Kako oblikovati PCB s praktičnega vidika?

PCB ( tiskano vezje ) ožičenje igra ključno vlogo pri hitrih vezjih. Ta prispevek v glavnem obravnava problem ožičenja hitrih vezij s praktičnega vidika. Glavni namen je pomagati novim uporabnikom, da se zavedajo številnih različnih vprašanj, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju ožičenja tiskanih vezij za visokohitrostna vezja. Drug namen je zagotoviti osvežujoč material za stranke, ki že nekaj časa niso bile izpostavljene ožičenju PCB. Zaradi omejenega prostora v tem članku ni mogoče podrobno obravnavati vseh vprašanj, vendar bomo razpravljali o ključnih delih, ki imajo največji vpliv na izboljšanje delovanja vezja, zmanjšanje časa načrtovanja in prihranek časa spreminjanja.

ipcb

Kako oblikovati PCB s praktičnega vidika

Čeprav se tukaj osredotočamo na vezja, povezana z visokohitrostnimi operacijskimi ojačevalniki, se tukaj obravnavane težave in metode na splošno uporabljajo za ožičenje večine drugih hitrih analognih vezij. Ko operacijski ojačevalniki delujejo v zelo visokih radijskih frekvenčnih pasovih (RF), je delovanje vezja v veliki meri odvisno od ožičenja PCB. Kar je videti kot dobra zasnova visokozmogljivih vezij na “risalni plošči”, se lahko konča z povprečnimi zmogljivostmi, če trpi zaradi neurejenega ožičenja. Predhodna obravnava in pozornost do pomembnih podrobnosti v celotnem procesu ožičenja bosta pomagala zagotoviti želeno delovanje vezja.

shematski diagram

Čeprav dobre sheme ne zagotavljajo dobrega ožičenja, se dobro ožičenje začne z dobrimi shemami. Shematski diagram je treba skrbno narisati in upoštevati smer signala celotnega vezja. Če imate v shemi normalen, stalen pretok signala od leve proti desni, bi morali imeti enako dober pretok signala na tiskanem vezju. Podajte čim več koristnih informacij o shemi. Ker včasih inženir vezja ni na voljo, nas bo stranka prosila, da pomagamo rešiti problem vezja. Oblikovalci, tehniki in inženirji, ki opravljajo to delo, bodo zelo hvaležni, tudi mi.

Katere druge informacije je treba poleg sheme prikazati poleg običajnih referenčnih identifikatorjev, porabe energije in toleranc napak? Tukaj je nekaj predlogov za pretvorbo navadne sheme v prvovrstno shemo. Dodajte valovno obliko, mehanske podatke o lupini, dolžino natisnjene vrstice, prazno območje; Navedite, katere komponente je treba postaviti na tiskano vezje; Podajte informacije o nastavitvah, obseg vrednosti komponent, podatke o odvajanju toplote, natisnjene vrstice krmilne impedance, opombe, jedrnat opis delovanja vezja … (med ostalimi).

Nikomur ne zaupajte

Če sami ne oblikujete ožičenja, si vzemite dovolj časa, da dvakrat preverite zasnovo kabla. Majhna preventiva je tukaj vredna stokrat zdravilo. Ne pričakujte, da bo kabelska oseba razumela, kaj mislite. Vaš vnos in vodenje sta najpomembnejša na začetku procesa načrtovanja ožičenja. Več informacij, kot jih lahko posredujete, in bolj kot ste vključeni v postopek ožičenja, boljša bo posledično tiskana vezja. Za inženirja načrtovanja kablov nastavite okvirno točko zaključka – hitro preverjanje želenega poročila o napredku kablov. Ta pristop “zaprte zanke” preprečuje, da bi ožičenje zgrešilo in tako zmanjša možnost predelave.

Navodila za inženirje ožičenja vključujejo: kratek opis funkcij vezja, skice tiskanega vezja, ki označujejo vhodne in izhodne položaje, informacije o kaskadnem tiskanju tiskanega vezja (npr. Kako debela je plošča, koliko slojev je, podrobnosti o vsaki signalni plasti in ozemljitveni ravnini – poraba energije , zemeljski, analogni, digitalni in RF signali); Plasti potrebujejo te signale; Zahtevati namestitev pomembnih sestavnih delov; Točna lokacija obvodnega elementa; Katere tiskane vrstice so pomembne; Katere črte morajo nadzorovati impedančne tiskane črte; Katere črte se morajo ujemati z dolžino; Mere sestavnih delov; Katere natisnjene vrstice morajo biti daleč (ali blizu) ena od druge; Which lines need to be far (or near) from each other; Katere komponente je treba ločiti drug od drugega (ali blizu); Katere komponente je treba postaviti na vrh in katere na dno tiskanega vezja? Nikoli se ne pritožujte, da morate nekomu dati preveč informacij – premalo? Je; Preveč? Sploh ne.

Ena lekcija: Pred približno 10 leti sem zasnoval večplastno vezje za površinsko montažo-plošča je imela komponente na obeh straneh. Plošče so pritrjene na pozlačeno aluminijasto lupino (zaradi strogih specifikacij, odpornih proti udarcem). Zatiči, ki omogočajo pristransko prehodnost, prehajajo skozi ploščo. Zatič je z varilno žico povezan s tiskanim vezjem. To je zelo zapletena naprava. Some of the components on the board are used for test setting (SAT). But I’ve defined exactly where these components are. Lahko uganete, kje so te komponente nameščene? Mimogrede, pod tablo. Inženirji in tehniki izdelkov niso zadovoljni, ko morajo vse skupaj razstaviti in sestaviti, potem ko ga končajo z nastavitvijo. Od takrat nisem naredil te napake.

mesto

Tako kot pri tiskanih vezjih je lokacija vse. Kjer je vezje nameščeno na tiskanem vezju, kjer so nameščene njegove posebne komponente vezja in katera druga vezja sosednja, so zelo pomembna.

Običajno so vhodni, izhodni in napajalni položaji vnaprej določeni, vendar mora biti vezje med njimi “ustvarjalno”. Zato lahko pozornost na podrobnosti ožičenja prinese ogromne dividende. Začnite z lokacijo ključnih komponent, upoštevajte vezje in celotno tiskano vezje. Določitev lokacije ključnih komponent in poti signalov od začetka pomaga zagotoviti, da zasnova deluje po načrtih. Če prvič naredite pravo zasnovo, se zmanjšajo stroški in stres – in s tem razvojni cikli.

Zaobite napajanje

Izogibanje strani napajanja ojačevalnika za zmanjšanje hrupa je pomemben vidik procesa oblikovanja tiskanega vezja-tako pri hitrih operacijskih ojačevalnikih kot pri drugih hitrih vezjih. Obstajata dve skupni konfiguraciji bypass hitrih operacijskih ojačevalnikov.

Napajanje z ozemljitvijo: Ta metoda je v večini primerov najučinkovitejša z uporabo več shunt kondenzatorjev za neposredno ozemljitev napajalnih zatičev operacijskega ojačevalnika. Two shunt capacitors are generally sufficient – but adding shunt capacitors may be beneficial for some circuits.

Vzporedni kondenzatorji z različnimi vrednostmi kapacitivnosti pomagajo zagotoviti, da zatiči za napajanje vidijo le nizko impedanco AC v širokem pasu. To je še posebej pomembno pri frekvenci dušenja operacijskega ojačevalnika (PSR). Kondenzator pomaga kompenzirati zmanjšan PSR ojačevalnika. Grounding paths that maintain low impedance over many tenx ranges will help ensure that harmful noise does not enter the operational amplifier. Slika 1 prikazuje prednosti uporabe več sočasnih električnih posod. Pri nizkih frekvencah veliki kondenzatorji omogočajo dostop do tal z nizko impedanco. Ko pa frekvence dosežejo svojo resonančno frekvenco, postanejo kondenzatorji manj kapacitivni in prevzamejo več čutnosti. Zato je pomembno, da imamo več kondenzatorjev: ko frekvenčni odziv enega kondenzatorja začne upadati, pride v poštev frekvenčni odziv drugega kondenzatorja, s čimer se ohrani zelo nizka impedanca AC v več desetih oktavah.

Začnite neposredno z napajalnega zatiča operacijskega ojačevalnika; Kondenzatorji z najmanjšo kapacitivnostjo in minimalno fizično velikostjo morajo biti nameščeni na isti strani tiskanega vezja kot operacijski ojačevalnik – čim bližje ojačevalniku. Ozemljitveni priključek kondenzatorja je neposredno povezan z ozemljitveno ravnino z najkrajšim zatičem ali tiskano žico. Zgoraj omenjeni ozemljitveni priključek mora biti čim bližje koncu obremenitve ojačevalnika, da se čim bolj zmanjšajo motnje med napajanjem in ozemljitvenim koncem. Slika 2 ponazarja to metodo povezave.

Ta postopek je treba ponoviti za velike kondenzatorje. Najbolje je, da začnete z najmanjšo kapacitivnostjo 0.01 μF in blizu nje postavite elektrolitski kondenzator z nizko ekvivalentno serijsko upornostjo (ESR) 2.2 μF (ali več). Kondenzator 0.01 μF z velikostjo ohišja 0508 ima zelo nizko serijsko induktivnost in odlično visokofrekvenčno zmogljivost.

Napajanje na napajanje: Druga konfiguracija uporablja enega ali več obvodnih kondenzatorjev, povezanih med pozitivnimi in negativnimi konci moči operacijskega ojačevalnika. Ta metoda se pogosto uporablja, kadar je težko konfigurirati štiri kondenzatorje v vezju. Pomanjkljivost je, da se lahko velikost ohišja kondenzatorja poveča, ker je napetost na kondenzatorju dvakrat večja od vrednosti metode enosmernega obvoda. Povečanje napetosti zahteva povečanje nazivne prekinitvene napetosti naprave, kar pomeni povečanje velikosti ohišja. Vendar lahko ta pristop izboljša PSR in izkrivljanje.

Ker sta vsako vezje in ožičenje različna, bodo konfiguracija, število in vrednost kapacitivnosti kondenzatorjev odvisne od zahtev dejanskega vezja.

Parazitski učinki

Parazitski učinki so dobesedno napake, ki se prikradejo v tiskano vezje in povzročijo opustošenje, glavobole in nepojasnjene opustošenje v vezju. To so skriti parazitski kondenzatorji in induktorji, ki pronicajo v hitra vezja. Kar vključuje parazitsko induktivnost, ki jo tvorita paketni zatič in predolga tiskana žica; Parazitska kapacitivnost, ki nastane med blazinico in tlemi, blazinico do ravnine napajanja in blazinico do tiskalne črte; Interakcije med luknjami in številni drugi možni učinki.