Pengkabelan papan sirkuit cetak (PCB) memainkan peran penting dalam sirkuit berkecepatan tinggi, tetapi sering kali merupakan salah satu langkah terakhir dalam proses desain sirkuit. Ada banyak masalah dengan kabel PCB berkecepatan tinggi, dan banyak literatur telah ditulis mengenai topik ini. Artikel ini terutama membahas pengkabelan sirkuit berkecepatan tinggi dari sudut pandang praktis. Tujuan utamanya adalah untuk membantu pengguna baru memperhatikan berbagai masalah yang perlu dipertimbangkan saat merancang tata letak PCB sirkuit berkecepatan tinggi. Tujuan lainnya adalah untuk memberikan bahan review bagi pelanggan yang sudah lama tidak menyentuh kabel PCB. Karena tata letak yang terbatas, artikel ini tidak dapat membahas semua masalah secara mendetail, namun kami akan membahas bagian-bagian penting yang memiliki pengaruh terbesar dalam meningkatkan kinerja sirkuit, mempersingkat waktu desain, dan menghemat waktu modifikasi.

Meskipun fokus utama di sini adalah pada rangkaian yang berkaitan dengan penguat operasional berkecepatan tinggi, masalah dan metode yang dibahas di sini umumnya berlaku untuk perkabelan yang digunakan di sebagian besar rangkaian analog berkecepatan tinggi lainnya. Ketika penguat operasional bekerja pada pita frekuensi frekuensi radio (RF) yang sangat tinggi, kinerja rangkaian sangat bergantung pada tata letak PCB. Desain sirkuit berkinerja tinggi yang terlihat bagus pada “gambar” hanya bisa mendapatkan kinerja biasa jika dipengaruhi oleh kecerobohan selama pengkabelan. Pertimbangan awal dan perhatian terhadap detail penting selama proses pengkabelan akan membantu memastikan kinerja sirkuit yang diharapkan.

Diagram skematik

Meskipun skema yang baik tidak dapat menjamin pengkabelan yang baik, pengkabelan yang baik dimulai dengan skema yang baik. Pikirkan baik-baik saat menggambar skema, dan Anda harus mempertimbangkan aliran sinyal dari seluruh rangkaian. Jika ada aliran sinyal normal dan stabil dari kiri ke kanan pada skema, maka harus ada aliran sinyal bagus yang sama pada PCB. Berikan informasi berguna sebanyak mungkin pada skema. Karena terkadang insinyur desain sirkuit tidak ada, pelanggan akan meminta kami untuk membantu menyelesaikan masalah sirkuit, para desainer, teknisi, dan insinyur yang terlibat dalam pekerjaan ini akan sangat berterima kasih, termasuk kami.

Selain pengidentifikasi referensi biasa, konsumsi daya, dan toleransi kesalahan, informasi apa yang harus diberikan dalam skema? Berikut beberapa saran untuk mengubah skema biasa menjadi skema kelas satu. Tambahkan bentuk gelombang, informasi mekanis tentang cangkang, panjang garis yang dicetak, area kosong; menunjukkan komponen mana yang perlu ditempatkan pada PCB; memberikan informasi penyesuaian, rentang nilai komponen, informasi pembuangan panas, garis cetak impedansi kontrol, komentar, dan rangkaian singkat Deskripsi tindakan… (dan lain-lain).
Jangan percaya siapa pun

Jika Anda tidak mendesain sendiri pengkabelan, pastikan untuk memberikan waktu yang cukup untuk memeriksa dengan cermat desain pengkabelan. Sebuah pencegahan kecil bernilai seratus kali lipat pengobatannya pada saat ini. Jangan berharap petugas kabel memahami ide Anda. Pendapat dan bimbingan Anda adalah yang paling penting dalam tahap awal proses desain pengkabelan. Semakin banyak informasi yang dapat Anda berikan, dan semakin banyak Anda melakukan intervensi dalam keseluruhan proses pengkabelan, semakin baik PCB yang dihasilkan. Tetapkan titik penyelesaian tentatif untuk pemeriksaan cepat insinyur desain pengkabelan sesuai dengan laporan kemajuan pengkabelan yang Anda inginkan. Metode “loop tertutup” ini mencegah kabel menyimpang, sehingga meminimalkan kemungkinan pengerjaan ulang.

Petunjuk yang perlu diberikan kepada teknisi pengkabelan antara lain: penjelasan singkat tentang fungsi rangkaian, diagram skema PCB yang menunjukkan posisi input dan output, informasi susunan PCB (misalnya, seberapa tebal papan, berapa banyak lapisan ada, dan informasi rinci tentang setiap lapisan sinyal dan fungsi ground plane Konsumsi daya, kabel ground, sinyal analog, sinyal digital dan sinyal RF); sinyal mana yang diperlukan untuk setiap lapisan; memerlukan penempatan komponen-komponen penting; lokasi pasti dari komponen bypass; garis tercetak mana yang penting; garis mana yang perlu mengontrol garis cetak impedansi; Garis mana yang harus sesuai dengan panjangnya; ukuran komponen; garis mana yang dicetak harus berjauhan (atau berdekatan); garis mana yang harus berjauhan (atau berdekatan); komponen mana yang harus berjauhan (atau berdekatan) satu sama lain; komponen mana yang perlu ditempatkan di bagian atas PCB, komponen mana yang ditempatkan di bawah. Jangan pernah mengeluh bahwa informasi yang ada terlalu banyak untuk orang lain-terlalu sedikit? Apakah itu terlalu berlebihan? Tidak.

Pengalaman belajar: Sekitar 10 tahun yang lalu, saya merancang papan sirkuit pemasangan permukaan multilayer-ada komponen di kedua sisi papan. Gunakan banyak sekrup untuk memasang papan pada cangkang aluminium berlapis emas (karena terdapat indikator anti-getaran yang sangat ketat). Pin yang memberikan bias feedthrough melewati papan. Pin ini dihubungkan ke PCB dengan menyolder kabel. Ini adalah perangkat yang sangat rumit. Beberapa komponen di papan digunakan untuk test setting (SAT). Tapi saya sudah mendefinisikan dengan jelas lokasi komponen-komponen ini. Bisakah Anda menebak di mana komponen-komponen ini dipasang? Ngomong-ngomong, di bawah papan. Ketika teknisi dan teknisi produk harus membongkar seluruh perangkat dan memasangnya kembali setelah menyelesaikan pengaturan, mereka tampak sangat tidak senang. Saya tidak melakukan kesalahan ini lagi sejak saat itu.

Posisi

Sama seperti di PCB, lokasi adalah segalanya. Di mana memasang sirkuit pada PCB, di mana memasang komponen sirkuit spesifiknya, dan sirkuit apa saja yang berdekatan, semuanya sangat penting.

Biasanya posisi input, output, dan catu daya sudah ditentukan sebelumnya, namun rangkaian di antara keduanya perlu “memainkan kreativitasnya sendiri”. Inilah sebabnya mengapa memperhatikan detail pengkabelan akan menghasilkan keuntungan besar. Mulailah dengan lokasi komponen utama dan pertimbangkan sirkuit spesifik dan keseluruhan PCB. Menentukan lokasi komponen utama dan jalur sinyal sejak awal membantu memastikan bahwa desain memenuhi tujuan kerja yang diharapkan. Mendapatkan desain yang tepat untuk pertama kalinya dapat mengurangi biaya dan tekanan—dan memperpendek siklus pengembangan.

Lewati daya

Melewati catu daya di sisi daya amplifier untuk mengurangi kebisingan adalah aspek yang sangat penting dalam proses desain PCB-termasuk amplifier operasional berkecepatan tinggi atau sirkuit berkecepatan tinggi lainnya. Ada dua metode konfigurasi umum untuk melewati penguat operasional berkecepatan tinggi.

Mengardekan terminal catu daya: Metode ini adalah yang paling efektif dalam banyak kasus, menggunakan beberapa kapasitor paralel untuk langsung mengardekan pin catu daya penguat operasional. Secara umum, dua kapasitor paralel sudah cukup, tetapi menambahkan kapasitor paralel mungkin bermanfaat bagi beberapa rangkaian.

Sambungan paralel kapasitor dengan nilai kapasitansi berbeda membantu memastikan bahwa hanya impedansi arus bolak-balik (AC) rendah yang dapat dilihat pada pin catu daya pada pita frekuensi lebar. Hal ini sangat penting pada frekuensi atenuasi rasio penolakan catu daya (PSR) penguat operasional. Kapasitor ini membantu mengkompensasi berkurangnya PSR amplifier. Mempertahankan jalur ground impedansi rendah dalam rentang sepuluh oktaf akan membantu memastikan bahwa noise berbahaya tidak dapat masuk ke op amp. Gambar 1 menunjukkan keuntungan menggunakan banyak kapasitor secara paralel. Pada frekuensi rendah, kapasitor besar menyediakan jalur ground impedansi rendah. Namun begitu frekuensi mencapai frekuensi resonansinya sendiri, kapasitansi kapasitor akan melemah dan lambat laun tampak induktif. Inilah sebabnya mengapa penting untuk menggunakan banyak kapasitor: ketika respons frekuensi satu kapasitor mulai turun, respons frekuensi kapasitor lain mulai bekerja, sehingga dapat mempertahankan impedansi AC yang sangat rendah dalam rentang sepuluh oktaf.

Mulai langsung dengan pin catu daya op amp; kapasitor dengan kapasitansi terkecil dan ukuran fisik terkecil harus ditempatkan pada sisi PCB yang sama dengan op amp—dan sedekat mungkin dengan amplifier. Terminal ground kapasitor harus dihubungkan langsung ke ground plane dengan pin terpendek atau kabel tercetak. Sambungan di atas tanah harus sedekat mungkin dengan terminal beban amplifier untuk mengurangi interferensi antara terminal daya dan terminal ground.

Proses ini harus diulangi untuk kapasitor dengan nilai kapasitansi terbesar berikutnya. Yang terbaik adalah memulai dengan nilai kapasitansi minimum 0,01 µF dan menempatkan kapasitor elektrolitik 2,2 µF (atau lebih besar) dengan resistansi seri setara rendah (ESR) di dekatnya. Kapasitor 0,01 µF dengan ukuran casing 0508 memiliki induktansi seri yang sangat rendah dan kinerja frekuensi tinggi yang sangat baik.

Catu daya ke catu daya: Metode konfigurasi lain menggunakan satu atau lebih kapasitor bypass yang dihubungkan melalui terminal catu daya positif dan negatif dari penguat operasional. Metode ini biasanya digunakan ketika sulit untuk mengkonfigurasi empat kapasitor dalam suatu rangkaian. Kerugiannya adalah ukuran casing kapasitor dapat bertambah karena tegangan yang melintasi kapasitor dua kali lipat nilai tegangan pada metode bypass suplai tunggal. Peningkatan tegangan memerlukan peningkatan tegangan tembus pengenal perangkat, yaitu peningkatan ukuran rumahan. Namun metode ini dapat meningkatkan kinerja PSR dan distorsi.

Karena setiap rangkaian dan kabel berbeda, konfigurasi, jumlah dan nilai kapasitansi kapasitor harus ditentukan sesuai dengan persyaratan rangkaian sebenarnya.