PCB ( τυπωμένου κυκλώματος ) η καλωδίωση παίζει βασικό ρόλο σε κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Αυτή η εργασία πραγματεύεται κυρίως το πρόβλημα καλωδίωσης κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας από πρακτική άποψη. Ο κύριος σκοπός είναι να βοηθήσει τους νέους χρήστες να αντιληφθούν τα πολλά διαφορετικά ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό καλωδίωσης PCB για κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Another purpose is to provide a refresher material for customers who have not been exposed to PCB wiring for some time. Λόγω του περιορισμένου χώρου, δεν είναι δυνατό να καλύψουμε όλα τα θέματα λεπτομερώς σε αυτό το άρθρο, αλλά θα συζητήσουμε τα βασικά μέρη που έχουν τον μεγαλύτερο αντίκτυπο στη βελτίωση της απόδοσης του κυκλώματος, στη μείωση του χρόνου σχεδίασης και στην εξοικονόμηση χρόνου τροποποίησης.

Πώς να σχεδιάσετε το PCB από πρακτική άποψη

Although the focus here is on circuits related to high speed operational amplifiers, the problems and methods discussed here are generally applicable to wiring for most other high speed analog circuits. Όταν οι ενισχυτές λειτουργίας λειτουργούν σε πολύ υψηλές ζώνες ραδιοσυχνοτήτων (RF), η απόδοση του κυκλώματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την καλωδίωση PCB. Αυτό που μοιάζει με έναν καλό σχεδιασμό κυκλωμάτων υψηλής απόδοσης στον “πίνακα σχεδίασης” μπορεί να καταλήξει σε μέτρια απόδοση εάν υποφέρει από ατημέλητη καλωδίωση. Προεκτίμηση και προσοχή σε σημαντικές λεπτομέρειες καθ ‘όλη τη διάρκεια της καλωδίωσης θα βοηθήσει στη διασφάλιση της επιθυμητής απόδοσης κυκλώματος.

Σχηματικό διάγραμμα

Αν και τα καλά σχήματα δεν εγγυώνται καλή καλωδίωση, η καλή καλωδίωση ξεκινά με καλά σχήματα. The schematic diagram must be carefully drawn and the signal direction of the entire circuit must be considered. Εάν έχετε κανονική, σταθερή ροή σήματος από αριστερά προς τα δεξιά στο σχηματικό σχήμα, θα πρέπει να έχετε εξίσου καλή ροή σήματος στο PCB. Δώστε όσο το δυνατόν περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με το σχηματικό σχήμα. 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.

Πέρα από τα συνήθη αναγνωριστικά αναφοράς, την κατανάλωση ενέργειας και τις ανοχές σφάλματος, ποιες άλλες πληροφορίες πρέπει να δίνονται σε ένα σχηματικό σχήμα; Ακολουθούν μερικές προτάσεις για τη μετατροπή ενός συνηθισμένου σχηματικού σε ένα σχηματικό πρώτης κατηγορίας. Add waveform, mechanical information about the shell, printed line length, blank area; Αναφέρετε ποια εξαρτήματα πρέπει να τοποθετηθούν στο PCB. Δώστε πληροφορίες προσαρμογής, εύρος τιμής εξαρτήματος, πληροφορίες διάχυσης θερμότητας, τυπωμένες γραμμές σύνθετης αντίστασης ελέγχου, σημειώσεις, συνοπτική περιγραφή δράσης κυκλώματος… (μεταξύ άλλων).

Μην εμπιστεύεσαι κανέναν

Εάν δεν σχεδιάζετε τη δική σας καλωδίωση, φροντίστε να αφήσετε αρκετό χρόνο για να ελέγξετε ξανά τη σχεδίαση του καλωδιαστή. A little prevention is worth a hundred times a remedy here. Μην περιμένετε από τον καλωδιωτή να καταλάβει τι σκέφτεστε. Η συμβολή και η καθοδήγησή σας είναι πιο σημαντικά στην αρχή της διαδικασίας σχεδιασμού καλωδίωσης. Όσο περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να παρέχετε και όσο περισσότερο συμμετέχετε στη διαδικασία καλωδίωσης, τόσο καλύτερο θα είναι το PCB ως αποτέλεσμα. Set a tentative completion point for the cabling design engineer – a quick check of the cabling progress report you want. Αυτή η προσέγγιση “κλειστού βρόχου” εμποδίζει την καλωδίωση να στραβώσει και έτσι ελαχιστοποιεί την πιθανότητα επανεργασίας.

Οι οδηγίες προς τους μηχανικούς καλωδίωσης περιλαμβάνουν: μια σύντομη περιγραφή των λειτουργιών του κυκλώματος, σκίτσα PCB που υποδεικνύουν τις θέσεις εισόδου και εξόδου, πληροφορίες διαδοχικών PCB (π.χ., πόσο παχύς είναι ο πίνακας, πόσες στρώσεις υπάρχουν, λεπτομέρειες για κάθε στρώμα σήματος και επίπεδο γείωσης – κατανάλωση ενέργειας , σήματα γείωσης, αναλογικά, ψηφιακά και RF). The layers need those signals; Απαιτούν την τοποθέτηση σημαντικών εξαρτημάτων. The exact location of the bypass element; Which printed lines are important; Ποιες γραμμές πρέπει να ελέγχουν τις τυπωμένες γραμμές σύνθετης αντίστασης. Ποιες γραμμές πρέπει να ταιριάζουν με το μήκος. Dimensions of components; Ποιες τυπωμένες γραμμές πρέπει να απέχουν πολύ (ή κοντά) μεταξύ τους. Which lines need to be far (or near) from each other; Ποια εξαρτήματα πρέπει να βρίσκονται μακριά (ή κοντά) μεταξύ τους. Ποια εξαρτήματα πρέπει να τοποθετούνται στην κορυφή και ποια στο κάτω μέρος του PCB; Never complain about having to give someone too much information — too little? Είναι; Πάρα πολύ? Καθόλου.

Ένα μάθημα μάθησης: Πριν από περίπου 10 χρόνια, σχεδίασα μια πλακέτα κυκλώματος τοποθέτησης σε πολλές στρώσεις-ο πίνακας είχε εξαρτήματα και στις δύο πλευρές. Οι πλάκες είναι βιδωμένες σε επιχρυσωμένο περίβλημα από αλουμίνιο (λόγω των αυστηρών προδιαγραφών ανθεκτικό στους κραδασμούς). Οι καρφίτσες που παρέχουν τροφή μεροληψίας περνούν από τον πίνακα. Ο πείρος συνδέεται με το PCB με σύρμα συγκόλλησης. Είναι μια πολύ περίπλοκη συσκευή. Some of the components on the board are used for test setting (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Can you guess where these components are installed? Κάτω από τον πίνακα, παρεμπιπτόντως. Οι μηχανικοί και οι τεχνικοί προϊόντων δεν είναι ευχαριστημένοι όταν πρέπει να διαχωρίσουν το όλο πράγμα και να το ξαναβάλουν μετά την ολοκλήρωση της εγκατάστασής του. Από τότε δεν έχω κάνει αυτό το λάθος.

τοποθεσία

Όπως και στο PCB, η τοποθεσία είναι το παν. Όπου ένα κύκλωμα τοποθετείται στο PCB, όπου είναι εγκατεστημένα τα συγκεκριμένα εξαρτήματα του κυκλώματος και ποια άλλα κυκλώματα είναι δίπλα του είναι πολύ σημαντικά.

Κανονικά, οι θέσεις εισόδου, εξόδου και τροφοδοσίας είναι προκαθορισμένες, αλλά το κύκλωμα μεταξύ τους πρέπει να είναι «δημιουργικό». Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η προσοχή στις λεπτομέρειες της καλωδίωσης μπορεί να αποφέρει τεράστια μερίσματα. Ξεκινήστε με τη θέση των βασικών εξαρτημάτων, λάβετε υπόψη το κύκλωμα και ολόκληρο το PCB. Ο καθορισμός της θέσης των βασικών εξαρτημάτων και της διαδρομής των σημάτων από την αρχή διασφαλίζει ότι ο σχεδιασμός λειτουργεί όπως προβλέπεται. Η σωστή σχεδίαση την πρώτη φορά μειώνει το κόστος και το άγχος – και επομένως τους κύκλους ανάπτυξης.

Παρακάμψτε το τροφοδοτικό

Bypassing the power side of the amplifier to reduce noise is an important aspect of the PCB design process — both for high-speed operational amplifiers and other high-speed circuits. There are two common configurations of bypass high speed operational amplifiers.

Γείωση ισχύος: Αυτή η μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιώντας πολλαπλούς πυκνωτές διακλάδωσης για άμεση γείωση των ακίδων ισχύος του ενισχυτή λειτουργίας. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Οι παράλληλοι πυκνωτές με διαφορετικές τιμές χωρητικότητας συμβάλλουν στη διασφάλιση ότι οι ακίδες τροφοδοσίας βλέπουν μόνο χαμηλή σύνθετη αντίσταση εναλλασσόμενου ρεύματος σε ευρεία ζώνη. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στη συχνότητα εξασθένησης του λόγου απόρριψης ισχύος ενισχυτή (PSR). Ο πυκνωτής βοηθά στην αντιστάθμιση του μειωμένου PSR του ενισχυτή. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Το σχήμα 1 απεικονίζει τα πλεονεκτήματα της χρήσης πολλαπλών ταυτόχρονων ηλεκτρικών δοχείων. Σε χαμηλές συχνότητες, οι μεγάλοι πυκνωτές παρέχουν χαμηλή αντίσταση πρόσβασης στο έδαφος. Μόλις όμως οι συχνότητες φτάσουν στην απήχηση, οι πυκνωτές γίνονται λιγότερο χωρητικοί και αποκτούν περισσότερη αισθησιασμό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι σημαντικό να έχουμε πολλαπλούς πυκνωτές: καθώς η απόκριση συχνότητας ενός πυκνωτή αρχίζει να μειώνεται, η απόκριση συχνότητας του άλλου πυκνωτή μπαίνει στο παιχνίδι, διατηρώντας έτσι μια πολύ χαμηλή σύνθετη αντίσταση AC σε πολλές δέκα οκτάβες.

Ξεκινήστε απευθείας από τον ακροδέκτη τροφοδοσίας του λειτουργικού ενισχυτή. Capacitors with minimum capacitance and minimum physical size should be placed on the same side of the PCB as the operational amplifier — as close to the amplifier as possible. Ο ακροδέκτης γείωσης του πυκνωτή συνδέεται απευθείας με το επίπεδο γείωσης με τον συντομότερο πείρο ή τυπωμένο σύρμα. Η σύνδεση γείωσης που αναφέρθηκε παραπάνω πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο άκρο του φορτίου του ενισχυτή για να ελαχιστοποιηθεί η παρεμβολή μεταξύ του άκρου ισχύος και της γείωσης. Το σχήμα 2 απεικονίζει αυτήν τη μέθοδο σύνδεσης.

Αυτή η διαδικασία πρέπει να επαναληφθεί για μεγάλους πυκνωτές. Είναι καλύτερο να ξεκινήσετε με ελάχιστη χωρητικότητα 0.01 μF και τοποθετήστε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή με χαμηλή ισοδύναμη αντίσταση σειράς (ESR) 2.2 μF (ή περισσότερο) κοντά του. Ο πυκνωτής 0.01 μF με μέγεθος περιβλήματος 0508 έχει πολύ χαμηλή επαγωγή σειράς και εξαιρετική απόδοση υψηλής συχνότητας.

Power-to-power: Μια άλλη διαμόρφωση χρησιμοποιεί έναν ή περισσότερους πυκνωτές παράκαμψης που συνδέονται μεταξύ των θετικών και αρνητικών άκρων ισχύος του λειτουργικού ενισχυτή. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνά όταν είναι δύσκολο να διαμορφωθούν τέσσερις πυκνωτές σε ένα κύκλωμα. Το μειονέκτημα είναι ότι το μέγεθος του περιβλήματος του πυκνωτή μπορεί να αυξηθεί επειδή η τάση στον πυκνωτή είναι διπλάσια από την τιμή της μεθόδου παράκαμψης μιας ισχύος. Η αύξηση της τάσης απαιτεί αύξηση της ονομαστικής τάσης διάσπασης της συσκευής, πράγμα που σημαίνει αύξηση του μεγέθους του περιβλήματος. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση μπορεί να βελτιώσει την απόδοση PSR και παραμόρφωσης.

Επειδή κάθε κύκλωμα και καλωδίωση είναι διαφορετικά, η διαμόρφωση, ο αριθμός και η χωρητικότητα των πυκνωτών εξαρτώνται από τις απαιτήσεις του πραγματικού κυκλώματος.

Παρασιτικά αποτελέσματα

Τα παρασιτικά αποτελέσματα είναι κυριολεκτικά δυσλειτουργίες που γλιστρούν στο PCB σας και προκαλούν όλεθρο, πονοκεφάλους και ανεξήγητο όλεθρο στο κύκλωμα. Είναι οι κρυμμένοι παρασιτικοί πυκνωτές και επαγωγείς που εισχωρούν σε κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Περιλαμβάνει την παρασιτική επαγωγή που σχηματίζεται από τον πείρο της συσκευασίας και το τυπωμένο σύρμα πολύ μεγάλο. Παρασιτική χωρητικότητα που σχηματίζεται μεταξύ του μαξιλαριού στο έδαφος, του μαξιλαριού στο επίπεδο ισχύος και του μαξιλαριού στη γραμμή εκτύπωσης. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ οπών και πολλά άλλα πιθανά εφέ.