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直流电源设计中PCB布局的技巧和方法

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-01 15:57    点击量:

    在直流电源电路设计过程中,应用工程师往往会忽视印刷直流电源电路板(直流电源PCB板设计)的直流电源电路布局.通常遇到的问题是,直流电源电路的原理图是正确的,但并不起作用,或仅以低性能运行.在本文中,我将向您介绍如何正确地布设运算放大器的直流电源电路板以确保其功能、性能和稳健性.

直流电源设计中PCB布局的技巧和方法
    最近,我与一名实习生在利用增益为2V/V、负荷为10k?、直流电源电压为+/-15V的非反相配置OPA191运算放大器进行设计.图1所示为该设计的原理图.

    采用非反相配置的OPA191]OPA191原理图图1:采用非反相配置的OPA191]OPA191原理图我让实习生为该设计布设直流电源电路板,同时为他做了直流电源PCB板设计布设方面的一般指导(例如:尽可能缩短直流电源电路板的走线路径.

    尽量将组件保持紧密排布,以减小直流电源电路板所占空间),然后让他自行设计.设计过程到底有多难?其实就是几个电阻器和电容器罢了,不是吗?图2所示为他首次尝试设计的直流电源电路布局.红线为直流电源电路板顶层的路径,而蓝线为底层的路径.

    首次直流电源电路布局尝试方案图2:首次直流电源电路布局尝试方案看到他的首次直流电源电路布局尝试,我意识到了直流电源电路板直流电源电路布局并不像我想象的那样直观;我至少应该为他做一些更详细的指导.他在设计时完全遵从了我的建议:缩短了走线路径,并将各部件紧密地排布在一起.但其实这种直流电源电路布局还有很大的改善空间,以便减小直流电源电路板寄生阻抗并优化其性能.

    接下来就是对直流电源电路布局的改进.我们所做的首项改进是将电阻R1和R2移至OPA191的倒相引脚(引脚2)旁;这样有助于减小倒相引脚的杂散电容.运算放大器的倒相引脚是一个高阻抗节点,因此灵敏度较高.较长的走线路径可以作为电线,让高频噪声耦合进信号链.倒相引脚上的直流电源PCB板设计电容会引发稳定性问题.因此,倒相引脚上的接点应该越小越好.

    将R1和R2移至引脚2旁,可以让负荷电阻器R3旋转180度,从而使去耦电容器C1更贴近OPA191的正直流电源引脚(引脚7).让去耦电容器尽可能贴近直流电源引脚,这一点极其重要.如果去耦电容器与直流电源引脚之间的走线路径较长,会增大直流电源引脚的电感,从而降低性能.

    我们所做的另一项改进在于第二个去耦电容器C2.不应将VCC与C2的导孔连接放在电容器和直流电源引脚之间,而应布设在供电电压必须通过电容器进入器件直流电源引脚的位置.图3显示了移动每个部件和导孔从而改善直流电源电路布局的方法.

    改进直流电源电路布局的各部件位置图3:改进直流电源电路布局的各部件位置将各部件移至新位置后,仍可以做一些其他改进.您可以加宽走线路径,以减小电感,即相当于走线路径所连接的焊盘尺寸.还可以灌流直流电源电路板顶层和底层的接地层,从而为返回电流创造一个坚实的低阻抗路径.图4所示为我们的最终直流电源电路布局.

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