PCB ( placa de circuíto impreso ) o cableado xoga un papel fundamental nos circuítos de alta velocidade. Este artigo discute principalmente o problema do cableado dos circuítos de alta velocidade dende un punto de vista práctico. O obxectivo principal é axudar aos novos usuarios a tomar conciencia dos moitos problemas que hai que ter en conta ao deseñar o cableado de circuítos PCB para circuítos de alta velocidade. Outro propósito é proporcionar un material de actualización aos clientes que non estiveron expostos ao cableado de PCB dende hai tempo. Debido ao espazo limitado, non é posible cubrir todos os problemas en detalle neste artigo, pero discutiremos as partes clave que teñen maior impacto na mellora do rendemento do circuíto, na redución do tempo de deseño e no aforro de tempo de modificación.

Como deseñar PCB dende un punto de vista práctico

Aínda que o foco aquí está nos circuítos relacionados cos amplificadores operacionais de alta velocidade, os problemas e métodos comentados aquí son xeralmente aplicables ao cableado para a maioría dos outros circuítos analóxicos de alta velocidade. Cando os amplificadores operativos operan en bandas de radiofrecuencia (RF) moi altas, o rendemento do circuíto depende en gran medida do cableado de PCB. O que semella un bo deseño de circuíto de alto rendemento no “cadro de debuxo” pode acabar cun rendemento mediocre se sofre cableado desleixado. A consideración previa e a atención a detalles importantes ao longo do proceso de cableado contribuirán a garantir o rendemento do circuíto desexado.

Diagrama esquemático

Aínda que os bos esquemas non garanten un bo cableado, o bo cableado comeza con bos esquemas. Debe debuxarse ​​coidadosamente o diagrama esquemático e considerar a dirección do sinal de todo o circuíto. Se ten un fluxo de sinal normal e constante de esquerda a dereita no esquema, debería ter un fluxo de sinal igual de bo no PCB. Dar a maior cantidade de información útil posible sobre o esquema. Debido a que ás veces o enxeñeiro de deseño de circuítos non está dispoñible, o cliente pediranos que axudemos a resolver o problema do circuíto. Os deseñadores, técnicos e enxeñeiros que fagan este traballo estarán moi agradecidos, incluídos nós.

Máis alá dos identificadores de referencia habituais, o consumo de enerxía e as tolerancias de erro, que outra información se debería dar nun esquema? Aquí tes algunhas suxestións para converter un esquema ordinario nun esquema de primeira clase. Engade forma de onda, información mecánica sobre o shell, lonxitude da liña impresa, área en branco; Indique que compoñentes hai que colocar no PCB; Dar información de axuste, rango de valores de compoñentes, información de disipación de calor, liñas impresas de impedancia de control, notas, descrición concisa da acción do circuíto … (entre outros).

Non te fíes de ninguén

Se non deseña o seu propio cableado, asegúrese de permitir moito tempo para comprobar de novo o deseño do cableado. Un pouco de prevención vale cen veces un remedio aquí. Non esperes que a persoa que cablea entenda o que estás a pensar. A súa información e orientación son máis importantes ao comezo do proceso de deseño de cableado. Canto máis información poida proporcionar e canto máis participe no proceso de cableado, mellor será o PCB como resultado. Estableza un punto de conclusión provisional para o enxeñeiro de deseño de cableado: unha rápida comprobación do informe de progreso do cableado que desexes. Este enfoque de “circuíto pechado” evita que o cableado se desvíe e minimiza así a posibilidade de volver a traballar.

As instrucións para os enxeñeiros de cableado inclúen: unha breve descrición das funcións do circuíto, bosquexos de PCB que indican as posicións de entrada e saída, información en cascada do PCB (por exemplo, o groso que ten a placa, cantas capas hai, detalles de cada capa de sinal e plano de terra – consumo de enerxía , sinais de terra, analóxicos, dixitais e RF); As capas necesitan eses sinais; Esixir a colocación de compoñentes importantes; A localización exacta do elemento de derivación; Que liñas impresas son importantes; Que liñas precisan controlar a impedancia das liñas impresas; Que liñas deben coincidir coa lonxitude; Dimensións dos compoñentes; Que liñas impresas deben estar afastadas (ou próximas) unhas das outras; Que liñas deben estar lonxe (ou próximas) unhas das outras; Que compoñentes deben situarse afastados (ou próximos) uns dos outros; Que compoñentes se deben colocar na parte superior e cales na parte inferior do PCB? Nunca te queixes de ter que dar a alguén demasiada información, ¿demasiado pouca? É; Demasiado? Nin un pouco.

Unha lección de aprendizaxe: hai uns 10 anos deseñei unha placa de circuíto de montaxe superficial de varias capas: a placa tiña compoñentes por ambos os dous lados. As placas están atornilladas a unha carcasa de aluminio bañado en ouro (debido ás estritas especificacións a proba de choque). Os pinos que proporcionan un fluxo de sesgo pasan polo taboleiro. O pin está conectado ao PCB por un fío de soldadura. É un dispositivo moi complicado. Algúns dos compoñentes da placa úsanse para a configuración de proba (SAT). Pero definín exactamente onde están estes compoñentes. ¿Podes adiviñar onde están instalados estes compoñentes? Debaixo do taboleiro, por certo. Os enxeñeiros e técnicos de produtos non están contentos cando teñen que desmontar todo e xuntalo de novo despois de rematar de configuralo. Non cometín ese erro dende entón.

situación

Como en PCB, a situación é todo. Son moi importantes onde se coloca un circuíto no PCB, onde están instalados os seus compoñentes específicos do circuíto e que outros circuítos adxacentes a el.

Normalmente, as posicións de entrada, saída e fonte de alimentación están predeterminadas, pero o circuíto entre elas ten que ser “creativo”. É por iso que prestar atención aos detalles do cableado pode pagar enormes dividendos. Comezar coa localización dos compoñentes clave, considere o circuíto e a PCB enteira. Especificar a localización dos compoñentes clave e a ruta dos sinais desde o principio axuda a garantir que o deseño funcione como se pretende. Acertar o deseño a primeira vez reduce o custo e a tensión e, polo tanto, os ciclos de desenvolvemento.

Ignora a fonte de alimentación

Ignorar o lado de potencia do amplificador para reducir o ruído é un aspecto importante do proceso de deseño de PCB, tanto para amplificadores operativos de alta velocidade como para outros circuítos de alta velocidade. Hai dúas configuracións comúns de amplificadores operativos de alta velocidade.

Conectado a terra: este método é o máis eficiente na maioría dos casos, usando condensadores de derivación múltiples para conectar a terra directamente os pinos de potencia do amplificador operativo. Dous condensadores de derivación son xeralmente suficientes, pero engadir condensadores de derivación pode ser beneficioso para algúns circuítos.

Os condensadores paralelos con diferentes valores de capacidade axudan a asegurar que os pinos da fonte de alimentación vexan só unha baixa impedancia de CA nunha banda ancha. Isto é especialmente importante na frecuencia de atenuación da relación operativa de rexeitamento de potencia do amplificador (PSR). O condensador axuda a compensar a PSR reducida do amplificador. Os camiños de conexión a terra que manteñen unha baixa impedancia en moitos rangos de tenx axudarán a garantir que o ruído nocivo non entre no amplificador operativo. A figura 1 ilustra as vantaxes de usar varios contedores eléctricos simultáneos. A baixas frecuencias, os condensadores grandes proporcionan acceso a terra de baixa impedancia. Pero unha vez que as frecuencias alcanzan a súa frecuencia resonante, os condensadores fanse menos capacitivos e cobran máis sensualidade. É por iso que é importante ter varios condensadores: a medida que a resposta en frecuencia dun condensador comeza a diminuír, entra en xogo a resposta en frecuencia do outro condensador, mantendo así unha impedancia de CA moi baixa durante moitas dez oitavas.

Comezar directamente desde o pin de potencia do amplificador operativo; Os condensadores con capacidade mínima e tamaño físico mínimo deberían colocarse no mesmo lado do PCB que o amplificador operativo, o máis preto posible do amplificador. O terminal de terra do condensador estará conectado directamente ao plano de terra co pin máis curto ou o fío impreso. A conexión a terra mencionada anteriormente estará o máis preto posible do extremo de carga do amplificador para minimizar a interferencia entre a potencia e o extremo de terra. A figura 2 ilustra este método de conexión.

Este proceso debería repetirse para condensadores sublargos. É mellor comezar cunha capacidade mínima de 0.01 μF e colocar un condensador electrolítico cunha baixa resistencia en serie equivalente (ESR) de 2.2 μF (ou máis) preto dela. O condensador de 0.01 μF con tamaño da carcasa 0508 ten unha indutancia en serie moi baixa e un excelente rendemento en alta frecuencia.

Potencia a potencia: outra configuración usa un ou máis condensadores de derivación conectados entre os extremos de potencia positiva e negativa do amplificador operativo. Este método úsase a miúdo cando é difícil configurar catro condensadores nun circuíto. A desvantaxe é que o tamaño da carcasa do condensador pode aumentar porque a tensión do condensador é o dobre do valor do método de derivación dunha soa potencia. Aumentar a tensión require aumentar a tensión nominal de avaría do dispositivo, o que significa aumentar o tamaño da carcasa. Non obstante, este enfoque pode mellorar o rendemento de PSR e distorsión.

Debido a que cada circuíto e cableado son diferentes, a configuración, o número e o valor da capacidade dos condensadores dependerán dos requisitos do circuíto real.

Efectos parasitarios

Os efectos parasitarios son literalmente fallos que se colan no seu PCB e causan estragos, dores de cabeza e estragos inexplicables no circuíto. Son os condensadores e indutores parasitos ocultos que se filtran en circuítos de alta velocidade. Que inclúe a indutancia parasitaria formada polo pasador do paquete e o arame impreso demasiado longo; Capacidade parasitaria formada entre o pad ao chan, o pad ao plano de potencia e o pad á liña de impresión; Interaccións entre buratos pasantes e moitos outros efectos posibles.