O cableado da placa de circuíto impreso (PCB) xoga un papel fundamental nos circuítos de alta velocidade, pero adoita ser un dos últimos pasos no proceso de deseño de circuítos. Hai moitos problemas coa fiación de PCB de alta velocidade e escribiuse moita literatura sobre este tema. Este artigo discute principalmente o cableado de circuítos de alta velocidade desde unha perspectiva práctica. O obxectivo principal é axudar aos novos usuarios a prestar atención a moitos problemas diferentes que deben ser considerados ao deseñar esquemas de PCB de circuítos de alta velocidade. Outro propósito é proporcionar un material de revisión para os clientes que non tocaron o cableado da PCB durante un tempo. Debido ao deseño limitado, este artigo non pode tratar todos os problemas en detalle, pero discutiremos as partes clave que teñen un maior efecto na mellora do rendemento do circuíto, acurtar o tempo de deseño e aforrar tempo de modificación.

Aínda que o foco principal aquí está nos circuítos relacionados cos amplificadores operacionais de alta velocidade, os problemas e métodos aquí discutidos son xeralmente aplicables ao cableado usado na maioría dos outros circuítos analóxicos de alta velocidade. Cando o amplificador operacional funciona nunha banda de frecuencia de radiofrecuencia (RF) moi alta, o rendemento do circuíto depende en gran medida do deseño da PCB. Os deseños de circuítos de alto rendemento que se ven ben nos "debuxos" só poden obter un rendemento normal se se ven afectados pola neglixencia durante o cableado. A consideración previa e a atención aos detalles importantes ao longo do proceso de cableado axudará a garantir o rendemento esperado do circuíto.

Diagrama esquemático

Aínda que un bo esquema non pode garantir un bo cableado, un bo cableado comeza cun bo esquema. Pense coidadosamente ao debuxar o esquema e debes considerar o fluxo de sinal de todo o circuíto. Se hai un fluxo de sinal normal e estable de esquerda a dereita no esquema, entón debería haber o mesmo bo fluxo de sinal na PCB. Proporciona toda a información útil posible sobre o esquema. Debido a que ás veces o enxeñeiro de deseño de circuítos non está alí, os clientes pediranos que axudemos a resolver o problema do circuíto, os deseñadores, técnicos e enxeñeiros implicados neste traballo estarán moi agradecidos, incluídos nós.

Ademais dos identificadores de referencia ordinarios, o consumo de enerxía e a tolerancia de erros, que información se debe dar no esquema? Aquí tes algunhas suxestións para converter esquemas ordinarios en esquemas de primeira clase. Engade formas de onda, información mecánica sobre a capa, lonxitude das liñas impresas, áreas en branco; indicar cales son os compoñentes que se deben colocar no PCB; proporcionar información de axuste, intervalos de valores de compoñentes, información de disipación de calor, liñas impresas de impedancia de control, comentarios e circuítos breves Descrición da acción... (e outros).
Non creas a ninguén

Se non estás a deseñar o cableado por ti mesmo, asegúrate de dar tempo suficiente para comprobar coidadosamente o deseño da persoa do cableado. Unha pequena prevención vale cen veces o remedio neste momento. Non esperes que a persoa do cableado entenda as túas ideas. A súa opinión e orientación son as máis importantes nas primeiras fases do proceso de deseño de cables. Canta máis información poida proporcionar e canto máis interveña en todo o proceso de cableado, mellor será o PCB resultante. Establece un punto de finalización provisional para a verificación rápida do enxeñeiro de deseño de cableados segundo o informe de progreso da cableado que desexe. Este método de "bucle pechado" evita que o cableado se desvíe, minimizando así a posibilidade de reelaborar.

As instrucións que se deben dar ao enxeñeiro de cableado inclúen: unha breve descrición da función do circuíto, un diagrama esquemático da PCB que indica as posicións de entrada e saída, información de apilado de PCB (por exemplo, o grosor da placa, cantas capas ten a placa). hai e información detallada sobre cada capa de sinal e función do plano de terra Consumo de enerxía, cable de terra, sinal analóxico, sinal dixital e sinal de RF); que sinais son necesarios para cada capa; require a colocación de compoñentes importantes; a localización exacta dos compoñentes de derivación; que liñas impresas son importantes; que liñas necesitan controlar as liñas impresas de impedancia; Que liñas deben coincidir coa lonxitude; o tamaño dos compoñentes; que liñas impresas deben estar lonxe (ou preto) unhas das outras; que liñas teñen que estar lonxe (ou preto) entre si; que compoñentes deben estar lonxe (ou preto) uns dos outros; que compoñentes hai que colocar Na parte superior da PCB, cales se colocan debaixo. Nunca te queixes de que hai demasiada información para os demais, demasiada pouca? É demasiado? Non.

Unha experiencia de aprendizaxe: hai uns 10 anos, deseñei unha placa de circuíto de montaxe en superficie de varias capas: hai compoñentes a ambos os dous lados da placa. Use moitos parafusos para fixar a tarxeta nunha carcasa de aluminio bañado en ouro (porque hai indicadores antivibración moi estritos). Os pinos que proporcionan o paso pola polarización pasan polo taboleiro. Este pin está conectado á PCB mediante fíos de soldadura. Este é un dispositivo moi complicado. Algúns compoñentes da placa úsanse para a configuración de proba (SAT). Pero definín claramente a localización destes compoñentes. Podes adiviñar onde están instalados estes compoñentes? Por certo, debaixo do taboleiro. Cando os enxeñeiros e técnicos de produtos tiveron que desmontar todo o dispositivo e remontalos despois de completar a configuración, parecían moi descontentos. Non volvín a cometer este erro desde entón.

Posición

Do mesmo xeito que nun PCB, a localización é todo. Onde poñer un circuíto na PCB, onde instalar os seus compoñentes específicos do circuíto e cales son os outros circuítos adxacentes, todos eles moi importantes.

Normalmente, as posicións de entrada, saída e fonte de alimentación están predeterminadas, pero o circuíto entre eles debe "xogar a súa propia creatividade". É por iso que prestar atención aos detalles do cableado producirá grandes beneficios. Comeza coa localización dos compoñentes clave e considera o circuíto específico e toda a PCB. Especificar a localización dos compoñentes clave e as rutas de sinal desde o principio axuda a garantir que o deseño cumpra os obxectivos de traballo esperados. Conseguir o deseño correcto a primeira vez pode reducir os custos e a presión e acurtar o ciclo de desenvolvemento.

Potencia de derivación

Omitir a fonte de alimentación no lado de alimentación do amplificador para reducir o ruído é un aspecto moi importante no proceso de deseño de PCB, incluíndo amplificadores operacionais de alta velocidade ou outros circuítos de alta velocidade. Existen dous métodos de configuración comúns para evitar os amplificadores operacionais de alta velocidade.

Conexión a terra do terminal da fonte de alimentación: este método é o máis eficaz na maioría dos casos, utilizando varios capacitores paralelos para poñer a terra directamente o pin da fonte de alimentación do amplificador operacional. En xeral, dous capacitores paralelos son suficientes, pero engadir capacitores paralelos pode beneficiar algúns circuítos.

A conexión en paralelo de capacitores con diferentes valores de capacitancia axuda a garantir que só se vexa unha baixa impedancia de corrente alterna (CA) no pin da fonte de alimentación nunha ampla banda de frecuencia. Isto é especialmente importante na frecuencia de atenuación da relación de rexeitamento da fonte de alimentación do amplificador operacional (PSR). Este capacitor axuda a compensar o PSR reducido do amplificador. Manter un camiño de terra de baixa impedancia en moitos intervalos de dez oitavas axudará a garantir que non entren ruídos daniños no amplificador operacional. A figura 1 mostra as vantaxes de usar varios capacitores en paralelo. A baixas frecuencias, os grandes capacitores proporcionan un camiño de terra de baixa impedancia. Pero unha vez que a frecuencia alcanza a súa propia frecuencia de resonancia, a capacidade do capacitor debilitarase e aparecerá gradualmente inductiva. É por iso que é importante usar varios capacitores: cando a resposta en frecuencia dun capacitor comeza a caer, a resposta en frecuencia do outro capacitor comeza a funcionar, polo que pode manter unha impedancia de CA moi baixa en moitos intervalos de dez oitavas.

Comeza directamente cos pinos da fonte de alimentación do amplificador operacional; o capacitor coa menor capacitancia e menor tamaño físico debe colocarse no mesmo lado da PCB que o amplificador operacional, e o máis preto posible do amplificador. O terminal de terra do capacitor debe conectarse directamente ao plano de terra co pin máis curto ou o fío impreso. A conexión por riba do chan debe estar o máis preto posible do terminal de carga do amplificador para reducir a interferencia entre o terminal de alimentación e o terminal de terra.

Este proceso debe repetirse para capacitores co seguinte valor de capacitancia máis grande. É mellor comezar co valor mínimo de capacitancia de 0,01 µF e colocar preto del un capacitor electrolítico de 2,2 µF (ou máis grande) con baixa resistencia en serie equivalente (ESR). O capacitor de 0,01 µF cun tamaño de caixa 0508 ten unha inductancia en serie moi baixa e un excelente rendemento de alta frecuencia.

Fonte de alimentación a fonte de alimentación: outro método de configuración usa un ou máis capacitores de derivación conectados a través dos terminais de alimentación positiva e negativa do amplificador operacional. Este método adoita usarse cando é difícil configurar catro capacitores no circuíto. A súa desvantaxe é que o tamaño da caixa do capacitor pode aumentar porque a tensión a través do capacitor é o dobre do valor de tensión no método de derivación de subministración única. Aumentar a tensión require aumentar a tensión de avaría nominal do dispositivo, é dicir, aumentar o tamaño da carcasa. Non obstante, este método pode mellorar o rendemento da PSR e da distorsión.

Debido a que cada circuíto e cableado son diferentes, a configuración, o número e o valor de capacitancia dos capacitores deben determinarse segundo os requisitos do circuíto real.