仪表放大器的PCB布局-运放

在这篇文章中,我将讨论在设置仪表放大器(INA)的PCB时常见的错误,然后展示一个合适的INA布局的例子。

INAs用于需要微分电压放大的应用,例如在高侧电流传感应用中测量通过分流电阻的电压。图1是典型单电源高侧电流传感电路的示意图。
仪表放大器的PCB布局-运放_第1张图片

图1:高侧电流传感示意图


在图1中,通过RSHUNT测量一个差分电压,R1、R2、C1、C2和C3提供输入共模和差分模滤波。R3和C4为INA, U1提供输出过滤。U2缓冲INA的参考引脚。R4和C5形成一个低通滤波器,使运放引入到INA参考引脚的噪声最小化。

虽然图1中的原理图的布局看起来很简单,但在PCB布局中很容易出错,从而降低电路性能。图2显示的PCB布局有三个错误,我们在TI检查INA布局时经常看到。
仪表放大器的PCB布局-运放_第2张图片

图2:INA的常见PCB布局

第一个错误是如何通过电阻测量差电压,Rshunt。

注意,从Rshunt到R2的轨迹要短得多,因此比从Rshunt到R1的轨迹有更小的阻力。由于INA的输入偏置电流,迹阻抗的这种差异可能在U1的输入处产生一个差分电压。由于INA的工作是放大差动电压,在输入处有不平衡的轨迹会导致误差。因此,保持INA的输入轨迹尽可能的平衡和短。

第二个错误与INA Rgain的增益设定电阻有关。

从U1的引脚到Rgain的引脚的导线比需要的要长,这就产生了额外的电阻和电容。具有额外的电阻可能会在INA的期望增益中引入误差,因为增益取决于INA的增益设置针脚之间的电阻,针脚1和8。额外的电容可能会导致稳定性问题,因为INA的增益设置引脚连接到INA内部的反馈节点。因此,保持连接到增益设定电阻的痕迹尽可能短。

第三个错误,参考引脚缓冲电路的定位可能需要改进。

参考引脚缓冲电路定位在远离参考引脚的地方,这增加了连接到参考引脚的电阻,并为噪声和其他信号耦合到跟踪打开了可能性。参考引脚上的附加电阻将降低大多数INAs提供的高共模抑制比(CMRR)。因此,将参考引脚缓冲电路尽可能靠近INA的参考引脚。
仪表放大器的PCB布局-运放_第3张图片

图3显示了纠正这三个错误的布局。

在图3中,您可以看到从分流电阻R1和R2的轨迹是相等的长度和开尔文连接。从增益设定电阻到INA引脚的轨迹尽可能短,参考缓冲电路尽可能接近参考引脚。

下次你为INA设计PCB时,一定要遵循以下指导原则:

  • 保持输入上的所有痕迹完全平衡。
  • 减小增益固定引脚上的跟踪长度和电容。
  • 将参考缓冲电路放置在INA的参考引脚附近。
  • 将去耦电容器放置在尽可能靠近电源引脚的地方。
  • 至少倒出一个坚实的地面。
  • 不要牺牲良好的布局来使用丝印标记组件。

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