Печатная плата ( печатная плата ) проводка играет ключевую роль в высокоскоростных цепях. В этой статье в основном обсуждается проблема подключения высокоскоростных цепей с практической точки зрения. Основная цель – помочь новым пользователям осознать множество различных вопросов, которые необходимо учитывать при проектировании разводки печатных плат для высокоскоростных цепей. Другая цель – предоставить освежающий материал для клиентов, которые не сталкивались с монтажом печатных плат в течение некоторого времени. Из-за ограниченного пространства невозможно подробно осветить все вопросы в этой статье, но мы обсудим ключевые части, которые оказывают наибольшее влияние на улучшение характеристик схемы, сокращение времени проектирования и экономию времени на модификацию.

Как спроектировать печатную плату с практической точки зрения

Хотя здесь основное внимание уделяется схемам, относящимся к высокоскоростным операционным усилителям, проблемы и методы, обсуждаемые здесь, обычно применимы к проводке для большинства других высокоскоростных аналоговых схем. Когда операционные усилители работают в диапазонах очень высоких радиочастот (RF), производительность схемы в значительной степени зависит от разводки печатной платы. То, что на «чертежной доске» выглядит как хорошая высокопроизводительная схема, может иметь посредственную производительность, если страдает от неаккуратной проводки. Предварительное рассмотрение и внимание к важным деталям на протяжении всего процесса подключения помогут обеспечить желаемые характеристики схемы.

Принципиальная схема

Хотя хорошая схема не гарантирует хорошего подключения, хорошая проводка начинается с хорошей схемы. Принципиальная схема должна быть тщательно нарисована, и необходимо учитывать направление сигнала всей цепи. Если у вас нормальный, устойчивый поток сигнала слева направо на схеме, у вас должен быть такой же хороший поток сигнала на печатной плате. Дайте как можно больше полезной информации о схеме. Поскольку иногда инженер-конструктор схемы недоступен, заказчик просит нас помочь решить проблему схемы. Дизайнеры, техники и инженеры, выполняющие эту работу, будут очень благодарны, в том числе и мы.

Какая еще информация должна быть представлена ​​в схеме, помимо обычных идентификаторов ссылок, энергопотребления и допусков ошибок? Вот несколько советов по превращению обычной схемы в первоклассную. Добавьте форму волны, механическую информацию о корпусе, длину напечатанной строки, пустую область; Укажите, какие компоненты необходимо разместить на плате; Дайте информацию о регулировке, диапазон значений компонентов, информацию о тепловыделении, печатные строки контрольного импеданса, примечания, краткое описание действия схемы … (среди прочих).

Не доверяй никому

Если вы не разрабатываете свою собственную проводку, убедитесь, что у вас достаточно времени, чтобы дважды проверить конструкцию кабеля. Небольшая профилактика в сто раз дороже лекарства. Не ждите, что специалист по кабелю поймет, о чем вы думаете. Ваш вклад и руководство наиболее важны в начале процесса проектирования проводки. Чем больше информации вы предоставите и чем больше вы вовлечены в процесс подключения, тем лучше будет печатная плата. Установите предварительную точку завершения для инженера-проектировщика кабельной системы – быструю проверку отчета о ходе прокладки кабеля, который вы хотите. Такой подход «замкнутого контура» предотвращает сбивание проводки и, таким образом, сводит к минимуму возможность переделки.

Инструкции для инженеров-электромонтажников включают в себя: краткое описание функций схемы, эскизы печатных плат с указанием позиций ввода и вывода, информацию о каскадном подключении печатных плат (например, какая толщина платы, сколько слоев на ней, детали каждого сигнального слоя и плоскости заземления – потребляемая мощность. , заземление, аналоговые, цифровые и радиосигналы); Слои нуждаются в этих сигналах; Требовать размещения важных компонентов; Точное расположение обводного элемента; Какие печатные линии важны; Какие линии нужно контролировать импеданс печатных линий; Какие линии должны совпадать по длине; Размеры комплектующих; Какие линии печати должны быть далеко (или близко) друг от друга; Какие линии должны быть далеко (или близко) друг от друга; Какие компоненты необходимо располагать на расстоянии (или рядом) друг от друга; Какие компоненты следует разместить сверху, а какие снизу? Никогда не жалуйтесь на то, что вам нужно предоставить кому-то слишком много информации – слишком мало? Является; Перебор? Вовсе нет.

Один урок: около 10 лет назад я разработал многослойную печатную плату для поверхностного монтажа – на плате были компоненты с обеих сторон. Пластины прикручены к позолоченному алюминиевому корпусу (из-за строгих противоударных характеристик). Штифты, обеспечивающие проход смещения, проходят через плату. Штифт подключается к печатной плате с помощью сварочной проволоки. Это очень сложное устройство. Некоторые компоненты на плате используются для настройки тестирования (SAT). Но я точно определил, где находятся эти компоненты. Сможете угадать, где установлены эти компоненты? Кстати, под доской. Инженеры по продукту и технические специалисты недовольны, когда им приходится разбирать все на части и собирать обратно после того, как они закончили настройку. С тех пор я не совершал этой ошибки.

расположение

Как и в случае с печатной платой, местоположение решает все. Расположение схемы на печатной плате, место установки ее конкретных компонентов схемы и других схем, примыкающих к ней, очень важно.

Обычно позиции входа, выхода и источника питания предопределены, но схема между ними должна быть «творческой». Вот почему внимание к деталям подключения может принести огромные дивиденды. Начнем с расположения ключевых компонентов, рассмотрим схему и всю печатную плату. Указание расположения ключевых компонентов и пути прохождения сигналов с самого начала помогает гарантировать, что проект работает так, как задумано. Правильный дизайн с первого раза снижает затраты и стресс, а значит, и циклы разработки.

Обход источника питания

Обход стороны питания усилителя для уменьшения шума является важным аспектом процесса проектирования печатной платы – как для высокоскоростных операционных усилителей, так и для других высокоскоростных схем. Есть две распространенные конфигурации байпасных высокоскоростных операционных усилителей.

Заземление питания: этот метод наиболее эффективен в большинстве случаев, когда используются несколько шунтирующих конденсаторов для непосредственного заземления силовых выводов операционного усилителя. Обычно достаточно двух шунтирующих конденсаторов, но добавление шунтирующих конденсаторов может быть полезно для некоторых схем.

Параллельное соединение конденсаторов с разными значениями емкости помогает гарантировать, что контакты источника питания видят только низкое сопротивление переменного тока в широком диапазоне. Это особенно важно на частоте затухания коэффициента подавления мощности (PSR) операционного усилителя. Конденсатор помогает компенсировать пониженный PSR усилителя. Пути заземления, которые поддерживают низкий импеданс во многих диапазонах Tenx, помогут гарантировать, что вредный шум не попадет в операционный усилитель. На рисунке 1 показаны преимущества использования нескольких параллельных электрических контейнеров. На низких частотах большие конденсаторы обеспечивают низкоомный доступ к земле. Но как только частоты достигают своей резонансной частоты, конденсаторы становятся менее емкостными и приобретают большую чувственность. Вот почему важно иметь несколько конденсаторов: когда частотная характеристика одного конденсатора начинает снижаться, в игру вступает частотная характеристика другого конденсатора, таким образом поддерживая очень низкий импеданс переменного тока на протяжении многих десяти октав.

Начните прямо с вывода питания операционного усилителя; Конденсаторы с минимальной емкостью и минимальным физическим размером должны быть размещены на той же стороне печатной платы, что и операционный усилитель – как можно ближе к усилителю. Клемма заземления конденсатора должна быть напрямую подключена к плоскости заземления с помощью самого короткого штыря или печатного провода. Вышеупомянутое заземляющее соединение должно располагаться как можно ближе к нагрузке усилителя, чтобы минимизировать помехи между силовым и заземляющим концом. На рисунке 2 показан этот способ подключения.

Этот процесс следует повторить для конденсаторов малой емкости. Лучше всего начать с минимальной емкости 0.01 мкФ и расположить рядом с ней электролитический конденсатор с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR) 2.2 мкФ (или более). Конденсатор 0.01 мкФ с размером корпуса 0508 имеет очень низкую последовательную индуктивность и отличные высокочастотные характеристики.

Отношение мощности к мощности: в другой конфигурации используется один или несколько байпасных конденсаторов, подключенных между положительным и отрицательным выводами мощности операционного усилителя. Этот метод часто используется, когда сложно настроить четыре конденсатора в цепи. Недостатком является то, что размер корпуса конденсатора может увеличиваться, поскольку напряжение на конденсаторе вдвое превышает значение метода однополярного байпаса. Повышение напряжения требует увеличения номинального напряжения пробоя устройства, что означает увеличение размеров корпуса. Однако этот подход может улучшить характеристики PSR и искажения.

Поскольку каждая схема и проводка отличаются, конфигурация, количество и значение емкости конденсаторов будут зависеть от требований реальной схемы.

Паразитарные эффекты

Паразитарные эффекты – это буквально сбои, которые проникают в вашу печатную плату и сеют хаос, головные боли и необъяснимые разрушения в цепи. Это скрытые паразитные конденсаторы и катушки индуктивности, которые проникают в высокоскоростные цепи. Это включает паразитную индуктивность, образованную слишком длинным выводом корпуса и печатным проводом; Паразитная емкость, образованная между контактной площадкой и землей, контактной площадкой и силовой панелью и контактной площадкой для линии печати; Взаимодействие между сквозными отверстиями и многие другие возможные эффекты.