pcb布线教程，pcb布线规则一般怎么设置

在电路设计过程中，应用工程师经常忽视印刷电路板（PCB）布局。遇到的一个常见问题是电路原理图是正确的，但它无法工作或工作性能较差。本文介绍如何正确布局运算放大器电路板以确保其功能、性能和稳健性。

最近，我和我的实**生正在设计同相配置的OPA191 运算放大器，增益为2V/V、10k 负载和+/-15V 电源电压。图1 显示了该设计的示意图。

图1：同相配置中的OPA191 原理图。

我要求实**生对设计的电路板进行布局，并提供PCB 布局的一般指导（例如，使电路板上的走线路径尽可能短，并将组件尽可能靠近放置，以减少电路板占用空间。诸如此类）。 Space），并让他自己设计。设计过程有多难？它实际上只是一些电阻器和电容器，对吗？图2 显示了他的第一次设计尝试的布局。红线是板顶层的路径，蓝线是底层的路径。

图2：第一次布局试验方案

在看到他的第一次布局尝试后，我意识到电路板布局并不像我想象的那么直观。他们至少应该给他更详细的指示。他在设计过程中完全遵循了我的建议，缩短了布线路径并将组件放置得更近。但实际上，为了降低电路板的寄生阻抗并优化其性能，这种布局仍有很大的改进空间。

接下来是布局改进。我们所做的第一个改进是将电阻器R1 和R2 移至OPA191 的反相引脚（引脚2）旁边。这减少了反相引脚上的杂散电容。运放的反相引脚是高阻抗节点，因此具有高灵敏度。长布线路径可以充当电线，并且可以将高频噪声耦合到信号链中。逆变器引脚上的PCB 电容可能会导致稳定性问题。因此，逆变器引脚接触应尽可能小。

将R1 和R2 移至引脚2 附近会将负载电阻器R3 旋转180 度，并使去耦电容器C1 更靠近OPA191 的正电源引脚（引脚7）。将去耦电容器尽可能靠近电源引脚放置非常重要。去耦电容器和电源引脚之间的长走线路径会增加电源引脚的电感，从而降低性能。

我们所做的另一个改进是第二个去耦电容器C2。从VCC 到C2 的过孔连接不需要放置在电容器和电源引脚之间，但应放置在电源电压需要通过电容器并进入器件电源引脚的位置。图3 显示了如何移动每个组件和过孔以改进布局。

图3：改进布局中的组件位置

将部件移动到新位置后还可以进行其他一些改进。加宽走线路径可根据走线路径所连接的焊盘的尺寸来减小电感。它还填充了电路板顶部和底部的接地层，为返回电流创建了可靠的低阻抗路径。图4 显示了最终布局。

图4：最终布局

下次布局印刷电路板时，我们建议您遵循以下布局方法：

逆变器端子连接尽可能短。

将去耦电容尽可能靠近电源引脚放置。

如果使用多个去耦电容，请将最小的去耦电容靠近电源引脚放置。

避免在去耦电容器和电源引脚之间放置过孔。

布线路径尽可能宽。

确保接线路径不存在90度角。

至少提供一个坚实的接地层。

不要为了使用丝印层来标记部件而牺牲良好的布局。

上面我们描述了仪表放大器（运放）PCB 布局的正确方法，并提供了一套良好的布局实践供您参考。接下来，我们将讨论布局仪表放大器(INA) 时的常见错误，并向您展示如何正确布局INA PCB。

INA 用于需要差分电压放大的应用，例如测量高侧电流传感应用中分流电阻器两端的电压。图5 显示了典型单电源高侧电流检测电路的原理图。

图5：高侧电流检测电路图

图5 测量RSHUNT 两端的差分电压。 R1、R2、C1、C2和C3用于提供共模和差模滤波。 R3 和C4 为U1 INA 提供输出滤波，U2 用于缓冲INA 参考引脚。 R4 和C5 用于构成低通滤波器，以最大限度地减少运算放大器引入INA 参考引脚的噪声。

虽然图5 中的原理图布局看起来很直观，但PCB 布局很容易出错，导致电路性能不佳。图6 显示了工作人员在检查INA 布局时常犯的三个错误。

图6：INA 的典型PCB 布局

从上图中可以看出，第一个错误是如何测量电阻器两端的差分电压Rshunt。由于从Rshunt 到R2 的线路很短，我们看到它的电阻小于从Rshunt 到R1 的线路的电阻。这种线路阻抗差异会引入来自INA 的输入偏置电流，从而在U1 的输入侧产生差分电压。由于INA 的工作是放大差分电压，因此输入侧的不平衡线路可能会导致错误。因此，请确保您的INA 输入线平衡且尽可能短。

第二个错误涉及INA 增益设置电阻Rgain。从U1 引脚到Rgain 焊盘的走线比所需的长度长，从而引入了额外的电阻和电容。增益取决于INA 增益设置引脚（引脚1 和8）之间的电阻器，因此添加电阻器可能会给您带来错误的目标增益。 INA 的增益设置引脚连接到INA 内的反馈部分，因此添加电容器可能会导致稳定性问题。因此，增益设置电阻的连线应尽可能短。

最后，您可能需要改进缓冲电路参考引脚的位置。由于参考引脚缓冲电路远离参考引脚，因此它增加了连接到参考引脚的电阻，并且可能将噪声或其他信号耦合到线路上。参考引脚上的附加电阻会降低大多数INA 提供的高共模抑制比(CMRR)。因此，参考引脚缓冲电路应尽可能靠近INA 参考引脚放置。

图7 显示了修复这三类错误后的布局。

图7：修复III 类错误后的PCB 布局

在图7 中，您可以看到R1 和R2 到分流电阻器的走线长度相同，并使用开尔文连接。从增益设置电阻到INA 引脚的连线应尽可能短，并且基准缓冲电路应尽可能靠近基准引脚放置。

为未来的INA 布局PCB 时，请务必遵循以下准则：

确保输入侧的所有线路完美平衡。

缩短线路长度并最小化增益设置引脚上的电容。

将基准缓冲电路放置在尽可能靠近INA 基准引脚的位置。

将去耦电容尽可能靠近电源引脚放置。

覆盖至少一层坚固的基层。

不要为了在组件上使用丝网印刷而牺牲良好的布局。

请遵循本文第一部分中提到的准则。

（本文摘自Timothy Claycomb 的21IC 博客文章）

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