Il cablaggio a circuito stampato (PCB) svolge un ruolo chiave nei circuiti ad alta velocità, ma è spesso uno degli ultimi passaggi nel processo di progettazione del circuito. Ci sono molti problemi con il cablaggio PCB ad alta velocità e molta letteratura è stata scritta su questo argomento. Questo articolo discute principalmente il cablaggio di circuiti ad alta velocità da una prospettiva pratica. Lo scopo principale è aiutare i nuovi utenti a prestare attenzione a molti problemi diversi che devono essere considerati quando si progetta layout PCB ad alta velocità. Un altro scopo è quello di fornire un materiale di revisione per i clienti che non hanno toccato il cablaggio PCB per un po '. A causa del layout limitato, questo articolo non può discutere in dettaglio tutti i problemi, ma discuteremo delle parti chiave che hanno il maggiore effetto sul miglioramento delle prestazioni dei circuiti, l'accorciamento dei tempi di progettazione e il salvataggio dei tempi di modifica.

Sebbene l'obiettivo principale qui sia sui circuiti relativi agli amplificatori operativi ad alta velocità, i problemi e i metodi qui discussi sono generalmente applicabili ai cablaggi utilizzati nella maggior parte degli altri circuiti analogici ad alta velocità. Quando l'amplificatore operativo funziona in una banda di frequenza a radiofrequenza molto elevata (RF), le prestazioni del circuito dipendono in gran parte dal layout PCB. I progetti di circuiti ad alte prestazioni che sembrano buoni sui "disegni" possono ottenere prestazioni ordinarie solo se sono influenzati dalla disattenzione durante il cablaggio. La pre-considerazione e l'attenzione a dettagli importanti durante il processo di cablaggio contribuiranno a garantire le prestazioni del circuito previsto.

Diagramma schematico

Sebbene un buon schema non possa garantire un buon cablaggio, un buon cablaggio inizia con un buon schema. Pensa attentamente quando si disegna lo schema e devi considerare il flusso del segnale dell'intero circuito. Se esiste un flusso di segnale normale e stabile da sinistra a destra nello schema, allora dovrebbe esserci lo stesso buon flusso di segnale sul PCB. Fornire quante più informazioni utili possibili sullo schema. Poiché a volte l'ingegnere di progettazione del circuito non è lì, i clienti ci chiederanno di aiutare a risolvere il problema del circuito, i progettisti, i tecnici e gli ingegneri impegnati in questo lavoro saranno molto grati, incluso noi.

Oltre agli identificatori di riferimento ordinari, al consumo di energia e alla tolleranza agli errori, quali informazioni dovrebbero essere fornite nello schema? Ecco alcuni suggerimenti per trasformare gli schemi ordinari in schemi di prima classe. Aggiungi forme d'onda, informazioni meccaniche sulla shell, lunghezza delle linee stampate, aree vuote; indicare quali componenti devono essere posizionati sul PCB; Fornire informazioni di regolazione, intervalli di valore dei componenti, informazioni sulla dissipazione del calore, linee stampate, commenti e brevi circuiti di controllo Descrizione Azione ... (e altri).
Non credere a nessuno

Se non stai progettando tu stesso il cablaggio, assicurati di consentire molto tempo a controllare attentamente il design della persona cablaggio. Una piccola prevenzione vale cento volte il rimedio a questo punto. Non aspettarti che la persona del cablaggio capisca le tue idee. La tua opinione e la tua guida sono le più importanti nelle prime fasi del processo di progettazione del cablaggio. Più informazioni è possibile fornire e più si interviene nell'intero processo di cablaggio, meglio sarà il PCB risultante. Imposta un punto di completamento provvisorio per il controllo ingegnere del design del cablaggio-QUICK secondo il rapporto sui progressi del cablaggio desiderato. Questo metodo "chiuso" impedisce ai cablaggi di smarrirsi, minimizzando così la possibilità di rilavorare.

Le istruzioni che devono essere fornite all'ingegnere del cablaggio includono: una breve descrizione della funzione del circuito, un diagramma schematico del PCB che indica le posizioni di ingresso e uscita, informazioni di impilamento del PCB (ad esempio, quanto è spessa la scheda, quanti strati ci sono e informazioni dettagliate su ogni strato di segnale e consumo di alimentazione piane di terra, segnale di terra, segnale digitale e segnale RF); quali segnali sono richiesti per ogni livello; richiedere il posizionamento di componenti importanti; la posizione esatta dei componenti di bypass; quali linee stampate sono importanti; Quali linee devono controllare le linee stampate dell'impedenza; Quali linee devono abbinare la lunghezza; la dimensione dei componenti; quali linee stampate devono essere lontane (o vicine) a vicenda; Quali linee devono essere lontane (o vicine) l'un l'altro; Quali componenti devono essere lontani (o chiudere) tra loro; Quali componenti devono essere posizionati sulla parte superiore del PCB, quali sono posizionati di seguito. Non lamentarsi mai che ci siano troppe informazioni per gli altri troppo piccoli? È troppo? Non farlo.

Un'esperienza di apprendimento: circa 10 anni fa, ho progettato un circuito di montaggio superficiale multistrato, ci sono componenti su entrambi i lati della scheda. Usa molte viti per riparare la scheda in un guscio di alluminio placcato in oro (perché ci sono indicatori anti-vibrazioni molto rigorosi). I pin che forniscono il feedthrough di distorsione passano attraverso la scheda. Questo pin è collegato al PCB dai fili di saldatura. Questo è un dispositivo molto complicato. Alcuni componenti sulla scheda vengono utilizzati per l'impostazione del test (SAT). Ma ho definito chiaramente la posizione di questi componenti. Riesci a indovinare dove sono installati questi componenti? A proposito, sotto il consiglio. Quando gli ingegneri del prodotto e i tecnici hanno dovuto smontare l'intero dispositivo e rimontarli dopo aver completato le impostazioni, sembravano molto infelici. Da allora non ho fatto più questo errore.

Posizione

Proprio come in un PCB, la posizione è tutto. Dove mettere un circuito sul PCB, dove installare i suoi componenti specifici del circuito e quali sono gli altri circuiti adiacenti, tutti molto importanti.

Di solito, le posizioni di input, output e alimentazione sono predeterminate, ma il circuito tra loro deve "giocare la propria creatività". Ecco perché prestare attenzione ai dettagli del cablaggio produrrà enormi rendimenti. Inizia con la posizione dei componenti chiave e considera il circuito specifico e l'intero PCB. Specificare la posizione dei componenti chiave e dei percorsi di segnale dall'inizio aiuta a garantire che il design raggiunga gli obiettivi di lavoro previsti. Ottenere il design giusto per la prima volta può ridurre i costi e la pressione e abbreviare il ciclo di sviluppo.

Potenza di bypass

Bypassare l'alimentazione sull'alimentazione dell'amplificatore al fine di ridurre il rumore è un aspetto molto importante nel processo di progettazione del PCB, tra cui amplificatori operativi ad alta velocità o altri circuiti ad alta velocità. Esistono due metodi di configurazione comuni per bypassare gli amplificatori operativi ad alta velocità.

Messa a terra il terminale di alimentazione: questo metodo è il più efficace nella maggior parte dei casi, utilizzando più condensatori paralleli per radicare direttamente il perno di alimentazione dell'amplificatore operativo. In generale, due condensatori paralleli sono sufficienti, ma l'aggiunta di condensatori paralleli può beneficiare di alcuni circuiti.

La connessione parallela di condensatori con diversi valori di capacità aiuta a garantire che solo una bassa impedenza di corrente alternata (AC) possa essere vista sul perno di alimentazione su una banda di frequenza ampia. Ciò è particolarmente importante alla frequenza di attenuazione del rapporto di rifiuto dell'alimentazione dell'amplificatore operativo (PSR). Questo condensatore aiuta a compensare il PSR ridotto dell'amplificatore. Il mantenimento di un percorso di terra a bassa impedenza in molte gamme di dieci ottave contribuirà a garantire che il rumore dannoso non possa entrare nell'amplificatore operazionale. La Figura 1 mostra i vantaggi dell'utilizzo di più condensatori in parallelo. A basse frequenze, i grandi condensatori forniscono un percorso di terra a bassa impedenza. Ma una volta che la frequenza raggiunge la propria frequenza di risonanza, la capacità del condensatore si indebolirà e apparirà gradualmente induttiva. Questo è il motivo per cui è importante utilizzare più condensatori: quando la risposta in frequenza di un condensatore inizia a scendere, la risposta in frequenza dell'altro condensatore inizia a funzionare, quindi può mantenere un'impedenza CA molto bassa in molte gamme di dieci ottave.

Inizia direttamente con i pin di alimentazione dell'amplificatore operazionale; Il condensatore con la capacità più piccola e la dimensione fisica più piccola dovrebbero essere posizionati sullo stesso lato del PCB dell'amplificatore operazionale e il più vicino possibile all'amplificatore. Il terminale di terra del condensatore deve essere collegato direttamente al piano di terra con il perno più corto o il filo stampato. La connessione a terra sopra dovrebbe essere il più vicino possibile al terminale di carico dell'amplificatore al fine di ridurre l'interferenza tra il terminale di potenza e il terminale di terra.

Questo processo dovrebbe essere ripetuto per i condensatori con il prossimo più grande valore di capacità. È meglio iniziare con il valore di capacità minimo di 0,01 µF e posizionare un condensatore elettrolitico di 2,2 µF (o più grande) con una bassa resistenza alle serie equivalenti (ESR) vicino ad esso. Il condensatore 0,01 µF con una dimensione del caso 0508 ha induttanza in serie molto bassa e eccellenti prestazioni ad alta frequenza.

Alimentatore all'alimentazione: un altro metodo di configurazione utilizza uno o più condensatori di bypass collegati attraverso i terminali di alimentazione positiva e negativa dell'amplificatore operativo. Questo metodo viene solitamente utilizzato quando è difficile configurare quattro condensatori nel circuito. Il suo svantaggio è che la dimensione del caso del condensatore può aumentare perché la tensione attraverso il condensatore è il doppio del valore di tensione nel metodo di bypass a fornitura singola. L'aumento della tensione richiede l'aumento della tensione di rottura nominale del dispositivo, cioè aumentando le dimensioni dell'alloggiamento. Tuttavia, questo metodo può migliorare le prestazioni di PSR e distorsione.

Poiché ogni circuito e cablaggio sono diversi, la configurazione, il numero e il valore di capacità dei condensatori devono essere determinati in base ai requisiti del circuito effettivo.