Printed 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 meget litteratur om dette emne. Denne artikel diskuterer hovedsageligt kablingen af ​​højhastighedskredsløb fra et praktisk perspektiv. Hovedformålet er at hjælpe nye brugere med at være opmærksomme på mange forskellige problemer, der skal tages i betragtning, når man designer højhastighedskredsløbs-printkortlayout. Et andet formål er at levere et gennemgangsmateriale til kunder, der ikke har rørt PCB-ledninger i et stykke tid. På grund af det begrænsede layout kan denne artikel ikke diskutere alle problemerne i detaljer, men vi vil diskutere de nøgledele, der har den største effekt på at forbedre kredsløbsydelsen, forkorte designtiden og spare modifikationstid.

Selvom hovedfokus her er på kredsløb relateret til højhastigheds operationsforstærkere, er de problemer og metoder, der diskuteres her, generelt anvendelige til ledninger, der bruges i de fleste andre højhastigheds analoge kredsløb. Når operationsforstærkeren arbejder i et meget høj radiofrekvens (RF) frekvensbånd, afhænger kredsløbets ydeevne i høj grad af printkortets layout. Højtydende kredsløbsdesign, der ser godt ud på "tegningerne", kan kun få almindelig ydeevne, hvis de er påvirket af skødesløshed under ledningsføring. Forhåndsovervejelse og opmærksomhed på vigtige detaljer gennem hele ledningsprocessen vil hjælpe med at sikre den forventede kredsløbsydelse.

Skematisk diagram

Selvom et godt skema ikke kan garantere en god ledningsføring, starter en god ledning med et godt skema. Tænk grundigt, når du tegner skemaet, og du skal overveje hele kredsløbets signalflow. Hvis der er et normalt og stabilt signalflow fra venstre mod højre i skemaet, så burde der være samme gode signalflow på printet. Giv så mange nyttige oplysninger som muligt på skemaet. Fordi kredsløbsdesigneren nogle gange ikke er der, vil kunderne bede os om at hjælpe med at løse kredsløbsproblemet, designere, teknikere og ingeniører, der er involveret i dette arbejde, vil være meget taknemmelige, inklusive os.

Hvilken information skal ud over almindelige referenceidentifikatorer, strømforbrug og fejltolerance angives i skemaet? Her er nogle forslag til at gøre almindelige skemaer til førsteklasses skemaer. Tilføj bølgeformer, mekanisk information om skallen, længden af ​​udskrevne linjer, tomme områder; angive hvilke komponenter der skal placeres på printkortet; giv information om justering, komponentværdiområder, information om varmeafledning, trykte linjer med kontrolimpedans, kommentarer og korte kredsløb Handlingsbeskrivelse... (og andre).
Tro ikke på nogen

Hvis du ikke selv designer ledningerne, skal du sørge for at give god tid til omhyggeligt at kontrollere ledningspersonens design. En lille forebyggelse er værd hundrede gange midlet 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 bliver det resulterende PCB. Indstil et foreløbigt afslutningspunkt for ledningsdesigningeniørens hurtige kontrol i henhold til den ledningsstatusrapport, du ønsker. Denne "lukkede sløjfe"-metode forhindrer ledninger i at komme på afveje, og minimerer derved muligheden for omarbejdning.

Instruktionerne, der skal gives til ledningsingeniøren inkluderer: en kort beskrivelse af kredsløbsfunktionen, et skematisk diagram af printkortet, der angiver input- og outputpositionerne, PCB-stablingsinformation (f.eks. hvor tyk kortet er, hvor mange lag der er og detaljerede oplysninger om hvert signallag og jordplansfunktion Strømforbrug, jordledning, analogt signal, digitalt signal og RF-signal); hvilke signaler der kræves for hvert lag; kræve placering af vigtige komponenter; den nøjagtige placering af bypass-komponenter; hvilke trykte linjer er vigtige; hvilke linjer har brug for at kontrollere impedanstrykte linjer; Hvilke linjer skal matche længden; størrelsen af ​​komponenterne; hvilke udskrevne 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 skal placeres På toppen af ​​printkortet, hvilke er placeret under. Beklager du dig aldrig over, at der er for meget information til andre - for lidt? Er det for meget? Gør ikke.

En lærerig oplevelse: For omkring 10 år siden designede jeg et flerlags overflademonteringskort - der er komponenter på begge sider af kortet. Brug en masse skruer til at fastgøre brættet i en forgyldt aluminiumsskal (fordi der er meget strenge anti-vibrationsindikatorer). Stifterne, der giver bias-gennemføring, passerer gennem brættet. Denne pin er forbundet til printkortet ved hjælp af loddetråde. Dette er en meget kompliceret enhed. Nogle komponenter på kortet bruges til testindstilling (SAT). Men jeg har klart defineret placeringen af ​​disse komponenter. Kan du gætte, hvor disse komponenter er installeret? I øvrigt under tavlen. Da produktingeniører og teknikere skulle skille hele enheden ad og samle dem igen efter at have gennemført indstillingerne, virkede de meget utilfredse. Jeg har ikke lavet denne fejl igen siden da.

Position

Ligesom i et PCB er placering alt. Hvor skal et kredsløb placeres på printkortet, hvor dets specifikke kredsløbskomponenter skal installeres, og hvilke andre tilstødende kredsløb er, som alle er meget vigtige.

Normalt er positionerne for input, output og strømforsyning forudbestemt, men kredsløbet mellem dem skal "spille deres egen kreativitet." Dette er grunden til, at opmærksomhed på ledningsdetaljer vil give enorme afkast. Start med placeringen af ​​nøglekomponenter og overvej det specifikke kredsløb og hele printkortet. Angivelse af placering af nøglekomponenter og signalveje fra begyndelsen er med til at sikre, at designet lever op til de forventede arbejdsmål. At få det rigtige design første gang kan reducere omkostninger og pres – og forkorte udviklingscyklussen.

Bypass strøm

Omgåelse af strømforsyningen på strømsiden af ​​forstærkeren for at reducere støj er et meget vigtigt aspekt i PCB-designprocessen, herunder højhastigheds operationsforstærkere eller andre højhastighedskredsløb. Der er to almindelige konfigurationsmetoder til at omgå højhastigheds operationsforstærkere.

Jording af strømforsyningsterminalen: Denne metode er den mest effektive i de fleste tilfælde ved at bruge flere parallelle kondensatorer til direkte at jorde strømforsyningens ben på operationsforstærkeren. Generelt er to parallelle kondensatorer tilstrækkelige - men tilføjelse af parallelle kondensatorer kan gavne nogle kredsløb.

Parallelforbindelse af kondensatorer med forskellige kapacitansværdier er med til at sikre, at kun lav vekselstrøm (AC) impedans kan ses på strømforsyningens ben over et bredt frekvensbånd. Dette er især vigtigt ved dæmpningsfrekvensen af ​​operationsforstærkerens strømforsyningsafvisningsforhold (PSR). Denne kondensator hjælper med at kompensere for forstærkerens reducerede PSR. Vedligeholdelse af en lavimpedans jordbane i mange ti-oktav-områder vil hjælpe med at sikre, at skadelig støj ikke kan trænge ind i operationsforstærkeren. Figur 1 viser fordelene ved at bruge flere kondensatorer parallelt. Ved lave frekvenser giver store kondensatorer en jordvej med lav impedans. Men når først frekvensen når deres egen resonansfrekvens, vil kondensatorens kapacitans svækkes og gradvist virke induktiv. Dette er grunden til, at det er vigtigt at bruge flere kondensatorer: Når frekvensresponsen af ​​en kondensator begynder at falde, begynder frekvensresponsen af ​​den anden kondensator at arbejde, så den kan opretholde en meget lav AC-impedans i mange ti-oktav-områder.

Start direkte med strømforsyningens ben på op-forstærkeren; kondensatoren med den mindste kapacitans og mindste fysiske størrelse skal placeres på samme side af printkortet som op-forstærkeren - og så tæt som muligt på forstærkeren. Kondensatorens jordterminal skal være direkte forbundet til jordplanet med den korteste ben eller trykte ledning. Forbindelsen over jord skal være så tæt som muligt på forstærkerens belastningsterminal for at reducere interferensen mellem strømterminalen og jordterminalen.

Denne proces bør gentages for kondensatorer med den næststørste 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 kondensatoren med en 0508 kabinetstørrelse 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 på operationsforstærkeren. Denne metode bruges normalt, når det er vanskeligt at konfigurere fire kondensatorer i kredsløbet. Dens ulempe er, at kapacitorens størrelse kan stige, fordi spændingen over kondensatoren er det dobbelte af spændingsværdien i single-forsyning bypass-metoden. Forøgelse af spændingen kræver en forøgelse af enhedens nominelle gennembrudsspænding, det vil sige forøgelse af husets størrelse. Denne metode kan dog forbedre PSR- og forvrængningsydelsen.

Fordi hvert kredsløb og ledninger er forskellige, bør konfigurationen, antallet og kapacitansværdien af ​​kondensatorer bestemmes i henhold til kravene til det faktiske kredsløb.