如何設計高性能低側電流感應設計中的印刷電路板

　　在之前的博客文章中，我向大家介紹了如何借助低側電流感應控制電機，并分享了為成本敏感型應用設計低側電流感應電路的三個(gè)步驟。在本篇文章中，我將介紹如何使用應用印刷電路板(PCB)技術(shù)，采用一款微型運算放大器 (Op amp)來(lái)設計精確的、低成本的低側電流感應電路。

　　圖1是之前的博客文章引用的低側電流感應電路原理圖，圖一中使用的是TLV9061超小型運算放大器。

　　圖1：低側電流感應原理圖

　　公式1是計算圖1所示電路的傳遞函數：

　　(1)

　　其中 。

　　精確的低側電流感應設計對印刷電路板的設計有兩大要求。首先要確保分流電阻(Rshunt)直接連接到放大器的同相輸入端和RG的接地端，這通常被稱(chēng)為“開(kāi)爾文接法”(Kelvin connection)。如果不使用開(kāi)爾文接法，會(huì )產(chǎn)生與分流電阻(Rshunt)串聯(lián)的寄生電阻，導致系統產(chǎn)生增益誤差。圖2顯示了系統中寄生電阻的位置。

　　圖2：與分流電阻(Rshunt)串聯(lián)的寄生電阻

　　公式2是計算圖2中電路的傳遞函數：

　(2)

　　第二個(gè)設計要求是要將電阻RG的接地端盡可能地靠近分流電阻(Rshunt)的接地端。當電流流過(guò)印刷電路板的接地層時(shí)，接地層上會(huì )產(chǎn)生壓降，致使印刷電路板上不同位置的接地層電壓出現差異。這會(huì )使系統出現偏移電壓。在圖3中，連接到RG的地面電壓源符號代表了地電位的不同。

　　圖3：接地層電壓差異

　　公式3是計算圖3所示電路的傳遞函數：

(3)

　　圖4顯示了正確的印刷電路板布局示意圖。

　　圖4：正確的布局示意圖

　　圖5展示了我之前建議的適合低側電流感應設計的印刷電路板布局。頂層是紅色，底層是藍色的。印刷電路板布局中的R5和C1指示負載電阻和去耦電容應該放置的的位置。

　　圖 5：正確的低側電流感應印刷電路板布局

　　需要注意的是從分流電阻(Rshunt)發(fā)出的軌跡線(xiàn)使用開(kāi)爾文接法且RG盡可能靠近分流電阻 (Rshunt)。您能夠使用小型(0.8mm×0.8mm)五引腳X2SON封裝的TLV9061運算放大器將所有無(wú)源器件放置在頂層分流電阻的兩個(gè)焊盤(pán)之間。您可以從這里方便地將底層的分流電阻(Rshunt)線(xiàn)路穿過(guò)通孔與頂層的同相引腳和RG連接起來(lái)。

　　在您今后為低側電流感應設計印刷電路板布局時(shí)，請務(wù)必遵循以下準則，以減少設計中潛在的錯誤：

　　在分流電阻(Rshunt)上使用開(kāi)爾文接法。

　　RG盡可能放置在靠近分流電阻(Rshunt)接地端的地方。

　　去耦電容盡可能靠近電源引腳。

　　至少要有一個(gè)可靠的接地層。

　　了解更多有關(guān)使用X2SON封裝設計印刷電路板布局的信息，請參閱應用報告“使用TI X2SON封裝進(jìn)行設計和制造”。

　　其它資源

　　更多有關(guān)印刷電路板布局的信息，請閱讀下述博客文章：

　　“基礎知識：如何為運算放大器設計印刷電路板?！?/p>

　　“如何布局儀表放大器的印刷電路板”

　　模擬設計常用公式請見(jiàn)“模擬工程師口袋參考書(shū)?！?/p>

　　閱讀放大器專(zhuān)家Art Kay發(fā)表的關(guān)于去耦電容器的博客文章“去耦電容器......是否真的有必要?”