуктивность вывода питания увеличится, что снизит производительность.

Улучшение размещения частей макета

Переместив деталь на новое место, вы все равно можете внести некоторые другие улучшения. Вы можете расширить путь, чтобы уменьшить индуктивность, которая соответствует размеру контактной площадки, к которой путь i

Улучшение размещения частей макета

Переместив деталь на новое место, вы все равно можете внести некоторые другие улучшения. Вы можете расширить путь, чтобы уменьшить индуктивность, которая соответствует размеру площадки, к которой прикреплен тракт. Верхнее и нижнее заземление платы также могут быть перфузированы для создания надежного пути с низким импедансом для обратного тока. На рисунке 4 показан наш окончательный макет.

s прилагается. Верхнее и нижнее заземление платы также могут быть перфузированы для создания надежного пути с низким импедансом для обратного тока. На рисунке 4 показан наш окончательный макет.

Окончательная планировка

В следующий раз при компоновке печатной платы рекомендуется следовать следующим соглашениям о компоновке:

1. Сведите к минимуму подключение инвертирующих штифтов.

2. Разместите развязывающий конденсатор как можно ближе к штырю питания.

3. Если используется несколько развязывающих конденсаторов, поместите самый маленький из них ближе всего к контакту блока питания.

4. Не размещайте отверстие между развязывающим конденсатором и штырем питания.

5. Максимально расширьте путь маршрута.

В предыдущей статье мы обсудили правильную компоновку печатных плат инструментальных усилителей (OP-amp) и предоставили ряд рекомендаций по компоновке для справки. Далее мы рассмотрим распространенные ошибки при компоновке инструментальных усилителей (INA), а затем покажем, как правильно расположить печатные платы INA.

INA используется в приложениях, требующих усиления дифференциальных напряжений, таких как измерение напряжения на обоих концах шунтирующего резистора в приложениях для обнаружения тока высокого класса. На рисунке 5 показана принципиальная схема типичной однополярной схемы детектирования высокого тока.

Принципиальная схема детектирования тока высокого класса

Дифференциальное напряжение измеряется с помощью RSHUNT, где R1, R2, C1, C2 и C3 используются для обеспечения синфазной и дифференциальной фильтрации, R3 и C4 обеспечивают выходную фильтрацию для U1 INA, а U2 используется для буферизации опорных выводов INA. R4 и C5 используются для формирования фильтра нижних частот, который минимизирует шум, вносимый в опорные контакты INA операционным усилителем.

Хотя схематическая компоновка выглядит интуитивно понятной, в компоновке печатной платы легко ошибиться, что приведет к снижению производительности схемы. Показаны три распространенные ошибки, которые совершают работники при проверке макетов INA.