How to design PCB from a practical point of view?

PCB ( circuit imprimat bord ) cablarea joacă un rol cheie în circuitele de mare viteză. Această lucrare discută în principal problema cablării circuitelor de mare viteză dintr-un punct de vedere practic. Scopul principal este de a ajuta noii utilizatori să devină conștienți de numeroasele probleme diferite care trebuie luate în considerare la proiectarea cablării PCB pentru circuite de mare viteză. Another purpose is to provide a refresher material for customers who have not been exposed to PCB wiring for some time. Due to limited space, it is not possible to cover all the issues in detail in this article, but we will discuss the key parts that have the greatest impact on improving circuit performance, reducing design time, and saving modification time.

ipcb

How to design PCB from a practical point of view

Although the focus here is on circuits related to high speed operational amplifiers, the problems and methods discussed here are generally applicable to wiring for most other high speed analog circuits. When operational amplifiers operate in very high radio frequency (RF) bands, the performance of the circuit is largely dependent on PCB wiring. Ceea ce arată ca un design bun al circuitului de înaltă performanță pe „tablă de desen” poate ajunge la performanțe mediocre dacă suferă de cabluri neglijent. Pre-luarea în considerare și atenția la detalii importante pe parcursul procesului de cablare vor ajuta la asigurarea performanței dorite a circuitului.

Diagramă schematică

Deși schemele bune nu garantează cablarea bună, cablarea bună începe cu schemele bune. The schematic diagram must be carefully drawn and the signal direction of the entire circuit must be considered. 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. Oferiți cât mai multe informații utile cu privire la schemă. Because sometimes the circuit design engineer is not available, the customer will ask us to help solve the problem of the circuit. The designers, technicians and engineers who do this work will be very grateful, including us.

Dincolo de identificatorii obișnuiți de referință, consumul de energie și toleranțele de eroare, ce alte informații ar trebui să fie date într-o schemă? Iată câteva sugestii pentru a transforma o schemă obișnuită într-o schemă de primă clasă. Add waveform, mechanical information about the shell, printed line length, blank area; Indicați ce componente trebuie plasate pe PCB; Give adjustment information, component value range, heat dissipation information, control impedance printed lines, notes, concise circuit action description… (printre alții).

Nu aveți încredere în nimeni

Dacă nu vă proiectați propriul cablaj, asigurați-vă că aveți suficient timp pentru a verifica dublu proiectarea cablului. A little prevention is worth a hundred times a remedy here. Nu vă așteptați ca persoana care cablează să înțeleagă la ce vă gândiți. Introducerea și îndrumarea dvs. sunt cele mai importante la începutul procesului de proiectare a cablajelor. Cu cât puteți oferi mai multe informații și cu cât sunteți mai implicat în procesul de cablare, cu atât va fi mai bun PCB-ul. Set a tentative completion point for the cabling design engineer – a quick check of the cabling progress report you want. Această abordare cu „buclă închisă” previne rătăcirea cablajului și, astfel, minimizează posibilitatea relucrării.

Instrucțiunile pentru inginerii de cabluri includ: o scurtă descriere a funcțiilor circuitului, schițe PCB care indică pozițiile de intrare și ieșire, informații în cascadă PCB (de exemplu, cât de groasă este placa, câte straturi există, detalii ale fiecărui strat de semnal și plan de împământare – consum de energie , semnal analogic, digital și RF); The layers need those signals; Require the placement of important components; The exact location of the bypass element; Which printed lines are important; Care linii trebuie să controleze impedanța liniilor imprimate; Care linii trebuie să se potrivească cu lungimea; Dimensions of components; Care linii tipărite trebuie să fie departe (sau aproape) una de cealaltă; Which lines need to be far (or near) from each other; Ce componente trebuie să fie situate departe (sau aproape) una de cealaltă; Which components should be placed on top and which on the bottom of the PCB? Never complain about having to give someone too much information — too little? Este; Prea mult? Nu la toate.

O lecție de învățare: acum aproximativ 10 ani, am proiectat o placă de circuite cu montare pe suprafață cu mai multe straturi – placa avea componente pe ambele părți. Plăcile sunt înșurubate la o carcasă din aluminiu placat cu aur (datorită specificațiilor stricte antisoc). Știfturile care asigură trecerea prin polarizare trec prin placă. Pinul este conectat la PCB printr-un fir de sudură. It’s a very complicated device. Some of the components on the board are used for test setting (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Can you guess where these components are installed? Apropo, sub tablă. Product engineers and technicians are not happy when they have to take the whole thing apart and put it back together after they’ve finished setting it up. De atunci nu am făcut această greșeală.

locaţie

As in PCB, location is everything. Where a circuit is placed on the PCB, where its specific circuit components are installed, and what other circuits are adjacent to it are all very important.

În mod normal, pozițiile de intrare, ieșire și alimentare sunt predeterminate, dar circuitele dintre ele trebuie să fie „creative”. Acesta este motivul pentru care acordarea atenției la detaliile cablajului poate plăti dividende uriașe. Începeți cu locația componentelor cheie, luați în considerare circuitul și întregul PCB. Specifying the location of key components and the path of signals from the beginning helps ensure that the design works as intended. Getting the design right the first time reduces cost and stress — and thus development cycles.

Ocoliți sursa de alimentare

Bypassing the power side of the amplifier to reduce noise is an important aspect of the PCB design process — both for high-speed operational amplifiers and other high-speed circuits. There are two common configurations of bypass high speed operational amplifiers.

Power grounding: This method is most efficient in most cases, using multiple shunt capacitors to directly ground the power pins of the op amp. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Paralleling capacitors with different capacitance values helps ensure that the power supply pins see only low AC impedance over a wide band. This is especially important at the operational amplifier power rejection ratio (PSR) attenuation frequency. Condensatorul ajută la compensarea PSR redus al amplificatorului. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Figure 1 illustrates the advantages of using multiple concurrent electrical containers. La frecvențe joase, condensatorii mari oferă acces la sol cu ​​impedanță redusă. But once the frequencies reach their resonant frequency, capacitors become less capacitive and take on more sensuality. This is why it is important to have multiple capacitors: as the frequency response of one capacitor begins to decline, the frequency response of the other capacitor comes into play, thus maintaining a very low AC impedance over many ten-octaves.

Porniți direct de la pinul de putere al amplificatorului operațional; Capacitors with minimum capacitance and minimum physical size should be placed on the same side of the PCB as the operational amplifier — as close to the amplifier as possible. The grounding terminal of the capacitor shall be directly connected to the grounding plane with the shortest pin or printed wire. The grounding connection mentioned above shall be as close to the load end of the amplifier as possible to minimize interference between the power and grounding end. Figura 2 ilustrează această metodă de conectare.

Acest proces ar trebui repetat pentru condensatoarele sublare. Cel mai bine este să începeți cu o capacitate minimă de 0.01 μF și să plasați un condensator electrolitic cu o rezistență de serie echivalentă scăzută (ESR) de 2.2 μF (sau mai mult) aproape de acesta. The 0.01 μF capacitor with 0508 housing size has very low series inductance and excellent high frequency performance.

Putere la putere: O altă configurație folosește unul sau mai multe condensatoare de bypass conectate între capetele de putere pozitive și negative ale amplificatorului operațional. Această metodă este adesea utilizată atunci când este dificil să configurați patru condensatori într-un circuit. Dezavantajul este că dimensiunea carcasei condensatorului poate crește, deoarece tensiunea pe condensator este de două ori valoarea metodei de bypass cu o singură putere. Creșterea tensiunii necesită creșterea tensiunii nominale de avarie a dispozitivului, ceea ce înseamnă creșterea dimensiunii carcasei. Cu toate acestea, această abordare poate îmbunătăți PSR și performanța de distorsiune.

Deoarece fiecare circuit și cablare sunt diferite, configurația, numărul și valoarea capacității condensatorilor vor depinde de cerințele circuitului real.

Parasitic effects

Efectele parazite sunt literalmente erori care se strecoară în PCB și fac ravagii, dureri de cap și ravagii inexplicabile în circuit. Sunt condensatorii și inductorii paraziți ascunși care se infiltrează în circuite de mare viteză. Care include inductanța parazită formată de știftul pachetului și sârmă tipărită prea mult; Capacitate parazită formată între tampon la sol, tampon la planul de putere și tampon la linia de imprimare; Interacțiuni între găuri de trecere și multe alte efecte posibile.