PCB高速佈線的實現方法

雖然 印刷電路板 (PCB) 佈線在高速電路中起著關鍵作用,它通常只是電路設計過程的最後一步之一。 高速PCB佈線有很多方面。 有很多關於這個主題的文獻可供參考。 本文主要從實用的角度討論高速電路的佈線問題。 主要目的是幫助新用戶注意設計高速電路PCB佈線時需要考慮的許多不同問題。 另一個目的是為有一段時間沒有接觸PCB佈線的客戶提供一個複習資料。 受文章版面限制,本文無法詳細討論所有問題,但本文將討論對提高電路性能、縮短設計時間、節省修改時間影響最大的關鍵部分。

印刷電路板

儘管本文重點介紹與高速運算放大器相關的電路,但本文討論的問題和方法一般適用於大多數其他高速模擬電路中使用的佈線。 當運算放大器工作在非常高的射頻(RF)頻段時,電路的性能很大程度上取決於PCB佈局。 在圖紙上看起來不錯的高性能電路設計,如果受到粗心大意的佈線影響,只能得到普通的性能。 因此,在整個佈線過程中預先考慮和關注重要細節將有助於確保預期的電路性能。 原理圖 儘管好的原理圖並不能保證好的佈線,好的佈線始於好的原理圖。 畫原理圖的時候一定要仔細考慮,還要考慮整個電路的信號方向。 如果原理圖中從左到右有正常穩定的信號流,那麼PCB上應該有同樣好的信號流。 在原理圖上提供盡可能多的有用信息。 這樣,即使有些問題電路設計工程師無法解決,客戶也可以尋求其他渠道幫助解決電路問題。 In addition to the common reference identifiers, power consumption, and error tolerance, what other information should be given in the schematic? 下面將提供一些建議,將普通的原理圖變成最好的原理圖。 添加波形、外殼機械信息、打印線長度和空白區域; 指明哪些組件需要放置在 PCB 上; 給出調整信息、元件值範圍、散熱信息、控制阻抗印製線、註釋和簡要電路動作描述等信息。 不要相信如果不是自己設計佈線,一定要留出充足的時間仔細檢查佈線人員的設計。 一個小小的預防措施的價值可能是補救措施的一百倍。 不要指望接線人員能理解設計師的想法。 佈線設計過程中的早期意見和指導是最重要的。 能提供的信息越多,整個佈線過程中涉及的越多,得到的PCB就越好。 為佈線設計工程師設定一個暫定的完成點,並根據所需的佈線進度報告快速檢查。 這種閉環方式可以防止走線,從而最大限度地減少重新設計的可能性。 需要給佈線工程師的說明包括:電路功能的簡短描述,指示輸入和輸出位置的PCB示意圖,PCB堆疊信息(例如,板有多厚,多少層有每個信號層和地平面的詳細信息:功耗、地線、模擬信號、數字信號和射頻信號等); 每層需要哪些信號; 需要放置重要組件; 旁路組件的確切位置; 那些印刷的線條很重要; 哪些線路需要控制阻抗印刷線路; 哪些行需要匹配長度; 組件的大小; 哪些印刷線需要彼此遠離(或接近); 哪些線路需要彼此遠離(或接近); 哪些組件需要彼此遠離(或靠近); 哪些元器件需要放在PCB上面,哪些放在下面。 佈線設計工程師永遠不會抱怨需要提供的信息太多。 There is never too much information. 接下來分享一個學習心得:大約10年前,我進行了一個多層表面貼裝電路板的設計項目,電路板的兩面都有元件。 使用大量螺絲將板子固定在鍍金鋁製外殼中(因為抗震性有非常嚴格的標準)。 提供偏置饋通的引腳穿過電路板。 該引腳通過焊接線連接到 PCB。 這是一個非常複雜的設備。 Some components on the board are used for test setting (SAT). 但是工程師已經明確定義了這些組件的位置。 這些組件安裝在哪裡? 就在板子下面。 當產品工程師和技術人員在完成設置後必須拆卸整個設備並重新組裝它們時,這個過程變得非常複雜。 Therefore, such errors must be minimized as much as possible. Position is just like in the PCB, position is everything. PCB上的電路放哪裡,具體的電路元件安裝在哪裡,其他相鄰的電路是什麼,這些都是很重要的。 通常,輸入、輸出和電源的位置是預先確定的,但它們之間的電路需要有創意。 這就是為什麼注意佈線細節會對後續製造產生重大影響。 從關鍵元件的位置開始,考慮具體的電路和整個 PCB。 從一開始就指定關鍵組件的位置和信號路徑有助於確保設計實現預期的工作目標。 一次獲得正確的設計可以降低成本和壓力,從而縮短開發週期。 旁路電源在放大器的電源端設置旁路電源以降低噪聲是PCB設計過程中一個非常重要的方向,包括高速運算放大器和其他高速電路。 旁路高速運算放大器有兩種常見的配置方法。 * 這種將電源端接地的方法在大多數情況下是最有效的,使用多個並聯電容器將運算放大器的電源引腳直接接地。 一般來說,兩個並聯電容就足夠了,但增加並聯電容可能會給某些電路帶來好處。 將不同電容值的電容器並聯有助於確保電源引腳在很寬的頻帶內具有非常低的交流(AC)阻抗。 這在運算放大器電源抑制比 (PSR) 的衰減頻率下尤為重要。 該電容器有助於補償放大器降低的 PSR。 在許多十倍頻程範圍內保持低阻抗接地路徑將有助於確保有害噪聲不會進入運算放大器。 (圖 1)顯示了並聯使用多個電容器的優點。 在低頻時,大電容提供低阻抗接地路徑。 But once the frequency reaches their own resonant frequency, the compatibility of the capacitor will be weakened and gradually appear inductive.