تلعب أسلاك لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) دورًا رئيسيًا في الدوائر عالية السرعة، ولكنها غالبًا ما تكون إحدى الخطوات الأخيرة في عملية تصميم الدوائر. هناك العديد من المشكلات المتعلقة بأسلاك PCB عالية السرعة، وقد تمت كتابة الكثير من المؤلفات حول هذا الموضوع. تتناول هذه المقالة بشكل أساسي توصيلات الدوائر عالية السرعة من منظور عملي. الغرض الرئيسي هو مساعدة المستخدمين الجدد على الاهتمام بالعديد من المشكلات المختلفة التي يجب أخذها في الاعتبار عند تصميم تخطيطات دوائر PCB عالية السرعة. الغرض الآخر هو توفير مادة مراجعة للعملاء الذين لم يلمسوا أسلاك ثنائي الفينيل متعدد الكلور لفترة من الوقت. نظرًا للتخطيط المحدود، لا يمكن لهذه المقالة مناقشة جميع المشكلات بالتفصيل، ولكننا سنناقش الأجزاء الرئيسية التي لها التأثير الأكبر على تحسين أداء الدائرة، وتقصير وقت التصميم، وتوفير وقت التعديل.

على الرغم من أن التركيز الرئيسي هنا ينصب على الدوائر المتعلقة بمضخمات التشغيل عالية السرعة، إلا أن المشكلات والطرق التي تمت مناقشتها هنا تنطبق بشكل عام على الأسلاك المستخدمة في معظم الدوائر التناظرية الأخرى عالية السرعة. عندما يعمل مكبر الصوت التشغيلي في نطاق تردد راديوي عالي جدًا (RF)، فإن أداء الدائرة يعتمد إلى حد كبير على تخطيط PCB. لا يمكن لتصميمات الدوائر عالية الأداء التي تبدو جيدة على "الرسومات" أن تحصل على أداء عادي إلا إذا تأثرت بالإهمال أثناء توصيل الأسلاك. سيساعد التفكير المسبق والاهتمام بالتفاصيل المهمة طوال عملية توصيل الأسلاك على ضمان أداء الدائرة المتوقع.

رسم تخطيطي

على الرغم من أن التخطيط الجيد لا يمكن أن يضمن توصيل أسلاك جيدة، إلا أن الأسلاك الجيدة تبدأ بتخطيط جيد. فكر جيدًا عند رسم المخطط، ويجب أن تأخذ في الاعتبار تدفق الإشارة للدائرة بأكملها. إذا كان هناك تدفق إشارة طبيعي ومستقر من اليسار إلى اليمين في المخطط، فيجب أن يكون هناك نفس تدفق الإشارة الجيد على PCB. قدم أكبر قدر ممكن من المعلومات المفيدة حول المخطط. نظرًا لأنه في بعض الأحيان لا يكون مهندس تصميم الدائرة موجودًا، سيطلب منا العملاء المساعدة في حل مشكلة الدائرة، وسيكون المصممون والفنيون والمهندسون المشاركون في هذا العمل ممتنين للغاية، بما في ذلك نحن.

بالإضافة إلى المعرفات المرجعية العادية، واستهلاك الطاقة، والتسامح مع الأخطاء، ما هي المعلومات التي ينبغي تقديمها في المخطط؟ فيما يلي بعض الاقتراحات لتحويل المخططات العادية إلى مخططات من الدرجة الأولى. إضافة أشكال موجية، ومعلومات ميكانيكية عن الغلاف، وطول الخطوط المطبوعة، والمساحات الفارغة؛ تشير إلى المكونات التي يجب وضعها على ثنائي الفينيل متعدد الكلور؛ إعطاء معلومات الضبط، ونطاقات قيمة المكونات، ومعلومات تبديد الحرارة، والخطوط المطبوعة لممانعة التحكم، والتعليقات، والدوائر الموجزة وصف الإجراء... (وغيرها).
لا تصدق أحدا

إذا لم تكن تصمم الأسلاك بنفسك، فتأكد من إتاحة الوقت الكافي للتحقق بعناية من تصميم شخص الأسلاك. الوقاية الصغيرة تستحق العلاج مائة مرة في هذه المرحلة. لا تتوقع أن يفهم شخص الأسلاك أفكارك. إن رأيك وتوجيهاتك هي الأهم في المراحل الأولى من عملية تصميم الأسلاك. كلما زادت المعلومات التي يمكنك تقديمها، وكلما زاد تدخلك في عملية توصيل الأسلاك بأكملها، كلما كان ثنائي الفينيل متعدد الكلور الناتج أفضل. قم بتعيين نقطة إكمال مبدئية للفحص السريع لمهندس تصميم الأسلاك وفقًا لتقرير تقدم الأسلاك الذي تريده. تمنع طريقة "الحلقة المغلقة" هذه الأسلاك من الانحراف، مما يقلل من إمكانية إعادة العمل.

تتضمن التعليمات التي يجب تقديمها لمهندس الأسلاك ما يلي: وصف مختصر لوظيفة الدائرة، ورسم تخطيطي لثنائي الفينيل متعدد الكلور يشير إلى مواضع الإدخال والإخراج، ومعلومات تكديس ثنائي الفينيل متعدد الكلور (على سبيل المثال، مدى سماكة اللوحة، وعدد الطبقات توجد معلومات مفصلة حول كل طبقة إشارة ووظيفة المستوى الأرضي واستهلاك الطاقة والسلك الأرضي والإشارة التناظرية والإشارة الرقمية وإشارة التردد اللاسلكي)؛ الإشارات المطلوبة لكل طبقة؛ تتطلب وضع مكونات مهمة؛ الموقع الدقيق للمكونات الالتفافية؛ ما هي الخطوط المطبوعة مهمة؟ الخطوط التي تحتاج إلى التحكم في مقاومة الخطوط المطبوعة؛ ما هي الخطوط التي يجب أن تتناسب مع الطول؟ حجم المكونات الخطوط المطبوعة التي يجب أن تكون بعيدة (أو قريبة من) بعضها البعض؛ الخطوط التي يجب أن تكون بعيدة (أو قريبة من) بعضها البعض؛ ما هي المكونات التي يجب أن تكون بعيدة (أو قريبة) من بعضها البعض؟ ما هي المكونات التي يجب وضعها في الجزء العلوي من PCB، وما هي المكونات التي يجب وضعها أدناه. لا تشتكي أبدًا من أن هناك الكثير من المعلومات للآخرين - هل هي قليلة جدًا؟ هل هو أكثر من اللازم؟ لا.

تجربة تعليمية: منذ حوالي 10 سنوات، قمت بتصميم لوحة دارة مثبتة على السطح متعددة الطبقات - توجد مكونات على جانبي اللوحة. استخدم الكثير من البراغي لتثبيت اللوحة في غلاف من الألومنيوم المطلي بالذهب (نظرًا لوجود مؤشرات صارمة للغاية ضد الاهتزاز). تمر المسامير التي توفر تغذية متحيزة عبر اللوحة. يتم توصيل هذا الدبوس بثنائي الفينيل متعدد الكلور عن طريق أسلاك اللحام. هذا جهاز معقد للغاية. يتم استخدام بعض المكونات الموجودة على اللوحة لإعداد الاختبار (SAT). لكنني حددت بوضوح موقع هذه المكونات. هل يمكنك تخمين مكان تثبيت هذه المكونات؟ بالمناسبة، تحت المجلس. عندما اضطر مهندسو وفنيو المنتج إلى تفكيك الجهاز بالكامل وإعادة تجميعه بعد الانتهاء من الإعدادات، بدا أنهم غير سعداء للغاية. ولم أرتكب هذا الخطأ مرة أخرى منذ ذلك الحين.

موضع

تمامًا كما هو الحال في PCB، الموقع هو كل شيء. مكان وضع الدائرة على PCB، ومكان تركيب مكونات الدائرة المحددة، وما هي الدوائر الأخرى المجاورة، وكلها أمور مهمة جدًا.

عادة، يتم تحديد مواقع الإدخال والإخراج وإمدادات الطاقة مسبقًا، ولكن الدائرة بينهما تحتاج إلى "لعب إبداعاتها الخاصة". هذا هو السبب في أن الاهتمام بتفاصيل الأسلاك سيحقق عوائد ضخمة. ابدأ بموقع المكونات الرئيسية وفكر في الدائرة المحددة ولوحة PCB بأكملها. إن تحديد موقع المكونات الرئيسية ومسارات الإشارة منذ البداية يساعد على ضمان تلبية التصميم لأهداف العمل المتوقعة. يمكن أن يؤدي الحصول على التصميم الصحيح في المرة الأولى إلى تقليل التكاليف والضغط وتقصير دورة التطوير.

تجاوز السلطة

يعد تجاوز مصدر الطاقة على جانب الطاقة من مكبر الصوت من أجل تقليل الضوضاء جانبًا مهمًا جدًا في عملية تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور - بما في ذلك مكبرات الصوت التشغيلية عالية السرعة أو الدوائر الأخرى عالية السرعة. هناك طريقتان شائعتان للتكوين لتجاوز مكبرات الصوت التشغيلية عالية السرعة.

تأريض محطة إمداد الطاقة: هذه الطريقة هي الأكثر فعالية في معظم الحالات، وذلك باستخدام مكثفات متوازية متعددة لتأريض طرف إمداد الطاقة الخاص بمضخم التشغيل مباشرة. بشكل عام، يكون وجود مكثفين متوازيين كافيين، لكن إضافة مكثفات متوازية قد يفيد بعض الدوائر.

يساعد التوصيل المتوازي للمكثفات ذات قيم السعة المختلفة على ضمان أنه لا يمكن رؤية سوى مقاومة التيار المتردد المنخفض (AC) على طرف مصدر الطاقة عبر نطاق تردد واسع. وهذا مهم بشكل خاص عند تردد التوهين لنسبة رفض مصدر طاقة مضخم التشغيل (PSR). يساعد هذا المكثف على تعويض انخفاض PSR لمكبر الصوت. سيساعد الحفاظ على مسار أرضي منخفض المقاومة في العديد من نطاقات العشرة أوكتاف على ضمان عدم إمكانية دخول الضوضاء الضارة إلى مضخم التشغيل. يوضح الشكل 1 مزايا استخدام مكثفات متعددة على التوازي. في الترددات المنخفضة، توفر المكثفات الكبيرة مسارًا أرضيًا منخفض المعاوقة. ولكن بمجرد أن يصل التردد إلى تردد الرنين الخاص به، فإن سعة المكثف سوف تضعف وستبدو حثيًا تدريجيًا. ولهذا السبب من المهم استخدام مكثفات متعددة: عندما تبدأ الاستجابة الترددية لأحد المكثفات في الانخفاض، تبدأ الاستجابة الترددية للمكثف الآخر في العمل، لذلك يمكنه الحفاظ على ممانعة تيار متردد منخفضة جدًا في العديد من نطاقات العشرة أوكتاف.

ابدأ مباشرة باستخدام دبابيس مصدر الطاقة الخاصة بمضخم العمليات؛ يجب وضع المكثف ذو السعة الأصغر والأصغر حجمًا ماديًا على نفس الجانب من PCB مثل مضخم التشغيل - وعلى مقربة قدر الإمكان من مكبر الصوت. يجب أن يكون الطرف الأرضي للمكثف متصلاً مباشرة بالمستوى الأرضي باستخدام أقصر دبوس أو سلك مطبوع. يجب أن يكون الاتصال الأرضي العلوي قريبًا قدر الإمكان من طرف تحميل مكبر الصوت من أجل تقليل التداخل بين طرف الطاقة والطرف الأرضي.

يجب تكرار هذه العملية بالنسبة للمكثفات ذات قيمة السعة الأكبر التالية. من الأفضل البدء بالقيمة الدنيا للسعة البالغة 0.01 μF ووضع مكثف إلكتروليتي سعة 2.2 μF (أو أكبر) بمقاومة متسلسلة مكافئة منخفضة (ESR) بالقرب منه. يحتوي المكثف 0.01 μF بحجم علبة 0508 على محاثة متسلسلة منخفضة جدًا وأداء ممتاز عالي التردد.

مصدر الطاقة إلى مصدر الطاقة: تستخدم طريقة التكوين الأخرى واحدًا أو أكثر من المكثفات الالتفافية المتصلة عبر أطراف إمداد الطاقة الموجبة والسالبة لمكبر الصوت التشغيلي. تُستخدم هذه الطريقة عادةً عندما يكون من الصعب تكوين أربعة مكثفات في الدائرة. عيبه هو أن حجم علبة المكثف قد يزيد لأن الجهد عبر المكثف هو ضعف قيمة الجهد في طريقة تجاوز العرض الفردي. تتطلب زيادة الجهد زيادة جهد الانهيار المقدر للجهاز، أي زيادة حجم السكن. ومع ذلك، يمكن لهذه الطريقة تحسين أداء PSR والتشويه.

نظرًا لاختلاف كل دائرة وأسلاك، يجب تحديد التكوين والعدد وقيمة السعة للمكثفات وفقًا لمتطلبات الدائرة الفعلية.