PCB ( printkort ) ledninger spiller en central rolle i højhastighedskredsløb. Dette papir diskuterer hovedsageligt ledningsproblemet med højhastighedskredsløb fra et praktisk synspunkt. Hovedformålet er at hjælpe nye brugere med at blive opmærksomme på de mange forskellige spørgsmål, der skal overvejes, når de designer PCB-ledninger til højhastighedskredsløb. Et andet formål er at levere et genopfriskningsmateriale til kunder, der ikke har været udsat for PCB -ledninger i noget tid. På grund af begrænset plads er det ikke muligt at dække alle problemerne i detaljer i denne artikel, men vi vil diskutere de vigtigste dele, der har størst indflydelse på at forbedre kredsløbets ydeevne, reducere designtid og spare modifikationstid.

Sådan designes printkort ud fra et praktisk synspunkt

Selvom fokus her er på kredsløb relateret til højhastighedsdriftsforstærkere, er de problemer og metoder, der diskuteres her, generelt gældende for ledninger til de fleste andre hurtige analoge kredsløb. Når operationsforstærkere opererer i meget høje radiofrekvensbånd (RF), afhænger kredsløbets ydeevne stort set af PCB -ledninger. Det, der ligner et godt højtydende kredsløbsdesign på “tegnebrættet”, kan ende med middelmådig ydelse, hvis det lider af sjusket ledningsføring. Forhåndsovervejelse og opmærksomhed på vigtige detaljer i hele ledningsforløbet hjælper med at sikre den ønskede kredsløbseffektivitet.

Skematisk diagram

Selvom gode skemaer ikke garanterer gode ledninger, starter gode ledninger med gode skemaer. The schematic diagram must be carefully drawn and the signal direction of the entire circuit must be considered. Hvis du har normal, stabil signalstrøm fra venstre mod højre i skematikken, skal du have lige så god signalstrøm på printkortet. Giv så mange nyttige oplysninger som muligt om skematikken. Because sometimes the circuit design engineer is not available, the customer will ask us to help solve the problem of the circuit. The designers, technicians and engineers who do this work will be very grateful, including us.

Ud over de sædvanlige referenceidentifikatorer, strømforbrug og fejltolerancer, hvilke andre oplysninger skal der gives i en skematisk? Her er nogle forslag til, hvordan man gør en almindelig skematisk til en førsteklasses skematisk. Tilføj bølgeform, mekanisk information om skallen, trykt linjelængde, tomt område; Angiv hvilke komponenter der skal placeres på printkortet; Giv justeringsoplysninger, komponentværdiinterval, varmeafledningsinformation, kontrolimpedans udskrevne linjer, noter, kortfattet kredsløbshandlingsbeskrivelse … (blandt andre).

Stol ikke på nogen

Hvis du ikke designer dine egne ledninger, skal du sørge for at give god tid til at dobbelttjekke kabelens design. Lidt forebyggelse er værd at hundrede gange et middel her. Forvent ikke, at kablingspersonen forstår, hvad du tænker. Dit input og din vejledning er vigtigst i begyndelsen af ​​ledningsdesignprocessen. Jo flere oplysninger du kan give, og jo mere involveret du er i ledningsforløbet, jo bedre bliver printkortet som et resultat. Indstil et foreløbigt færdiggørelsespunkt for konstruktionsingeniøren i kabler – et hurtigt tjek af den ønskede kabelforløbsrapport. Denne “closed loop” -tilgang forhindrer ledninger i at gå på afveje og minimerer dermed muligheden for omarbejde.

Instruktioner til ledningsingeniører omfatter: en kort beskrivelse af kredsløbsfunktioner, printkortskitser, der angiver input- og udgangspositioner, PCB -kaskadeoplysninger (f.eks. Hvor tykt kortet er, hvor mange lag der er, detaljer om hvert signallag og jordingsplan – strømforbrug , jordede, analoge, digitale og RF -signaler); Lagene har brug for disse signaler; Kræv placering af vigtige komponenter; The exact location of the bypass element; Hvilke trykte linjer er vigtige; Hvilke linjer skal styre impedans trykte linjer; Hvilke linjer skal passe til længden; Dimensioner af komponenter; Hvilke trykte linjer skal være langt (eller nær) fra hinanden; Hvilke linjer skal være langt (eller nær) fra hinanden; Hvilke komponenter skal placeres væk fra (eller i nærheden) af hinanden; Hvilke komponenter skal placeres ovenpå og hvilke i bunden af ​​printkortet? Aldrig klage over at skulle give nogen for meget information – for lidt? Er; For meget? Slet ikke.

En lærende lektion: For cirka 10 år siden designede jeg et flerlags kredsløb til overflademontering-brættet havde komponenter på begge sider. Pladerne er boltet til en forgyldt aluminiumsskal (på grund af de strenge stødsikre specifikationer). Stifter, der giver bias-feed-through, passerer gennem brættet. Stiften er forbundet til printkortet med en svejsetråd. Det er en meget kompliceret enhed. Some of the components on the board are used for test setting (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Kan du gætte, hvor disse komponenter er installeret? Under tavlen i øvrigt. Produktingeniører og teknikere er ikke tilfredse, når de skal tage det hele fra hinanden og sætte det sammen igen, når de er færdige med at konfigurere det. Jeg har ikke begået den fejl siden da.

placering

Som i PCB er placering alt. Hvor et kredsløb er placeret på printkortet, hvor dets specifikke kredsløbskomponenter er installeret, og hvilke andre kredsløb der støder op til det, er alle meget vigtige.

Normalt er input-, output- og strømforsyningspositionerne forudbestemt, men kredsløbet mellem dem skal være “kreativt”. Det er derfor, at opmærksomhed på detaljerne i ledninger kan betale store udbytter. Start med placeringen af ​​nøglekomponenter, overvej kredsløbet og hele printkortet. Specificering af placeringen af ​​nøglekomponenter og signalernes vej fra begyndelsen hjælper med at sikre, at designet fungerer efter hensigten. At få designet rigtigt første gang reducerer omkostninger og stress – og dermed udviklingscyklusser.

Omgå strømforsyningen

Omgåelse af forstærkerens effektside for at reducere støj er et vigtigt aspekt af PCB-designprocessen-både for højhastighedsbetjeningsforstærkere og andre højhastighedskredsløb. Der er to almindelige konfigurationer af bypass -højhastighedsforstærkere.

Strømjording: Denne metode er i de fleste tilfælde mest effektiv ved at bruge flere shuntkondensatorer til direkte at jorde strømforstærkerne på op -forstærkeren. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Parallelle kondensatorer med forskellige kapacitansværdier hjælper med at sikre, at strømforsyningstappene kun ser lav AC -impedans over et bredt bånd. Dette er især vigtigt ved dæmpningsfrekvensen for operationsforstærkerens effektafvisning (PSR). Kondensatoren hjælper med at kompensere for forstærkerens reducerede PSR. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Figur 1 illustrerer fordelene ved at anvende flere samtidige elektriske beholdere. Ved lave frekvenser giver store kondensatorer lavimpedansjordadgang. Men når frekvenserne når deres resonansfrekvens, bliver kondensatorer mindre kapacitive og får mere sensualitet. Det er derfor, det er vigtigt at have flere kondensatorer: Når frekvensresponsen på en kondensator begynder at falde, spiller frekvensresponsen fra den anden kondensator i spil, og derved opretholdes en meget lav AC-impedans over mange ti-oktaver.

Start direkte fra effektstiften på operationsforstærkeren; Kondensatorer med minimum kapacitans og minimum fysisk størrelse bør placeres på samme side af printkortet som operationsforstærkeren – så tæt på forstærkeren som muligt. Kondensatorens jordforbindelse skal forbindes direkte til jordingsplanet med den korteste pin eller trykte ledning. Den ovennævnte jordforbindelse skal være så tæt på forstærkerens belastningsende som muligt for at minimere interferens mellem strøm og jordforbindelse. Figur 2 illustrerer denne forbindelsesmetode.

Denne proces bør gentages for sublarge kondensatorer. Det er bedst at starte med en minimumskapacitans på 0.01 μF og placere en elektrolytisk kondensator med en lav ækvivalent seriemodstand (ESR) på 2.2 μF (eller mere) tæt på den. 0.01 μF kondensatoren med 0508 husstørrelse har meget lav serieinduktans og fremragende højfrekvent ydeevne.

Power-to-power: En anden konfiguration bruger en eller flere bypass-kondensatorer, der er tilsluttet mellem positive og negative effektender på operationsforstærkeren. Denne metode bruges ofte, når det er svært at konfigurere fire kondensatorer i et kredsløb. Ulempen er, at kondensatorhusstørrelsen kan stige, fordi spændingen over kondensatoren er dobbelt så stor som værdien af ​​single-power bypass-metoden. Forøgelse af spændingen kræver forøgelse af enhedens nominelle nedbrydningsspænding, hvilket betyder at øge husstørrelsen. Denne tilgang kan imidlertid forbedre PSR og forvrængningsevne.

Fordi hvert kredsløb og ledninger er forskellige, afhænger kondensatorernes konfiguration, antal og kapacitansværdi af kravene i det faktiske kredsløb.

Parasitiske effekter

Parasitiske effekter er bogstaveligt talt fejl, der sniger sig ind i dit PCB og forårsager kaos, hovedpine og uforklarlig kaos på kredsløbet. De er de skjulte parasitkondensatorer og induktorer, der siver ind i højhastighedskredsløb. Hvilket omfatter den parasitære induktans, der dannes af emballeringsnålen og for lang tryk med tråd; Parasitisk kapacitans dannet mellem pad til jord, pad til power plane og pad til printlinje; Interaktioner mellem gennemgående huller og mange andre mulige effekter.