Painetulla piirilevyllä (PCB) on keskeinen rooli nopeissa piireissä, mutta se on usein yksi viimeisistä vaiheista piirisuunnitteluprosessissa. Nopeissa piirilevyjohdoissa on monia ongelmia, ja tästä aiheesta on kirjoitettu paljon kirjallisuutta. Tämä artikkeli käsittelee pääasiassa nopeiden piirien johdotusta käytännön näkökulmasta. Päätarkoituksena on auttaa uusia käyttäjiä kiinnittämään huomiota moniin erilaisiin asioihin, jotka on otettava huomioon suunniteltaessa nopeiden piirilevyjen asetteluja. Toinen tarkoitus on tarjota arvostelumateriaalia asiakkaille, jotka eivät ole koskeneet piirilevyjohdotukseen vähään aikaan. Rajoitetun asettelun vuoksi tässä artikkelissa ei voida käsitellä kaikkia kysymyksiä yksityiskohtaisesti, mutta käsittelemme tärkeimpiä osia, joilla on suurin vaikutus piirin suorituskyvyn parantamiseen, suunnitteluajan lyhentämiseen ja muutosajan säästämiseen.

Vaikka pääpaino tässä on nopeisiin operaatiovahvistimiin liittyvissä piireissä, tässä käsitellyt ongelmat ja menetelmät ovat yleisesti sovellettavissa useimmissa muissa nopeissa analogisissa piireissä käytettävään johdotukseen. Kun operaatiovahvistin toimii erittäin korkealla radiotaajuuskaistalla (RF), piirin suorituskyky riippuu suurelta osin piirilevyn asettelusta. Suorituskykyiset piirimallit, jotka näyttävät hyvältä "piirustuksissa", voivat saada normaalin suorituskyvyn vain, jos niihin vaikuttaa johdotuksen huolimattomuus. Ennakkoharkinta ja tärkeiden yksityiskohtien huomioiminen koko johdotusprosessin aikana auttavat varmistamaan piirin odotetun suorituskyvyn.

Kaaviokaavio

Vaikka hyvä kaavio ei voi taata hyvää johdotusta, hyvä johdotus alkaa hyvästä kaaviosta. Ajattele huolellisesti piirtäessäsi kaaviota ja sinun on otettava huomioon koko piirin signaalivirta. Jos kaaviossa on normaali ja vakaa signaalivirta vasemmalta oikealle, niin piirilevyllä pitäisi olla sama hyvä signaalivirta. Anna mahdollisimman paljon hyödyllistä tietoa kaaviosta. Koska joskus piirisuunnitteluinsinööri ei ole paikalla, asiakkaat pyytävät meitä auttamaan piiriongelman ratkaisemisessa, tähän työhön osallistuvat suunnittelijat, teknikot ja insinöörit ovat erittäin kiitollisia, myös me.

Mitä tietoja kaaviossa tulee antaa tavallisten viitetunnisteiden, tehonkulutuksen ja virhetoleranssin lisäksi? Tässä on joitain ehdotuksia tavallisten kaavioiden muuttamiseksi ensiluokkaisiksi kaavioiksi. Lisää aaltomuotoja, mekaanisia tietoja kuoresta, tulostettujen viivojen pituudesta, tyhjistä alueista; ilmoittaa, mitkä komponentit on asetettava piirilevylle; antaa säätötiedot, komponenttien arvoalueet, tiedot lämmön haihtumista, ohjausimpedanssin painettuja viivoja, kommentteja ja lyhytpiirejä Toimenpiteen kuvaus… (ja muita).
Älä usko ketään

Jos et suunnittele johdotusta itse, muista varata riittävästi aikaa tarkistaaksesi huolellisesti johdotuksen henkilön suunnittelun. Pieni ehkäisy on tässä vaiheessa satakertaisen lääkkeen arvoinen. Älä odota johtohenkilön ymmärtävän ajatuksesi. Sinun mielipiteesi ja opastuksesi ovat tärkeimpiä johdotuksen suunnitteluprosessin alkuvaiheessa. Mitä enemmän tietoja voit antaa ja mitä enemmän puutut koko johdotusprosessiin, sitä parempi on tuloksena oleva piirilevy. Aseta alustava valmistumispiste johdotuksen suunnitteluinsinöörin pikatarkastukselle haluamasi johdotuksen edistymisraportin mukaan. Tämä "suljetun silmukan" menetelmä estää johtoja menemästä harhaan ja minimoi siten uudelleentyöskentelyn mahdollisuuden.

Johdotusinsinöörille annettavia ohjeita ovat: lyhyt kuvaus piirin toiminnasta, piirilevyn kaavio, joka osoittaa tulo- ja lähtöpaikat, piirilevyjen pinoamistiedot (esim. levyn paksuus, kuinka monta kerrosta) jokaisesta signaalikerroksesta ja maatasotoiminnosta on yksityiskohtaisia ​​tietoja Tehonkulutus, maajohto, analoginen signaali, digitaalinen signaali ja RF-signaali); mitä signaaleja kullekin kerrokselle tarvitaan; vaatia tärkeiden komponenttien sijoittamista; ohituskomponenttien tarkka sijainti; mitkä painetut rivit ovat tärkeitä; mitkä linjat tarvitsevat painettujen impedanssien ohjaamiseen; mitkä viivat on vastattava pituutta; komponenttien koko; minkä tulostettujen rivien on oltava kaukana (tai lähellä) toisistaan; mitkä rivit täytyy olla kaukana (tai lähellä) toisistaan; minkä osien on oltava kaukana (tai lähellä) toisistaan; mitkä komponentit on asetettava PCB:n päälle, mitkä alapuolelle. Älä koskaan valita, että tietoa on liikaa muille – liian vähän? Onko se liikaa? Älä.

Oppimiskokemus: Suunnittelin noin 10 vuotta sitten monikerroksisen pinta-asennuspiirilevyn - levyn molemmilla puolilla on komponentteja. Käytä paljon ruuveja levyn kiinnittämiseen kullattua alumiinikuorta (koska tärinänvaimennusilmaisimet ovat erittäin tiukat). Pinnat, jotka tarjoavat esijännityksen läpiviennin, kulkevat levyn läpi. Tämä nasta on kytketty piirilevyyn juottamalla johtimia. Tämä on erittäin monimutkainen laite. Joitakin levyn komponentteja käytetään testiasetusten tekemiseen (SAT). Mutta olen määritellyt selvästi näiden komponenttien sijainnin. Voitko arvata, mihin nämä komponentit on asennettu? Muuten, laudan alla. Kun tuoteinsinöörit ja teknikot joutuivat purkamaan koko laitteen ja koota ne uudelleen asetusten tekemisen jälkeen, he vaikuttivat hyvin tyytymättömiltä. En ole tehnyt tätä virhettä uudelleen sen jälkeen.

asema

Aivan kuten piirilevyssä, sijainti on kaikki kaikessa. Mihin piiri asetetaan piirilevylle, mihin sen tietyt piirikomponentit asennetaan ja mitä muita vierekkäisiä piirejä ovat, jotka kaikki ovat erittäin tärkeitä.

Yleensä tulon, lähdön ja virtalähteen paikat ovat ennalta määrättyjä, mutta niiden välisen piirin on "pelattava omaa luovuuttaan". Tästä syystä johdotuksen yksityiskohtiin kiinnittäminen tuottaa valtavan tuoton. Aloita avainkomponenttien sijainnista ja harkitse tiettyä piiriä ja koko piirilevyä. Keskeisten komponenttien ja signaalipolkujen sijainnin määrittäminen alusta alkaen auttaa varmistamaan, että suunnittelu vastaa odotettuja työtavoitteita. Oikean suunnittelun hankkiminen ensimmäistä kertaa voi vähentää kustannuksia ja painetta - ja lyhentää kehityssykliä.

Ohitusvirta

Vahvistimen tehopuolen virtalähteen ohittaminen kohinan vähentämiseksi on erittäin tärkeä näkökohta piirilevyjen suunnitteluprosessissa, mukaan lukien nopeat operaatiovahvistimet tai muut nopeat piirit. Nopeiden operaatiovahvistimien ohittamiseen on kaksi yleistä konfigurointimenetelmää.

Virtalähteen liittimen maadoitus: Tämä menetelmä on tehokkain useimmissa tapauksissa, jossa käytetään useita rinnakkaisia ​​kondensaattoreita operaatiovahvistimen virtalähteen nastan maadoittamiseen suoraan. Yleisesti ottaen kaksi rinnakkaista kondensaattoria riittää, mutta rinnakkaisten kondensaattorien lisääminen voi hyödyttää joitakin piirejä.

Eri kapasitanssiarvoilla varustettujen kondensaattoreiden rinnakkaiskytkentä auttaa varmistamaan, että vain pieni vaihtovirtaimpedanssi (AC) näkyy virtalähteen nastassa laajalla taajuuskaistalla. Tämä on erityisen tärkeää operaatiovahvistimen teholähteen hylkäyssuhteen (PSR) vaimennustaajuudella. Tämä kondensaattori auttaa kompensoimaan vahvistimen alentunutta PSR:ää. Matalan impedanssin maapolun ylläpitäminen monilla kymmenen oktaavin alueilla auttaa varmistamaan, että haitallinen kohina ei pääse operaatiovahvistimeen. Kuva 1 esittää useiden kondensaattorien rinnakkaisen käytön edut. Matalilla taajuuksilla suuret kondensaattorit tarjoavat matalan impedanssin maapolun. Mutta kun taajuus saavuttaa oman resonanssitaajuutensa, kondensaattorin kapasitanssi heikkenee ja näyttää vähitellen induktiiviselta. Tästä syystä on tärkeää käyttää useita kondensaattoreita: kun yhden kondensaattorin taajuusvaste alkaa laskea, toisen kondensaattorin taajuusvaste alkaa toimia, joten se voi ylläpitää erittäin matalaa vaihtovirtaimpedanssia monilla kymmenen oktaavin alueilla.

Aloita suoraan operaatiovahvistimen virtalähteen nastoista; pienimmän kapasitanssin ja pienimmän fyysisen koon omaava kondensaattori tulee sijoittaa PCB:n samalle puolelle operaatiovahvistimen kanssa – ja mahdollisimman lähelle vahvistinta. Kondensaattorin maadoitusliitin tulee liittää suoraan maatasoon lyhimmällä nastalla tai painetulla johdolla. Yläpuolella olevan maadoitusliitännän tulee olla mahdollisimman lähellä vahvistimen kuormitusnapaa teholiittimen ja maadoitusliittimen välisten häiriöiden vähentämiseksi.

Tämä prosessi tulee toistaa kondensaattoreille, joiden kapasitanssiarvo on seuraavaksi suurin. On parasta aloittaa kapasitanssin vähimmäisarvosta 0,01 µF ja sijoittaa sen lähelle 2,2 µF (tai suurempi) elektrolyyttikondensaattori, jolla on pieni ekvivalenttisarjavastus (ESR). 0,01 µF:n kondensaattorilla, jonka kotelokoko on 0508, on erittäin pieni sarjainduktanssi ja erinomainen korkean taajuuden suorituskyky.

Virransyöttö virtalähteeseen: Toisessa konfigurointimenetelmässä käytetään yhtä tai useampaa ohituskondensaattoria, jotka on kytketty operaatiovahvistimen positiiviseen ja negatiiviseen tehonsyöttöliittimeen. Tätä menetelmää käytetään yleensä, kun neljän kondensaattorin konfigurointi piiriin on vaikeaa. Sen haittana on, että kondensaattorin kotelon koko voi kasvaa, koska kondensaattorin yli oleva jännite on kaksinkertainen jännitearvoon verrattuna yhden syöttötavan ohitusmenetelmässä. Jännitteen nostaminen edellyttää laitteen nimellisen läpilyöntijännitteen lisäämistä eli kotelon koon kasvattamista. Tämä menetelmä voi kuitenkin parantaa PSR:ää ja vääristymistä.

Koska jokainen piiri ja johdotus ovat erilaisia, kondensaattoreiden kokoonpano, lukumäärä ja kapasitanssiarvo on määritettävä todellisen piirin vaatimusten mukaan.