Η καλωδίωση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) παίζει βασικό ρόλο στα κυκλώματα υψηλής ταχύτητας, αλλά είναι συχνά ένα από τα τελευταία βήματα στη διαδικασία σχεδιασμού του κυκλώματος. Υπάρχουν πολλά προβλήματα με την καλωδίωση PCB υψηλής ταχύτητας και έχει γραφτεί πολλή βιβλιογραφία για αυτό το θέμα. Αυτό το άρθρο εξετάζει κυρίως την καλωδίωση των κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας από πρακτική άποψη. Ο κύριος σκοπός είναι να βοηθήσει τους νέους χρήστες να δώσουν προσοχή σε πολλά διαφορετικά ζητήματα που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό διατάξεων PCB κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας. Ένας άλλος σκοπός είναι η παροχή ενός υλικού ανασκόπησης για πελάτες που δεν έχουν αγγίξει την καλωδίωση PCB για λίγο. Λόγω της περιορισμένης διάταξης, αυτό το άρθρο δεν μπορεί να συζητήσει όλα τα ζητήματα λεπτομερώς, αλλά θα συζητήσουμε τα βασικά μέρη που έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στη βελτίωση της απόδοσης του κυκλώματος, στη μείωση του χρόνου σχεδίασης και στην εξοικονόμηση χρόνου τροποποίησης.

Αν και η κύρια εστίαση εδώ είναι σε κυκλώματα που σχετίζονται με λειτουργικούς ενισχυτές υψηλής ταχύτητας, τα προβλήματα και οι μέθοδοι που συζητούνται εδώ ισχύουν γενικά για την καλωδίωση που χρησιμοποιούνται στα περισσότερα άλλα αναλογικά κυκλώματα υψηλής ταχύτητας. Όταν ο λειτουργικός ενισχυτής λειτουργεί σε μια ζώνη συχνοτήτων πολύ υψηλής ραδιοσυχνότητας (RF), η απόδοση του κυκλώματος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διάταξη PCB. Τα σχέδια κυκλωμάτων υψηλής απόδοσης που φαίνονται καλά στα "σχέδια" μπορούν να έχουν συνηθισμένη απόδοση μόνο εάν επηρεαστούν από απροσεξία κατά την καλωδίωση. Η προκαταρκτική εξέταση και η προσοχή σε σημαντικές λεπτομέρειες σε όλη τη διαδικασία καλωδίωσης θα βοηθήσουν στη διασφάλιση της αναμενόμενης απόδοσης του κυκλώματος.

Σχηματικό διάγραμμα

Αν και ένα καλό σχηματικό δεν μπορεί να εγγυηθεί μια καλή καλωδίωση, μια καλή καλωδίωση ξεκινά με ένα καλό σχηματικό. Σκεφτείτε προσεκτικά όταν σχεδιάζετε το σχηματικό και πρέπει να λάβετε υπόψη τη ροή του σήματος ολόκληρου του κυκλώματος. Εάν υπάρχει μια κανονική και σταθερή ροή σήματος από αριστερά προς τα δεξιά στο σχηματικό, τότε θα πρέπει να υπάρχει η ίδια καλή ροή σήματος στο PCB. Δώστε όσο το δυνατόν περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες για το σχηματικό. Επειδή μερικές φορές ο μηχανικός σχεδιασμού κυκλωμάτων δεν είναι εκεί, οι πελάτες θα μας ζητήσουν να βοηθήσουμε στην επίλυση του προβλήματος του κυκλώματος, οι σχεδιαστές, οι τεχνικοί και οι μηχανικοί που ασχολούνται με αυτήν την εργασία θα είναι πολύ ευγνώμονες, συμπεριλαμβανομένου και εμάς.

Εκτός από τα συνηθισμένα αναγνωριστικά αναφοράς, την κατανάλωση ενέργειας και την ανοχή σφαλμάτων, ποιες πληροφορίες πρέπει να δίνονται στο σχηματικό; Ακολουθούν μερικές προτάσεις για να μετατρέψετε τα συνηθισμένα σχηματικά σε σχήματα πρώτης κατηγορίας. Προσθέστε κυματομορφές, μηχανικές πληροφορίες για το κέλυφος, μήκος εκτυπωμένων γραμμών, κενές περιοχές. υποδεικνύουν ποια εξαρτήματα πρέπει να τοποθετηθούν στο PCB. δώστε πληροφορίες προσαρμογής, εύρη τιμών εξαρτημάτων, πληροφορίες απαγωγής θερμότητας, τυπωμένες γραμμές σύνθετης αντίστασης ελέγχου, σχόλια και σύντομες κυκλώματα Περιγραφή ενέργειας… (και άλλα).
Μην πιστεύεις κανέναν

Εάν δεν σχεδιάζετε μόνοι σας την καλωδίωση, φροντίστε να αφήσετε αρκετό χρόνο για να ελέγξετε προσεκτικά τη σχεδίαση του ατόμου καλωδίωσης. Μια μικρή πρόληψη αξίζει εκατό φορές τη θεραπεία σε αυτό το σημείο. Μην περιμένετε από το άτομο να καταλάβει τις ιδέες σας. Η γνώμη και η καθοδήγησή σας είναι τα πιο σημαντικά στα αρχικά στάδια της διαδικασίας σχεδιασμού καλωδίωσης. Όσο περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να παρέχετε και όσο περισσότερο παρεμβαίνετε σε όλη τη διαδικασία καλωδίωσης, τόσο καλύτερο θα είναι το PCB που προκύπτει. Ορίστε ένα δοκιμαστικό σημείο ολοκλήρωσης για τον γρήγορο έλεγχο μηχανικού σχεδιασμού καλωδίωσης σύμφωνα με την αναφορά προόδου καλωδίωσης που θέλετε. Αυτή η μέθοδος "κλειστού βρόχου" αποτρέπει την παραβίαση της καλωδίωσης, ελαχιστοποιώντας έτσι την πιθανότητα επανεπεξεργασίας.

Οι οδηγίες που πρέπει να δοθούν στον μηχανικό καλωδίωσης περιλαμβάνουν: μια σύντομη περιγραφή της λειτουργίας του κυκλώματος, ένα σχηματικό διάγραμμα του PCB που υποδεικνύει τις θέσεις εισόδου και εξόδου, πληροφορίες στοίβαξης PCB (για παράδειγμα, πόσο πάχος είναι η πλακέτα, πόσες στρώσεις υπάρχουν και λεπτομερείς πληροφορίες για κάθε επίπεδο σήματος και λειτουργία επιπέδου γείωσης Κατανάλωση ενέργειας, καλώδιο γείωσης, αναλογικό σήμα, ψηφιακό σήμα και σήμα RF). ποια σήματα απαιτούνται για κάθε στρώμα. απαιτούν την τοποθέτηση σημαντικών εξαρτημάτων. την ακριβή θέση των εξαρτημάτων παράκαμψης· Ποιες τυπωμένες γραμμές είναι σημαντικές. ποιες γραμμές πρέπει να ελέγχουν τις εκτυπωμένες γραμμές σύνθετης αντίστασης. Ποιες γραμμές πρέπει να ταιριάζουν με το μήκος; το μέγεθος των εξαρτημάτων· Ποιες τυπωμένες γραμμές πρέπει να είναι μακριά (ή κοντά) η μία στην άλλη. ποιες γραμμές πρέπει να είναι μακριά (ή κοντά) η μία στην άλλη. ποια εξαρτήματα πρέπει να είναι μακριά (ή κοντά) το ένα στο άλλο. ποια εξαρτήματα πρέπει να τοποθετηθούν Στο επάνω μέρος του PCB, ποια είναι τα παρακάτω. Μην παραπονιέστε ποτέ ότι υπάρχουν πάρα πολλές πληροφορίες για τους άλλους-πολύ λίγες; Είναι πάρα πολύ; Μη.

Μια μαθησιακή εμπειρία: Πριν από περίπου 10 χρόνια, σχεδίασα μια πλακέτα κυκλώματος επιφανειακής στήριξης πολλαπλών στρώσεων - υπάρχουν εξαρτήματα και στις δύο πλευρές της πλακέτας. Χρησιμοποιήστε πολλές βίδες για να στερεώσετε την σανίδα σε ένα επιχρυσωμένο κέλυφος αλουμινίου (γιατί υπάρχουν πολύ αυστηροί αντικραδασμικοί δείκτες). Οι ακίδες που παρέχουν τροφοδοσία μεροληψίας περνούν μέσα από την πλακέτα. Αυτή η ακίδα συνδέεται με το PCB με σύρματα συγκόλλησης. Αυτή είναι μια πολύ περίπλοκη συσκευή. Ορισμένα εξαρτήματα στην πλακέτα χρησιμοποιούνται για τη ρύθμιση δοκιμής (SAT). Αλλά έχω ορίσει ξεκάθαρα τη θέση αυτών των στοιχείων. Μπορείτε να μαντέψετε πού είναι εγκατεστημένα αυτά τα εξαρτήματα; Με την ευκαιρία, κάτω από το ταμπλό. Όταν οι μηχανικοί και οι τεχνικοί προϊόντων έπρεπε να αποσυναρμολογήσουν ολόκληρη τη συσκευή και να τη συναρμολογήσουν ξανά μετά την ολοκλήρωση των ρυθμίσεων, έδειχναν πολύ δυσαρεστημένοι. Δεν έχω ξανακάνει αυτό το λάθος από τότε.

Θέση

Ακριβώς όπως σε ένα PCB, η τοποθεσία είναι το παν. Πού να τοποθετήσετε ένα κύκλωμα στο PCB, πού να εγκαταστήσετε τα συγκεκριμένα εξαρτήματά του κυκλώματος και ποια είναι τα άλλα παρακείμενα κυκλώματα, τα οποία είναι όλα πολύ σημαντικά.

Συνήθως, οι θέσεις εισόδου, εξόδου και τροφοδοσίας είναι προκαθορισμένες, αλλά το κύκλωμα μεταξύ τους πρέπει να «παίξει τη δική τους δημιουργικότητα». Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η προσοχή στις λεπτομέρειες της καλωδίωσης θα αποφέρει τεράστιες αποδόσεις. Ξεκινήστε με τη θέση των βασικών εξαρτημάτων και εξετάστε το συγκεκριμένο κύκλωμα και ολόκληρο το PCB. Ο καθορισμός της θέσης των βασικών στοιχείων και των διαδρομών σήματος από την αρχή βοηθά να διασφαλιστεί ότι ο σχεδιασμός πληροί τους αναμενόμενους στόχους εργασίας. Η λήψη του σωστού σχεδιασμού την πρώτη φορά μπορεί να μειώσει το κόστος και την πίεση - και να συντομεύσει τον κύκλο ανάπτυξης.

Παράκαμψη ισχύος

Η παράκαμψη της τροφοδοσίας από την πλευρά ισχύος του ενισχυτή προκειμένου να μειωθεί ο θόρυβος είναι μια πολύ σημαντική πτυχή στη διαδικασία σχεδιασμού PCB-συμπεριλαμβανομένων των λειτουργικών ενισχυτών υψηλής ταχύτητας ή άλλων κυκλωμάτων υψηλής ταχύτητας. Υπάρχουν δύο κοινές μέθοδοι διαμόρφωσης για την παράκαμψη λειτουργικών ενισχυτών υψηλής ταχύτητας.

Γείωση του ακροδέκτη τροφοδοσίας: Αυτή η μέθοδος είναι η πιο αποτελεσματική στις περισσότερες περιπτώσεις, χρησιμοποιώντας πολλαπλούς παράλληλους πυκνωτές για την απευθείας γείωση του ακροδέκτη τροφοδοσίας του λειτουργικού ενισχυτή. Σε γενικές γραμμές, δύο παράλληλοι πυκνωτές είναι επαρκείς - αλλά η προσθήκη παράλληλων πυκνωτών μπορεί να ωφελήσει ορισμένα κυκλώματα.

Η παράλληλη σύνδεση πυκνωτών με διαφορετικές τιμές χωρητικότητας βοηθά να διασφαλιστεί ότι μόνο η σύνθετη αντίσταση χαμηλού εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) μπορεί να φανεί στον ακροδέκτη τροφοδοσίας ρεύματος σε μια ευρεία ζώνη συχνοτήτων. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό στη συχνότητα εξασθένησης της αναλογίας απόρριψης τροφοδοσίας λειτουργίας ενισχυτή (PSR). Αυτός ο πυκνωτής βοηθά στην αντιστάθμιση του μειωμένου PSR του ενισχυτή. Η διατήρηση μιας διαδρομής εδάφους χαμηλής σύνθετης αντίστασης σε πολλές περιοχές δέκα οκτάβων θα βοηθήσει να διασφαλιστεί ότι ο επιβλαβής θόρυβος δεν μπορεί να εισέλθει στον ενισχυτή λειτουργίας. Το σχήμα 1 δείχνει τα πλεονεκτήματα της παράλληλης χρήσης πολλαπλών πυκνωτών. Σε χαμηλές συχνότητες, μεγάλοι πυκνωτές παρέχουν μια διαδρομή γείωσης χαμηλής αντίστασης. Αλλά μόλις η συχνότητα φτάσει στη δική της συχνότητα συντονισμού, η χωρητικότητα του πυκνωτή θα εξασθενήσει και σταδιακά θα φαίνεται επαγωγική. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε πολλαπλούς πυκνωτές: όταν η απόκριση συχνότητας ενός πυκνωτή αρχίζει να πέφτει, η απόκριση συχνότητας του άλλου πυκνωτή αρχίζει να λειτουργεί, έτσι ώστε να μπορεί να διατηρεί μια πολύ χαμηλή αντίσταση AC σε πολλές περιοχές δέκα οκτάβων.

Ξεκινήστε απευθείας με τις ακίδες τροφοδοσίας του ενισχυτή. ο πυκνωτής με τη μικρότερη χωρητικότητα και το μικρότερο φυσικό μέγεθος θα πρέπει να τοποθετηθεί στην ίδια πλευρά του PCB με τον ενισχυτή λειτουργίας — και όσο το δυνατόν πιο κοντά στον ενισχυτή. Ο ακροδέκτης γείωσης του πυκνωτή θα πρέπει να συνδέεται απευθείας με το επίπεδο γείωσης με τον μικρότερο πείρο ή τυπωμένο καλώδιο. Η παραπάνω σύνδεση γείωσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στον ακροδέκτη φορτίου του ενισχυτή, προκειμένου να μειωθεί η παρεμβολή μεταξύ του ακροδέκτη ισχύος και του ακροδέκτη γείωσης.

Αυτή η διαδικασία θα πρέπει να επαναληφθεί για πυκνωτές με την επόμενη μεγαλύτερη τιμή χωρητικότητας. Είναι καλύτερο να ξεκινήσετε με την ελάχιστη τιμή χωρητικότητας 0,01 µF και να τοποθετήσετε έναν ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 2,2 µF (ή μεγαλύτερο) με χαμηλή αντίσταση ισοδύναμης σειράς (ESR) κοντά του. Ο πυκνωτής 0,01 µF με μέγεθος θήκης 0508 έχει πολύ χαμηλή επαγωγή σειράς και εξαιρετική απόδοση υψηλής συχνότητας.

Τροφοδοσία ρεύματος στο τροφοδοτικό: Μια άλλη μέθοδος διαμόρφωσης χρησιμοποιεί έναν ή περισσότερους πυκνωτές παράκαμψης συνδεδεμένους στους θετικούς και αρνητικούς ακροδέκτες τροφοδοσίας του λειτουργικού ενισχυτή. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συνήθως όταν είναι δύσκολο να διαμορφωθούν τέσσερις πυκνωτές στο κύκλωμα. Το μειονέκτημά του είναι ότι το μέγεθος της θήκης του πυκνωτή μπορεί να αυξηθεί επειδή η τάση κατά μήκος του πυκνωτή είναι διπλάσια από την τιμή τάσης στη μέθοδο παράκαμψης μιας παροχής. Η αύξηση της τάσης απαιτεί αύξηση της ονομαστικής τάσης διάσπασης της συσκευής, δηλαδή αύξηση του μεγέθους του περιβλήματος. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος μπορεί να βελτιώσει την απόδοση PSR και παραμόρφωσης.

Επειδή κάθε κύκλωμα και καλωδίωση είναι διαφορετικά, η διαμόρφωση, ο αριθμός και η τιμή χωρητικότητας των πυκνωτών θα πρέπει να προσδιορίζονται σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πραγματικού κυκλώματος.