PCB（ プリント回路基板 ）配線は高速回路で重要な役割を果たします。 本論文では、主に高速回路の配線問題を実用的な観点から論じた。 主な目的は、高速回路のPCB配線を設計する際に考慮する必要のあるさまざまな問題を新しいユーザーが認識できるようにすることです。 もうXNUMXつの目的は、PCB配線にしばらくさらされていない顧客にリフレッシュ材を提供することです。 スペースが限られているため、この記事ですべての問題を詳細に説明することはできませんが、回路パフォーマンスの向上、設計時間の短縮、および変更時間の節約に最も大きな影響を与える主要な部分について説明します。

実用的な観点からPCBを設計する方法

ここでは高速オペアンプに関連する回路に焦点を当てていますが、ここで説明する問題と方法は、他のほとんどの高速アナログ回路の配線に一般的に適用できます。 オペアンプが非常に高い無線周波数（RF）帯域で動作する場合、回路の性能はPCB配線に大きく依存します。 「製図板」の優れた高性能回路設計のように見えるものは、配線がずさんな場合、平凡な性能になってしまう可能性があります。 配線プロセス全体を通して重要な詳細を事前に検討し、注意を払うことで、目的の回路性能を確保できます。

回路図

優れた回路図は優れた配線を保証するものではありませんが、優れた配線は優れた回路図から始まります。 回路図を注意深く描き、回路全体の信号方向を考慮する必要があります。 回路図の左から右への通常の安定した信号フローがある場合、PCB上でも同様に良好な信号フローがあるはずです。 回路図面でできるだけ多くの有用な情報を提供してください。 回路設計技術者が不在の場合がありますので、お客様から回路の問題解決のお手伝いをお願いする場合があります。 この仕事をしてくれるデザイナー、技術者、エンジニアは私たちを含めてとても感謝しています。

通常の参照識別子、消費電力、および許容誤差以外に、回路図で他にどのような情報を提供する必要がありますか？ ここに、通常の回路図を一流の回路図に変えるためのいくつかの提案があります。 波形、シェルに関する機械的情報、印刷された行の長さ、空白領域を追加します。 PCBに配置する必要のあるコンポーネントを示します。 調整情報、コンポーネント値の範囲、熱放散情報、制御インピーダンスの印刷行、メモ、簡潔な回路動作の説明を提供します… （とりわけ）。

誰も信用しない

独自の配線を設計しない場合は、ケーブル配線装置の設計を再確認するために十分な時間をとってください。 少しの予防はここでXNUMX倍の治療の価値があります。 ケーブル接続者があなたの考えを理解することを期待しないでください。 配線設計プロセスの開始時には、入力とガイダンスが最も重要です。 より多くの情報を提供でき、配線プロセスにより深く関与するほど、結果としてPCBはより良くなります。 ケーブル設計エンジニアの暫定的な完了ポイントを設定します。必要なケーブルの進捗レポートをすばやく確認します。 この「閉ループ」アプローチは、配線が迷うのを防ぎ、再加工の可能性を最小限に抑えます。

配線エンジニアへの指示には、回路機能の簡単な説明、入力と出力の位置を示すPCBスケッチ、PCBカスケード情報（たとえば、ボードの厚さ、層の数、各信号層と接地面の詳細-消費電力）が含まれます。 、アース、アナログ、デジタル、RF信号）; レイヤーにはこれらの信号が必要です。 重要なコンポーネントの配置を要求します。 バイパス要素の正確な位置。 どの印刷行が重要か。 どのラインがインピーダンス印刷ラインを制御する必要があるか。 どの行が長さに一致する必要があるか。 コンポーネントの寸法; どの印刷行が互いに遠く（または近く）である必要があるか。 どの線が互いに遠く（または近く）である必要があるか。 どのコンポーネントを互いに離して（または近くに）配置する必要があるか。 どのコンポーネントをPCBの上部に配置し、どのコンポーネントを下部に配置する必要がありますか？ 誰かにあまりにも多くの情報を提供しなければならないことについて文句を言うことはありません—少なすぎますか？ は; 過度に？ 全然。

10つの学習レッスン：約XNUMX年前、私は多層表面実装回路基板を設計しました—基板の両側にコンポーネントがありました。 プレートは金メッキされたアルミニウムシェルにボルトで固定されています（厳密な耐衝撃仕様のため）。 バイアスフィードスルーを提供するピンは、ボードを通過します。 ピンは溶接ワイヤによってPCBに接続されています。 非常に複雑なデバイスです。 ボード上の一部のコンポーネントは、テスト設定（SAT）に使用されます。 But I’ve defined exactly where these components are. これらのコンポーネントがインストールされている場所を推測できますか？ ちなみに、ボードの下。 製品エンジニアや技術者は、セットアップが完了した後、すべてを分解して元に戻す必要があることに満足していません。 それ以来、私はその間違いを犯していません。

場所

PCBの場合と同様に、場所がすべてです。 回路がPCBのどこに配置されるか、その特定の回路コンポーネントがインストールされる場所、およびそれに隣接する他の回路はすべて非常に重要です。

通常、入力、出力、および電源の位置は事前に決定されていますが、それらの間の回路は「創造的」である必要があります。 そのため、配線の細部に注意を払うことで大きな利益を得ることができます。 重要なコンポーネントの位置から始めて、回路とPCB全体を検討します。 重要なコンポーネントの場所と信号のパスを最初から指定すると、設計が意図したとおりに機能するようになります。 初めて設計を正しく行うことで、コストとストレスが削減され、開発サイクルが短縮されます。

電源をバイパスします

ノイズを低減するためにアンプの電力側をバイパスすることは、PCB設計プロセスの重要な側面です—高速オペアンプと他の高速回路の両方にとって。 バイパス高速オペアンプにはXNUMXつの一般的な構成があります。

電源接地：この方法はほとんどの場合最も効率的であり、複数のシャントコンデンサを使用してオペアンプの電源ピンを直接接地します。 通常、XNUMXつのシャントコンデンサで十分ですが、一部の回路ではシャントコンデンサを追加すると便利な場合があります。

異なる静電容量値を持つ並列コンデンサは、電源ピンが広帯域にわたって低いACインピーダンスのみを認識できるようにするのに役立ちます。 これは、オペアンプの電力除去比（PSR）の減衰周波数で特に重要です。 コンデンサは、アンプのPSRの低下を補うのに役立ちます。 多くのテンクス範囲にわたって低インピーダンスを維持する接地経路は、有害なノイズがオペアンプに侵入しないようにするのに役立ちます。 図1は、複数の電気コンテナを同時に使用する利点を示しています。 低周波数では、大きなコンデンサが低インピーダンスのグランドアクセスを提供します。 しかし、周波数が共振周波数に達すると、コンデンサの容量性が低下し、官能性が高まります。 これが、複数のコンデンサを使用することが重要である理由です。一方のコンデンサの周波数応答が低下し始めると、もう一方のコンデンサの周波数応答が作用し、多くのXNUMXオクターブにわたって非常に低いACインピーダンスを維持します。

オペアンプの電源ピンから直接開始します。 最小容量と最小物理サイズのコンデンサは、PCBのオペアンプと同じ側、つまりアンプのできるだけ近くに配置する必要があります。 コンデンサの接地端子は、最短のピンまたはプリントワイヤで接地面に直接接続する必要があります。 上記の接地接続は、電源と接地端の間の干渉を最小限に抑えるために、アンプの負荷端にできるだけ近づける必要があります。 図2に、この接続方法を示します。

このプロセスは、サブラージコンデンサに対して繰り返す必要があります。 0.01μFの最小静電容量から始めて、2.2μF（またはそれ以上）の低い等価直列抵抗（ESR）の電解コンデンサをその近くに配置するのが最善です。 ハウジングサイズが0.01の0508μFコンデンサは、直列インダクタンスが非常に低く、優れた高周波性能を備えています。

電力対電力：別の構成では、オペアンプの正と負の電力端の間に接続されたXNUMXつまたは複数のバイパスコンデンサを使用します。 この方法は、回路にXNUMXつのコンデンサを構成することが難しい場合によく使用されます。 欠点は、コンデンサの両端の電圧がシングルパワーバイパス方式の値のXNUMX倍であるため、コンデンサのハウジングサイズが大きくなる可能性があることです。 電圧を上げるには、デバイスの定格絶縁破壊電圧を上げる必要があります。つまり、ハウジングのサイズを大きくする必要があります。 ただし、このアプローチにより、PSRと歪みのパフォーマンスを向上させることができます。

各回路と配線は異なるため、コンデンサの構成、数、および静電容量の値は、実際の回路の要件によって異なります。

寄生効果

寄生効果は文字通りPCBに忍び込み、回路に大混乱、頭痛、原因不明の大混乱をもたらすグリッチです。 それらは、高速回路に浸透する隠れた寄生コンデンサとインダクタです。 これには、パッケージピンとプリントワイヤが長すぎることによって形成される寄生インダクタンスが含まれます。 パッドからグランド、パッドから電源プレーン、パッドから印刷ラインの間に形成される寄生容量。 スルーホール間の相互作用、および他の多くの可能な効果。