儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環增益組件，具有差分輸入和相對參考端的單端輸出。與運算放大器不同之處是運算放大器的閉環增益是由反相輸入端與輸出端之間連接的外部電阻決定，而儀表放大器則使用與輸入端隔離的內部反饋電阻網絡。儀表放大器的 2 個差分輸入端施加輸入信號，其增益即可由內部預置，也可由用戶通過引腳內部設置或者通過與輸入信號隔離的外部增益電阻預置。

　　本文首先介紹了儀表放大器PCB布局原則，其次介紹了儀表放大器PCB布局三大常見錯誤，最后介紹了應該如何正確布局儀表放大器（運放）PCB，具體的跟隨小編一起來了解一下。

　　儀表放大器PCB布局原則

　　INA布局PCB時，需確保遵循以下原則：

　　1、確保輸入側所有線路完全平衡；

　　2、減少線路長度并最大程度降低增益設置引腳上的電容；

　　3、將基準緩沖電路安排在盡可能靠近INA參考引腳的位置；

　　4、將解耦電容安排在盡可能靠近電源引腳的位置；

　　5、至少覆設一個實心接地層；

　　6、不要為了給元件使用絲印而犧牲良好的布局；

　　儀表放大器PCB布局三大常見錯誤

　　如下這些布局儀表放大器（INA）PCB時常見的錯誤，你中槍了嗎？本文將給其中原因并給出INA正確布局的例子，收好吧！

　　INA 用于要求放大差分電壓的應用，如測量通過高側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電流感應電路的原理圖。

　　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。

　　錯誤1

　　第一個錯誤是對通過電阻器差分電壓Rshunt的測量方式。可以看到Rshunt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，如果輸入側的線路不平衡可能會導致出現錯誤。因此，需確保INA輸入線路的平衡并盡可能短。

　　錯誤2

　　第二個錯誤則是關于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內的反饋節，額外的電容可能造成穩定性問題。因此，需確保連接增益設置電阻的線路應盡可能短。

　　錯誤3

　　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。

　　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。

　　布局儀表放大器（運放）PCB的正確方法

　　接下來小編將向您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。

　　最近，我與一名實習生在利用增益為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］OPA191原理圖

　　我讓實習生為該設計布設電路板，同時為他做了PCB布設方面的一般指導（例如：盡可能縮短電路板的走線路徑，盡量將組件保持緊密排布，以減小電路板所占空間），然后讓他自行設計。設計過程到底有多難？其實就是幾個電阻器和電容器罷了，不是嗎？圖2所示為他首次嘗試設計的布局。紅線為電路板頂層的路徑，而藍線為底層的路徑。

　　圖2：首次布局嘗試方案

　　看到他的首次布局嘗試，我意識到了電路板布局并不像我想象的那樣直觀；我至少應該為他做一些更詳細的指導。他在設計時完全遵從了我的建議：縮短了走線路徑，并將各部件緊密地排布在一起。但其實這種布局還有很大的改善空間，以便減小電路板寄生阻抗并優化其性能。

　　接下來就是對布局的改進。我們所做的首項改進是將電阻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高阻抗節點，因此靈敏度較高。較長的走線路徑可以作為電線，讓高頻噪聲耦合進信號鏈。倒相引腳上的PCB電容會引發穩定性問題。因此，倒相引腳上的接點應該越小越好。

　　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，這一點極其重要。如果去耦電容器與電源引腳之間的走線路徑較長，會增大電源引腳的電感，從而降低性能。

　　我們所做的另一項改進在于第二個去耦電容器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電容器進入器件電源引腳的位置。圖3顯示了移動每個部件和導孔從而改善布局的方法。

　　圖3：改進布局的各部件位置

　　將各部件移至新位置后，仍可以做一些其他改進。您可以加寬走線路徑，以減小電感，即相當于走線路徑所連接的焊盤尺寸。還可以灌流電路板頂層和底層的接地層，從而為返回電流創造一個堅實的低阻抗路徑。圖4所示為我們的最終布局。

　　圖4：最終布局