Ožičenje štampanih ploča (PCB) igra ključnu ulogu u brzim kolima, ali je često jedan od poslednjih koraka u procesu dizajna kola. Mnogo je problema sa brzim PCB ožičenjem, a na ovu temu je napisano dosta literature. Ovaj članak uglavnom govori o ožičenju brzih kola iz praktične perspektive. Glavna svrha je pomoći novim korisnicima da obrate pažnju na mnoga različita pitanja koja treba uzeti u obzir pri dizajniranju rasporeda PCB kola za velike brzine. Druga svrha je pružanje materijala za pregled za kupce koji neko vrijeme nisu dirali ožičenje PCB-a. Zbog ograničenog izgleda, ovaj članak ne može detaljno raspravljati o svim pitanjima, ali ćemo raspravljati o ključnim dijelovima koji imaju najveći učinak na poboljšanje performansi kola, skraćivanje vremena dizajna i uštedu vremena modifikacije.

Iako je glavni fokus ovdje na krugovima koji se odnose na brza operaciona pojačala, problemi i metode o kojima se ovdje raspravlja općenito su primjenjivi na ožičenje koje se koristi u većini drugih analognih kola velike brzine. Kada operaciono pojačalo radi u frekventnom opsegu veoma visoke radio frekvencije (RF), performanse kola u velikoj meri zavise od rasporeda PCB-a. Dizajn kola visokih performansi koji dobro izgledaju na "crtežima" mogu dobiti uobičajene performanse samo ako su pogođeni nepažnjom tokom ožičenja. Prethodno razmatranje i pažnja na važne detalje tokom procesa ožičenja pomoći će osigurati očekivane performanse kola.

Šematski dijagram

Iako dobra šema ne može garantovati dobro ožičenje, dobro ožičenje počinje dobrom šemom. Pažljivo razmislite kada crtate šemu i morate uzeti u obzir tok signala cijelog kola. Ako na šemi postoji normalan i stabilan tok signala s lijeva na desno, onda bi trebao postojati isti dobar protok signala na PCB-u. Dajte što više korisnih informacija na šemi. Budući da ponekad inženjer za projektovanje kola nije tu, kupci će nas zamoliti da pomognemo u rešavanju problema kola, dizajneri, tehničari i inženjeri angažovani na ovom poslu će biti veoma zahvalni, uključujući i nas.

Pored uobičajenih referentnih identifikatora, potrošnje energije i tolerancije greške, koje informacije treba dati na šemi? Evo nekoliko prijedloga za pretvaranje običnih šema u prvoklasne sheme. Dodajte valne oblike, mehaničke informacije o ljusci, dužinu ispisanih linija, prazna područja; naznačiti koje komponente treba postaviti na PCB; dati informacije o podešavanju, raspon vrijednosti komponenti, informacije o rasipavanju topline, štampane linije kontrolne impedancije, komentare i kratke sklopove Opis radnje... (i ostalo).
Ne vjeruj nikome

Ako sami ne dizajnirate ožičenje, svakako ostavite dovoljno vremena da pažljivo provjerite dizajn osobe za ožičenje. Mala prevencija vrijedi sto puta više od lijeka u ovom trenutku. Ne očekujte da će osoba za ožičenje razumjeti vaše ideje. Vaše mišljenje i smjernice su najvažniji u ranim fazama procesa projektovanja ožičenja. Što više informacija možete pružiti i što više intervenirate u cjelokupnom procesu ožičenja, to će rezultirajući PCB biti bolji. Postavite probnu tačku završetka za inženjera za projektovanje ožičenja - brzu provjeru prema željenom izvještaju o napretku ožičenja. Ova metoda "zatvorene petlje" sprječava da ožičenje zaluta, čime se minimizira mogućnost prerade.

Upute koje treba dati inženjeru ožičenja uključuju: kratak opis funkcije kola, shematski dijagram PCB-a koji pokazuje ulazne i izlazne pozicije, informacije o slaganju PCB-a (na primjer, koliko je debela ploča, koliko slojeva postoje i detaljne informacije o svakom sloju signala i funkciji uzemljenja Potrošnja energije, žica za uzemljenje, analogni signal, digitalni signal i RF signal); koji su signali potrebni za svaki sloj; zahtijevaju postavljanje važnih komponenti; tačna lokacija komponenti premosnice; koje su štampane linije važne; koje linije treba da kontrolišu štampane linije impedancije; Koje linije moraju odgovarati dužini; veličina komponenti; koje štampane linije moraju biti udaljene (ili blizu) jedna drugoj; koje linije moraju biti udaljene (ili blizu) jedna drugoj; koje komponente moraju biti udaljene (ili blizu) jedna drugoj; koje komponente treba postaviti na vrh PCB-a, koje su postavljene ispod. Nikada se ne žalite da ima previše informacija za druge – premalo? Je li to previše? Nemoj.

Iskustvo učenja: Prije otprilike 10 godina dizajnirao sam višeslojnu ploču za površinsku montažu – komponente su na obje strane ploče. Koristite puno vijaka da pričvrstite ploču u pozlaćenu aluminijsku školjku (jer postoje vrlo strogi antivibracijski indikatori). Igle koje obezbeđuju propusnost za pristrasnost prolaze kroz ploču. Ovaj pin je spojen na PCB žicama za lemljenje. Ovo je veoma komplikovan uređaj. Neke komponente na ploči se koriste za podešavanje testa (SAT). Ali ja sam jasno odredio lokaciju ovih komponenti. Možete li pogoditi gdje su ove komponente instalirane? Usput, ispod daske. Kada su inženjeri i tehničari proizvoda morali rastaviti cijeli uređaj i ponovo ga sastaviti nakon završetka podešavanja, djelovali su vrlo nesretno. Od tada više nisam napravio ovu grešku.

Pozicija

Baš kao u PCB-u, lokacija je sve. Gdje staviti kolo na PCB, gdje instalirati njegove specifične komponente kola i koja su druga susjedna kola, a sve je to vrlo važno.

Obično su pozicije ulaza, izlaza i napajanja unaprijed određene, ali kolo između njih treba da "igra svoju vlastitu kreativnost". Zbog toga će obraćanje pažnje na detalje ožičenja donijeti ogromne povrate. Počnite s lokacijom ključnih komponenti i razmotrite specifično kolo i cijeli PCB. Određivanje lokacije ključnih komponenti i signalnih putanja od početka pomaže da se osigura da dizajn ispunjava očekivane radne ciljeve. Dobivanje pravog dizajna prvi put može smanjiti troškove i pritisak – i skratiti razvojni ciklus.

Bypass power

Zaobilaženje napajanja na strani napajanja pojačala kako bi se smanjio šum je vrlo važan aspekt u procesu dizajna PCB-a – uključujući brza operativna pojačala ili druga kola velike brzine. Postoje dvije uobičajene metode konfiguracije za zaobilaženje brzih operativnih pojačala.

Uzemljenje terminala napajanja: Ova metoda je najefikasnija u većini slučajeva, koristeći više paralelnih kondenzatora za direktno uzemljenje pina napajanja operativnog pojačala. Uopšteno govoreći, dva paralelna kondenzatora su dovoljna - ali dodavanje paralelnih kondenzatora može koristiti nekim kolima.

Paralelno spajanje kondenzatora s različitim vrijednostima kapacitivnosti pomaže da se osigura da se samo niska impedancija naizmjenične struje (AC) može vidjeti na pinu napajanja u širokom frekventnom opsegu. Ovo je posebno važno kod frekvencije slabljenja omjera odbijanja napajanja operacijskog pojačala (PSR). Ovaj kondenzator pomaže u kompenziranju smanjenog PSR-a pojačala. Održavanje putanje uzemljenja niske impedancije u mnogim opsezima od deset oktava će pomoći da se osigura da štetni šum ne može ući u operacijsko pojačalo. Slika 1 pokazuje prednosti paralelne upotrebe više kondenzatora. Na niskim frekvencijama, veliki kondenzatori obezbeđuju nisku impedanciju uzemljenja. Ali kada frekvencija dostigne sopstvenu rezonantnu frekvenciju, kapacitet kondenzatora će oslabiti i postepeno će izgledati induktivno. Zbog toga je važno koristiti više kondenzatora: kada frekvencijski odziv jednog kondenzatora počne opadati, frekvencijski odziv drugog kondenzatora počinje raditi, tako da može održavati vrlo nisku AC impedanciju u mnogim rasponima od deset oktava.

Započnite direktno sa pinovima napajanja operativnog pojačala; kondenzator sa najmanjim kapacitetom i najmanjom fizičkom veličinom treba biti postavljen na istoj strani PCB-a kao i operacijsko pojačalo - i što bliže pojačalu. Terminal za uzemljenje kondenzatora treba da bude direktno povezan sa uzemljenjem najkraćim iglom ili štampanom žicom. Nadzemni priključak treba da bude što bliže terminalu za opterećenje pojačala kako bi se smanjile smetnje između terminala za napajanje i terminala za uzemljenje.

Ovaj proces treba ponoviti za kondenzatore sa sljedećom najvećom vrijednošću kapacitivnosti. Najbolje je započeti s minimalnom vrijednošću kapacitivnosti od 0,01 µF i postaviti elektrolitički kondenzator od 2,2 µF (ili veći) s niskim ekvivalentnim serijskim otporom (ESR) blizu njega. Kondenzator od 0,01 µF sa veličinom kućišta 0508 ima vrlo nisku serijsku induktivnost i odlične performanse visoke frekvencije.

Napajanje za napajanje: Druga metoda konfiguracije koristi jedan ili više premosnih kondenzatora povezanih preko pozitivnih i negativnih terminala napajanja operacionog pojačala. Ova metoda se obično koristi kada je teško konfigurirati četiri kondenzatora u krugu. Njegov nedostatak je što se veličina kućišta kondenzatora može povećati jer je napon na kondenzatoru dvostruko veći od vrijednosti napona u metodi premosnice sa jednim napajanjem. Povećanje napona zahtijeva povećanje nazivnog probojnog napona uređaja, odnosno povećanje veličine kućišta. Međutim, ova metoda može poboljšati PSR i performanse izobličenja.

Budući da se svako kolo i ožičenje razlikuju, konfiguraciju, broj i vrijednost kapacitivnosti kondenzatora treba odrediti prema zahtjevima stvarnog kola.