PCB( 인쇄 회로 기판 ) 배선은 고속 회로에서 중요한 역할을 합니다. 이 논문은 주로 실용적인 관점에서 고속 회로의 배선 문제를 논의합니다. 주요 목적은 새로운 사용자가 고속 회로용 PCB 배선을 설계할 때 고려해야 할 다양한 문제를 인식하도록 돕는 것입니다. 또 다른 목적은 한동안 PCB 배선에 노출되지 않은 고객에게 상쾌한 재료를 제공하는 것입니다. 지면이 협소하여 이 글에서 모든 문제를 자세히 다룰 수는 없지만 회로 성능 향상, 설계 시간 단축, 수정 시간 절약에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 부분에 대해 논의합니다.

실용적인 관점에서 PCB를 설계하는 방법

여기에서 초점은 고속 연산 증폭기와 관련된 회로에 있지만 여기서 논의된 문제와 방법은 일반적으로 대부분의 다른 고속 아날로그 회로의 배선에 적용할 수 있습니다. 연산 증폭기가 매우 높은 RF(무선 주파수) 대역에서 작동할 때 회로의 성능은 PCB 배선에 크게 좌우됩니다. “드로잉 보드”에서 좋은 고성능 회로 설계처럼 보이는 것이 배선이 엉성하면 평범한 성능으로 끝날 수 있습니다. 배선 프로세스 전반에 걸쳐 중요한 세부 사항에 대한 사전 고려와 주의는 원하는 회로 성능을 보장하는 데 도움이 됩니다.

개략도

좋은 회로도가 좋은 배선을 보장하지는 않지만 좋은 배선은 좋은 회로도에서 시작됩니다. 회로도는 주의 깊게 그려야 하며 전체 회로의 신호 방향을 고려해야 합니다. 회로도에서 왼쪽에서 오른쪽으로 정상적이고 안정적인 신호 흐름이 있는 경우 PCB에서도 마찬가지로 양호한 신호 흐름이 있어야 합니다. 회로도에 가능한 한 많은 유용한 정보를 제공하십시오. 때때로 회로 설계 엔지니어를 사용할 수 없기 때문에 고객은 회로 문제를 해결하는 데 도움을 요청할 것입니다. 이 작업을 수행하는 디자이너, 기술자 및 엔지니어는 우리를 포함하여 매우 감사할 것입니다.

일반적인 참조 식별자, 전력 소비 및 오류 허용 범위 외에 어떤 다른 정보가 회로도에 제공되어야 합니까? 다음은 일반 회로도를 일급 회로도로 전환하기 위한 몇 가지 제안 사항입니다. 파형 추가, 쉘에 대한 기계적 정보, 인쇄된 라인 길이, 공백 영역; PCB에 배치해야 하는 구성 요소를 나타냅니다. 조정 정보, 구성 요소 값 범위, 방열 정보, 제어 임피던스 인쇄 라인, 참고 사항, 간결한 회로 동작 설명… (다른 사람 사이에서).

아무도 믿지마

자체 배선을 설계하지 않는 경우 케이블러의 설계를 다시 확인하는 데 충분한 시간을 허용해야 합니다. 여기서 약간의 예방은 치료의 백배 가치가 있습니다. 케이블링 담당자가 당신의 생각을 이해할 것이라고 기대하지 마십시오. 배선 설계 프로세스를 시작할 때 귀하의 의견과 지침이 가장 중요합니다. 더 많은 정보를 제공할 수 있고 배선 프로세스에 더 많이 관여할수록 결과적으로 더 나은 PCB가 될 것입니다. 케이블링 설계 엔지니어를 위한 잠정 완료 지점을 설정하십시오. 원하는 케이블링 진행률 보고서를 빠르게 확인하십시오. 이 “폐쇄 루프” 접근 방식은 배선이 잘못되는 것을 방지하여 재작업 가능성을 최소화합니다.

배선 엔지니어에 대한 지침에는 다음이 포함됩니다. 회로 기능에 대한 간단한 설명, 입력 및 출력 위치를 나타내는 PCB 스케치, PCB 캐스케이딩 정보(예: 보드 두께, 레이어 수, 각 신호 레이어 및 접지면에 대한 세부 정보 – 전력 소비) , 접지, 아날로그, 디지털 및 RF 신호); 레이어에는 이러한 신호가 필요합니다. 중요한 구성 요소의 배치가 필요합니다. 우회 요소의 정확한 위치; 어떤 인쇄된 라인이 중요한지; 임피던스 인쇄 라인을 제어하는 ​​데 필요한 라인; 어떤 라인이 길이와 일치해야 하는지; 구성 요소의 치수; 인쇄된 선은 서로 멀리(또는 가까이) 있어야 합니다. 어떤 선이 서로 멀리(또는 가까이에) 있어야 합니까? 어떤 구성 요소를 서로 멀리(또는 가까이) 배치해야 하는지, 어떤 구성 요소를 PCB 상단에 배치하고 어떤 구성 요소를 하단에 배치해야 합니까? 누군가에게 너무 많은 정보를 제공해야 한다고 불평하지 마십시오. 너무 적습니까? 이다; 너무 많이? 전혀.

한 가지 교훈: 약 10년 전에 저는 다층 표면 실장 회로 기판을 설계했습니다. 기판의 양면에 부품이 있었습니다. 플레이트는 금도금된 알루미늄 쉘에 볼트로 고정되어 있습니다(엄격한 충격 방지 사양으로 인해). 바이어스 피드스루를 제공하는 핀은 보드를 통과합니다. 핀은 용접 와이어로 PCB에 연결됩니다. 매우 복잡한 장치입니다. 보드의 일부 구성 요소는 테스트 설정(SAT)에 사용됩니다. 그러나 이러한 구성 요소가 있는 위치를 정확히 정의했습니다. 이러한 구성 요소가 설치된 위치를 추측할 수 있습니까? 그건 그렇고, 보드 아래. 제품 엔지니어와 기술자는 설정을 마친 후 전체를 분해하고 다시 조립해야 할 때 만족하지 않습니다. 그 이후로 나는 그런 실수를 하지 않았다.

위치

PCB와 마찬가지로 위치가 모든 것입니다. PCB에서 회로가 어디에 배치되는지, 특정 회로 구성 요소가 설치되는지, 그리고 인접하는 다른 회로는 모두 매우 중요합니다.

일반적으로 입력, 출력 및 전원 공급 장치 위치는 미리 결정되지만 이들 사이의 회로는 “창의적”이어야 합니다. 이것이 배선의 세부 사항에주의를 기울이면 큰 이점을 얻을 수 있는 이유입니다. 주요 구성 요소의 위치부터 시작하여 회로와 전체 PCB를 고려하십시오. 처음부터 주요 구성 요소의 위치와 신호 경로를 지정하면 설계가 의도한 대로 작동하는지 확인하는 데 도움이 됩니다. 처음부터 올바른 설계를 하면 비용과 스트레스가 줄어들어 개발 주기가 단축됩니다.

전원 공급 장치 우회

잡음을 줄이기 위해 증폭기의 전력 측을 우회하는 것은 고속 연산 증폭기와 기타 고속 회로 모두에서 PCB 설계 프로세스의 중요한 측면입니다. 바이패스 고속 연산 증폭기에는 두 가지 일반적인 구성이 있습니다.

전원 접지: 이 방법은 다수의 션트 커패시터를 사용하여 연산 증폭기의 전원 핀을 직접 접지하는 대부분의 경우 가장 효율적입니다. 일반적으로 두 개의 션트 커패시터로 충분하지만 션트 커패시터를 추가하면 일부 회로에 유용할 수 있습니다.

캐패시턴스 값이 다른 병렬 캐패시터는 전원 공급 장치 핀이 광대역에서 낮은 AC 임피던스만 볼 수 있도록 합니다. 이것은 연산 증폭기 PSR(Power Rejection Ratio) 감쇠 주파수에서 특히 중요합니다. 커패시터는 증폭기의 감소된 PSR을 보상하는 데 도움이 됩니다. 많은 XNUMX배 범위에서 낮은 임피던스를 유지하는 접지 경로는 유해한 잡음이 연산 증폭기에 들어가지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. 그림 1은 여러 개의 동시 전기 컨테이너를 사용할 때의 이점을 보여줍니다. 저주파에서 대형 커패시터는 낮은 임피던스 접지 액세스를 제공합니다. 그러나 주파수가 공진 주파수에 도달하면 커패시터는 용량이 줄어들고 더 관능적입니다. 이것이 여러 개의 커패시터를 갖는 것이 중요한 이유입니다. 한 커패시터의 주파수 응답이 감소하기 시작하면 다른 커패시터의 주파수 응답이 작용하여 많은 XNUMX옥타브에 걸쳐 매우 낮은 AC 임피던스를 유지합니다.

연산 증폭기의 전원 핀에서 직접 시작하십시오. 최소 커패시턴스와 물리적 크기가 최소인 커패시터는 PCB의 동일한 면에 연산 증폭기와 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 커패시터의 접지 단자는 가장 짧은 핀 또는 인쇄된 와이어로 접지면에 직접 연결되어야 합니다. 위에서 언급한 접지 연결은 전원과 접지 끝 사이의 간섭을 최소화하기 위해 가능한 한 증폭기의 부하 끝에 가깝게 해야 합니다. 그림 2는 이 연결 방법을 보여줍니다.

이 프로세스는 초대형 커패시터에 대해 반복되어야 합니다. 0.01μF의 최소 커패시턴스로 시작하고 2.2μF(또는 그 이상)의 낮은 등가 직렬 저항(ESR)을 가진 전해 커패시터를 가까이에 배치하는 것이 가장 좋습니다. 0.01 하우징 크기의 0508μF 커패시터는 직렬 인덕턴스가 매우 낮고 고주파 성능이 뛰어납니다.

전력 대 전력: 또 다른 구성은 연산 증폭기의 양극 및 음극 전원 끝 사이에 연결된 하나 이상의 바이패스 커패시터를 사용합니다. 이 방법은 회로에 XNUMX개의 커패시터를 구성하기 어려울 때 자주 사용됩니다. 단점은 커패시터 양단의 전압이 단일 전원 바이패스 방법 값의 두 배이기 때문에 커패시터 하우징 크기가 증가할 수 있다는 것입니다. 전압을 높이려면 장치의 정격 항복 전압을 높여야 하므로 하우징 크기가 커집니다. 그러나 이 접근 방식은 PSR 및 왜곡 성능을 향상시킬 수 있습니다.

각 회로와 배선이 다르기 때문에 커패시터의 구성, 수 및 커패시턴스 값은 실제 회로의 요구 사항에 따라 달라집니다.

기생 효과

기생 효과는 말 그대로 PCB에 몰래 들어가 회로에 혼란, 두통 및 설명할 수 없는 혼란을 일으키는 결함입니다. 그것들은 고속 회로에 스며드는 숨겨진 기생 커패시터와 인덕터입니다. 여기에는 패키지 핀과 너무 긴 인쇄 와이어에 의해 형성된 기생 인덕턴스가 포함됩니다. 패드 대 접지, 패드 대 전원 평면 및 패드 대 인쇄 라인 사이에 형성된 기생 커패시턴스; 관통 구멍 간의 상호 작용 및 기타 여러 가능한 효과.