仪表放大器PCB应该这弄!

qwqwqw2088

仪表放大器PCB应该这弄! [复制链接]

 

本文转自TI
     如下这些布局仪表放大器(INA)PCB时常见的错误，你中枪了吗？本文将给其中原因并给出INA正确布局的例子，收好吧！
INA 用于要求放大差分电压的应用，如测量通过高侧电流感应应用中分流电阻的电压。图1所示为典型单电源高侧电流感应电路的原理图。

图1测量的是通过RSHUNT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提供U1 INA的输出滤波，U2用于缓冲INA的参考引脚。R4和C5用于形成低通滤波器，将运放给INA参考引脚带来的噪音降至最低。

     虽然图1中的原理图布局看起来很直观，但却非常容易在PCB布局中出错，造成电路性能下降。图2显示了TI工作人员在检查INA布局时常见的三种错误。



错误1
      第一个错误是对通过电阻器差分电压Rshunt的测量方式。可以看到Rshunt到R2的线路较短，因此其电阻要小于Rshunt到R1线路的电阻。这一线路阻抗上的差异可能会引入INA的输入偏置电流在U1输入侧造成差分电压。由于INA的任务是放大差分电压，因此，如果输入侧的线路不平衡可能会导致出现错误。因此，需确保INA输入线路的平衡并尽可能短。

错误2
   第二个错误则是关于INA增益设置电阻Rgain的。U1引脚到Rgain焊垫的线路长于实际所需长度，因此会造成额外的电阻和电容。由于增益取决于INA增益设置引脚、引脚1和引脚8之间的电阻，额外的电阻可能带来错误的目标增益。而由于INA的增益设置引脚连接着INA内的反馈节，额外的电容可能造成稳定性问题。因此，需确保连接增益设置电阻的线路应尽可能短。

错误3
      最后，可能需要改进缓冲电路参考引脚的位置。参考引脚缓冲电路位于距离参考引脚较远的位置，这可能增加连接参考引脚的电阻，导致噪音或其他信号可能耦合到线路中。参考引脚上额外的电阻可能会降低大多数INA提供的高共模抑制比(CMRR)。因此，需将参考引脚缓冲电路安排在尽可能靠近INA参考引脚的位置。

图3所示为纠正这三类错误后的布局。



在图3中，您可以看到R1和R2到分流电阻的线路长度相同，并采用了一个开尔文连接。增益设置电阻到INA引脚的线路做到了尽可能短，基准缓冲电路也尽可能靠近参考引脚。

下次您为INA布局PCB时，需确保遵循以下原则：

确保输入侧所有线路完全平衡；
减少线路长度并最大程度降低增益设置引脚上的电容；
将基准缓冲电路安排在尽可能靠近INA参考引脚的位置；
将解耦电容安排在尽可能靠近电源引脚的位置；
至少覆设一个实心接地层；
不要为了给元件使用丝印而牺牲良好的布局。

roumao

请教，什么是“开尔文连接”啊？烦劳楼主解答，谢谢了呵～

roumao

另，烦问，在何处使用了开尔文连接呢？

qwqwqw2088

roumao 发表于 2016-12-20 11:25
另，烦问，在何处使用了开尔文连接呢？

一句话也说不清
背书如下:
开尔文连接是一种用于模拟信号远传的连接方法。其特点是不在驱动器的输出端直接连接反馈到反相端，而从负载端将反馈接到放大器/驱动器的反相端的一种连接方法，其目的是减小线路电阻引起的误差。

qwqwqw2088

ADI的AD688的datasheet中开尔文连接图

qwqwqw2088

我们平时用小阻值电阻,几毫欧的电阻,如果要测试阻值
一般用电阻测试仪
用的是四线测电阻的方法,也是一种开尔文连接

雪枫21

多谢楼主分享

roumao

qwqwqw2088 发表于 2016-12-20 11:30
ADI的AD688的datasheet中开尔文连接图

谢谢解答。请问文/图中何处用到了呢？没看出来啊！

qwqwqw2088

roumao 发表于 2016-12-20 16:46
谢谢解答。请问文/图中何处用到了呢？没看出来啊！

对照图1原理图和图3PCB图
R1和R2到分流电阻Rshunt的连接

开尔文连接有两个要求：对于每个测试点都有一条激励线F和一条检测线S，二者严格分开，各自构成独立回路；同时要求S线必须接到一个有极高输入阻抗的测试回路上，使流过检测线S的电流极小，近似为零。

roumao

qwqwqw2088 发表于 2016-12-21 16:38
对照图1原理图和图3PCB图
R1和R2到分流电阻Rshunt的连接

开尔文连接有两个要求：对于每个测试点都有 ...

明白！多谢耐心解答！再次表示感谢！

amingda

好文章！！！！分析透彻！！！！顶起！！！！！

jasonell

改进后的布局漂亮，开尔文连接就是电流电压信号分开走啊。