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 del circuit. Hi ha molts problemes amb el cablejat de PCB d’alta velocitat i s’ha escrit molta literatura sobre aquest tema. Aquest article discuteix principalment el cablejat de circuits d'alta velocitat des d'una perspectiva pràctica. El propòsit principal és ajudar els nous usuaris a prestar atenció a molts problemes diferents que cal tenir en compte a l’hora de dissenyar dissenys de PCB de circuit d’alta velocitat. Un altre propòsit és proporcionar un material de revisió als clients que no han tocat el cablejat de PCB durant un temps. A causa de la disposició limitada, aquest article no pot discutir en detall tots els problemes, però parlarem de les parts clau que tenen més efecte per millorar el rendiment del circuit, reduir el temps de disseny i estalviar temps de modificació.

Tot i que el focus principal aquí es troba en circuits relacionats amb amplificadors operatius d’alta velocitat, els problemes i els mètodes que es discuteixen aquí són generalment aplicables al cablejat utilitzat en la majoria d’altres circuits analògics d’alta velocitat. Quan l'amplificador operatiu funciona en una banda de freqüència de ràdio molt alta (RF), el rendiment del circuit depèn en gran mesura del disseny del PCB. Els dissenys de circuits d’alt rendiment que tenen un bon aspecte als “dibuixos” només poden obtenir un rendiment ordinari si es veuen afectats per la descuidi durant el cablejat. El pre-constitució i l’atenció a detalls importants durant tot el procés de cablejat ajudaran a garantir el rendiment previst 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 atentament en dibuixar l’esquema i heu de considerar el flux de senyal de tot el circuit. Si hi ha un flux de senyal normal i estable d’esquerra a dreta en l’esquema, hi hauria d’haver el mateix bon flux de senyal al PCB. Doneu la màxima informació útil possible sobre l’esquema. Com que de vegades l’enginyer de disseny de circuits no hi és, els clients ens demanaran que ajudin a solucionar el problema del circuit, els dissenyadors, tècnics i enginyers que participen en aquest treball seran molt agraïts, inclosos nosaltres.

A més dels identificadors de referència ordinaris, el consum d’energia i la tolerància d’errors, quina informació s’ha de donar en l’esquema? A continuació, es mostren alguns suggeriments per convertir els esquemes ordinaris en esquemes de primera classe. Afegiu formes d'ona, informació mecànica sobre la closca, la longitud de les línies impreses, les zones en blanc; Indiqueu quins components s’han de col·locar al PCB; Doneu informació d’ajust, intervals de valor del component, informació de dissipació de calor, línies impreses d’impressió de control, comentaris i breus circuits descripció de l’acció ... (i d’altres).
No creguis ningú

Si no esteu dissenyant el cablejat, assegureu -vos de permetre un temps ampli per comprovar acuradament el disseny del cablejat. Una petita prevenció val cent vegades el remei en aquest moment. No espereu que el cablejat entengui les vostres idees. La vostra opinió i orientació són les més importants en les primeres etapes del procés de disseny de cablejat. Com més informació pugueu proporcionar i més intervenir en tot el procés de cablejat, millor serà el PCB resultant. Configureu un punt de finalització provisional per a l’enginyer de disseny de cablejat, segons l’informe de progrés del cablejat que voleu. Aquest mètode de "bucle tancat" impedeix que el cablejat s'extingeixi, minimitzant així la possibilitat de reelaborar.

Les instruccions que s’han de donar a l’enginyer de cablejat inclouen: una breu descripció de la funció del circuit, un diagrama esquemàtic del PCB que indica les posicions d’entrada i sortida, informació d’apilament de PCB (per exemple, com de gruixuda és la placa, quantes capes hi ha i informació detallada sobre cada capa de senyal i consum de potència del pla terrestre, filferro, senyal analògic, senyal digital i senyal RF); quins senyals es requereixen per a cada capa; requereixen la col·locació de components importants; la ubicació exacta dels components de bypass; que les línies impreses són importants; quines línies han de controlar les línies impreses d’impedància; Quines línies han de coincidir amb la longitud; la mida dels components; que les línies impreses han d’estar lluny (o a prop); Quines línies han d’estar lluny (o a prop); quins components han d’estar lluny (o tancar -se) entre ells; Quins components s’han de col·locar a la part superior del PCB, que es col·loquen a continuació. No us queixeu mai que hi ha massa informació per a altres persones? És massa? No.

Una experiència d’aprenentatge: fa uns deu anys, vaig dissenyar una taula de circuit de muntatge de superfície multicapa: hi ha components a banda i banda del tauler. Utilitzeu molts cargols per arreglar el tauler en una closca d'alumini amb daurat (perquè hi ha indicadors anti-vibracions molt estrictes). Els pins que proporcionen el biaix passen per la junta. Aquest pin està connectat al PCB soldant els cables. Aquest és un dispositiu molt complicat. Alguns components del tauler s'utilitzen per a la configuració de prova (SAT). Però he definit clarament la ubicació d’aquests components. Podeu endevinar on s’instal·len aquests components? Per cert, sota el consell. Quan els enginyers i tècnics de productes 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 al PCB, on instal·lar els seus components específics del circuit i quins altres circuits adjacents, tots ells molt importants.

Normalment, les posicions d’entrada, sortida i font d’alimentació estan predeterminades, però el circuit entre ells necessita “jugar la seva pròpia creativitat”. És per això que prestar atenció als detalls del cablejat produirà rendiments enormes. Comenceu amb la ubicació dels components clau i considereu el circuit específic i tot el PCB. Especificar la ubicació dels components clau i les rutes del senyal des del principi ajuda a garantir que el disseny compleixi els objectius de treball previstos. Obtenir el disseny adequat per primera vegada pot reduir els costos i la pressió i reduir el cicle de desenvolupament.

Potència d'obtenció

El fet de superar l’alimentació al costat de potència de l’amplificador per tal de reduir el soroll és un aspecte molt important en els processos de disseny de PCB que s’inclouen amplificadors operatius d’alta velocitat o altres circuits d’alta velocitat. Hi ha dos mètodes de configuració habituals per evitar els amplificadors operatius d'alta velocitat.

Passant el terminal d’alimentació: aquest mètode és el més eficaç en la majoria dels casos, utilitzant múltiples condensadors paral·lels per fonamentar directament el passador d’alimentació de l’amplificador operatiu. En general, dos condensadors paral·lels són suficients, però afegint condensadors paral·lels poden beneficiar alguns circuits.

Connexió paral·lela dels condensadors amb diferents valors de capacitança ajuda a garantir que només es pot veure una impedància de corrent altern (CA) baixa al passador d’alimentació sobre una banda de freqüència àmplia. Això és especialment important en la freqüència d’atenuació de la relació de rebuig d’alimentació d’amplificadors operatius (PSR). Aquest condensador ajuda a compensar la PSR reduïda de l'amplificador. Mantenir una ruta de terra de baixa impedància en moltes gammes de deu octaves ajudarà a garantir que el soroll nociu no pugui entrar a l’amplificador OP. La figura 1 mostra els avantatges d’utilitzar diversos condensadors en paral·lel. A freqüències baixes, els condensadors grans proporcionen un camí de terra de baixa impedància. Però, un cop la freqüència arribi a la seva pròpia freqüència ressonant, la capacitança del condensador es debilitarà i apareixerà gradualment inductiva. És per això que 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 intervals de deu octaves.

Comenceu directament amb els pins d’alimentació de l’amplificador OP; El condensador amb la capacitança més petita i la mida física més petita s’ha de col·locar al mateix costat del PCB que l’amplificador OP, i el més a prop possible de l’amplificador. El terminal de terra del condensador ha d’estar connectat directament al pla de terra amb el passador més curt o el fil imprès. La connexió del sòl superior ha d’estar el més a prop possible al terminal de càrrega de l’amplificador per tal de reduir la interferència entre el terminal de potència i el terminal de terra.

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

Alimentació a l’alimentació d’alimentació: Un altre mètode de configuració utilitza un o més condensadors de bypass connectats a través dels terminals d’alimentació positius i negatius de l’amplificador operatiu. Aquest mètode s’utilitza normalment quan és difícil configurar quatre condensadors al circuit. El seu desavantatge és que la mida del cas del condensador pot augmentar perquè la tensió a través del condensador és el doble del valor de tensió en el mètode de bypass de subministrament únic. L’augment de la tensió requereix augmentar la tensió de desglossament nominal del dispositiu, és a dir, augmentar la mida de la carcassa. Tot i això, 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 la capacitança dels condensadors s’han de determinar segons els requisits del circuit real.