PCB ( vytlačená obvodová doska ) zapojenie zohráva kľúčovú úlohu vo vysokorýchlostných obvodoch. Tento článok pojednáva predovšetkým o probléme zapojenia vysokorýchlostných obvodov z praktického hľadiska. Hlavným účelom je pomôcť novým používateľom zoznámiť sa s mnohými rôznymi problémami, ktoré je potrebné vziať do úvahy pri navrhovaní zapojenia DPS pre vysokorýchlostné obvody. Ďalším účelom je poskytnúť osviežujúci materiál pre zákazníkov, ktorí neboli nejaký čas vystavení elektroinštalácii DPS. Vzhľadom na obmedzený priestor nie je možné v tomto článku podrobne pokryť všetky problémy, ale budeme diskutovať o kľúčových častiach, ktoré majú najväčší vplyv na zlepšenie výkonu obvodu, skrátenie času návrhu a úsporu času úprav.

Ako navrhnúť DPS ​​z praktického hľadiska

Hoci sa tu zameriavame na obvody súvisiace s vysokorýchlostnými operačnými zosilňovačmi, problémy a metódy, ktoré sú tu diskutované, sú všeobecne použiteľné na zapojenie väčšiny ostatných vysokorýchlostných analógových obvodov. Keď operačné zosilňovače pracujú vo veľmi vysokofrekvenčných pásmach (RF), výkon obvodu je do značnej miery závislý od zapojenia DPS. To, čo na „rysovacej doske“ vyzerá ako dobrý dizajn vysokovýkonného obvodu, môže skončiť s priemerným výkonom, ak trpí nedbalým zapojením. Predbežné zváženie a pozornosť dôležitým detailom počas procesu zapojenia pomôže zaistiť požadovaný výkon obvodu.

Schéma zapojenia

Aj keď dobrá schéma nezaručuje dobré zapojenie, dobré zapojenie začína dobrou schémou. Je potrebné starostlivo nakresliť schematický diagram a zvážiť smer signálu celého obvodu. Ak máte v schéme normálny, stabilný tok signálu zľava doprava, mali by ste mať rovnako dobrý tok signálu na doske plošných spojov. Na schéme poskytnite čo najviac užitočných informácií. Pretože niekedy nie je k dispozícii návrhár obvodov, zákazník nás požiada o pomoc pri riešení problému s obvodom. Dizajnéri, technici a inžinieri, ktorí robia túto prácu, budú veľmi vďační, vrátane nás.

Aké ďalšie informácie by mali byť okrem schémy referenčných identifikátorov, spotreby energie a tolerancií chýb uvedené v schéme? Tu je niekoľko návrhov, ako z obyčajnej schémy urobiť schému prvej triedy. Pridajte priebeh vlny, mechanické informácie o škrupine, dĺžku vytlačenej čiary, prázdnu oblasť; Uveďte, ktoré komponenty je potrebné umiestniť na DPS; Poskytnite informácie o úprave, rozsah hodnôt komponentov, informácie o rozptyle tepla, riadiace impedančné tlačené riadky, poznámky, stručný popis činnosti obvodu … (okrem iného).

Never nikomu

Ak nenavrhujete svoje vlastné zapojenie, nechajte si dostatok času na to, aby ste dvakrát skontrolovali návrh vodiča. Malá prevencia tu stojí stonásobne za nápravu. Nečakajte, že káblovník porozumie tomu, čo si myslíte. Váš vstup a usmernenie je najdôležitejšie na začiatku procesu návrhu zapojenia. Čím viac informácií môžete poskytnúť a čím viac sa zapojíte do procesu zapojenia, tým lepšie bude PCB. Stanovte predbežný bod dokončenia pre projektanta kabeláže – rýchlu kontrolu požadovanej správy o priebehu kabeláže. Tento prístup „uzavretej slučky“ zabraňuje zablokovaniu kabeláže a minimalizuje tak možnosť prepracovania.

Pokyny pre technikov zapojenia zahŕňajú: krátky popis funkcií obvodu, náčrtky plošných spojov indikujúce vstupné a výstupné polohy, kaskádové informácie o doske plošných spojov (napr. Aká hrubá doska je, koľko vrstiev existuje, podrobnosti o každej signálnej vrstve a uzemňovacej rovine – spotreba energie) pozemné, analógové, digitálne a RF signály); Vrstvy tieto signály potrebujú; Vyžadovať umiestnenie dôležitých komponentov; Presné umiestnenie obtokového prvku; Ktoré vytlačené riadky sú dôležité; Ktoré riadky potrebujú na ovládanie impedančných tlačených riadkov; Ktoré riadky musia zodpovedať dĺžke; Rozmery komponentov; Ktoré vytlačené riadky musia byť od seba ďaleko (alebo blízko); Ktoré čiary musia byť od seba ďaleko (alebo blízko); Ktoré komponenty je potrebné umiestniť ďalej od seba (alebo blízko nich); Ktoré komponenty by mali byť umiestnené na vrchu a ktoré na spodnej strane DPS? Nikdy sa nesťažujte, že musíte niekomu poskytnúť príliš veľa informácií – príliš málo? Je; Príliš veľa? Vôbec nie.

Jedna poučná lekcia: Asi pred 10 rokmi som navrhol viacvrstvovú dosku na povrchovú montáž-doska mala komponenty na oboch stranách. Platne sú priskrutkované k pozlátenému hliníkovému plášťu (kvôli prísnym špecifikáciám odolným voči nárazom). Kolíky, ktoré poskytujú predpätie priechodu, prechádzajú doskou. Kolík je spojený s DPS zváracím drôtom. Je to veľmi komplikované zariadenie. Niektoré komponenty na doske sa používajú na testovacie nastavenie (SAT). Ale presne som definoval, kde sú tieto komponenty. Môžete hádať, kde sú tieto komponenty nainštalované? Mimochodom, pod doskou. Produktoví inžinieri a technici nie sú šťastní, keď musia celú vec rozobrať a po dokončení nastavenia znova poskladať. Odvtedy som tú chybu neurobil.

umiestnenie

Rovnako ako v prípade DPS je miesto všetkým. Tam, kde je obvod umiestnený na doske plošných spojov, kde sú nainštalované jeho konkrétne súčasti obvodu a ktoré ďalšie obvody s ním susedia, sú všetky veľmi dôležité.

Polohy vstupu, výstupu a napájania sú spravidla vopred určené, ale obvody medzi nimi musia byť „kreatívne“. To je dôvod, prečo venovať pozornosť detailom zapojenia môže priniesť obrovské dividendy. Začnite umiestnením kľúčových komponentov, zvážte obvod a celú DPS. Špecifikácia umiestnenia kľúčových komponentov a cesty signálov od začiatku pomáha zaistiť, aby dizajn fungoval podľa plánu. Správne prevedenie dizajnu prvýkrát zníži náklady a stres – a tým aj vývojové cykly.

Vynechajte napájanie

Vynechanie výkonovej strany zosilňovača na zníženie šumu je dôležitým aspektom procesu návrhu DPS-ako pre vysokorýchlostné operačné zosilňovače, tak aj pre iné vysokorýchlostné obvody. Existujú dve bežné konfigurácie obtokových vysokorýchlostných operačných zosilňovačov.

Napájacie uzemnenie: Táto metóda je vo väčšine prípadov najefektívnejšia a používa viacnásobné skratové kondenzátory na priame uzemnenie napájacích kolíkov operačného zosilňovača. Dva skratové kondenzátory sú spravidla dostačujúce – ale pridanie bočníkových kondenzátorov môže byť prospešné pre niektoré obvody.

Paralelné kondenzátory s rôznymi hodnotami kapacity pomáhajú zaistiť, aby kolíky napájacieho zdroja videli v širokom pásme iba nízku impedanciu striedavého prúdu. Toto je obzvlášť dôležité pri útlmovej frekvencii operačného zosilňovača (RJR) (RJR). Kondenzátor pomáha kompenzovať znížené PSR zosilňovača. Uzemňovacie cesty, ktoré udržujú nízku impedanciu v mnohých desaťnásobných rozsahoch, pomôžu zaistiť, aby sa do operačného zosilňovača nedostal škodlivý hluk. Obrázok 1 ilustruje výhody použitia viacerých súbežných elektrických kontajnerov. Pri nízkych frekvenciách poskytujú veľké kondenzátory pozemný prístup s nízkou impedanciou. Akonáhle však frekvencie dosiahnu svoju rezonančnú frekvenciu, kondenzátory sa stanú menej kapacitnými a nadobudnú väčšiu zmyselnosť. Preto je dôležité mať viac kondenzátorov: pretože frekvenčná odozva jedného kondenzátora začína klesať, do hry vstupuje frekvenčná odozva druhého kondenzátora, čím sa udržuje veľmi nízka striedavá impedancia v mnohých desaťoktávach.

Začnite priamo z napájacieho kolíka operačného zosilňovača; Kondenzátory s minimálnou kapacitou a minimálnou fyzickou veľkosťou by mali byť umiestnené na tej istej strane dosky plošných spojov ako operačný zosilňovač – čo najbližšie k zosilňovaču. Uzemňovací terminál kondenzátora musí byť priamo spojený s uzemňovacou rovinou najkratším kolíkom alebo tlačeným vodičom. Vyššie uvedené uzemňovacie pripojenie musí byť čo najbližšie ku koncu záťaže zosilňovača, aby sa minimalizovalo rušenie medzi napájaním a uzemňovacím koncom. Obrázok 2 ilustruje tento spôsob pripojenia.

Tento postup by sa mal zopakovať pre veľké kondenzátory. Najlepšie je začať s minimálnou kapacitou 0.01 μF a umiestniť blízko neho elektrolytický kondenzátor s nízkym ekvivalentným sériovým odporom (ESR) 2.2 μF (alebo viac). Kondenzátor 0.01 μF s veľkosťou puzdra 0508 má veľmi nízku sériovú indukčnosť a vynikajúci vysokofrekvenčný výkon.

Napájanie na výkon: Iná konfigurácia používa jeden alebo viac obtokových kondenzátorov zapojených medzi kladné a záporné konce operačného zosilňovača. Táto metóda sa často používa, keď je ťažké nakonfigurovať štyri kondenzátory v obvode. Nevýhodou je, že veľkosť krytu kondenzátora sa môže zvýšiť, pretože napätie na kondenzátore je dvojnásobkom hodnoty metódy bypassu s jedným napájaním. Zvýšenie napätia vyžaduje zvýšenie menovitého prierazného napätia zariadenia, čo znamená zvýšenie veľkosti krytu. Tento prístup však môže zlepšiť výkon PSR a skreslenia.

Pretože je každý obvod a zapojenie odlišný, konfigurácia, počet a hodnota kapacity kondenzátorov budú závisieť od požiadaviek aktuálneho obvodu.

Parazitické efekty

Parazitické efekty sú doslova závady, ktoré sa vkradnú do vašej DPS a spôsobia chaos, bolesti hlavy a nevysvetliteľnú pohromu na okruhu. Sú to skryté parazitné kondenzátory a induktory, ktoré prenikajú do vysokorýchlostných obvodov. Čo zahŕňa parazitickú indukčnosť tvorenú príliš dlhým kolíkom obalu a tlačeným drôtom; Parazitická kapacita vytvorená medzi podložkou a zemou, podložkou k silovej rovine a podložkou k tlačovej linke; Interakcie medzi priechodnými dierami a mnoho ďalších možných účinkov.