PCB ( piirilevy ) johdotus on avainasemassa nopeissa piireissä. Tässä artikkelissa käsitellään lähinnä suurnopeuspiirien johdotusongelmaa käytännön näkökulmasta. Päätavoitteena on auttaa uusia käyttäjiä tietoisuuteen monista eri ongelmista, jotka on otettava huomioon suunniteltaessa piirilevyjohtoja suurnopeuspiireille. Toinen tarkoitus on tarjota virkistysmateriaalia asiakkaille, jotka eivät ole olleet alttiina piirilevyjohdotukselle jonkin aikaa. Rajoitetun tilan vuoksi tässä artikkelissa ei ole mahdollista käsitellä kaikkia kysymyksiä yksityiskohtaisesti, mutta keskustelemme tärkeimmistä osista, joilla on suurin vaikutus piirin suorituskyvyn parantamiseen, suunnitteluajan lyhentämiseen ja muokkausajan säästämiseen.

Kuinka suunnitella piirilevy käytännön näkökulmasta

Vaikka tässä keskitytään nopeisiin operaatiovahvistimiin liittyviin piireihin, tässä käsitellyt ongelmat ja menetelmät ovat yleisesti sovellettavissa useimpien muiden nopeiden analogisten piirien johdotukseen. Kun operaatiovahvistimet toimivat erittäin korkeilla radiotaajuuskaistoilla, piirin suorituskyky riippuu suurelta osin PCB -johdotuksesta. Se, mikä näyttää hyvältä suorituskykyiseltä piirisuunnittelulta “piirustuspöydällä”, voi johtaa keskinkertaiseen suorituskykyyn, jos se kärsii huolimattomasta johdotuksesta. Etukäteen harkitseminen ja tärkeiden yksityiskohtien huomioiminen koko johdotusprosessin aikana auttaa varmistamaan halutun piirin suorituskyvyn.

Kaavio

Vaikka hyvät kaaviot eivät takaa hyvää johdotusta, hyvä johdotus alkaa hyvistä kaavioista. The schematic diagram must be carefully drawn and the signal direction of the entire circuit must be considered. Jos kaaviossa on normaali, tasainen signaalivirta vasemmalta oikealle, piirilevyllä pitäisi olla yhtä hyvä signaalivirta. Anna kaaviossa mahdollisimman paljon hyödyllistä tietoa. Koska joskus piirisuunnittelija ei ole käytettävissä, asiakas pyytää meitä auttamaan ratkaisemaan piirin ongelman. Suunnittelijat, teknikot ja insinöörit, jotka tekevät tätä työtä, ovat erittäin kiitollisia, myös me.

Mitä muita tietoja pitäisi antaa kaaviossa tavanomaisten viitetunnisteiden, virrankulutuksen ja virhetoleranssien lisäksi? Seuraavassa on muutamia ehdotuksia tavanomaisen kaavion muuttamisesta ensiluokkaiseksi kaavamaiseksi. Lisää aaltomuoto, kuoren mekaaniset tiedot, painettu viivan pituus, tyhjä alue; Ilmoita, mitkä osat on asetettava piirilevylle; Anna säätötiedot, komponenttien arvoalue, lämmönpoistotiedot, ohjausimpedanssin painetut rivit, muistiinpanot, tiivis piiritoiminnan kuvaus … (muiden joukossa).

Älä luota ketään

Jos et suunnittele omaa johdotusta, muista varata riittävästi aikaa kaapelin rakenteen tarkistamiseen. Pieni ennaltaehkäisy on sata kertaa parannuskeino. Älä odota kaapeloijan ymmärtävän, mitä ajattelet. Sinun panoksesi ja ohjauksesi ovat tärkeimpiä johdotuksen suunnitteluprosessin alussa. Mitä enemmän tietoja voit antaa ja mitä enemmän olet mukana johdotusprosessissa, sitä parempi PCB on seurauksena. Aseta alustava valmistumispiste kaapelisuunnittelijalle – tarkista nopeasti haluamasi kaapeloinnin edistymisraportti. Tämä “suljetun silmukan” lähestymistapa estää johdotuksen menemästä harhaan ja minimoi siten uudelleenkäsittelyn mahdollisuuden.

Ohjeita johdotusinsinööreille ovat: lyhyt kuvaus piiritoiminnoista, piirilevypiirustukset, jotka osoittavat tulo- ja lähtöasemat, piirilevyjen kaskadointitiedot (esim. Kuinka paksu levy on, kuinka monta kerrosta on, kunkin signaalikerroksen tiedot ja maadoitustaso – virrankulutus , maa-, analogi-, digitaaliset ja RF -signaalit); The layers need those signals; Vaativat tärkeiden komponenttien sijoittamista; The exact location of the bypass element; Which printed lines are important; Mitkä rivit tarvitsevat ohjata impedanssilla painettuja viivoja; Mitkä rivit on vastattava pituutta; Komponenttien mitat; Tulostettujen viivojen on oltava kaukana (tai lähellä) toisistaan; Which lines need to be far (or near) from each other; Mitkä osat on sijoitettava pois (tai lähelle) toisiaan; Mitkä komponentit tulisi asettaa piirilevyn päälle ja mitkä pohjaan? Älä koskaan valittele siitä, että joudut antamaan jollekulle liikaa tietoa – liian vähän? On; Liian paljon? Ei ollenkaan.

Yksi oppitunti: Noin 10 vuotta sitten suunnittelin monikerroksisen pinta-asennettavan piirilevyn-levyssä oli komponentteja molemmin puolin. Levyt on ruuvattu kullattuun alumiinikuoreen (tiukkojen iskunkestävyysvaatimusten vuoksi). Bias-läpivientiä tarjoavat nastat kulkevat levyn läpi. Tappi on kytketty piirilevyyn hitsauslangalla. Se on erittäin monimutkainen laite. Some of the components on the board are used for test setting (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Voitko arvata mihin nämä komponentit on asennettu? Taulun alla muuten. Tuoteinsinöörit ja teknikot eivät ole tyytyväisiä, kun heidän on purettava koko asia ja asetettava se takaisin kokoonpanon valmistuttuaan. En ole tehnyt sitä virhettä sen jälkeen.

sijainti

Kuten PCB: ssä, sijainti on kaikki. Jos piiri on sijoitettu piirilevylle, missä sen erityiset piirikomponentit on asennettu ja mitkä muut piirit ovat sen vieressä, kaikki ovat erittäin tärkeitä.

Normaalisti tulo-, lähtö- ja virtalähdeasemat ovat ennalta määrättyjä, mutta niiden välisen piirin on oltava “luova”. Siksi johdotusten yksityiskohtien huomioiminen voi maksaa valtavia osinkoja. Aloita avainkomponenttien sijainnista, ota huomioon piiri ja koko piirilevy. Avainkomponenttien sijainnin ja signaalireitin määrittäminen alusta alkaen auttaa varmistamaan, että suunnittelu toimii suunnitellusti. Suunnittelun tekeminen ensimmäistä kertaa vähentää kustannuksia ja stressiä – ja siten kehityssyklejä.

Ohita virtalähde

Vahvistimen tehopuolen ohittaminen melun vähentämiseksi on tärkeä piirilevyn suunnitteluprosessi-sekä nopeiden operaatiovahvistimien että muiden nopeiden piirien osalta. On olemassa kaksi yleistä kokoonpanoa ohittaa nopeat operatiiviset vahvistimet.

Virtamaadoitus: Tämä menetelmä on tehokkain useimmissa tapauksissa käyttämällä useita shuntkondensaattoreita suoraan maadoituksen tehovahvistimen nastat. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Rinnakkaiskondensaattorit, joilla on eri kapasitanssiarvot, auttavat varmistamaan, että virtalähteen nastat näkevät vain pienen AC -impedanssin laajalla kaistalla. Tämä on erityisen tärkeää operatiivisen vahvistimen tehon hylkäämissuhteen (PSR) vaimennustaajuudella. Kondensaattori auttaa kompensoimaan vahvistimen pienentyneen PSR: n. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Kuva 1 havainnollistaa useiden samanaikaisten sähkösäiliöiden käytön etuja. Alhaisilla taajuuksilla suuret kondensaattorit tarjoavat matalan impedanssin maaliitännän. Mutta kun taajuudet saavuttavat resonanssitaajuutensa, kondensaattorit muuttuvat vähemmän kapasitiivisiksi ja saavat enemmän aistillisuutta. Tästä syystä on tärkeää, että kondensaattoreita on useita: kun yhden kondensaattorin taajuusvaste alkaa laskea, toisen kondensaattorin taajuusvaste tulee peliin, mikä säilyttää erittäin pienen AC-impedanssin monilla kymmenen oktaavilla.

Aloita suoraan operaatiovahvistimen virtatapista; Kondensaattorit, joilla on vähimmäiskapasiteetti ja fyysinen vähimmäiskoko, on sijoitettava samalle puolelle piirilevyä kuin operaatiovahvistin – mahdollisimman lähelle vahvistinta. Kondensaattorin maadoitusliitin on liitettävä suoraan maadoitustasoon lyhyimmällä tapilla tai painetulla johdolla. Edellä mainitun maadoitusliitännän on oltava mahdollisimman lähellä vahvistimen kuormituspäätä, jotta tehon ja maadoituspään väliset häiriöt minimoituvat. Kuva 2 havainnollistaa tätä liitäntämenetelmää.

Tämä prosessi on toistettava alikokoisille kondensaattoreille. On parasta aloittaa vähintään 0.01 μF: n kapasitanssilla ja sijoittaa sen lähelle elektrolyyttikondensaattori, jonka vastaava sarjaresistanssi (ESR) on 2.2 μF (tai enemmän). 0.01 μF: n kondensaattorilla, jonka kotelokoko on 0508, on erittäin alhainen sarjan induktanssi ja erinomainen korkeataajuinen suorituskyky.

Virta-teho: Toinen kokoonpano käyttää yhtä tai useampaa ohituskondensaattoria, jotka on kytketty operaatiovahvistimen positiivisen ja negatiivisen tehopään väliin. Tätä menetelmää käytetään usein, kun neljän kondensaattorin määrittäminen piiriin on vaikeaa. Haittana on, että kondensaattorin kotelon koko voi kasvaa, koska jännite kondensaattorin poikki on kaksi kertaa suurempi kuin yhden tehon ohitusmenetelmä. Jännitteen lisääminen edellyttää laitteen nimellishajoamisjännitteen lisäämistä, mikä tarkoittaa kotelon koon lisäämistä. Tämä lähestymistapa voi kuitenkin parantaa PSR- ja vääristymiskykyä.

Koska jokainen piiri ja johdotus ovat erilaisia, kondensaattoreiden kokoonpano, lukumäärä ja kapasitanssiarvo riippuvat todellisen piirin vaatimuksista.

Parasiittiset vaikutukset

Loisvaikutukset ovat kirjaimellisesti häiriöitä, jotka hiipivät piirilevyyn ja aiheuttavat tuhoa, päänsärkyä ja selittämätöntä tuhoa piirissä. Ne ovat piilotettuja loiskondensaattoreita ja induktoreita, jotka tunkeutuvat suurnopeuspiireihin. Joka sisältää loisen induktanssin, joka muodostuu pakkaustapista ja liian pitkästä langasta; Parasiittinen kapasitanssi, joka on muodostettu tyynyn maahan, tyyny virtatasoon ja tyyny tulostuslinjaan; Reikien väliset vuorovaikutukset ja monet muut mahdolliset vaikutukset.