El cablejat de la placa de circuit imprès (PCB) té un paper clau en els circuits d'alta velocitat, però sovint és un dels últims passos en el procés de disseny de circuits. Hi ha molts problemes amb el cablejat de PCB d'alta velocitat i s'ha escrit molta literatura sobre aquest tema. Aquest article tracta principalment el cablejat de circuits d'alta velocitat des d'una perspectiva pràctica. L'objectiu principal és ajudar els nous usuaris a prestar atenció a molts problemes diferents que s'han de tenir en compte a l'hora de dissenyar dissenys de circuits PCB d'alta velocitat. Un altre propòsit és proporcionar un material de revisió per als clients que no han tocat el cablejat de PCB durant un temps. A causa del disseny limitat, aquest article no pot tractar tots els problemes en detall, però parlarem de les parts clau que tenen un efecte més gran per millorar el rendiment del circuit, escurçar el temps de disseny i estalviar temps de modificació.

Tot i que l'enfocament principal aquí se centra en els circuits relacionats amb amplificadors operacionals d'alta velocitat, els problemes i mètodes que s'expliquen aquí són generalment aplicables al cablejat utilitzat en la majoria dels altres circuits analògics d'alta velocitat. Quan l'amplificador operacional funciona en una banda de freqüència de radiofreqüència (RF) molt alta, el rendiment del circuit depèn en gran mesura de la disposició del PCB. Els dissenys de circuits d'alt rendiment que es veuen bé als "dibuixos" només poden obtenir un rendiment normal si es veuen afectats per la negligència durant el cablejat. La consideració prèvia i l'atenció als detalls importants al llarg del procés de cablejat ajudaran a garantir el rendiment esperat del circuit.

Diagrama esquemàtic

Tot i que un bon esquema no pot garantir un bon cablejat, un bon cablejat comença amb un bon esquema. Penseu bé quan dibuixeu l'esquema i heu de tenir en compte el flux de senyal de tot el circuit. Si hi ha un flux de senyal normal i estable d'esquerra a dreta a l'esquema, hauria d'haver el mateix bon flux de senyal a la PCB. Doneu tanta informació útil com sigui possible sobre l'esquema. Com que de vegades l'enginyer de disseny de circuits no hi és, els clients ens demanaran que ajudem a resoldre el problema del circuit, els dissenyadors, tècnics i enginyers implicats en aquest treball estaran molt agraïts, inclosos nosaltres.

A més dels identificadors de referència habituals, el consum d'energia i la tolerància a errors, quina informació s'ha de donar a l'esquema? Aquí teniu alguns suggeriments per convertir esquemes normals en esquemes de primera classe. Afegiu formes d'ona, informació mecànica sobre la carcassa, longitud de les línies impreses, àrees en blanc; indiqueu quins components s'han de col·locar al PCB; proporcionar informació d'ajustament, rangs de valors de components, informació de dissipació de calor, línies impreses d'impedància de control, comentaris i circuits breus Descripció de l'acció... (i altres).
No et creguis a ningú

Si no esteu dissenyant el cablejat vosaltres mateixos, assegureu-vos de donar temps suficient per comprovar acuradament el disseny de la persona del cablejat. Una petita prevenció val cent vegades el remei en aquest punt. No espereu que la persona del cablejat entengui les vostres idees. La vostra opinió i orientació són les més importants en les primeres etapes del procés de disseny del cablejat. Com més informació pugueu proporcionar i com més interveniu en tot el procés de cablejat, millor serà la PCB resultant. Establiu un punt de finalització provisional per a la verificació ràpida de l'enginyer de disseny de cablejat segons l'informe de progrés del cablejat que vulgueu. Aquest mètode de "bucle tancat" evita que el cablejat es desviï, minimitzant així la possibilitat de retreball.

Les instruccions que cal donar a l'enginyer de cablejat inclouen: una breu descripció de la funció del circuit, un diagrama esquemàtic de la PCB que indica les posicions d'entrada i sortida, informació d'apilament de PCB (per exemple, el gruix de la placa, quantes capes). hi ha informació detallada sobre cada capa de senyal i funció del pla de terra Consum d'energia, cable de terra, senyal analògic, senyal digital i senyal de RF); quins senyals són necessaris per a cada capa; requereixen la col·locació de components importants; la ubicació exacta dels components de bypass; quines línies impreses són importants; quines línies necessiten controlar la impedància de les línies impreses; Quines línies han de coincidir amb la longitud; la mida dels components; quines línies impreses han d'estar lluny (o a prop) les unes de les altres; quines línies han d'estar lluny (o a prop) entre si; quins components han d'estar lluny (o a prop) els uns dels altres; quins components s'han de col·locar a la part superior del PCB, quins es col·loquen a sota. No us queixeu mai que hi ha massa informació per als altres, massa poca? És massa? No ho facis.

Una experiència d'aprenentatge: fa uns 10 anys, vaig dissenyar una placa de circuit de muntatge en superfície de múltiples capes: hi ha components a banda i banda de la placa. Utilitzeu molts cargols per fixar el tauler en una carcassa d'alumini daurada (perquè hi ha indicadors antivibracions molt estrictes). Les agulles que proporcionen el biaix passen pel tauler. Aquest pin està connectat a la PCB mitjançant cables de soldadura. Aquest és un dispositiu molt complicat. Alguns components de la placa s'utilitzen per a la configuració de la prova (SAT). Però he definit clarament la ubicació d'aquests components. Pots endevinar on estan instal·lats aquests components? Per cert, sota el tauler. Quan els enginyers i tècnics de producte van haver de desmuntar tot el dispositiu i tornar-los a muntar després de completar la configuració, semblaven molt descontents. No he tornat a cometre aquest error des de llavors.

Posició

Igual que en un PCB, la ubicació ho és tot. On posar un circuit a la PCB, on instal·lar els seus components específics del circuit i quins altres circuits adjacents són, tots ells molt importants.

Normalment, les posicions d'entrada, sortida i font d'alimentació estan predeterminades, però el circuit entre ells ha de "jugar la seva pròpia creativitat". Per això, prestar atenció als detalls del cablejat generarà grans beneficis. Comenceu amb la ubicació dels components clau i considereu el circuit específic i la PCB sencera. Especificar la ubicació dels components clau i els camins de senyal des del principi ajuda a garantir que el disseny compleix els objectius de treball esperats. Aconseguir el disseny correcte la primera vegada pot reduir costos i pressió, i escurçar el cicle de desenvolupament.

Potència de derivació

Eludir la font d'alimentació del costat d'alimentació de l'amplificador per reduir el soroll és un aspecte molt important en el procés de disseny de PCB, inclosos els amplificadors operacionals d'alta velocitat o altres circuits d'alta velocitat. Hi ha dos mètodes de configuració habituals per evitar els amplificadors operacionals d'alta velocitat.

Posar a terra el terminal d'alimentació: aquest mètode és el més eficaç en la majoria dels casos, utilitzant diversos condensadors paral·lels per posar a terra directament el pin de la font d'alimentació de l'amplificador operacional. En termes generals, dos condensadors paral·lels són suficients, però afegir condensadors paral·lels pot beneficiar alguns circuits.

La connexió en paral·lel de condensadors amb diferents valors de capacitat ajuda a garantir que només es pot veure una impedància baixa de corrent altern (CA) al pin de la font d'alimentació en una àmplia banda de freqüència. Això és especialment important a la freqüència d'atenuació de la relació de rebuig de la font d'alimentació de l'amplificador operacional (PSR). Aquest condensador ajuda a compensar el PSR reduït de l'amplificador. Mantenir un camí de terra de baixa impedància en molts rangs de deu octave ajudarà a garantir que no entri soroll nociu a l'amplificador operacional. La figura 1 mostra els avantatges d'utilitzar múltiples condensadors en paral·lel. A baixes freqüències, els condensadors grans proporcionen un camí de terra de baixa impedància. Però una vegada que la freqüència assoleixi la seva pròpia freqüència de ressonància, la capacitat del condensador es debilitarà i apareixerà gradualment inductiva. Per això és important utilitzar múltiples condensadors: quan la resposta de freqüència d'un condensador comença a baixar, la resposta de freqüència de l'altre condensador comença a funcionar, de manera que pot mantenir una impedància de CA molt baixa en molts rangs de deu octave.

Comenceu directament amb els pins de la font d'alimentació de l'amplificador operacional; el condensador amb la capacitat més petita i la mida física més petita s'ha de col·locar al mateix costat de la PCB que l'amplificador operacional, i el més a prop possible de l'amplificador. El terminal de terra del condensador s'ha de connectar directament al pla de terra amb el pin més curt o el cable imprès. La connexió a terra ha d'estar el més a prop possible del terminal de càrrega de l'amplificador per tal de reduir la interferència entre el terminal d'alimentació i el terminal de terra.

Aquest procés s'ha de repetir per als condensadors amb el següent valor de capacitat més gran. El millor és començar amb el valor de capacitat mínim de 0,01 µF i col·locar un condensador electrolític de 2,2 µF (o més gran) amb una resistència sèrie equivalent baixa (ESR) a prop seu. El condensador de 0,01 µF amb una mida de caixa 0508 té una inductància en sèrie molt baixa i un excel·lent rendiment d'alta freqüència.

Font d'alimentació a font d'alimentació: un altre mètode de configuració utilitza un o més condensadors de bypass connectats als terminals d'alimentació positiva i negativa de l'amplificador operacional. Aquest mètode s'utilitza normalment quan és difícil configurar quatre condensadors al circuit. El seu desavantatge és que la mida de la caixa del condensador pot augmentar perquè la tensió a través del condensador és el doble del valor de tensió en el mètode de derivació d'alimentació única. Augmentar la tensió requereix augmentar la tensió de ruptura nominal del dispositiu, és a dir, augmentar la mida de la carcassa. Tanmateix, aquest mètode pot millorar el rendiment de la PSR i la distorsió.

Com que cada circuit i cablejat són diferents, la configuració, el nombre i el valor de capacitat dels condensadors s'han de determinar segons els requisits del circuit real.