Le câblage des cartes de circuits imprimés (PCB) joue un rôle clé dans les circuits à grande vitesse, mais il constitue souvent l'une des dernières étapes du processus de conception des circuits. Il existe de nombreux problèmes liés au câblage de circuits imprimés à grande vitesse, et de nombreux ouvrages ont été écrits sur ce sujet. Cet article traite principalement du câblage des circuits à grande vitesse d'un point de vue pratique. L'objectif principal est d'aider les nouveaux utilisateurs à prêter attention à de nombreux problèmes différents qui doivent être pris en compte lors de la conception de configurations de circuits imprimés à grande vitesse. Un autre objectif est de fournir un matériel de révision aux clients qui n'ont pas touché au câblage PCB depuis un certain temps. En raison de sa présentation limitée, cet article ne peut pas aborder tous les problèmes en détail, mais nous discuterons des éléments clés qui ont le plus grand effet sur l'amélioration des performances du circuit, la réduction du temps de conception et le gain de temps de modification.

Bien que l'accent soit mis ici sur les circuits liés aux amplificateurs opérationnels à grande vitesse, les problèmes et les méthodes abordés ici sont généralement applicables au câblage utilisé dans la plupart des autres circuits analogiques à grande vitesse. Lorsque l'amplificateur opérationnel fonctionne dans une bande de fréquences radio (RF) très élevée, les performances du circuit dépendent en grande partie de la disposition du PCB. Les conceptions de circuits hautes performances qui apparaissent bien sur les « dessins » ne peuvent obtenir des performances ordinaires que si elles sont affectées par une négligence lors du câblage. La considération préalable et l’attention portée aux détails importants tout au long du processus de câblage contribueront à garantir les performances attendues du circuit.

Diagramme schématique

Même si un bon schéma ne peut garantir un bon câblage, un bon câblage commence par un bon schéma. Réfléchissez bien lorsque vous dessinez le schéma et vous devez tenir compte du flux de signal de l’ensemble du circuit. S'il y a un flux de signal normal et stable de gauche à droite dans le schéma, alors il devrait y avoir le même bon flux de signal sur le PCB. Donnez autant d’informations utiles que possible sur le schéma. Parce que parfois l'ingénieur de conception de circuits n'est pas là, les clients nous demanderont de les aider à résoudre le problème du circuit, les concepteurs, techniciens et ingénieurs engagés dans ce travail seront très reconnaissants, y compris nous.

En plus des identifiants de référence ordinaires, de la consommation électrique et de la tolérance aux erreurs, quelles informations doivent être fournies dans le schéma ? Voici quelques suggestions pour transformer des schémas ordinaires en schémas de première classe. Ajoutez des formes d'onde, des informations mécaniques sur la coque, la longueur des lignes imprimées, des zones vides ; indiquer quels composants doivent être placés sur le PCB ; donner des informations de réglage, des plages de valeurs de composants, des informations sur la dissipation thermique, des lignes imprimées d'impédance de contrôle, des commentaires et une brève description de l'action des circuits… (et autres).
Ne crois personne

Si vous ne concevez pas le câblage vous-même, veillez à prévoir suffisamment de temps pour vérifier soigneusement la conception du câblage. À ce stade, une petite prévention vaut cent fois le remède. Ne vous attendez pas à ce que le responsable du câblage comprenne vos idées. Votre avis et vos conseils sont les plus importants dès les premières étapes du processus de conception du câblage. Plus vous pouvez fournir d'informations et plus vous intervenez dans l'ensemble du processus de câblage, meilleur sera le PCB obtenu. Définissez un point d'achèvement provisoire pour la vérification rapide de l'ingénieur de conception du câblage en fonction du rapport d'avancement du câblage souhaité. Cette méthode en « boucle fermée » empêche le câblage de s’égarer, minimisant ainsi les risques de retouche.

Les instructions qui doivent être données à l'ingénieur en câblage comprennent : une brève description de la fonction du circuit, un diagramme schématique du PCB indiquant les positions d'entrée et de sortie, des informations sur l'empilement du PCB (par exemple, quelle est l'épaisseur de la carte, combien de couches il existe des informations détaillées sur chaque couche de signal et fonction du plan de masse (Consommation d'énergie, fil de terre, signal analogique, signal numérique et signal RF) ; quels signaux sont requis pour chaque couche ; nécessiter le placement de composants importants ; l'emplacement exact des composants du bypass ; quelles lignes imprimées sont importantes ; quelles lignes doivent contrôler l'impédance des lignes imprimées ; Quelles lignes doivent correspondre à la longueur ; la taille des composants ; quelles lignes imprimées doivent être éloignées (ou proches) les unes des autres ; quelles lignes doivent être éloignées (ou proches) les unes des autres ; quels composants doivent être éloignés (ou proches) les uns des autres ; quels composants doivent être placés sur le dessus du PCB, lesquels sont placés en dessous. Ne vous plaignez-vous jamais du fait qu'il y a trop d'informations pour les autres, voire pas assez ? Est-ce trop ? Ne pas.

Une expérience d'apprentissage : il y a environ 10 ans, j'ai conçu un circuit imprimé multicouche à montage en surface : il y a des composants des deux côtés de la carte. Utilisez beaucoup de vis pour fixer la planche dans une coque en aluminium plaqué or (car il y a des indicateurs anti-vibrations très stricts). Les broches qui assurent le passage du biais traversent la carte. Cette broche est reliée au PCB par des fils à souder. C'est un appareil très compliqué. Certains composants de la carte sont utilisés pour le réglage de test (SAT). Mais j'ai clairement défini l'emplacement de ces composants. Pouvez-vous deviner où ces composants sont installés ? Au fait, sous le tableau. Lorsque les ingénieurs produits et les techniciens ont dû démonter l'ensemble de l'appareil et le remonter une fois les réglages terminés, ils semblaient très mécontents. Depuis, je n'ai plus commis cette erreur.

Position

Tout comme dans un PCB, l'emplacement est primordial. Où placer un circuit sur le PCB, où installer ses composants de circuit spécifiques et quels sont les autres circuits adjacents, qui sont tous très importants.

Habituellement, les positions d'entrée, de sortie et d'alimentation sont prédéterminées, mais le circuit entre elles doit « faire jouer sa propre créativité ». C’est pourquoi prêter attention aux détails du câblage rapportera d’énormes bénéfices. Commencez par l'emplacement des composants clés et considérez le circuit spécifique et l'ensemble du PCB. Spécifier l'emplacement des composants clés et des chemins de signaux dès le début permet de garantir que la conception répond aux objectifs de travail attendus. Obtenir la bonne conception du premier coup peut réduire les coûts et la pression, ainsi que raccourcir le cycle de développement.

Alimentation de dérivation

Contourner l'alimentation du côté puissance de l'amplificateur afin de réduire le bruit est un aspect très important dans le processus de conception de PCB, y compris les amplificateurs opérationnels à grande vitesse ou d'autres circuits à grande vitesse. Il existe deux méthodes de configuration courantes pour contourner les amplificateurs opérationnels à grande vitesse.

Mise à la terre de la borne d'alimentation : Cette méthode est la plus efficace dans la plupart des cas, utilisant plusieurs condensateurs parallèles pour mettre directement à la terre la broche d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. D'une manière générale, deux condensateurs parallèles suffisent, mais l'ajout de condensateurs parallèles peut bénéficier à certains circuits.

La connexion parallèle de condensateurs avec différentes valeurs de capacité permet de garantir que seule une faible impédance de courant alternatif (AC) est visible sur la broche d'alimentation sur une large bande de fréquences. Ceci est particulièrement important pour la fréquence d'atténuation du taux de réjection de l'alimentation de l'amplificateur opérationnel (PSR). Ce condensateur permet de compenser le PSR réduit de l'amplificateur. Le maintien d'un chemin de terre à faible impédance dans de nombreuses plages de dix octaves contribuera à garantir que les bruits nocifs ne puissent pas pénétrer dans l'ampli opérationnel. La figure 1 montre les avantages de l'utilisation de plusieurs condensateurs en parallèle. Aux basses fréquences, les gros condensateurs fournissent un chemin de terre à faible impédance. Mais une fois que la fréquence atteint sa propre fréquence de résonance, la capacité du condensateur s'affaiblit et apparaît progressivement inductive. C'est pourquoi il est important d'utiliser plusieurs condensateurs : lorsque la réponse en fréquence d'un condensateur commence à baisser, la réponse en fréquence de l'autre condensateur commence à fonctionner, de sorte qu'il peut maintenir une très faible impédance CA dans de nombreuses plages de dix octaves.

Commencez directement par les broches d'alimentation de l'ampli opérationnel ; le condensateur ayant la plus petite capacité et la plus petite taille physique doit être placé du même côté du PCB que l'ampli opérationnel et aussi près que possible de l'amplificateur. La borne de terre du condensateur doit être directement connectée au plan de masse avec la broche la plus courte ou le fil imprimé. La connexion hors sol doit être aussi proche que possible de la borne de charge de l'amplificateur afin de réduire les interférences entre la borne d'alimentation et la borne de terre.

Ce processus doit être répété pour les condensateurs ayant la valeur de capacité la plus élevée suivante. Il est préférable de commencer avec la valeur de capacité minimale de 0,01 µF et de placer à proximité un condensateur électrolytique de 2,2 µF (ou plus) avec une faible résistance série équivalente (ESR). Le condensateur de 0,01 µF avec un boîtier de taille 0508 présente une très faible inductance série et d'excellentes performances haute fréquence.

Alimentation vers alimentation : une autre méthode de configuration utilise un ou plusieurs condensateurs de dérivation connectés aux bornes d'alimentation positives et négatives de l'amplificateur opérationnel. Cette méthode est généralement utilisée lorsqu'il est difficile de configurer quatre condensateurs dans le circuit. Son inconvénient est que la taille du boîtier du condensateur peut augmenter car la tension aux bornes du condensateur est le double de la valeur de tension dans la méthode de dérivation à alimentation unique. L'augmentation de la tension nécessite d'augmenter la tension de claquage nominale de l'appareil, c'est-à-dire d'augmenter la taille du boîtier. Cependant, cette méthode peut améliorer les performances PSR et de distorsion.

Étant donné que chaque circuit et câblage est différent, la configuration, le nombre et la valeur de capacité des condensateurs doivent être déterminés en fonction des exigences du circuit réel.