Окабеляването на печатната платка (PCB) играе ключова роля във високоскоростните вериги, но често е една от последните стъпки в процеса на проектиране на веригата. Има много проблеми с високоскоростното окабеляване на печатни платки и по тази тема е написана много литература. Тази статия обсъжда главно окабеляването на високоскоростни вериги от практическа гледна точка. Основната цел е да помогне на новите потребители да обърнат внимание на много различни въпроси, които трябва да бъдат взети предвид при проектирането на високоскоростни схеми на PCB. Друга цел е да се предостави материал за преглед на клиенти, които не са докосвали окабеляването на печатни платки за известно време. Поради ограниченото оформление тази статия не може да обсъди всички проблеми в детайли, но ще обсъдим ключовите части, които имат най-голям ефект върху подобряването на производителността на веригата, съкращаването на времето за проектиране и спестяването на време за модификация.

Въпреки че основният фокус тук е върху схеми, свързани с високоскоростни операционни усилватели, проблемите и методите, обсъдени тук, обикновено са приложими за окабеляване, използвано в повечето други високоскоростни аналогови вериги. Когато операционният усилвател работи в честотна лента с много висока радиочестота (RF), производителността на веригата до голяма степен зависи от оформлението на печатната платка. Високоефективните вериги, които изглеждат добре на „чертежите“, могат да получат нормална производителност само ако са засегнати от небрежност по време на окабеляване. Предварителното обмисляне и вниманието към важни детайли по време на процеса на окабеляване ще помогне да се гарантира очакваната производителност на веригата.

Принципна схема

Въпреки че добрата схема не може да гарантира добро окабеляване, доброто окабеляване започва с добра схема. Помислете внимателно, когато чертаете схемата, и трябва да имате предвид потока на сигнала на цялата верига. Ако има нормален и стабилен поток на сигнала отляво надясно в схемата, тогава трябва да има същия добър поток на сигнала върху печатната платка. Дайте възможно най-много полезна информация за схемата. Тъй като понякога инженерът по проектиране на схеми не е там, клиентите ще ни помолят да помогнем за разрешаването на проблема с веригата, дизайнерите, техниците и инженерите, ангажирани с тази работа, ще бъдат много благодарни, включително и ние.

В допълнение към обикновените референтни идентификатори, консумация на енергия и толерантност към грешки, каква информация трябва да бъде дадена в схемата? Ето някои предложения как да превърнете обикновените схеми в първокласни схеми. Добавете вълнови форми, механична информация за черупката, дължина на отпечатаните линии, празни области; посочете кои компоненти трябва да бъдат поставени върху печатната платка; дават информация за регулиране, диапазони на стойностите на компонентите, информация за разсейване на топлината, отпечатани линии за контролен импеданс, коментари и къси вериги Описание на действието... (и други).
Не вярвайте на никого

Ако не проектирате сами окабеляването, не забравяйте да отделите достатъчно време, за да проверите внимателно проекта на лицето, което извършва окабеляването. Една малка профилактика струва сто пъти повече от лечението в този момент. Не очаквайте специалистът по окабеляване да разбере вашите идеи. Вашето мнение и насоки са най-важни в ранните етапи на процеса на проектиране на окабеляване. Колкото повече информация можете да предоставите и колкото повече се намесвате в целия процес на окабеляване, толкова по-добра ще бъде получената печатна платка. Задайте ориентировъчна точка на завършване за бърза проверка на инженера за проектиране на окабеляване според доклада за напредъка на окабеляването, който искате. Този метод на „затворен контур“ предотвратява отклонението на окабеляването, като по този начин минимизира възможността за преработка.

Инструкциите, които трябва да бъдат дадени на инженера по окабеляване, включват: кратко описание на функцията на веригата, схематична диаграма на печатната платка, показваща входните и изходните позиции, информация за подреждане на печатни платки (например колко дебела е платката, колко слоя има и подробна информация за всеки сигнален слой и функция на земната равнина Консумирана мощност, заземен проводник, аналогов сигнал, цифров сигнал и RF сигнал); кои сигнали са необходими за всеки слой; изискват поставянето на важни компоненти; точното местоположение на компонентите на байпаса; кои печатни редове са важни; кои линии трябва да контролират импеданса отпечатани линии; Кои линии трябва да съответстват на дължината; размерът на компонентите; кои отпечатани редове трябва да са далеч (или близо) един до друг; кои линии трябва да са далеч (или близо) една до друга; кои компоненти трябва да са далеч (или близо) един до друг; кои компоненти трябва да бъдат поставени в горната част на платката, кои са поставени отдолу. Никога не се оплаквате, че има твърде много информация за другите - твърде малко? Много ли е? недей

Поучителен опит: Преди около 10 години проектирах многослойна платка за повърхностен монтаж - има компоненти от двете страни на платката. Използвайте много винтове, за да фиксирате платката в позлатена алуминиева обвивка (защото има много строги антивибрационни индикатори). Щифтовете, които осигуряват отклонение, преминават през платката. Този щифт е свързан към печатната платка чрез запояване на проводници. Това е много сложно устройство. Някои компоненти на платката се използват за тестова настройка (SAT). Но аз съм определил ясно местоположението на тези компоненти. Можете ли да познаете къде са инсталирани тези компоненти? Между другото, под дъската. Когато продуктовите инженери и техници трябваше да разглобят цялото устройство и да ги сглобят отново след завършване на настройките, те изглеждаха много недоволни. Оттогава не съм правил тази грешка отново.

Позиция

Точно както при PCB, местоположението е всичко. Къде да поставите верига на печатната платка, къде да инсталирате нейните специфични компоненти на веригата и какви са другите съседни вериги, всички от които са много важни.

Обикновено позициите на входа, изхода и захранването са предварително определени, но веригата между тях трябва да „играе собствената си креативност“. Ето защо обръщането на внимание на детайлите на окабеляването ще донесе огромна печалба. Започнете с местоположението на ключовите компоненти и разгледайте конкретната верига и цялата печатна платка. Указването на местоположението на ключовите компоненти и пътищата на сигнала от самото начало помага да се гарантира, че дизайнът отговаря на очакваните работни цели. Получаването на правилния дизайн от първия път може да намали разходите и напрежението и да съкрати цикъла на разработка.

Байпасно захранване

Заобикалянето на захранването от страната на захранването на усилвателя с цел намаляване на шума е много важен аспект в процеса на проектиране на печатни платки - включително високоскоростни операционни усилватели или други високоскоростни вериги. Има два често срещани метода за конфигуриране за заобикаляне на високоскоростни операционни усилватели.

Заземяване на извода за захранване: Този метод е най-ефективният в повечето случаи, използвайки множество паралелни кондензатори за директно заземяване на извода за захранване на операционния усилвател. Най-общо казано, два паралелни кондензатора са достатъчни, но добавянето на паралелни кондензатори може да е от полза за някои вериги.

Паралелното свързване на кондензатори с различни стойности на капацитет помага да се гарантира, че само нисък импеданс на променлив ток (AC) може да се види на щифта на захранващия щифт в широка честотна лента. Това е особено важно при честотата на затихване на коефициента на отхвърляне на захранването на операционния усилвател (PSR). Този кондензатор помага да се компенсира намаленото PSR на усилвателя. Поддържането на земен път с нисък импеданс в много диапазони от десет октави ще помогне да се гарантира, че вредният шум не може да влезе в операционния усилвател. Фигура 1 показва предимствата на използването на множество кондензатори паралелно. При ниски честоти големите кондензатори осигуряват земен път с нисък импеданс. Но след като честотата достигне собствената им резонансна честота, капацитетът на кондензатора ще отслабне и постепенно ще изглежда индуктивен. Ето защо е важно да се използват множество кондензатори: когато честотната характеристика на единия кондензатор започне да пада, честотната характеристика на другия кондензатор започва да работи, така че той може да поддържа много нисък променлив импеданс в много диапазони от десет октави.

Започнете директно с щифтовете за захранване на операционния усилвател; кондензаторът с най-малък капацитет и най-малък физически размер трябва да бъде поставен от същата страна на печатната платка като операционния усилвател - и възможно най-близо до усилвателя. Заземителната клема на кондензатора трябва да бъде директно свързана към заземителната равнина с най-късия щифт или печатен проводник. Надземната връзка трябва да бъде възможно най-близо до клемата за натоварване на усилвателя, за да се намалят смущенията между клемата за захранване и клемата за заземяване.

Този процес трябва да се повтори за кондензатори със следващата по големина стойност на капацитета. Най-добре е да започнете с минималната стойност на капацитет от 0,01 µF и да поставите 2,2 µF (или по-голям) електролитен кондензатор с ниско еквивалентно серийно съпротивление (ESR) близо до него. Кондензаторът от 0,01 µF с размер на корпуса 0508 има много ниска серийна индуктивност и отлична производителност при високи честоти.

Захранване към захранване: Друг метод за конфигуриране използва един или повече байпасни кондензатори, свързани през положителните и отрицателните клеми на захранването на операционния усилвател. Този метод обикновено се използва, когато е трудно да се конфигурират четири кондензатора във веригата. Недостатъкът му е, че размерът на корпуса на кондензатора може да се увеличи, тъй като напрежението в кондензатора е два пъти по-голямо от стойността на напрежението при метода на байпас с едно захранване. Увеличаването на напрежението изисква увеличаване на номиналното напрежение на пробив на устройството, тоест увеличаване на размера на корпуса. Този метод обаче може да подобри PSR и производителността на изкривяването.

Тъй като всяка верига и окабеляване са различни, конфигурацията, броят и стойността на капацитета на кондензаторите трябва да се определят според изискванията на действителната верига.