Die Leiterplattenverkabelung (PCB) spielt eine Schlüsselrolle in Hochgeschwindigkeitsschaltungen, ist jedoch häufig einer der letzten Schritte im Schaltungsdesign-Prozess. Es gibt viele Probleme mit der Hochgeschwindigkeits-PCB-Verkabelung, und es wurde viel Literatur zu diesem Thema geschrieben. In diesem Artikel werden hauptsächlich die Verkabelung von Hochgeschwindigkeitskreisläufen aus praktischer Sicht erörtert. Der Hauptzweck besteht darin, neuen Benutzern zu helfen, viele verschiedene Probleme zu beachten, die bei der Entwurf von PCB-Layouts mit Hochgeschwindigkeitsschaltkreis in Betracht gezogen werden müssen. Ein weiterer Zweck ist es, Kunden, die eine Weile keine PCB -Verkabelung nicht berührt haben, ein Überprüfungsmaterial bereitzustellen. Aufgrund des begrenzten Layouts kann dieser Artikel nicht alle Themen im Detail diskutieren, aber wir werden die wichtigsten Teile diskutieren, die den größten Einfluss auf die Verbesserung der Schaltungsleistung, die Verkürzung der Entwurfszeit und das Speichern der Änderungszeit haben.

Obwohl hier der Schwerpunkt auf Schaltungen im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeitsverstärkern liegt, sind die hier diskutierten Probleme und Methoden im Allgemeinen für die Verkabelung anwendbar, die in den meisten anderen Hochgeschwindigkeitsanalogen-Schaltungen verwendet werden. Wenn der operative Verstärker in einem Frequenzband mit sehr hoher Funkfrequenz (RF) funktioniert, hängt die Leistung der Schaltung hauptsächlich vom Layout der Leiterplatte ab. Hochleistungsschaltungsdesigns, die auf den „Zeichnungen“ gut aussehen, können nur dann eine gewöhnliche Leistung erzielen, wenn sie während der Verkabelung von Nachlässigkeit betroffen sind. Vorbereitungen und Aufmerksamkeit auf wichtige Details während des gesamten Verkabelungsprozesses werden dazu beitragen, die erwartete Leistungsleistung zu gewährleisten.

Schematischer Diagramm

Obwohl ein gutes Schema keine gute Verkabelung garantieren kann, beginnt eine gute Verkabelung mit einem guten Schaltplan. Überlegen Sie sorgfältig, wenn Sie das Schema zeichnen, und Sie müssen den Signalfluss der gesamten Schaltung berücksichtigen. Wenn im Schaltplan einen normalen und stabilen Signalfluss von links nach rechts vorhanden ist, sollte der gleiche gute Signalfluss auf der Leiterplatte auftreten. Geben Sie so viel nützliche Informationen wie möglich über den Schaltplan. Da der Leiter -Designingenieur manchmal nicht vorhanden ist, werden die Kunden uns bitten, das Problem der Schaltung zu lösen, werden die Designer, Techniker und Ingenieure, die an dieser Arbeit beteiligt sind, sehr dankbar, einschließlich uns.

Welche Informationen sollten zusätzlich zu gewöhnlichen Referenzidentifikatoren, Stromverbrauch und Fehlertoleranz im Schema angegeben werden? Hier sind einige Vorschläge, um gewöhnliche Schaltpläne in erstklassige Schaltpläne zu verwandeln. Fügen Sie Wellenformen, mechanische Informationen zur Schale, Länge der gedruckten Linien, leere Bereiche hinzu; Geben Sie an, welche Komponenten auf der Leiterplatte platziert werden müssen. Geben Sie Anpassungsinformationen, Komponentenwertbereiche, Informationen zur Wärmeableitung, die Kontrollimpedanz gedruckte Zeilen, Kommentare und Aktion Beschreibung der Aktion von Schaltkreisen an… (und andere).
Glauben Sie niemandem

Wenn Sie die Verkabelung nicht selbst entwerfen, sollten Sie genügend Zeit zulassen, um das Design der Verkabelungsperson sorgfältig zu überprüfen. Eine kleine Prävention ist zu diesem Zeitpunkt hundertmal das Mittel wert. Erwarten Sie nicht, dass die Verkabelung Ihre Ideen versteht. Ihre Meinung und Anleitung ist in den frühen Phasen des Verdrahtungsdesignprozesses am wichtigsten. Je mehr Informationen Sie bereitstellen können und je mehr Sie in den gesamten Verdrahtungsprozess eingreifen, desto besser wird die resultierende PCB. Legen Sie einen vorläufigen Fertigstellungspunkt für den Kabel-Konstrukteur-Ingenieur-Quick-Check gemäß dem gewünschten Verdrahtungsbericht fest. Diese Methode „Closed Loop“ verhindert, dass die Verkabelung in die Irre geht und so die Möglichkeit der Nacharbeit minimiert.

Zu den Anweisungen, die dem Verkabelungsingenieur gegeben werden müssen, gehören: eine kurze Beschreibung der Schaltungsfunktion, ein schematisches Diagramm der PCB, die die Eingangs- und Ausgangspositionen angibt, Informationen zu PCB-Stapelinformationen (z. welche Signale für jede Schicht erforderlich sind; die Platzierung wichtiger Komponenten erfordern; die genaue Position der Bypass -Komponenten; Welche gedruckten Linien sind wichtig; Welche Linien müssen gedruckte Leitungen steuern; Welche Linien müssen mit der Länge übereinstimmen; die Größe der Komponenten; Welche gedruckten Linien müssen weit weg (oder nahe) sein; Welche Linien müssen weit weg (oder nahe) gegenseitig sein; Welche Komponenten müssen weit weg (oder in der Nähe) miteinander sein; Welche Komponenten müssen oben auf der Leiterplatte platziert werden, welche unten platziert werden. Beschweren Sie sich niemals darüber, dass es zu viele Informationen für andere gibt-zu wenig? Ist es zu viel? Nicht.

Eine Lernerfahrung: Vor ungefähr 10 Jahren habe ich eine mehrschichtige Oberflächenmontage-Leiterplatte entworfen-es gibt Komponenten auf beiden Seiten des Boards. Verwenden Sie viele Schrauben, um die Platine in einer goldplatten Aluminiumhülle zu reparieren (da es sehr strenge Anti-Vibrationsindikatoren gibt). Die Stifte, die eine Vorspannung durch die Tafel liefern. Dieser Stift ist durch Löten von Drähten mit der Löwen an der PCB verbunden. Dies ist ein sehr kompliziertes Gerät. Einige Komponenten auf der Platine werden für die Testeinstellung (SAT) verwendet. Aber ich habe den Ort dieser Komponenten klar definiert. Können Sie erraten, wo diese Komponenten installiert sind? Übrigens unter dem Vorstand. Als Produktingenieure und Techniker das gesamte Gerät zerlegen und nach Abschluss der Einstellungen wieder zusammenbauen mussten, schienen sie sehr unglücklich zu sein. Ich habe diesen Fehler seitdem nicht mehr mehr gemacht.

Position

Genau wie in einer PCB ist der Ort alles. Wo können Sie eine Schaltung auf die Leiterplatte setzen, wo die spezifischen Schaltungskomponenten installiert werden sollen, und was andere benachbarte Schaltungen sind, die alle sehr wichtig sind.

Normalerweise sind die Positionen in Eingabe, Ausgang und Stromversorgung vorbestimmt, aber die Schaltung zwischen ihnen muss „ihre eigene Kreativität spielen“. Aus diesem Grund wird die Aufmerksamkeit auf Verkabelungsdetails große Renditen erzielen. Beginnen Sie mit der Position der Schlüsselkomponenten und berücksichtigen Sie den spezifischen Schaltkreis und die gesamte Leiterplatte. Wenn Sie den Standort von Schlüsselkomponenten und Signalpfaden von Anfang an angeben, können Sie sicherstellen, dass das Design den erwarteten Arbeitszielen entspricht. Wenn Sie das richtige Design beim ersten Mal erhalten, können Sie Kosten und Druck senken und den Entwicklungszyklus verkürzen.

Bypass -Kraft

Die Umgehung der Stromversorgung auf der Stromseite des Verstärkers, um den Rauschen zu verringern, ist ein sehr wichtiger Aspekt des PCB-Konstruktionsprozesses, einschließlich Hochgeschwindigkeitsverstärker oder anderen Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Es gibt zwei gemeinsame Konfigurationsmethoden zur Umgehung von Hochgeschwindigkeitsverstärkern.

Erde des Stromversorgungsanschlusses: Diese Methode ist in den meisten Fällen am effektivsten und verwendet mehrere parallele Kondensatoren, um den Stromversorgungsstift des operativen Verstärkers direkt zu erden. Im Allgemeinen sind zwei parallele Kondensatoren ausreichend, aber das Hinzufügen paralleler Kondensatoren können einigen Schaltungen zugute kommen.

Die parallele Verbindung von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten hilft sicherzustellen, dass auf dem Netzteilstift über einem breiten Frequenzband nur niedrige Wechselstromimpedanz (AC) im Netzteil erfolgt. Dies ist besonders wichtig bei der Abschwächungsfrequenz des Abstoßungsverhältnisses für den Betriebsverstärker (PSR). Dieser Kondensator trägt dazu bei, den reduzierten PSR des Verstärkers zu kompensieren. Die Aufrechterhaltung eines Bodenwegs mit geringer Impedanz in vielen Zehn-Oktaven-Bereichen trägt dazu bei, dass schädliche Geräusche nicht in den OP-Verstärker eintreten können. Abbildung 1 zeigt die Vorteile der Verwendung mehrerer Kondensatoren parallel. Bei niedrigen Frequenzen bieten große Kondensatoren einen Bodenweg mit geringer Impedanz. Sobald die Frequenz jedoch ihre eigene Resonanzfrequenz erreicht, wird die Kapazität des Kondensators schwächen und allmählich induktiv erscheint. Aus diesem Grund ist es wichtig, mehrere Kondensatoren zu verwenden: Wenn der Frequenzgang eines Kondensators zu sinken beginnt, beginnt der Frequenzgang des anderen Kondensators zu funktionieren, sodass er in vielen Zehn-Oktaven-Bereichen eine sehr niedrige Wechselstromimpedanz aufrechterhalten kann.

Beginnen Sie direkt mit den Netzteilstiften des OP -Verstärkers. Der Kondensator mit der kleinsten Kapazität und der kleinsten physikalischen Größe sollte auf derselben Seite der PCB wie der OP -Verstärker und so nah wie möglich am Verstärker gelegt werden. Das Erdungsanschluss des Kondensators sollte direkt mit dem kürzesten Stift oder dem gedruckten Draht mit der Erdungsebene angeschlossen werden. Die oberde Verbindung sollte am Lastanschluss des Verstärkers so eng wie möglich sein, um die Interferenz zwischen dem Leistungsanschluss und dem Bodenanschluss zu verringern.

Dieser Vorgang sollte für Kondensatoren mit dem nächstgrößten Kapazitätswert wiederholt werden. Beginnen Sie am besten mit dem minimalen Kapazitätswert von 0,01 µF und platzieren einen Elektrolytkondensator von 2,2 µF (oder größer) mit einem niedrigen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) in der Nähe. Der Kondensator von 0,01 µF mit einer Fallgröße von 0508 hat eine sehr niedrige Serieninduktivität und eine hervorragende Leistung mit hoher Frequenz.

Stromversorgung an die Stromversorgung: Eine andere Konfigurationsmethode verwendet eine oder mehrere Bypasskondensatoren, die über die positiven und negativen Stromversorgungsanschlüsse des operativen Verstärkers verbunden sind. Diese Methode wird normalerweise verwendet, wenn es schwierig ist, vier Kondensatoren in der Schaltung zu konfigurieren. Der Nachteil ist, dass die Fallgröße des Kondensators zunehmen kann, da die Spannung über den Kondensator den doppelten Spannungswert in der Einzelversorgungs-Bypass-Methode ist. Um die Spannung zu erhöhen, muss die Nennspannung des Geräts erhöht werden, dh die Erhöhung der Gehäusegröße. Diese Methode kann jedoch die PSR- und Verzerrungsleistung verbessern.

Da jede Schaltung und Verkabelung unterschiedlich ist, sollten die Konfiguration, die Anzahl und der Kapazitätswert von Kondensatoren gemäß den Anforderungen der tatsächlichen Schaltung bestimmt werden.