PCB ( تخته مدار چاپی ) سیم کشی نقش مهمی در مدارهای با سرعت بالا دارد. این مقاله عمدتا مشکل سیم کشی مدارهای با سرعت بالا را از دیدگاه عملی مورد بحث قرار می دهد. هدف اصلی این است که به کاربران جدید کمک کنیم تا از مسائل مختلف مختلفی که هنگام طراحی سیم کشی مدار چاپی برای مدارهای با سرعت بالا باید در نظر گرفته شود ، آگاه شوند. هدف دیگر تهیه مواد تازه کننده برای مشتریانی است که مدتی است در معرض سیم کشی PCB قرار نگرفته اند. به دلیل محدودیت فضا ، در این مقاله نمی توان تمام موضوعات را به تفصیل پوشش داد ، اما در مورد قسمت های کلیدی که بیشترین تأثیر را در بهبود عملکرد مدار ، کاهش زمان طراحی و صرفه جویی در زمان اصلاح دارند ، بحث خواهیم کرد.

نحوه طراحی PCB از دیدگاه عملی

اگرچه تمرکز اینجا بر روی مدارهای مربوط به تقویت کننده های عملیاتی با سرعت بالا است ، اما مشکلات و روش هایی که در اینجا مورد بحث قرار گرفته است ، عموماً برای سیم کشی بیشتر مدارهای آنالوگ با سرعت بالا کاربرد دارد. هنگامی که تقویت کننده های عملیاتی در باندهای فرکانس رادیویی بسیار بالا (RF) کار می کنند ، عملکرد مدار تا حد زیادی به سیم کشی PCB بستگی دارد. چیزی که به نظر می رسد یک طراحی مدار خوب با عملکرد بالا در “تابلو نقاشی” است ، اگر از سیم کشی نامنظم رنج می برد ، عملکرد متوسطی خواهد داشت. توجه و توجه به جزئیات مهم در طول فرآیند سیم کشی به اطمینان از عملکرد مطلوب مدار کمک می کند.

نمودار شماتیک

اگرچه طرحواره های خوب سیم کشی خوب را تضمین نمی کنند ، سیم کشی خوب با شماتیک خوب شروع می شود. نمودار شماتیک باید با دقت ترسیم شود و جهت سیگنال کل مدار در نظر گرفته شود. اگر جریان سیگنال معمولی و ثابت از چپ به راست در شماتیک وجود دارد ، باید به همان اندازه سیگنال خوبی روی PCB داشته باشید. تا آنجا که ممکن است اطلاعات مفیدی در مورد طرحواره ارائه دهید. از آنجا که گاهی مهندس طراحی مدار در دسترس نیست ، مشتری از ما می خواهد تا در حل مشکل مدار کمک کنیم. طراحان ، تکنسین ها و مهندسانی که این کار را انجام می دهند ، از جمله ما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

فراتر از شناسه های مرجع مرسوم ، مصرف برق و تحمل خطا ، چه اطلاعات دیگری باید به صورت شماتیک ارائه شود؟ در اینجا چند پیشنهاد برای تبدیل یک طرحواره معمولی به یک طرحواره درجه یک ارائه شده است. شکل موج ، اطلاعات مکانیکی در مورد پوسته ، طول خط چاپ شده ، منطقه خالی را اضافه کنید. مشخص کنید که کدام قطعات باید روی PCB قرار گیرند. اطلاعات تنظیم ، محدوده مقدار اجزا ، اطلاعات اتلاف گرما ، کنترل خطوط چاپ شده امپدانس ، یادداشت ها ، شرح مختصر عملکرد مدار… (درمیان دیگران).

به کسی اعتماد نکن

اگر سیم کشی خود را طراحی نکرده اید ، مطمئن شوید که زمان زیادی برای بررسی مجدد طراحی کابلر وجود دارد. یک پیشگیری کوچک در اینجا صد برابر درمان ارزش دارد. انتظار نداشته باشید که فرد کابل کشی بفهمد شما چه فکر می کنید. ورودی و راهنمایی شما در ابتدای فرآیند طراحی سیم کشی بسیار مهم است. هرچه اطلاعات بیشتری در اختیار شما قرار دهد و هرچه بیشتر درگیر مراحل سیم کشی باشید ، در نتیجه PCB بهتر خواهد بود. یک نقطه اتمام آزمایشی برای مهندس طراحی کابل کشی تعیین کنید – یک بررسی سریع گزارش پیشرفت کابل کشی که می خواهید. این رویکرد “حلقه بسته” از گمراهی سیم کشی جلوگیری می کند و بنابراین احتمال دوباره کاری را به حداقل می رساند.

دستورالعمل های مهندسان سیم کشی عبارتند از: شرح مختصری از عملکرد مدار ، طرح های PCB که موقعیت ورودی و خروجی را نشان می دهد ، اطلاعات آبشار PCB (به عنوان مثال ، ضخامت صفحه ، چند لایه ، جزئیات هر لایه سیگنال و سطح زمین – مصرف برق) ، سیگنالهای زمینی ، آنالوگ ، دیجیتال و RF) ؛ لایه ها به آن سیگنال ها نیاز دارند. نیاز به قرار دادن اجزای مهم ؛ محل دقیق عنصر دور زدن ؛ کدام خطوط چاپ مهم هستند ؛ کدام خطوط باید خطوط چاپ شده امپدانس را کنترل کنند. کدام خطها باید با طول مطابقت داشته باشند. ابعاد اجزا ؛ کدام خطوط چاپ شده باید از یکدیگر دور (یا نزدیک) باشند. کدام خطوط باید دور (یا نزدیک) از یکدیگر باشند. کدام اجزاء باید دور از یکدیگر (یا نزدیک) قرار گیرند. کدام قطعات باید در بالا و کدام در پایین PCB قرار گیرد؟ هرگز از این که مجبور هستید اطلاعات زیادی به کسی بدهید – خیلی کم – شکایت نکنید؟ است؛ خیلی زیاد؟ نه در همه.

یک درس یادگیری: حدود 10 سال پیش ، من یک برد مدار چند لایه روی سطح را طراحی کردم-این برد دارای قطعات در هر دو طرف بود. صفحات به یک پوسته آلومینیومی با روکش طلا پیچیده شده اند (به دلیل مشخصات دقیق ضد ضربه). پین هایی که سوء تغذیه را فراهم می کنند از روی برد عبور می کنند. پین توسط سیم جوش به PCB متصل می شود. این دستگاه بسیار پیچیده است. برخی از اجزای روی برد برای تنظیم تست (SAT) استفاده می شود. اما من دقیقاً تعیین کردم که این اجزا کجا هستند. آیا می توانید حدس بزنید این قطعات در کجا نصب شده اند؟ به هر حال ، زیر تخته. مهندسان و تکنسین های محصول وقتی که مجبور شوند همه چیز را جدا کرده و بعد از اتمام راه اندازی آن دوباره کنار هم قرار دهند ، خوشحال نیستند. از آن به بعد آن اشتباه را نکرده ام.

محل

مانند PCB ، مکان همه چیز است. جایی که مدار روی PCB قرار می گیرد ، اجزای مدار خاص آن نصب شده است و مدارهای دیگری که در مجاورت آن قرار دارند ، همه بسیار مهم هستند.

به طور معمول ، موقعیت های ورودی ، خروجی و منبع تغذیه از پیش تعیین شده است ، اما مدار بین آنها باید “خلاق” باشد. به همین دلیل است که توجه به جزئیات سیم کشی می تواند سود قابل توجهی را به همراه داشته باشد. با محل اجزای اصلی شروع کنید ، مدار و کل PCB را در نظر بگیرید. تعیین محل اجزای کلیدی و مسیر سیگنال ها از ابتدا به اطمینان از عملکرد مطابق طرح کمک می کند. اجرای صحیح طرح برای اولین بار هزینه و استرس را کاهش می دهد – و در نتیجه چرخه های توسعه.

دور زدن منبع تغذیه

دور زدن قسمت قدرت تقویت کننده برای کاهش نویز جنبه مهمی از فرایند طراحی PCB است-هم برای تقویت کننده های عملیاتی با سرعت بالا و هم سایر مدارهای با سرعت بالا. دو پیکربندی متداول تقویت کننده های عملیاتی با سرعت بالا وجود دارد.

اتصال زمین: این روش در بیشتر موارد بسیار کارآمد است ، با استفاده از خازن های متعدد شنت برای اتصال مستقیم پین های برق آمپر. دو خازن شنت به طور کلی کافی است – اما افزودن خازن شنت ممکن است برای برخی از مدارها مفید باشد.

موازی خازن ها با مقادیر خازنی متفاوت به شما کمک می کند تا اطمینان حاصل کنید که پین ​​های منبع تغذیه فقط امپدانس AC کمی را در یک باند وسیع مشاهده می کنند. این امر به ویژه در فرکانس تضعیف نسبت رد قدرت تقویت کننده عملیاتی (PSR) بسیار مهم است. خازن به جبران کاهش PSR تقویت کننده کمک می کند. مسیرهای اتصال به زمین که امپدانس پایینی را در محدوده های دهگانه حفظ می کنند به اطمینان حاصل می شود که نویز مضر وارد تقویت کننده عملیاتی نمی شود. شکل 1 مزایای استفاده از چندین ظروف الکتریکی همزمان را نشان می دهد. در فرکانسهای پایین ، خازنهای بزرگ دسترسی به زمین با امپدانس کم را فراهم می کنند. اما هنگامی که فرکانس ها به فرکانس طنین خود می رسند ، خازن ها کمتر خازنی شده و حساسیت بیشتری به خود می گیرند. به همین دلیل داشتن خازن های متعدد بسیار مهم است: با کاهش فرکانس یک خازن ، پاسخ فرکانسی خازن دیگر نیز مطرح می شود ، بنابراین امپدانس AC بسیار پایینی را در بسیاری از ده اکتاو حفظ می کند.

مستقیماً از پین برق تقویت کننده عملیاتی شروع کنید. خازن های با حداقل ظرفیت و حداقل اندازه فیزیکی باید در همان طرف تقویت کننده عملیاتی – تا حد امکان نزدیک به تقویت کننده – در یک طرف PCB قرار گیرند. پایانه زمین خازن باید مستقیماً با کوتاهترین پین یا سیم چاپ شده به صفحه زمین متصل شود. اتصال زمینی ذکر شده در بالا باید تا حد امکان به انتهای بار تقویت کننده نزدیک باشد تا تداخل بین قدرت و انتهای زمین را به حداقل برساند. شکل 2 این روش اتصال را نشان می دهد.

این فرآیند باید برای خازن های بزرگ بزرگ تکرار شود. بهتر است با حداقل ظرفیت 0.01 μF شروع کنید و یک خازن الکترولیتی با مقاومت سری معادل کم (ESR) 2.2 μF (یا بیشتر) نزدیک آن قرار دهید. خازن 0.01 μF با اندازه مسکن 0508 دارای القایی سری بسیار پایین و عملکرد فرکانس بالا عالی است.

Power-to-power: در پیکربندی دیگر از یک یا چند خازن بای پس استفاده می شود که بین انتهای توان مثبت و منفی تقویت کننده عملیاتی متصل شده است. این روش اغلب زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که پیکربندی چهار خازن در یک مدار مشکل باشد. نقطه ضعف این است که اندازه محفظه خازن ممکن است افزایش یابد زیرا ولتاژ روی خازن دو برابر ارزش روش بای پس تک قدرت است. افزایش ولتاژ مستلزم افزایش ولتاژ خرابی نامی دستگاه است که به معنی افزایش اندازه محفظه است. با این حال ، این رویکرد می تواند عملکرد PSR و اعوجاج را بهبود بخشد.

از آنجا که هر مدار و سیم کشی متفاوت است ، پیکربندی ، تعداد و مقدار ظرفیت خازنها به الزامات مدار واقعی بستگی دارد.

اثرات انگلی

اثرات انگلی به معنای واقعی کلمه اشکالاتی هستند که به طور حتم به PCB شما وارد می شوند و ویرانی ، سردرد و خرابی های غیرقابل توضیح در مدار ایجاد می کنند. آنها خازن ها و سلف های انگلی پنهان هستند که در مدارهای با سرعت بالا نفوذ می کنند. که شامل القاء انگلی توسط پین بسته و سیم چاپ شده بیش از حد طولانی می شود. خازن انگلی بین پد به زمین ، پد به صفحه قدرت و پد به خط چاپ تشکیل شده است. تعامل بین سوراخ ها و بسیاری از اثرات احتمالی دیگر.