printplaat ( printplaat ) bedrading speelt een sleutelrol in high-speed circuits. Dit artikel bespreekt voornamelijk het bedradingsprobleem van hogesnelheidscircuits vanuit een praktisch oogpunt. Het belangrijkste doel is om nieuwe gebruikers te helpen zich bewust te worden van de vele verschillende problemen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van PCB-bedrading voor snelle circuits. Een ander doel is om opfrismateriaal te bieden voor klanten die al enige tijd niet zijn blootgesteld aan PCB-bedrading. Vanwege de beperkte ruimte is het niet mogelijk om alle problemen in dit artikel in detail te bespreken, maar we zullen de belangrijkste onderdelen bespreken die de grootste impact hebben op het verbeteren van de circuitprestaties, het verminderen van ontwerptijd en het besparen van modificatietijd.

Hoe PCB’s te ontwerpen vanuit een praktisch oogpunt?

Hoewel de nadruk hier ligt op circuits die verband houden met operationele versterkers met hoge snelheid, zijn de hier besproken problemen en methoden over het algemeen van toepassing op bedrading voor de meeste andere snelle analoge circuits. Wanneer operationele versterkers in zeer hoge radiofrequentiebanden (RF) werken, zijn de prestaties van het circuit grotendeels afhankelijk van PCB-bedrading. Wat op het “tekenbord” lijkt op een goed, krachtig circuitontwerp, kan matige prestaties opleveren als het last heeft van slordige bedrading. Pre-overweging en aandacht voor belangrijke details tijdens het bedradingsproces zullen helpen om de gewenste circuitprestaties te garanderen.

Schematische weergave

Hoewel goede schema’s geen garantie bieden voor een goede bedrading, begint een goede bedrading met goede schema’s. Het schematische diagram moet zorgvuldig worden getekend en er moet rekening worden gehouden met de signaalrichting van het hele circuit. If you have normal, steady signal flow from left to right in the schematic, you should have just as good signal flow on the PCB. Geef zoveel mogelijk nuttige informatie op het schema. Omdat de circuitontwerper soms niet beschikbaar is, zal de klant ons vragen om het probleem van het circuit te helpen oplossen. De ontwerpers, technici en ingenieurs die dit werk doen, zullen u zeer dankbaar zijn, ook wij.

Welke andere informatie moet er in een schema worden gegeven naast de gebruikelijke referentie-ID’s, stroomverbruik en fouttoleranties? Hier zijn enkele suggesties om van een gewoon schema een eersteklas schema te maken. Voeg golfvorm, mechanische informatie over de schaal, afgedrukte lijnlengte, leeg gebied toe; Indicate which components need to be placed on the PCB; Geef afstelinformatie, componentwaardebereik, warmtedissipatie-informatie, regelimpedantie gedrukte lijnen, opmerkingen, beknopte beschrijving van de circuitactie … (onder andere).

Vertrouw niemand

Als u niet uw eigen bedrading ontwerpt, zorg er dan voor dat u voldoende tijd neemt om het ontwerp van de kabelr dubbel te controleren. Een beetje preventie is hier honderd keer een remedie waard. Verwacht niet dat de bekabeling persoon begrijpt wat je denkt. Uw input en begeleiding is het belangrijkst aan het begin van het bedradingsontwerpproces. Hoe meer informatie u kunt verstrekken en hoe meer u betrokken bent bij het bedradingsproces, hoe beter de PCB zal zijn. Stel een voorlopig voltooiingspunt in voor de bekabelingsontwerpingenieur – een snelle controle van het gewenste bekabelingsvoortgangsrapport. Deze “closed loop”-benadering voorkomt dat de bedrading verdwaalt en minimaliseert zo de mogelijkheid van herbewerking.

Instructies voor bedradingsingenieurs omvatten: een korte beschrijving van circuitfuncties, PCB-schetsen die invoer- en uitvoerposities aangeven, PCB-cascade-informatie (bijvoorbeeld hoe dik het bord is, hoeveel lagen er zijn, details van elke signaallaag en aardingsvlak – stroomverbruik , grond-, analoge, digitale en RF-signalen); De lagen hebben die signalen nodig; Vereisen de plaatsing van belangrijke componenten; De exacte locatie van het bypass-element; Welke gedrukte lijnen zijn belangrijk; Welke lijnen moeten de impedantie gedrukte lijnen regelen; Welke lijnen moeten overeenkomen met de lengte; Afmetingen van componenten; Welke gedrukte lijnen ver (of dichtbij) van elkaar moeten liggen; Welke lijnen ver (of dichtbij) van elkaar moeten zijn; Welke componenten moeten ver van (of nabij) elkaar worden geplaatst; Welke componenten moeten bovenaan en welke onderaan op de printplaat worden geplaatst? Nooit klagen dat je iemand te veel informatie moet geven – te weinig? Is; Te veel? Helemaal niet.

Eén leerles: ongeveer 10 jaar geleden ontwierp ik een meerlaagse printplaat voor oppervlaktemontage – het bord had componenten aan beide kanten. De platen zijn vastgeschroefd aan een vergulde aluminium schaal (vanwege de strikte schokbestendigheidsspecificaties). Pinnen die bias-doorvoer bieden, gaan door het bord. De pin is met een lasdraad verbonden met de printplaat. Het is een heel ingewikkeld apparaat. Sommige componenten op het bord worden gebruikt voor testinstelling (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Kunt u raden waar deze componenten zijn geïnstalleerd? Onder het bord trouwens. Productingenieurs en technici zijn niet blij als ze het hele ding uit elkaar moeten halen en weer in elkaar moeten zetten nadat ze klaar zijn met instellen. Die fout heb ik sindsdien niet meer gemaakt.

plaats

Net als bij PCB is locatie alles. Waar een circuit op de PCB wordt geplaatst, waar de specifieke circuitcomponenten zijn geïnstalleerd en welke andere circuits ernaast zitten, zijn allemaal erg belangrijk.

Normaal gesproken zijn de invoer-, uitvoer- en voedingsposities vooraf bepaald, maar de schakelingen ertussen moeten “creatief” zijn. Dit is de reden waarom aandacht besteden aan de details van de bedrading enorme voordelen kan opleveren. Begin met de locatie van de belangrijkste componenten, overweeg het circuit en de hele PCB. Door vanaf het begin de locatie van de belangrijkste componenten en het pad van signalen te specificeren, zorgt u ervoor dat het ontwerp werkt zoals bedoeld. Door het ontwerp van de eerste keer goed te krijgen, worden kosten en stress verminderd – en dus ontwikkelingscycli.

Omzeil de voeding

Het omzeilen van de vermogenskant van de versterker om ruis te verminderen is een belangrijk aspect van het PCB-ontwerpproces – zowel voor snelle operationele versterkers als andere snelle circuits. Er zijn twee veelvoorkomende configuraties van operationele bypass-versterkers met hoge snelheid.

Stroomaarding: deze methode is in de meeste gevallen het meest efficiënt, waarbij meerdere shuntcondensatoren worden gebruikt om de stroompinnen van de opamp rechtstreeks te aarden. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Parallelle condensatoren met verschillende capaciteitswaarden helpen ervoor te zorgen dat de voedingspinnen alleen een lage AC-impedantie over een brede band zien. Dit is vooral belangrijk bij de verzwakkingsfrequentie van de operationele versterkervermogensonderdrukkingsverhouding (PSR). De condensator helpt de verminderde PSR van de versterker te compenseren. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Figuur 1 illustreert de voordelen van het gebruik van meerdere gelijktijdige elektrische containers. Bij lage frequenties bieden grote condensatoren aardtoegang met een lage impedantie. Maar zodra de frequenties hun resonantiefrequentie bereiken, worden condensatoren minder capacitief en krijgen ze meer sensualiteit. Daarom is het belangrijk om meerdere condensatoren te hebben: als de frequentierespons van de ene condensator begint af te nemen, komt de frequentierespons van de andere condensator in het spel, waardoor een zeer lage AC-impedantie over vele tien octaven behouden blijft.

Start direct vanaf de power pin van de operationele versterker; Condensatoren met minimale capaciteit en minimale fysieke grootte moeten aan dezelfde kant van de PCB worden geplaatst als de operationele versterker – zo dicht mogelijk bij de versterker. De aardingsklem van de condensator wordt rechtstreeks verbonden met het aardingsvlak met de kortste pin of gedrukte draad. De bovengenoemde aardingsverbinding moet zo dicht mogelijk bij het belastinguiteinde van de versterker zijn om interferentie tussen het stroom- en aardingsuiteinde te minimaliseren. Afbeelding 2 illustreert deze verbindingsmethode.

Dit proces moet worden herhaald voor subgrote condensatoren. Het is het beste om te beginnen met een minimale capaciteit van 0.01 F en een elektrolytische condensator met een lage equivalente serieweerstand (ESR) van 2.2 μF (of meer) er dichtbij te plaatsen. De condensator van 0.01 F met een behuizing van 0508 heeft een zeer lage serie-inductantie en uitstekende prestaties bij hoge frequenties.

Power-to-power: een andere configuratie gebruikt een of meer bypass-condensatoren die zijn aangesloten tussen de positieve en negatieve vermogensuiteinden van de operationele versterker. Deze methode wordt vaak gebruikt wanneer het moeilijk is om vier condensatoren in een circuit te configureren. Het nadeel is dat de grootte van de condensatorbehuizing kan toenemen omdat de spanning over de condensator twee keer de waarde is van de single-power bypass-methode. Om de spanning te verhogen, moet de nominale doorslagspanning van het apparaat worden verhoogd, wat betekent dat de behuizing groter moet worden. Deze benadering kan echter de PSR- en vervormingsprestaties verbeteren.

Omdat elk circuit en elke bedrading anders is, zijn de configuratie, het aantal en de capaciteitswaarde van condensatoren afhankelijk van de vereisten van het eigenlijke circuit.

Parasitaire effecten

Parasitaire effecten zijn letterlijk glitches die je PCB binnensluipen en schade, hoofdpijn en onverklaarbare schade aanrichten op het circuit. Het zijn de verborgen parasitaire condensatoren en inductoren die in snelle circuits sijpelen. Waaronder de parasitaire inductantie gevormd door de pakketpen en te lange bedrukte draad; Parasitaire capaciteit gevormd tussen pad naar aarde, pad naar stroomvlak en pad naar printlijn; Interacties tussen doorgaande gaten en vele andere mogelijke effecten.