Zapojení desky s plošným obvodům (PCB) hraje klíčovou roli ve vysokorychlostních obvodech, ale často je to jeden z posledních kroků v procesu návrhu obvodu. Existuje mnoho problémů s vysokorychlostním zapojením PCB a na toto téma bylo napsáno mnoho literatury. Tento článek pojednává hlavně o zapojení vysokorychlostních obvodů z praktického hlediska. Hlavním účelem je pomoci novým uživatelům věnovat pozornost mnoha různým problémům, které je třeba vzít v úvahu při navrhování rozvržení vysokorychlostního obvodu PCB. Dalším účelem je poskytnout revizní materiál pro zákazníky, kteří se na chvíli nedotkli kabeláže PCB. Vzhledem k omezenému rozvržení nemůže tento článek podrobně diskutovat o všech problémech, ale budeme diskutovat o klíčových částech, které mají největší vliv na zlepšení výkonu obvodu, zkrácení doby návrhu a úsporné doba úpravy.

Přestože hlavní zaměření je zde na obvody související s vysokorychlostními operačními zesilovači, problémy a metody, které jsou zde diskutovány, se obecně vztahují na kabeláž používané ve většině ostatních vysokorychlostních analogových obvodů. Když operační zesilovač pracuje ve velmi vysoké frekvenčním pásmu rádiové frekvence (RF), výkon obvodu do značné míry závisí na rozložení PCB. Konstrukce vysoce výkonných obvodů, které vypadají dobře na „výkresech“, mohou získat běžný výkon, pouze pokud jsou během zapojení ovlivněny nedbalostí. Předvěření a pozornost na důležité detaily během procesu zapojení pomůže zajistit očekávaný výkon obvodu.

Schematický diagram

Ačkoli dobré schéma nemůže zaručit dobré zapojení, dobré zapojení začíná dobrým schématem. Při kreslení schématu si pečlivě přemýšlejte a musíte zvážit tok signálu celého obvodu. Pokud existuje normální a stabilní tok signálu zleva doprava ve schématu, měl by být na PCB stejný dobrý tok signálu. Poskytněte co nejvíce užitečných informací o schématu. Protože někdy tam není designový inženýr obvodů, zákazníci nás požádají, abychom pomohli vyřešit problém s obvody, návrháři, technici a inženýři zapojené do této práce budou velmi vděční, včetně nás.

Jaké informace by měly být poskytnuty ve schématu kromě běžných identifikátorů referencí, spotřebu energie a tolerance chyb? Zde je několik návrhů, jak přeměnit obyčejná schémata na prvotřídní schémata. Přidejte průběhy, mechanické informace o skořápce, délku tištěných linek, prázdných oblastí; Uveďte, které komponenty je třeba umístit na PCB; Poskytněte informace o úpravě, rozsahy hodnoty komponent, informace o rozptylu tepla, řídicí impedanční linky, komentáře a krátké obvody Popis akce… (a další).
Nevěřte nikomu

Pokud nepředstavujete zapojení sami, nezapomeňte si dovolit dostatek času na pečlivou kontrolu designu zapojení. Malá prevence má v tomto bodě stonásobek léku. Neočekávejte, že osoba zapojení bude rozumět vašim nápadům. Váš názor a pokyny jsou nejdůležitější v počátečních fázích procesu návrhu zapojení. Čím více informací můžete poskytnout a čím více zasáhnete do celého procesu zapojení, tím lepší bude výsledná PCB. Nastavte předběžný bod dokončení pro kontrolu konstrukčního inženýra pro konstrukční inženýr podle zprávy o průběhu zapojení. Tato metoda „uzavřená smyčka“ zabraňuje, aby se zapojení zapojilo, čímž se minimalizuje možnost přepracování.

Pokyny, které je třeba dát inženýrovi zapojení, zahrnují: krátký popis funkce obvodu, schematický diagram PCB, který ukazuje vstupní a výstupní pozice, informace o stohování PCB (například jak silná je deska a signál RF a signál RF); které signály jsou vyžadovány pro každou vrstvu; vyžadovat umístění důležitých komponent; přesné umístění komponent bypassu; které tištěné čáry jsou důležité; Které řádky musí ovládat impedanční tištěné čáry; Které řádky musí odpovídat délce; velikost komponent; které tištěné čáry musí být daleko (nebo blízko); které linie musí být daleko (nebo blízko) navzájem; které komponenty musí být daleko (nebo blízko) k sobě; Které komponenty je třeba umístit na horní část PCB, které jsou umístěny níže. Nikdy si nestěžujte, že pro ostatní je příliš mnoho informací? Je to příliš? Ne.

Zkušenost s učením: Asi před 10 lety jsem navrhl vícevrstvé desky s obvody povrchových montáží-na obou stranách desky jsou součásti. K opravě desky ve zlatém hliníkovém plášti použijte mnoho šroubů (protože existují velmi přísné indikátory proti vibraci). Kolíky, které poskytují zkreslení, průchod deskou. Tento kolík je připojen k PCB pomocí pájecích vodičů. Toto je velmi komplikované zařízení. Některé komponenty na desce se používají pro nastavení testů (SAT). Ale jasně jsem definoval umístění těchto komponent. Dokážete hádat, kde jsou tyto komponenty nainstalovány? Mimochodem, pod radou. Když produktoví inženýři a technici museli rozebrat celé zařízení a po dokončení nastavení je znovu sestavili, vypadali velmi nešťastní. Od té doby jsem tuto chybu už neudělal.

Pozice

Stejně jako v PCB je umístění všechno. Kam umístit obvod na PCB, kde nainstalovat jeho specifické komponenty obvodu a jaké další sousední obvody jsou, všechny jsou velmi důležité.

Pozice vstupu, výstupu a napájení jsou obvykle předem určeny, ale obvod mezi nimi musí „hrát svou vlastní kreativitu“. To je důvod, proč věnovat pozornost detailům zapojení přinese obrovské výnosy. Začněte umístěním klíčových komponent a zvažte konkrétní obvod a celý PCB. Zadání umístění klíčových komponent a signálních cest od začátku pomáhá zajistit, aby návrh splňoval očekávané pracovní cíle. Získání správného designu poprvé může snížit náklady a tlak a zkrátit vývojový cyklus.

Bypass síla

Okopnutí napájení na straně výkonu zesilovače za účelem snížení šumu je velmi důležitým aspektem v procesu návrhu PCB, který zahrnuje vysokorychlostní operační zesilovače nebo jiné vysokorychlostní obvody. Existují dvě běžné metody konfigurace pro obcházení vysokorychlostních operačních zesilovačů.

Uzemnění terminálu napájení: Tato metoda je ve většině případů nejúčinnější a používá více paralelních kondenzátorů k přímému uzemnění napájecího kolíku operačního zesilovače. Obecně lze říci, že dva paralelní kondenzátory jsou dostatečně-ale přidávání paralelních kondenzátorů může mít prospěch některé obvody.

Paralelní připojení kondenzátorů s různými hodnotami kapacitance pomáhá zajistit, aby na napájecím kolíku bylo vidět pouze nízký alternativní proud (AC) impedanci na širokoúhlém pásmu. To je zvláště důležité při frekvenci útlumu poměru odmítnutí napájení operačního zesilovače (PSR). Tento kondenzátor pomáhá kompenzovat snížený PSR zesilovače. Udržování nízké impedanční pozemní cesty v mnoha deseti oktavech pomůže zajistit, aby škodlivý šum nemohl vstoupit do OP zesilovače. Obrázek 1 ukazuje výhody používání více kondenzátorů paralelně. Při nízkých frekvencích poskytují velké kondenzátory nízkou impedanční půdu. Jakmile však frekvence dosáhne své vlastní rezonanční frekvence, kapacita kondenzátoru oslabí a postupně se bude zdát induktivní. To je důvod, proč je důležité použít více kondenzátorů: Když se frekvenční odezva jednoho kondenzátoru začne klesá, frekvenční odezva druhého kondenzátoru začne fungovat, takže si může udržovat velmi nízkou impedanci střídavého proudu v mnoha deseti okenních rozsazích.

Začněte přímo s napájecími kolíky OP amp; Kondenzátor s nejmenší kapacitou a nejmenší fyzickou velikostí by měl být umístěn na stejné straně PCB jako OP zesilovač - a co nejblíže k zesilovači. Pozemní terminál kondenzátoru by měl být přímo připojen k zemní rovině s nejkratším kolíkem nebo tištěným drátem. Výše uvedené pozemní spojení by mělo být co nejblíže k zatížení terminálu zesilovače, aby se snížilo rušení mezi výkonem a pozemním terminálem.

Tento proces by se měl opakovat pro kondenzátory s další největší hodnotou kapacitance. Nejlepší je začít s minimální hodnotou kapacitance 0,01 µF a umístit elektrolytický kondenzátor 2,2 uf (nebo větší) s nízkým ekvivalentním odolností pro série (ESR). Kondenzátor 0,01 µF s velikostí pouzdra 0508 má velmi nízkou indukčnost řady a vynikající vysokofrekvenční výkon.

Napájení napájení na napájení: Další metoda konfigurace používá jeden nebo více obtokových kondenzátorů připojených napříč pozitivními a negativními napájecími terminály operačního zesilovače. Tato metoda se obvykle používá, pokud je obtížné konfigurovat čtyři kondenzátory v obvodu. Jeho nevýhodou je, že velikost pouzdra kondenzátoru se může zvýšit, protože napětí přes kondenzátor je dvojnásobnou hodnotou napětí v metodě bypassu s jedním doplňkem. Zvýšení napětí vyžaduje zvýšení jmenovitého rozkladu zařízení, tj. Zvyšování velikosti krytu. Tato metoda však může zlepšit výkon PSR a zkreslení.

Protože každý obvod a zapojení je jiné, měla by být stanovena konfigurace, číslo a hodnota kapacitance podle požadavků skutečného obvodu.