Trükkplaadi (PCB) juhtmestik mängib kiiretes vooluahelates võtmerolli, kuid sageli on see üks viimaseid etappe vooluringide kujundamise protsessis. Kiire PCB juhtmestikuga on palju probleeme ja sellel teemal on kirjutatud palju kirjandust. Selles artiklis käsitletakse peamiselt kiirete vooluahelate juhtmestikku praktilisest vaatenurgast. Peamine eesmärk on aidata uutel kasutajatel pöörata tähelepanu paljudele erinevatele probleemidele, mida tuleb kiirete trükkplaatide paigutuse kavandamisel arvestada. Teine eesmärk on pakkuda ülevaatematerjali klientidele, kes pole mõnda aega PCB juhtmeid puudutanud. Piiratud paigutuse tõttu ei saa see artikkel kõiki probleeme üksikasjalikult käsitleda, kuid käsitleme põhiosi, millel on suurim mõju ahela jõudluse parandamisele, projekteerimisaja lühendamisele ja muutmisaja säästmisele.

Kuigi siin on põhirõhk kiirete operatiivvõimenditega seotud vooluringidel, on siin käsitletud probleemid ja meetodid üldiselt rakendatavad enamikes teistes kiiretes analoogskeemides kasutatavate juhtmete puhul. Kui operatiivvõimendi töötab väga kõrgel raadiosagedusel (RF), sõltub ahela jõudlus suuresti PCB paigutusest. Suure jõudlusega vooluahela konstruktsioonid, mis näevad "joonistel" head välja, saavad tavalise jõudluse ainult siis, kui neid mõjutab juhtmestiku ettevaatamatus. Eelnevalt läbimõeldud ja olulistele detailidele tähelepanu pööramine kogu juhtmestiku protsessis aitab tagada vooluahela eeldatava jõudluse.

Skemaatiline diagramm

Kuigi hea skeem ei taga head juhtmestikku, algab hea juhtmestik heast skeemist. Mõelge skeemi joonistamisel hoolikalt läbi ja peate arvestama kogu vooluahela signaalivooga. Kui skeemil on normaalne ja stabiilne signaali voog vasakult paremale, siis peaks PCB-l olema sama hea signaali voog. Andke skeemile võimalikult palju kasulikku teavet. Kuna mõnikord pole vooluringi projekteerijat kohal, paluvad kliendid meilt abi skeemiprobleemi lahendamisel, selle tööga tegelevad disainerid, tehnikud ja insenerid on väga tänulikud, sealhulgas meie.

Millist teavet tuleks skeemil esitada lisaks tavalistele viiteidentifikaatoritele, energiatarbimisele ja veataluvusele? Siin on mõned soovitused, kuidas muuta tavalised skeemid esmaklassilisteks skeemideks. Lisage lainekujud, mehaaniline teave kesta kohta, trükitud joonte pikkus, tühjad alad; näidata, millised komponendid tuleb PCB-le asetada; anda reguleerimisteavet, komponentide väärtuste vahemikke, teavet soojuse hajumise kohta, juhtimpedantsi prinditud read, kommentaarid ja lühiahelad Tegevuse kirjeldus… (ja muud).
Ära usu kedagi

Kui te ise juhtmeid ei projekteeri, jätke kindlasti piisavalt aega juhtmestiku konstruktsiooni hoolikaks kontrollimiseks. Väike ennetus on praegusel hetkel väärt sada korda paremat abinõu. Ärge oodake, et juhtmestik teie ideedest aru saaks. Teie arvamus ja juhised on juhtmestiku projekteerimise algfaasis kõige olulisemad. Mida rohkem teavet saate anda ja mida rohkem sekkute kogu juhtmestiku protsessi, seda parem on saadud PCB. Määrake juhtmestiku projekteerimisinseneri kiirkontrolli esialgne lõpupunkt vastavalt soovitud juhtmestiku edenemisaruandele. See suletud ahela meetod hoiab ära juhtmestiku eksimise, vähendades seeläbi ümbertöötamise võimalust.

Juhtmestiku insenerile tuleb anda järgmised juhised: vooluringi funktsiooni lühikirjeldus, trükkplaadi skemaatiline diagramm, mis näitab sisendi ja väljundi asukohti, trükkplaatide virnastamise teave (näiteks plaadi paksus, mitu kihti seal on üksikasjalik teave iga signaalikihi ja maandustasandi funktsiooni kohta Energiatarve, maandusjuhe, analoogsignaal, digitaalsignaal ja RF-signaal); milliseid signaale on vaja iga kihi jaoks; nõuavad oluliste komponentide paigutamist; möödaviigu komponentide täpne asukoht; millised trükitud read on olulised; millised read vajavad impedantsi prinditud joonte juhtimiseks; Millised read peavad pikkusega sobima; komponentide suurus; millised trükitud read peavad olema üksteisest kaugel (või lähedal); millised read peavad olema üksteisest kaugel (või lähedal); millised komponendid peavad olema üksteisest kaugel (või lähedal); millised komponendid tuleb paigutada PCB ülaosale, millised alla. Kas te ei kurda kunagi, et teiste jaoks on liiga palju teavet – liiga vähe? Kas seda on liiga palju? Ärge tehke.

Õppimiskogemus: umbes 10 aastat tagasi kujundasin mitmekihilise pindpaigaldusega trükkplaadi – plaadi mõlemal küljel on komponendid. Kasutage palju kruvisid, et kinnitada plaat kullatud alumiiniumkestasse (sest seal on väga ranged vibratsioonivastased näitajad). Nööpnõelad, mis tagavad eelpingestuse, läbivad tahvli. See tihv on ühendatud PCB-ga jootmisjuhtmete abil. See on väga keeruline seade. Mõnda tahvli komponenti kasutatakse testi seadistamiseks (SAT). Kuid ma olen selgelt määratlenud nende komponentide asukoha. Kas oskate arvata, kuhu need komponendid on paigaldatud? Muide, tahvli all. Kui tooteinsenerid ja -tehnikud pidid pärast seadistuste tegemist kogu seadme lahti võtma ja uuesti kokku panema, tundusid nad väga õnnetud. Pärast seda pole ma enam seda viga teinud.

positsioon

Nii nagu PCB puhul, on asukoht kõik. Kuhu panna vooluring PCB-le, kuhu paigaldada selle konkreetsed vooluahela komponendid ja millised on teised külgnevad vooluringid, mis kõik on väga olulised.

Tavaliselt on sisendi, väljundi ja toiteallika asukohad ette määratud, kuid nendevaheline vooluahel peab "mängima oma loovust". Seetõttu annab juhtmestiku detailidele tähelepanu pööramine tohutut tulu. Alustage võtmekomponentide asukohast ja kaaluge konkreetset vooluringi ja kogu PCB-d. Võtmekomponentide ja signaaliteede asukoha määramine algusest peale aitab tagada, et projekt vastab eeldatavatele tööeesmärkidele. Õige disaini esmakordne hankimine võib vähendada kulusid ja survet ning lühendada arendustsüklit.

Möödavoolu toide

Võimendi toitepoolsest toiteallikast möödalaskmine müra vähendamiseks on PCB projekteerimise protsessis väga oluline aspekt, sealhulgas kiirete operatiivvõimendite või muude kiirete vooluahelate puhul. Kiiretest operatiivvõimenditest möödahiilimiseks on kaks levinumat konfiguratsioonimeetodit.

Toiteallika terminali maandamine: see meetod on enamikul juhtudel kõige tõhusam, kasutades mitut paralleelset kondensaatorit operatiivvõimendi toiteallika maandamiseks. Üldiselt piisab kahest paralleelsest kondensaatorist, kuid paralleelsete kondensaatorite lisamine võib mõnele vooluringile kasuks tulla.

Erinevate mahtuvusväärtustega kondensaatorite paralleelühendus aitab tagada, et laias sagedusribas on toiteallika kontaktil näha ainult madalat vahelduvvoolutakistust. See on eriti oluline operatiivvõimendi toiteallika tagasilükkamise suhte (PSR) sumbumissageduse puhul. See kondensaator aitab kompenseerida võimendi vähenenud PSR-i. Madala impedantsi maandustee säilitamine paljudes kümne oktaavi vahemikes aitab tagada, et kahjulik müra ei pääse opvõimendisse. Joonis 1 näitab mitme kondensaatori paralleelse kasutamise eeliseid. Madalatel sagedustel pakuvad suured kondensaatorid madala takistusega maandustee. Kuid kui sagedus jõuab oma resonantssageduseni, nõrgeneb kondensaatori mahtuvus ja muutub järk-järgult induktiivseks. Seetõttu on oluline kasutada mitut kondensaatorit: kui ühe kondensaatori sageduskarakteristik hakkab langema, hakkab teise kondensaatori sageduskarakteristik tööle, nii et see suudab säilitada väga madala vahelduvvoolu takistuse paljudes kümneoktaavilistes vahemikes.

Alustage otse operatsioonivõimendi toiteallika tihvtidest; väikseima mahtuvuse ja väikseima füüsilise suurusega kondensaator tuleks asetada trükkplaadi samale küljele operatsioonivõimendiga – ja võimalikult lähedale võimendile. Kondensaatori maandusklemm peaks olema otse maandusplaadiga ühendatud lühima tihvti või trükitud juhtmega. Ülaltoodud maandusühendus peaks olema võimalikult lähedal võimendi koormusklemmile, et vähendada häireid toiteklemmi ja maandusklemmi vahel.

Seda protsessi tuleks korrata järgmise suurima mahtuvusväärtusega kondensaatorite puhul. Parim on alustada minimaalsest mahtuvuse väärtusest 0,01 µF ja asetada selle lähedale 2,2 µF (või suurem) elektrolüütkondensaator, millel on madal samaväärne jadatakistus (ESR). 0,01 µF 0508 korpusega kondensaatoril on väga madal jadainduktiivsus ja suurepärane kõrgsageduslik jõudlus.

Toide toiteallikaga: Teine konfiguratsioonimeetod kasutab ühte või mitut möödaviikkondensaatorit, mis on ühendatud operatiivvõimendi positiivsete ja negatiivsete toiteklemmidega. Seda meetodit kasutatakse tavaliselt siis, kui ahelas on raske konfigureerida nelja kondensaatorit. Selle puuduseks on see, et kondensaatori korpuse suurus võib suureneda, kuna kondensaatori pinge on kaks korda suurem kui ühe toite möödaviigu meetodi pinge väärtus. Pinge suurendamine eeldab seadme nominaalse läbilöögipinge suurendamist, see tähendab korpuse suuruse suurendamist. See meetod võib aga parandada PSR-i ja moonutuste jõudlust.

Kuna iga ahel ja juhtmestik on erinevad, tuleks kondensaatorite konfiguratsioon, arv ja mahtuvuse väärtus määrata vastavalt tegeliku vooluahela nõuetele.