site logo

Как да проектираме печатни платки от практическа гледна точка?

Печатна платка ( печатна платка ) окабеляването играе ключова роля във високоскоростните вериги. Тази статия разглежда главно проблема с окабеляването на високоскоростни схеми от практическа гледна точка. Основната цел е да се помогне на новите потребители да осъзнаят многото различни проблеми, които трябва да се имат предвид при проектирането на окабеляване на печатни платки за високоскоростни вериги. Друга цел е да се осигури освежаващ материал за клиенти, които не са били изложени на окабеляване на печатни платки от известно време. Поради ограниченото пространство не е възможно да се обхванат всички въпроси подробно в тази статия, но ще обсъдим ключовите части, които оказват най -голямо влияние върху подобряването на производителността на веригата, намаляването на времето за проектиране и спестяването на време за модификация.

ipcb

Как да проектирате печатни платки от практическа гледна точка

Въпреки че тук акцентът е върху веригите, свързани с високоскоростни операционни усилватели, проблемите и методите, обсъдени тук, обикновено са приложими за окабеляване за повечето други високоскоростни аналогови схеми. Когато операционните усилватели работят в много високи радиочестотни (RF) обхвати, работата на веригата до голяма степен зависи от окабеляването на печатни платки. Това, което изглежда като добър високоефективен дизайн на схемата на „чертожната дъска“, може да доведе до посредствени резултати, ако страда от небрежно окабеляване. Предварителното обмисляне и внимание към важни подробности по време на процеса на окабеляване ще помогне да се осигури желаната производителност на веригата.

Схематична диаграма

Въпреки че добрите схеми не гарантират добро окабеляване, доброто окабеляване започва с добри схеми. Схематичната диаграма трябва да бъде внимателно изчертана и посоката на сигнала на цялата верига трябва да бъде взета предвид. If you have normal, steady signal flow from left to right in the schematic, you should have just as good signal flow on the PCB. Дайте възможно най -много полезна информация за схемата. Тъй като понякога инженерът по проектиране на вериги не е на разположение, клиентът ще ни помоли да помогнем за решаването на проблема с веригата. Дизайнерите, техниците и инженерите, които вършат тази работа, ще бъдат много благодарни, включително и ние.

Извън обичайните референтни идентификатори, консумация на енергия и допустими отклонения от грешки, каква друга информация трябва да бъде дадена в схемата? Ето някои предложения за превръщане на обикновена схема в първокласна схема. Добавете форма на вълната, механична информация за черупката, дължина на отпечатания ред, празна област; Indicate which components need to be placed on the PCB; Дайте информация за настройка, диапазон на стойностите на компонентите, информация за разсейване на топлината, отпечатани редове за импеданс на контрола, бележки, кратко описание на действията на веригата … (между другото).

Не вярвайте на никого

Ако не проектирате собствено окабеляване, не забравяйте да оставите достатъчно време, за да проверите отново дизайна на кабела. Малка превенция струва сто пъти лек тук. Не очаквайте кабелният човек да разбере какво мислите. Вашите данни и насоки са най -важни в началото на процеса на проектиране на окабеляване. Колкото повече информация можете да предоставите и колкото по -активно участвате в процеса на окабеляване, толкова по -добра ще бъде печатната платка в резултат. Задайте предварителна точка на завършване за инженера по проектиране на кабели – бърза проверка на желания отчет за напредъка на кабелите. Този подход „затворен контур“ предотвратява заблудата на окабеляването и по този начин минимизира възможността за преработка.

Инструкциите за инженерите по окабеляване включват: кратко описание на функциите на веригата, скици на печатни платки, показващи позициите на входа и изхода, информация за каскадиране на печатни платки (напр. Колко дебела е платката, колко слоя има, подробности за всеки слой от сигнала и равнината на заземяване – консумация на енергия , наземни, аналогови, цифрови и радиочестотни сигнали); Слоевете се нуждаят от тези сигнали; Изисква поставянето на важни компоненти; Точното местоположение на байпасния елемент; Кои отпечатани редове са важни; Кои линии трябва да контролират импеданс отпечатани линии; Кои линии трябва да съответстват на дължината; Размери на компонентите; Кои отпечатани редове трябва да са далеч (или близо) един от друг; Кои линии трябва да са далеч (или близо) една от друга; Кои компоненти трябва да бъдат разположени един от друг (или близо) един до друг; Кои компоненти трябва да се поставят отгоре и кои отдолу на печатната платка? Никога не се оплаквайте, че трябва да дадете на някого твърде много информация – твърде малко? Е; Твърде много? Ни най-малко.

Един учебен урок: Преди около 10 години проектирах многопластова платка за повърхностно монтиране-платката имаше компоненти от двете страни. Плочите са прикрепени към позлатена алуминиева обвивка (поради строгите удароустойчиви спецификации). Щифтовете, които осигуряват отклонение при преминаване, преминават през дъската. Щифтът е свързан към печатната платка чрез заваръчен проводник. Това е много сложно устройство. Някои от компонентите на платката се използват за тестови настройки (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Можете ли да познаете къде са инсталирани тези компоненти? Между другото, под дъската. Продуктовите инженери и техници не са щастливи, когато трябва да разглобят всичко и да го съберат отново, след като приключат с настройката. Не съм правил тази грешка оттогава.

място

Както при печатни платки, местоположението е всичко. Когато една верига е поставена върху печатната платка, където са инсталирани нейните специфични компоненти на веригата и какви други вериги са в съседство с нея, всички те са много важни.

Обикновено позициите на входа, изхода и захранването са предварително определени, но схемите между тях трябва да бъдат „творчески“. Ето защо обръщането на внимание на детайлите на окабеляването може да донесе огромни дивиденти. Започнете с местоположението на ключовите компоненти, помислете за веригата и цялата печатна платка. Определянето на местоположението на ключовите компоненти и пътя на сигналите от самото начало помага да се гарантира, че дизайнът работи по предназначение. Получаването на правилния дизайн от първия път намалява разходите и стреса – и по този начин циклите на развитие.

Байпас на захранването

Преминаването от страна на захранването на усилвателя за намаляване на шума е важен аспект от процеса на проектиране на печатни платки-както за високоскоростни операционни усилватели, така и за други високоскоростни схеми. Има две общи конфигурации на байпасни високоскоростни операционни усилватели.

Заземяване на захранването: Този метод е най -ефективен в повечето случаи, като се използват множество шунтиращи кондензатори за директно заземяване на захранващите щифтове на операционния усилвател. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Паралелните кондензатори с различни стойности на капацитета помагат да се гарантира, че щифтовете на захранването виждат само нисък импеданс на променлив ток в широка лента. Това е особено важно при честотата на затихване на коефициента на отхвърляне на мощността на операционния усилвател (PSR). Кондензаторът помага да се компенсира намаленият PSR на усилвателя. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Фигура 1 илюстрира предимствата от използването на множество едновременно електрически контейнери. При ниски честоти големите кондензатори осигуряват достъп до земята с нисък импеданс. Но след като честотите достигнат своята резонансна честота, кондензаторите стават по -малко капацитивни и придобиват повече чувственост. Ето защо е важно да има няколко кондензатора: тъй като честотната характеристика на един кондензатор започва да намалява, честотната характеристика на другия кондензатор влиза в действие, като по този начин се поддържа много нисък променлив ток на много десет октави.

Започнете директно от захранващия щифт на операционния усилвател; Кондензаторите с минимален капацитет и минимален физически размер трябва да бъдат поставени от същата страна на печатната платка като операционния усилвател – възможно най -близо до усилвателя. Заземяващият извод на кондензатора трябва да бъде директно свързан към заземителната равнина с най -късия щифт или отпечатан проводник. Заземената връзка, спомената по -горе, трябва да бъде възможно най -близо до края на товара на усилвателя, за да се сведе до минимум смущенията между захранването и края на заземяването. Фигура 2 илюстрира този метод на свързване.

Този процес трябва да се повтори за по -големи кондензатори. Най -добре е да започнете с минимален капацитет от 0.01 μF и да поставите близо до него електролитен кондензатор с ниско еквивалентно последователно съпротивление (ESR) от 2.2 μF (или повече). Кондензаторът 0.01 μF с размер на корпуса 0508 има много ниска последователна индуктивност и отлични високочестотни характеристики.

Захранване към захранване: Друга конфигурация използва един или повече байпасни кондензатори, свързани между положителните и отрицателните краища на мощността на операционния усилвател. Този метод често се използва, когато е трудно да се конфигурират четири кондензатора във верига. Недостатъкът е, че размерът на корпуса на кондензатора може да се увеличи, тъй като напрежението в кондензатора е два пъти по-голямо от стойността на метода на байпас с една мощност. Увеличаването на напрежението изисква увеличаване на номиналното пробивно напрежение на устройството, което означава увеличаване на размера на корпуса. Този подход обаче може да подобри PSR и изкривяването.

Тъй като всяка схема и окабеляване са различни, конфигурацията, броят и стойността на капацитета на кондензаторите ще зависят от изискванията на действителната верига.

Паразитни ефекти

Паразитните ефекти са буквално проблеми, които се промъкват във вашата печатна платка и причиняват хаос, главоболие и необясними поражения по веригата. Те са скритите паразитни кондензатори и индуктори, които проникват във високоскоростни вериги. Което включва паразитната индуктивност, образувана от щифта на пакета и отпечатаната тел твърде дълго; Паразитен капацитет, образуван между подложка към земята, тампон към равнината на захранване и тампон към линия за печат; Взаимодействия между проходните отвори и много други възможни ефекти.