Trykt Circuit Board (PCB) ledninger spiller en nøglerolle i højhastighedskredsløb, men det er ofte et af de sidste trin i kredsløbsdesignprocessen. Der er mange problemer med højhastigheds-PCB-ledninger, og der er skrevet en masse litteratur om dette emne. Denne artikel diskuterer hovedsageligt ledninger af højhastighedskredsløb fra et praktisk perspektiv. Hovedformålet er at hjælpe nye brugere med at være opmærksomme på mange forskellige problemer, der skal overvejes, når man designer højhastighedskredsløb PCB-layouts. Et andet formål er at give et gennemgangsmateriale til kunder, der ikke har berørt PCB -ledninger i et stykke tid. På grund af det begrænsede layout kan denne artikel ikke diskutere alle problemer i detaljer, men vi vil diskutere de vigtigste dele, der har den største effekt på forbedring af kredsløbsydelse, forkortelse af designtid og gemt ændringstid.

Selvom hovedfokus her er på kredsløb, der er relateret til højhastighedsoperationelle forstærkere, gælder de problemer og metoder, der er diskuteret her, generelt anvendelige til ledninger, der bruges i de fleste andre højhastighedsanaloge kredsløb. Når den operationelle forstærker fungerer i et meget højt radiofrekvensbånd (RF) frekvensbånd, afhænger ydelsen af ​​kredsløbet stort set af PCB -layoutet. Højtydende kredsløbsdesign, der ser godt ud på "tegninger", kan kun få almindelig ydelse, hvis de er påvirket af skødesløshed under ledninger. Forbesætning og opmærksomhed på vigtige detaljer i hele ledningsprocessen vil hjælpe med at sikre den forventede kredsløbsydelse.

Skematisk diagram

Selvom en god skematisk ikke kan garantere en god ledning, starter en god ledning med en god skematisk. Tænk nøje, når du tegner skematisk, og du skal overveje signalstrømmen for hele kredsløbet. Hvis der er en normal og stabil signalstrøm fra venstre mod højre i det skematiske, skal der være den samme gode signalstrøm på PCB. Giv så meget nyttige oplysninger som muligt om det skematiske. Fordi undertiden kredsløbsdesigningeniøren ikke er der, vil kunderne bede os om at hjælpe med at løse kredsløbsproblemet, designerne, teknikere og ingeniører, der beskæftiger sig med dette arbejde, vil være meget taknemmelige, inklusive os.

Ud over almindelige referenceridentifikatorer, strømforbrug og fejltolerance, hvilke oplysninger der skal gives i det skematiske? Her er nogle forslag til at omdanne almindelige skemaer til førsteklasses skemaer. Tilføj bølgeformer, mekanisk information om skallen, længden af ​​trykte linjer, tomme områder; Angiv, hvilke komponenter der skal placeres på PCB; Giv justeringsoplysninger, komponentværdiområder, information om varmeafledning, kontrolimpedanstrykte linjer, kommentarer og kort kredsløb handlingsbeskrivelse ... (og andre).
Tro ikke på nogen

Hvis du ikke designer ledningen selv, skal du sørge for at give rigelig tid til nøje at kontrollere ledningspersonens design. En lille forebyggelse er værd at hundrede gange afhjælpningen på dette tidspunkt. Forvent ikke, at ledningspersonen forstår dine ideer. Din mening og vejledning er de vigtigste i de tidlige stadier af ledningsdesignprocessen. Jo mere information du kan give, og jo mere du griber ind i hele ledningsprocessen, jo bedre vil jo resulterende PCB være. Indstil et tentativt færdiggørelsespunkt for ledningsdesigntekniker-spidskontrol i henhold til den ledende statusrapport, du ønsker. Denne "lukkede loop" -metode forhindrer, at ledninger kommer på afveje og minimerer derved muligheden for omarbejdning.

Instruktionerne, der skal gives til ledningsingeniøren, inkluderer: en kort beskrivelse af kredsløbsfunktionen, et skematisk diagram over PCB, der angiver input- og output-positionerne, PCB-stablingsinformation (for eksempel hvor tyk tavlen er, hvor mange lag der er, og detaljerede oplysninger om hvert signallag og jordplanfunktionseffektforbrug, jordtråd, analogt signal, digitalt signal og RF-signal); Hvilke signaler kræves for hvert lag; kræver placering af vigtige komponenter; den nøjagtige placering af bypass -komponenter; Hvilke trykte linjer er vigtige; hvilke linjer skal kontrollere impedanstrykte linjer; Hvilke linjer skal matche længden; størrelsen på komponenterne; Hvilke trykte linjer skal være langt væk (eller tæt på) hinanden; hvilke linjer skal være langt væk (eller tæt på) hinanden; Hvilke komponenter skal være langt væk (eller tæt) på hinanden; hvilke komponenter der skal placeres på toppen af ​​PCB, hvilke der placeres nedenfor. Klager aldrig over, at der er for meget information til andre for lidt? Er det for meget? Gør ikke.

En læringsoplevelse: For ca. 10 år siden designet jeg et flerlags overflademonteringskredsløbskort-der er komponenter på begge sider af brættet. Brug en masse skruer til at fikse brættet i en guldbelagt aluminiumskal (fordi der er meget strenge antivibreringsindikatorer). Stifterne, der giver forspændingsfremføring, passerer gennem brættet. Denne stift er forbundet til PCB ved lodningstråde. Dette er en meget kompliceret enhed. Nogle komponenter på brættet bruges til testindstilling (SAT). Men jeg har klart defineret placeringen af ​​disse komponenter. Kan du gætte, hvor disse komponenter er installeret? Forresten, under bestyrelsen. Da produktingeniører og teknikere måtte adskille hele enheden og samle dem igen efter at have afsluttet indstillingerne, virkede de meget ulykkelige. Jeg har ikke begået denne fejl igen siden da.

Position

Ligesom i en PCB er placering alt. Hvor skal man lægge et kredsløb på PCB, hvor man skal installere sine specifikke kredsløbskomponenter, og hvad andre tilstødende kredsløb er, som alle er meget vigtige.

Normalt er positionerne for input, output og strømforsyning forudbestemt, men kredsløbet mellem dem er nødt til at "spille deres egen kreativitet." Dette er grunden til at være opmærksom på ledningsoplysninger vil give enorme afkast. Start med placeringen af ​​nøglekomponenter, og overvej det specifikke kredsløb og hele PCB. Specificering af placeringen af ​​nøglekomponenter og signalstier fra starten hjælper med at sikre, at designet opfylder de forventede arbejdsmål. At få det rigtige design første gang kan reducere omkostningerne og presset og forkorte udviklingscyklussen.

Bypass Power

At omgå strømforsyningen på magtsiden af ​​forstærkeren for at reducere støj er et meget vigtigt aspekt i PCB-designprocessen-inklusive højhastighedsoperationelle forstærkere eller andre højhastighedskredsløb. Der er to almindelige konfigurationsmetoder til omgåelse af højhastighedsoperationelle forstærkere.

Grundlægning af strømforsyningsterminalen: Denne metode er den mest effektive i de fleste tilfælde ved hjælp af flere parallelle kondensatorer til direkte jordforsyningsstiften for den operationelle forstærker. Generelt er to parallelle kondensatorer tilstrækkelig-men tilføjelse af parallelle kondensatorer kan være til gavn for nogle kredsløb.

Parallel forbindelse af kondensatorer med forskellige kapacitansværdier hjælper med at sikre, at kun lav vekselstrøm (AC) impedans kan ses på strømforsyningsnålen over et bredt frekvensbånd. Dette er især vigtigt ved dæmpningsfrekvensen for den operationelle forstærker strømforsyningsafvisningsforhold (PSR). Denne kondensator hjælper med at kompensere for den reducerede PSR for forstærkeren. Opretholdelse af en jordbane med lav impedans i mange ti-oktav-intervaller vil hjælpe med at sikre, at skadelig støj ikke kan komme ind i op-forstærkeren. Figur 1 viser fordelene ved at bruge flere kondensatorer parallelt. Ved lave frekvenser tilvejebringer store kondensatorer en jordbane med lav impedans. Men når frekvensen når deres egen resonansfrekvens, vil kondensatorens kapacitans svækkes og gradvist forekomme induktiv. Derfor er det vigtigt at bruge flere kondensatorer: Når frekvensresponsen for en kondensator begynder at falde, begynder frekvensresponsen for den anden kondensator at arbejde, så den kan opretholde en meget lav AC-impedans i mange ti-oktavintervaller.

Start direkte med strømforsyningsstifterne i OP Amp; Kondensatoren med den mindste kapacitans og den mindste fysiske størrelse skal placeres på den samme side af PCB som OP -forstærkeren - og så tæt som muligt på forstærkeren. Kondensatorens jordterminal skal være direkte forbundet til jordplanet med den korteste stift eller trykt ledning. Forbindelsen over jorden skal være så tæt som muligt på belastningsterminalen for forstærkeren for at reducere interferensen mellem effektterminalen og jordterminalen.

Denne proces skal gentages for kondensatorer med den næste største kapacitansværdi. Det er bedst at starte med den mindste kapacitansværdi på 0,01 µF og placere en 2,2 µF (eller større) elektrolytisk kondensator med lav ækvivalent seriemodstand (ESR) tæt på den. 0,01 µF kondensator med en 0508 -case -størrelse har meget lav serieinduktans og fremragende højfrekvensydelse.

Strømforsyning til strømforsyning: En anden konfigurationsmetode bruger en eller flere bypass -kondensatorer, der er forbundet på tværs af de positive og negative strømforsyningsterminaler i den operationelle forstærker. Denne metode bruges normalt, når det er vanskeligt at konfigurere fire kondensatorer i kredsløbet. Dens ulempe er, at kondensatorens sagstørrelse kan øges, fordi spændingen over kondensatoren er dobbelt så lang som spændingsværdien i enkeltforsyningsbypass-metoden. Forøgelse af spændingen kræver at øge den nominelle nedbrydningsspænding på enheden, det vil sige at øge boligstørrelsen. Imidlertid kan denne metode forbedre PSR og forvrængningspræstation.

Da hvert kredsløb og ledninger er forskellige, skal konfiguration, antal og kapacitansværdi af kondensatorer bestemmes i henhold til kravene i det faktiske kredsløb.