Kako dizajnirati PCB s praktičnog gledišta?

PCB ( tiskana pločica ) ožičenje igra ključnu ulogu u krugovima velike brzine. Ovaj rad uglavnom razmatra problem ožičenja sklopova velikih brzina sa praktičnog gledišta. Glavna svrha je pomoći novim korisnicima da osvijeste mnoga različita pitanja koja treba uzeti u obzir pri projektiranju ožičenja PCB-a za krugove velikih brzina. Druga je svrha pružiti osvježavajući materijal za korisnike koji već neko vrijeme nisu bili izloženi ožičenju PCB -a. Zbog ograničenog prostora, nije moguće detaljno obraditi sva pitanja u ovom članku, ali raspravljat ćemo o ključnim dijelovima koji imaju najveći utjecaj na poboljšanje performansi kruga, smanjenje vremena projektiranja i uštedu vremena izmjena.

ipcb

Kako dizajnirati PCB s praktičnog gledišta

Iako je ovdje fokus na krugovima koji se odnose na brza operacijska pojačala, ovdje opisani problemi i metode općenito su primjenjivi na ožičenje za većinu drugih analognih krugova velike brzine. Kada operativna pojačala rade u vrlo visokim radiofrekvencijskim (RF) opsezima, performanse kruga uvelike ovise o ožičenju PCB -a. Ono što izgleda kao dobar dizajn sklopa visokih performansi na “ploči za crtanje” može završiti osrednjim performansama ako pati od traljavog ožičenja. Prethodno razmatranje i pozornost na važne detalje tijekom procesa ožičenja pomoći će osigurati željene performanse kruga.

Shematski dijagram

Iako dobre sheme ne jamče dobro ožičenje, dobro ožičenje počinje dobrim shemama. Shematski dijagram mora se pažljivo nacrtati i uzeti u obzir smjer signala cijelog kruga. Ako u shemi imate normalan, stalan protok signala slijeva nadesno, trebali biste imati jednako dobar protok signala na PCB -u. Dajte što je moguće više korisnih informacija o shemi. Budući da ponekad inženjer dizajna kruga nije dostupan, kupac će nas zamoliti da pomognemo riješiti problem kruga. Dizajneri, tehničari i inženjeri koji rade ovaj posao bit će vam vrlo zahvalni, uključujući nas.

Osim uobičajenih referentnih identifikatora, potrošnje energije i tolerancija pogrešaka, koje druge podatke treba dati u shemi? Evo nekoliko prijedloga za pretvaranje obične sheme u prvorazrednu shemu. Dodajte valni oblik, mehaničke podatke o ljusci, duljinu ispisane linije, prazno područje; Navedite koje komponente treba staviti na PCB; Dajte informacije o podešavanju, raspon vrijednosti komponente, podatke o rasipanju topline, ispisane linije upravljačke impedancije, bilješke, sažeti opis djelovanja kruga … (između ostalih).

Ne vjeruj nikome

Ako ne projektirate vlastito ožičenje, svakako ostavite dovoljno vremena da dvaput provjerite dizajn kabela. Mala prevencija ovdje vrijedi sto puta lijek. Ne očekujte da osoba koja spaja kablove shvati što mislite. Vaš doprinos i smjernice najvažniji su na početku procesa projektiranja ožičenja. Što više informacija možete pružiti i što ste više uključeni u proces ožičenja, to će PCB biti bolje. Postavite okvirnu točku završetka za inženjera dizajna kabela – brzu provjeru željenog izvješća o napretku kabliranja. Ovaj pristup “zatvorene petlje” sprječava zalutanje ožičenja i na taj način minimizira mogućnost ponovne obrade.

Upute inženjerima ožičenja uključuju: kratak opis funkcija kruga, skice PCB -a koje ukazuju na ulazni i izlazni položaj, informacije o kaskadiranju PCB -a (npr. Koliko je ploča debela, koliko ima slojeva, pojedinosti o svakom sloju signala i ravnini uzemljenja – potrošnja energije , zemaljski, analogni, digitalni i RF signali); Slojevi trebaju te signale; Zahtijevati postavljanje važnih komponenti; Točno mjesto elementa zaobilaznice; Koje su tiskane linije važne; Koje linije trebaju kontrolirati ispisane linije impedancije; Koje linije trebaju odgovarati duljini; Dimenzije komponenti; Koje ispisane linije moraju biti udaljene (ili blizu) jedna od druge; Koje linije trebaju biti udaljene (ili blizu) jedna od druge; Koje komponente moraju biti udaljene jedna od druge (ili blizu); Koje komponente treba postaviti na vrh, a koje na dno PCB -a? Nikada se ne žalite da nekome morate dati previše informacija – premalo? Je; Previše? Ne, uopće.

Jedna pouka: Prije otprilike 10 godina dizajnirao sam višeslojnu ploču za površinsko montiranje-ploča je imala komponente s obje strane. Ploče su pričvršćene vijcima na pozlaćenu aluminijsku školjku (zbog strogih specifikacija otpornih na udarce). Igle koje omogućuju pristranost u prolazu prolaze kroz ploču. Pin je spojen na PCB žicom za zavarivanje. To je vrlo kompliciran uređaj. Neke se komponente na ploči koriste za testiranje (SAT). No, točno sam definirao gdje se nalaze te komponente. Možete li pogoditi gdje su ove komponente instalirane? Usput, ispod ploče. Inženjeri proizvoda i tehničari nisu sretni kad moraju cijelu stvar rastaviti i sastaviti nakon što je završe s postavljanjem. Od tada nisam napravio tu grešku.

lokacija

Kao i u PCB -u, lokacija je sve. Tamo gdje je krug postavljen na tiskanu ploču, gdje su instalirane njegove posebne komponente kruga i koji su drugi krugovi uz njega vrlo su važni.

Obično su položaji ulaza, izlaza i napajanja unaprijed određeni, ali sklopovi između njih moraju biti “kreativni”. Zbog toga pažnja na detalje ožičenja može platiti velike dividende. Počnite s položajem ključnih komponenti, uzmite u obzir krug i cijelu PCB. Određivanje položaja ključnih komponenti i putanje signala od početka pomaže osigurati da dizajn radi kako je predviđeno. Dobijanje dizajna prvi put smanjuje troškove i stres – a time i razvojne cikluse.

Zaobiđite napajanje

Zaobilaženje strane pojačala za smanjenje šuma važan je aspekt procesa projektiranja PCB-a-kako za brza operativna pojačala tako i za druge krugove velike brzine. Postoje dvije uobičajene konfiguracije zaobilaznih brzih operacijskih pojačala.

Uzemljenje napajanja: Ova metoda je najučinkovitija u većini slučajeva, koristeći više kondenzatora za izravnavanje za izravno uzemljenje pinova napajanja op -pojačala. Općenito su dovoljna dva shunt kondenzatora – ali dodavanje shunt kondenzatora može biti korisno za neke krugove.

Paralelni kondenzatori s različitim vrijednostima kapacitivnosti pomažu osigurati da pinovi napajanja vide samo nisku impedanciju izmjeničnog napona u širokom pojasu. To je osobito važno pri frekvenciji prigušenja omjera odbijanja snage operativnog pojačala (PSR). Kondenzator pomaže nadoknaditi smanjeni PSR pojačala. Putevi uzemljenja koji održavaju nisku impedanciju u mnogim tenx rasponima pomoći će osigurati da štetni šum ne uđe u operativno pojačalo. Slika 1 prikazuje prednosti korištenja više istodobnih električnih spremnika. Na niskim frekvencijama veliki kondenzatori omogućuju pristup zemlji niske impedancije. Ali kad frekvencije dosegnu svoju rezonantnu frekvenciju, kondenzatori postaju manje kapacitivni i poprimaju više senzualnosti. Zbog toga je važno imati više kondenzatora: kako frekvencijski odziv jednog kondenzatora počinje opadati, dolazi do izražaja frekvencijski odziv drugog kondenzatora, čime se održava vrlo niska impedancija izmjenične struje tijekom mnogih deset oktava.

Počnite izravno s napajanja operacijskog pojačala; Kondenzatori s minimalnim kapacitetom i minimalnom fizičkom veličinom trebaju biti postavljeni na istoj strani PCB -a kao i operativno pojačalo – što bliže pojačalu. Uzemljivački priključak kondenzatora mora biti izravno spojen na ravninu uzemljenja najkraćim pinom ili tiskanom žicom. Gore spojeni uzemljenje mora biti što bliže kraju opterećenja pojačala kako bi se smanjile smetnje između napajanja i uzemljenja. Slika 2 prikazuje ovaj način povezivanja.

Ovaj postupak treba ponoviti za velike kondenzatore. Najbolje je započeti s minimalnim kapacitetom od 0.01 μF i blizu njega postaviti elektrolitički kondenzator s niskim ekvivalentnim serijskim otporom (ESR) od 2.2 μF (ili više). Kondenzator od 0.01 μF s veličinom kućišta 0508 ima vrlo nisku serijsku induktivnost i izvrsne performanse visoke frekvencije.

Napajanje-napajanje: Druga konfiguracija koristi jedan ili više zaobilaznih kondenzatora spojenih između pozitivnog i negativnog kraja napajanja operacijskog pojačala. Ova se metoda često koristi kada je teško konfigurirati četiri kondenzatora u krugu. Nedostatak je što se veličina kućišta kondenzatora može povećati jer je napon na kondenzatoru dvostruko veći od vrijednosti metode zaobilaženja s jednom snagom. Povećanje napona zahtijeva povećanje nazivnog probojnog napona uređaja, što znači povećanje veličine kućišta. Međutim, ovaj pristup može poboljšati performanse PSR -a i izobličenja.

Budući da su svaki krug i ožičenje različiti, konfiguracija, broj i vrijednost kapacitivnosti kondenzatora ovisit će o zahtjevima stvarnog kruga.

Parazitski učinci

Parazitski učinci doslovno su greške koje se uvlače u vašu PCB i izazivaju pustoš, glavobolje i neobjašnjive pustoši u krugu. Oni su skriveni parazitski kondenzatori i induktori koji prodiru u krugove velike brzine. Što uključuje parazitsku induktivnost nastalu iglom paketa i predugo tiskanom žicom; Parazitski kapacitet formiran između jastučića prema tlu, jastučića do ravnine napajanja i jastučića do linije ispisa; Interakcije između prolaznih rupa i mnogi drugi mogući učinci.