Le câblage de la carte de circuit imprimé (PCB) joue un rôle clé dans les circuits à grande vitesse, mais c'est souvent l'une des dernières étapes du processus de conception du circuit. Il y a de nombreux problèmes avec le câblage PCB à haut débit, et beaucoup de littérature a été écrite sur ce sujet. Cet article traite principalement du câblage des circuits à grande vitesse dans une perspective 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 dispositions de PCB de circuit à grande vitesse. Un autre objectif est de fournir un matériel d'examen aux clients qui n'ont pas touché le câblage PCB pendant un certain temps. En raison de la disposition limitée, cet article ne peut pas discuter de tous les problèmes en détail, mais nous discuterons des parties clés qui ont le plus grand effet sur l'amélioration des performances du circuit, le raccourcissement du temps de conception et le temps de modification.

Bien que l'objectif principal ici soit sur les circuits liés aux amplificateurs opérationnels à grande vitesse, les problèmes et les méthodes discutés 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 fréquence radiofréquence (RF) très élevée, les performances du circuit dépendent largement de la disposition des PCB. Les conceptions de circuits hautes performances qui semblent belles sur les «dessins» ne peuvent obtenir des performances ordinaires que si elles sont affectées par la négligence pendant le câblage. La pré-considération et l'attention aux détails importants tout au long du processus de câblage aideront à garantir les performances du circuit attendu.

Diagramme schématique

Bien qu'un bon schéma ne puisse garantir un bon câblage, un bon câblage commence par un bon schéma. Pensez attentivement lorsque vous dessinez le schéma, et vous devez considérer l'écoulement du signal de tout le circuit. S'il y a un flux de signal normal et stable de gauche à droite dans le schéma, 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 d'aider à résoudre le problème du circuit, les concepteurs, les techniciens et les ingénieurs engagés dans ce travail seront très reconnaissants, y compris nous.

En plus des identifiants de référence ordinaires, de la consommation d'énergie et de la tolérance aux erreurs, quelles informations doivent être données dans le schéma? Voici quelques suggestions pour transformer les schémas ordinaires en schémas de première classe. Ajouter des formes d'onde, des informations mécaniques sur la coque, la longueur des lignes imprimées, les zones vides; indiquer quels composants doivent être placés sur le PCB; Donnez des informations sur les ajustements, les gammes de valeur des composants, les informations de dissipation de chaleur, les lignes imprimées de l'impédance de contrôle, les commentaires et les courtes circuits description de l'action… (et autres).
Ne crois personne

Si vous ne concevez pas le câblage vous-même, assurez-vous de laisser amplement le temps de vérifier soigneusement la conception de la personne de câblage. Une petite prévention vaut cent fois le remède à ce stade. Ne vous attendez pas à ce que la personne de câblage comprenne vos idées. Votre opinion et vos conseils sont les plus importants dans les premiers stades du processus de conception de câblage. Plus vous pouvez fournir d'informations et plus vous intervenir dans l'ensemble du processus de câblage, meilleur sera le PCB résultant. Définissez un point d'achèvement provisoire pour la vérification de l'ingénieur de conception de câblage, en fonction du rapport d'étape de câblage que vous souhaitez. Cette méthode de «boucle fermée» empêche le câblage de s'égarer, minimisant ainsi la possibilité de retravail.

Les instructions qui doivent être données à l'ingénieur de câblage comprennent: une brève description de la fonction de circuit, un diagramme schématique du PCB indiquant les positions d'entrée et de sortie, les informations d'empilement de PCB (par exemple, quelle est la consommation d'énergie de la fonction du plan de masse, le nombre de couches, le signal analogique et le signal numérique et le signal RF); Quels signaux sont requis pour chaque couche; nécessitent le placement de composants importants; l'emplacement exact des composants de contournement; quelles lignes imprimées sont importantes; quelles lignes doivent contrôler les lignes imprimées d'impédance; Quelles lignes doivent correspondre à la longueur; la taille des composants; quelles lignes imprimées doivent être éloignées (ou près de) les unes des autres; quelles lignes doivent être éloignées (ou près de) 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 ci-dessous. Vous ne vous plaignez jamais qu'il y a trop d'informations pour les autres trop peu? Est-ce trop? Ne pas.

Une expérience d'apprentissage: il y a environ 10 ans, j'ai conçu une planche de circuit de circuit à montage à surface multicouche - il y a des composants des deux côtés de la planche. Utilisez beaucoup de vis pour fixer la planche dans une coque en aluminium plaqué or (car il existe des indicateurs anti-vibration très stricts). Les épingles qui fournissent des biais traversent la planche. Cette broche est connectée au PCB par les fils de soudage. Il s'agit d'un appareil très compliqué. Certains composants de la carte sont utilisés pour le réglage du test (SAT). Mais j'ai clairement défini l'emplacement de ces composants. Pouvez-vous deviner où ces composants sont installés? Soit dit en passant, sous le conseil d'administration. Lorsque les ingénieurs de produits et les techniciens ont dû démonter l'ensemble de l'appareil et les rassembler après avoir terminé les paramètres, ils semblaient très malheureux. Je n'ai plus fait cette erreur depuis.

Position

Tout comme dans un PCB, l'emplacement est tout. Où mettre 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 électrique sont prédéterminées, mais le circuit entre eux doit «jouer leur propre créativité». C'est pourquoi faire attention aux détails du câblage produira d'énormes rendements. Commencez avec l'emplacement des composants clés et considérez le circuit spécifique et l'ensemble du PCB. La spécification de l'emplacement des composants clés et des chemins de signal depuis le début permet de s'assurer que la conception atteint les objectifs de travail attendus. Obtenir la bonne conception la première fois peut réduire les coûts et la pression et raccourcir le cycle de développement.

Contourner la puissance

Le contournement de l'alimentation du côté électrique de l'amplificateur afin de réduire le bruit est un aspect très important dans le processus de conception des PCB, y compris des 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, en utilisant plusieurs condensateurs parallèles pour mettre directement la broche d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. D'une manière générale, deux condensateurs parallèles sont suffisants mais ajoutant des condensateurs parallèles peut bénéficier à certains circuits.

La connexion parallèle des condensateurs avec différentes valeurs de capacité aide à garantir que seule une impédance de courant alternative (AC) faible peut être observée sur la broche d'alimentation sur une large bande de fréquence. Ceci est particulièrement important à la fréquence d'atténuation du rapport de rejet de l'alimentation électrique de l'amplificateur opérationnel (PSR). Ce condensateur aide à compenser le PSR réduit de l'amplificateur. Le maintien d'un chemin de terre à faible impédance dans de nombreuses gammes de dix octaves aidera à garantir que le bruit nocif ne peut pas entrer dans l'ampli op. La figure 1 montre les avantages de l'utilisation de plusieurs condensateurs en parallèle. À basse fréquence, les grands condensateurs fournissent un chemin de terre à faible impédance. Mais une fois que la fréquence atteint leur propre fréquence de résonance, la capacité du condensateur s'affaiblira et apparaîtra 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, afin qu'elle puisse maintenir une très faible impédance CA dans de nombreuses gammes de dix octaves.

Commencez directement avec les épingles d'alimentation de l'ampli OP; Le condensateur avec la plus petite capacité et la plus petite taille physique doit être placé du même côté du PCB que l'ampli OP - et aussi près que possible de l'amplificateur. La borne de terre du condensateur doit être directement connectée au plan de sol avec la broche la plus courte ou le fil imprimé. La connexion au-dessus du sol doit être aussi proche que possible de la borne de charge de l'amplificateur afin de réduire l'interférence entre la borne de puissance et la borne du sol.

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

Alimentation pour l'alimentation: Une autre méthode de configuration utilise un ou plusieurs condensateurs de dérivation connectés sur les bornes d'alimentation positive et négative 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 à travers le condensateur est deux fois la valeur de tension dans la méthode de dérivation à un application unique. L'augmentation de la tension nécessite d'augmenter la tension de panne notée de l'appareil, c'est-à-dire augmentant la taille du boîtier. Cependant, cette méthode peut améliorer les performances du PSR et de la 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.