El cableado de la placa de circuito impreso (PCB) juega un papel clave en los circuitos de alta velocidad, pero a menudo es uno de los últimos pasos en el proceso de diseño del circuito. Hay muchos problemas con el cableado de PCB de alta velocidad, y se ha escrito mucha literatura sobre este tema. Este artículo analiza principalmente el cableado de circuitos de alta velocidad desde una perspectiva práctica. El objetivo principal es ayudar a los nuevos usuarios a prestar atención a muchos problemas diferentes que deben considerarse al diseñar diseños de PCB de circuitos de alta velocidad. Otro propósito es proporcionar un material de revisión para los clientes que no han tocado el cableado de PCB por un tiempo. Debido al diseño limitado, este artículo no puede discutir todos los temas en detalle, pero discutiremos las partes clave que tienen el mayor efecto para mejorar el rendimiento del circuito, acortar el tiempo de diseño y ahorrar tiempo de modificación.

Aunque el enfoque principal aquí está en los circuitos relacionados con amplificadores operativos de alta velocidad, los problemas y los métodos discutidos aquí generalmente son aplicables al cableado utilizado en la mayoría de los otros circuitos analógicos de alta velocidad. Cuando el amplificador operativo funciona en una banda de frecuencia de radiofrecuencia muy alta (RF), el rendimiento del circuito depende en gran medida del diseño de PCB. Los diseños de circuitos de alto rendimiento que se ven bien en los "dibujos" solo pueden obtener un rendimiento ordinario si se ven afectados por el descuido durante el cableado. La consideración previa y la atención a detalles importantes en todo el proceso de cableado ayudará a garantizar el rendimiento del circuito esperado.

Diagrama esquemático

Aunque un buen esquema no puede garantizar un buen cableado, un buen cableado comienza con un buen esquema. Piense con cuidado al dibujar el esquema, y ​​debe considerar el flujo de señal de todo el circuito. Si hay un flujo de señal normal y estable de izquierda a derecha en el esquema, entonces debería haber el mismo flujo de señal bueno en la PCB. Da tanta información útil como sea posible sobre el esquema. Debido a que a veces el ingeniero de diseño de circuitos no está allí, los clientes nos pedirán que ayudemos a resolver el problema del circuito, los diseñadores, técnicos e ingenieros dedicados a este trabajo estarán muy agradecidos, incluidos nosotros.

Además de los identificadores de referencia ordinarios, el consumo de energía y la tolerancia a los errores, ¿qué información se debe dar en el esquema? Aquí hay algunas sugerencias para convertir los esquemas ordinarios en esquemas de primera clase. Agregue formas de onda, información mecánica sobre la carcasa, longitud de las líneas impresas, áreas en blanco; indique qué componentes deben colocarse en la PCB; Dé información de ajuste, rangos de valor de componente, información de disipación de calor, líneas de impedancia de control, comentarios y breves circuitos Descripción de la acción ... (y otros).
No creas a nadie

Si no está diseñando el cableado usted mismo, asegúrese de permitir un tiempo suficiente para verificar cuidadosamente el diseño de la persona de cableado. Una pequeña prevención vale cien veces el remedio en este momento. No espere que la persona de cableado comprenda sus ideas. Su opinión y orientación son las más importantes en las primeras etapas del proceso de diseño de cableado. Cuanto más información pueda proporcionar y más intervención en todo el proceso de cableado, mejor será la PCB resultante. Establezca un punto de finalización tentativo para el cheque de ingeniero de diseño de cableado de acuerdo con el informe de progreso de cableado que desea. Este método de "circuito cerrado" evita que el cableado se extraviera, minimizando así la posibilidad de reelaborar.

Las instrucciones que deben entregarse al ingeniero de cableado incluyen: una breve descripción de la función del circuito, un diagrama esquemático de la PCB que indica las posiciones de entrada y salida, información de apilamiento de PCB (por ejemplo, cuán gruesa es la placa, cuántas capas hay y información detallada sobre cada capa de señal y consumo de alimentación de la función del plano de tierra, cable de tierra, señal análoga, señal digital y señal RF); qué señales se requieren para cada capa; requiere la colocación de componentes importantes; la ubicación exacta de los componentes de derivación; que las líneas impresas son importantes; qué líneas necesitan controlar las líneas impresas de impedancia; Qué líneas necesitan coincidir con la longitud; el tamaño de los componentes; qué líneas impresas deben estar lejos (o cerca) entre sí; qué líneas deben estar lejos (o cerca) entre sí; qué componentes deben estar lejos (o cerca) entre sí; Qué componentes deben colocarse en la parte superior de la PCB, cuáles se colocan a continuación. ¿Nunca te quejas de que hay demasiada información para los demás demasiado pequeños? ¿Es demasiado? No.

Una experiencia de aprendizaje: hace unos 10 años, diseñé una placa de circuito de montaje de superficie multicapa: hay componentes en ambos lados de la placa. Use muchos tornillos para fijar la placa en una cubierta de aluminio chapada en oro (porque hay indicadores antivibraciones muy estrictos). Los alfileres que proporcionan alimentación de sesgo pasan a través del tablero. Este pin está conectado a la PCB soldando cables. Este es un dispositivo muy complicado. Algunos componentes en la placa se utilizan para la configuración de prueba (SAT). Pero he definido claramente la ubicación de estos componentes. ¿Puedes adivinar dónde se instalan estos componentes? Por cierto, debajo del tablero. Cuando los ingenieros y técnicos de productos tuvieron que desmontar todo el dispositivo y volver a ensamblarlos después de completar la configuración, parecían muy infelices. No he cometido este error nuevamente desde entonces.

Posición

Al igual que en una PCB, la ubicación lo es todo. Dónde colocar un circuito en la PCB, dónde instalar sus componentes de circuito específicos y qué otros circuitos adyacentes son, todos los cuales son muy importantes.

Por lo general, las posiciones de entrada, salida y fuente de alimentación están predeterminadas, pero el circuito entre ellas necesita "jugar su propia creatividad". Es por eso que prestar atención a los detalles del cableado generará grandes rendimientos. Comience con la ubicación de los componentes clave y considere el circuito específico y la PCB completa. La especificación de la ubicación de los componentes clave y las rutas de señal desde el principio ayuda a garantizar que el diseño cumpla con los objetivos de trabajo esperados. Obtener el diseño correcto la primera vez puede reducir los costos y presión y acortar el ciclo de desarrollo.

Potencia de derivación

Evitar la fuente de alimentación en el lado de alimentación del amplificador para reducir el ruido es un aspecto muy importante en el proceso de diseño de PCB, incluida las amplificadores operativos de alta velocidad u otros circuitos de alta velocidad. Existen dos métodos de configuración comunes para evitar amplificadores operativos de alta velocidad.

Cierre el terminal de la fuente de alimentación: este método es el más efectivo en la mayoría de los casos, utilizando múltiples condensadores paralelos para conectar directamente el pin de la fuente de alimentación del amplificador operativo. En términos generales, dos condensadores paralelos son suficientes, pero agregar condensadores paralelos puede beneficiar algunos circuitos.

La conexión paralela de condensadores con diferentes valores de capacitancia ayuda a garantizar que solo se pueda ver una baja impedancia de corriente alterna (CA) en el pasador de la fuente de alimentación en una banda de frecuencia amplia. Esto es especialmente importante en la frecuencia de atenuación de la relación de rechazo de la fuente de alimentación del amplificador operacional (PSR). Este condensador ayuda a compensar el PSR reducido del amplificador. Mantener una ruta de suelo de baja impedancia en muchos rangos de diez octavos ayudará a garantizar que el ruido nocivo no pueda ingresar al amplificador OP. La Figura 1 muestra las ventajas de usar múltiples condensadores en paralelo. A bajas frecuencias, los condensadores grandes proporcionan una ruta de suelo de baja impedancia. Pero una vez que la frecuencia alcanza su propia frecuencia resonante, la capacitancia del condensador debilitará y parecerá gradualmente inductivo. Es por eso que es importante usar múltiples condensadores: cuando la respuesta de frecuencia de un condensador comienza a disminuir, la respuesta de frecuencia del otro condensador comienza a funcionar, por lo que puede mantener una impedancia de CA muy baja en muchos rangos de diez octavas.

Comience directamente con los pasadores de fuente de alimentación del amplificador OP; El condensador con la capacitancia más pequeña y el tamaño físico más pequeño deben colocarse en el mismo lado de la PCB que el amplificador OP, y lo más cerca posible del amplificador. El terminal de tierra del condensador debe conectarse directamente al plano de tierra con el pasador más corto o el cable impreso. La conexión a tierra anterior debe estar lo más cerca posible del terminal de carga del amplificador para reducir la interferencia entre el terminal de energía y el terminal de tierra.

Este proceso debe repetirse para condensadores con el siguiente valor de capacitancia más grande. Es mejor comenzar con el valor de capacitancia mínima de 0.01 µF y colocar un condensador electrolítico de 2.2 µF (o más) con baja resistencia en serie equivalente (ESR) cerca de él. El condensador de 0.01 µF con un tamaño de caja 0508 tiene una inductancia en serie muy baja y un excelente rendimiento de alta frecuencia.

Fuente de alimentación a la fuente de alimentación: otro método de configuración utiliza uno o más condensadores de derivación conectados a través de los terminales de fuente de alimentación positiva y negativa del amplificador operativo. Este método generalmente se usa cuando es difícil configurar cuatro condensadores en el circuito. Su desventaja es que el tamaño del caso del condensador puede aumentar porque el voltaje a través del condensador es el doble del valor de voltaje en el método de derivación de suministro único. Aumentar el voltaje requiere aumentar el voltaje de descomposición nominal del dispositivo, es decir, aumentar el tamaño de la carcasa. Sin embargo, este método puede mejorar el rendimiento de PSR y distorsión.

Debido a que cada circuito y cableado es diferente, el valor de configuración, número y capacitancia de los condensadores debe determinarse de acuerdo con los requisitos del circuito real.