سیم کشی مدار چاپی (PCB) در مدارهای پر سرعت نقش اساسی دارد ، اما اغلب یکی از آخرین مراحل در فرآیند طراحی مدار است. مشکلات زیادی در مورد سیم کشی PCB با سرعت بالا وجود دارد و ادبیات زیادی در مورد این موضوع نوشته شده است. این مقاله به طور عمده در مورد سیم کشی مدارهای پر سرعت از منظر عملی بحث می شود. هدف اصلی کمک به کاربران جدید است که به بسیاری از موضوعات مختلف که باید هنگام طراحی طرح های PCB با سرعت بالا در نظر گرفته شوند ، توجه کنند. هدف دیگر تهیه مطالب مرور برای مشتریانی است که مدتی سیم کشی PCB را لمس نکرده اند. با توجه به طرح محدود ، این مقاله نمی تواند همه موضوعات را به تفصیل مورد بحث قرار دهد ، اما ما در مورد بخش های کلیدی که بیشترین تأثیر را در بهبود عملکرد مدار ، کوتاه کردن زمان طراحی و صرفه جویی در زمان اصلاح داریم ، بحث خواهیم کرد.

اگرچه تمرکز اصلی در اینجا روی مدارهای مربوط به آمپلی فایرهای عملیاتی پر سرعت است ، اما مشکلات و روشهای مورد بحث در اینجا به طور کلی برای سیم کشی مورد استفاده در اکثر مدارهای آنالوگ پر سرعت قابل استفاده است. هنگامی که آمپلی فایر عملیاتی در باند فرکانس رادیویی بسیار بالا (RF) کار می کند ، عملکرد مدار تا حد زیادی به طرح PCB بستگی دارد. طرح های مدار با کارایی بالا که در "نقشه ها" خوب به نظر می رسند ، فقط در صورتی که تحت تأثیر بی دقتی در هنگام سیم کشی قرار بگیرند ، می توانند عملکرد عادی داشته باشند. قبل از مصرف و توجه به جزئیات مهم در طول فرآیند سیم کشی به اطمینان از عملکرد مدار مورد انتظار کمک می کند.

نمودار شماتیک

اگرچه یک شماتیک خوب نمی تواند سیم کشی خوب را تضمین کند ، اما سیم کشی خوب با یک شماتیک خوب شروع می شود. هنگام ترسیم شماتیک با دقت فکر کنید و باید جریان سیگنال کل مدار را در نظر بگیرید. اگر جریان سیگنال طبیعی و پایدار از چپ به راست در شماتیک وجود داشته باشد ، باید همان جریان سیگنال خوب در PCB وجود داشته باشد. تا آنجا که ممکن است اطلاعات مفیدی را در مورد شماتیک ارائه دهید. از آنجا که گاهی اوقات مهندس طراحی مدار در آنجا نیست ، مشتریان از ما می خواهند که به حل مشکل مدار کمک کنیم ، طراحان ، تکنسین ها و مهندسان مشغول این کار بسیار سپاسگزار خواهند بود ، از جمله ما.

علاوه بر شناسه های مرجع معمولی ، مصرف برق و تحمل خطا ، چه اطلاعاتی باید در شماتیک ارائه شود؟ در اینجا چند پیشنهاد برای تبدیل شماتیک های معمولی به طرحواره های درجه یک آورده شده است. شکل موج ، اطلاعات مکانیکی در مورد پوسته ، طول خطوط چاپ شده ، مناطق خالی را اضافه کنید. نشان دهید که کدام مؤلفه ها باید روی PCB قرار گیرند. اطلاعات تنظیم ، دامنه مقدار مؤلفه ، اطلاعات اتلاف گرما ، خطوط چاپی امپدانس کنترل ، نظرات و توضیحات عملکرد مدارهای مختصر را ارائه دهید ... (و دیگران).
کسی را باور نکن

اگر خودتان سیم کشی را طراحی نمی کنید ، حتماً به زمان کافی اجازه دهید تا طراحی شخص سیم کشی را با دقت بررسی کنید. یک پیشگیری کوچک در این مرحله صد برابر راه حل است. انتظار نداشته باشید که فرد سیم کشی ایده های شما را درک کند. نظر و راهنمایی شما در مراحل اولیه فرآیند طراحی سیم کشی مهمترین است. هرچه اطلاعات بیشتری را ارائه دهید و هرچه در کل فرآیند سیم کشی مداخله کنید ، PCB حاصل بهتر خواهد بود. با توجه به گزارش پیشرفت سیم کشی مورد نظر خود ، یک نقطه تکمیل آزمایشی را برای بررسی مهندس طراحی سیم کشی تنظیم کنید. این روش "حلقه بسته" مانع از گمراه شدن سیم کشی می شود و از این طریق امکان کار مجدد را به حداقل می رساند.

دستورالعمل هایی که باید به مهندس سیم کشی داده شود عبارتند از: توضیحات کوتاه از عملکرد مدار ، یک نمودار شماتیک از PCB که نشان دهنده موقعیت های ورودی و خروجی ، اطلاعات انباشت PCB است (به عنوان مثال ، هیئت مدیره چقدر ضخیم است ، چند لایه وجود دارد ، و اطلاعات مفصلی در مورد هر لایه سیگنال و مصرف نیروگاه زمین ، سیم زمینی زمین ، سیگنال آنالوگ ، سیگنال دیجیتال و سیگنال RF). کدام سیگنال برای هر لایه مورد نیاز است. نیاز به قرارگیری اجزای مهم دارد. مکان دقیق اجزای بای پس ؛ که خطوط چاپی مهم هستند ؛ کدام خط نیاز به کنترل خطوط چاپ شده امپدانس دارد. کدام خط نیاز به مطابقت با طول دارد. اندازه مؤلفه ها ؛ که خطوط چاپ شده باید دور از یکدیگر باشند (یا به یکدیگر نزدیک) باشند. کدام خط باید دور باشد (یا به یکدیگر نزدیک). کدام مؤلفه ها باید با یکدیگر دور باشند (یا نزدیک باشند). کدام مؤلفه ها باید در بالای PCB قرار بگیرند ، کدام یک در زیر قرار می گیرند. هرگز شکایت نکنید که اطلاعات زیادی برای دیگران وجود دارد و بسیار کم است؟ خیلی زیاد است؟ نه

یک تجربه یادگیری: حدود 10 سال پیش ، من یک تخته مدار سطح چند لایه را طراحی کردم-در هر دو طرف هیئت مدیره وجود دارد. از پیچ های زیادی برای رفع تخته در یک پوسته آلومینیومی با روکش طلا استفاده کنید (زیرا شاخص های ضد لرزش بسیار دقیق وجود دارد). پین هایی که تغذیه تعصب را از طریق صفحه منتقل می کنند. این پین با سیم های لحیم کاری به PCB وصل می شود. این یک دستگاه بسیار پیچیده است. برخی از مؤلفه های موجود در صفحه برای تنظیم آزمایش (SAT) استفاده می شود. اما من مکان این مؤلفه ها را به وضوح تعریف کرده ام. آیا می توانید حدس بزنید که این مؤلفه ها در کجا نصب شده اند؟ به هر حال ، زیر تخته. هنگامی که مهندسان و تکنسین های محصول مجبور شدند کل دستگاه را جدا کنند و پس از تکمیل تنظیمات ، آنها را مجدداً مجدداً جمع کنند ، به نظر می رسید بسیار ناراضی هستند. من از آن زمان دیگر این اشتباه را نکرده ام.

موقعیت

درست مانند PCB ، مکان همه چیز است. از کجا می توان یک مدار را روی PCB قرار داد ، از کجا می توان اجزای مدار خاص خود را نصب کرد ، و سایر مدارهای مجاور چیست ، همه اینها بسیار مهم هستند.

معمولاً موقعیت های ورودی ، خروجی و منبع تغذیه از پیش تعیین شده است ، اما مدار بین آنها باید "خلاقیت خود را بازی کند". به همین دلیل است که توجه به جزئیات سیم کشی بازده بزرگی خواهد داشت. با مکان اجزای کلیدی شروع کنید و مدار خاص و کل PCB را در نظر بگیرید. مشخص کردن مکان مؤلفه های کلیدی و مسیرهای سیگنال از ابتدا به اطمینان حاصل می شود که این طرح اهداف کاری مورد انتظار را برآورده می کند. اولین بار به دست آوردن طراحی مناسب می تواند هزینه ها و فشار را کاهش دهد و چرخه توسعه را کوتاه کند.

قدرت بای پس

دور زدن منبع تغذیه در طرف برق تقویت کننده به منظور کاهش نویز ، جنبه بسیار مهمی در فرآیند طراحی PCB از جمله تقویت کننده های عملیاتی پر سرعت یا سایر مدارهای پر سرعت است. دو روش پیکربندی مشترک برای دور زدن تقویت کننده های عملیاتی پر سرعت وجود دارد.

پایه گذاری ترمینال منبع تغذیه: این روش در بیشتر موارد با استفاده از چندین خازن موازی موثرترین است تا مستقیماً پین منبع تغذیه تقویت کننده عملیاتی را قرار دهد. به طور کلی ، دو خازن موازی کافی هستند ، اما اضافه کردن خازن های موازی ممکن است از مدارها بهره مند شوند.

اتصال موازی خازن ها با مقادیر مختلف خازن کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که فقط امپدانس جریان متناوب کم (AC) در پین منبع تغذیه در یک باند فرکانس گسترده مشاهده می شود. این امر به ویژه در فرکانس میرایی نسبت رد منبع تغذیه تقویت کننده عملیاتی (PSR) مهم است. این خازن به جبران کاهش PSR تقویت کننده کمک می کند. حفظ یک مسیر زمینی امپدانس کم در بسیاری از محدوده های ده اکتاو به اطمینان حاصل می شود که سر و صدای مضر نمی تواند وارد آمپر شود. شکل 1 مزایای استفاده از چندین خازن را به طور موازی نشان می دهد. در فرکانس های کم ، خازن های بزرگ یک مسیر زمینی امپدانس کم را ارائه می دهند. اما پس از رسیدن فرکانس به فرکانس رزونانس خود ، خازن خازن تضعیف می شود و به تدریج القایی به نظر می رسد. به همین دلیل استفاده از چندین خازن مهم است: هنگامی که پاسخ فرکانس یک خازن شروع به ریزش می کند ، پاسخ فرکانس خازن دیگر شروع به کار می کند ، بنابراین می تواند امپدانس AC بسیار کم را در بسیاری از محدوده ده اکتاو حفظ کند.

مستقیماً با پین های منبع تغذیه آمپر شروع کنید. خازن با کوچکترین خازن و کوچکترین اندازه فیزیکی باید در همان طرف PCB مانند AMP OP قرار گیرد و تا حد امکان به تقویت کننده نزدیک شود. ترمینال زمینی خازن باید مستقیماً با کوتاهترین پین یا سیم چاپ شده به صفحه زمین وصل شود. اتصال زمین فوق باید تا حد امکان به ترمینال بار تقویت کننده نزدیک باشد تا تداخل بین ترمینال قدرت و ترمینال زمین کاهش یابد.

این فرآیند باید برای خازن ها با بزرگترین مقدار خازن بعدی تکرار شود. بهتر است با حداقل مقدار خازن 0.01 میکرومتر شروع کنید و یک خازن الکترولیتی 2.2 میکروگرم (یا بزرگتر) با مقاومت سری معادل پایین (ESR) نزدیک به آن قرار دهید. خازن 0.01 میکرومتر با اندازه مورد 0508 دارای القاء سری بسیار پایین و عملکرد عالی فرکانس بالا است.

منبع تغذیه به منبع تغذیه: یکی دیگر از روش های پیکربندی از یک یا چند خازن بای پس متصل به پایانه های منبع تغذیه مثبت و منفی تقویت کننده عملیاتی استفاده می کند. این روش معمولاً در صورت استفاده از پیکربندی چهار خازن در مدار استفاده می شود. ضرر آن این است که اندازه مورد خازن ممکن است افزایش یابد زیرا ولتاژ در سراسر خازن دو برابر مقدار ولتاژ در روش بای پس از یک عرضه است. افزایش ولتاژ نیاز به افزایش ولتاژ شکست دستگاه دستگاه دارد ، یعنی افزایش اندازه مسکن. با این حال ، این روش می تواند PSR و عملکرد اعوجاج را بهبود بخشد.

از آنجا که هر مدار و سیم کشی متفاوت است ، پیکربندی ، تعداد و ظرفیت خازن خازن باید با توجه به الزامات مدار واقعی تعیین شود.