חיווט לוח מעגלים מודפס (PCB) ממלא תפקיד מפתח במעגלים במהירות גבוהה, אך לרוב זהו אחד הצעדים האחרונים בתהליך התכנון במעגל. ישנן בעיות רבות בחיווט PCB במהירות גבוהה, והרבה ספרות נכתבה בנושא זה. מאמר זה דן בעיקר בחיווט של מעגלים במהירות גבוהה מנקודת מבט מעשית. המטרה העיקרית היא לעזור למשתמשים חדשים לשים לב לנושאים רבים ושונים שצריך לקחת בחשבון בעת ​​תכנון פריסות PCB במהירות גבוהה. מטרה נוספת היא לספק חומר סקירה ללקוחות שלא נגעו בחיווט PCB לזמן מה. בשל הפריסה המוגבלת, מאמר זה אינו יכול לדון בפירוט בכל הנושאים, אך נדון בחלקי המפתח שיש להם את ההשפעה הגדולה ביותר על שיפור ביצועי המעגל, קיצור זמן העיצוב וחיסכון בזמן שינוי.

למרות שהמוקד העיקרי כאן הוא במעגלים הקשורים למגברים תפעוליים במהירות גבוהה, הבעיות והשיטות שנדונו כאן בדרך כלל חלות על חיווט המשמש ברוב המעגלים האנלוגיים המהירים האחרים. כאשר המגבר התפעולי פועל בפס תדר תדר רדיו גבוה מאוד (RF), ביצועי המעגל תלויים במידה רבה במערך ה- PCB. עיצובים של מעגלים בעלי ביצועים גבוהים שנראים טוב ב"ציורים "יכולים להשיג ביצועים רגילים רק אם הם מושפעים מחוסר זהירות במהלך החיווט. חיבה מראש ותשומת לב לפרטים חשובים לאורך כל תהליך החיווט יסייעו להבטיח את ביצועי המעגל הצפויים.

תרשים סכמטי

למרות שסכמטי טוב לא יכול להבטיח חיווט טוב, חיווט טוב מתחיל בסכמה טובה. חשבו היטב בעת ציור הסכמטי, ועליכם לקחת בחשבון את זרימת האות של המעגל כולו. אם יש זרימת אות רגילה ויציבה משמאל לימין בסכמטי, אז צריכה להיות אותה זרימת אות טובה ב- PCB. תן מידע שימושי ככל האפשר על הסכמטי. מכיוון שלפעמים מהנדס עיצוב המעגלים אינו קיים, הלקוחות יבקשו מאיתנו לעזור לפתור את בעיית המעגל, המעצבים, הטכנאים והמהנדסים העוסקים בעבודה זו יהיו אסירי תודה, כולל אותנו.

בנוסף למזהי התייחסות רגילים, צריכת חשמל וסובלנות לטעות, איזה מידע צריך לתת בסכמטי? להלן כמה הצעות להפוך את הסכימות הרגילות לסכימות מהשורה הראשונה. הוסף צורות גל, מידע מכני על הקליפה, אורך הקווים המודפסים, אזורים ריקים; ציין אילו רכיבים צריכים להיות ממוקמים על ה- PCB; תן מידע על התאמה, טווחי ערך רכיב, מידע על פיזור חום, בקרה על עכבה שורות מודפסות, הערות ומעגלים קצרים תיאור פעולה ... (ואחרים).
אל תאמין לאף אחד

אם אינך מעצב את החיווט בעצמך, הקפד לאפשר זמן רב לבדוק בזהירות את העיצוב של אדם החיווט. מניעה קטנה שווה פי מאה מהתרופה בשלב זה. אל תצפה מאדם החיווט שיבין את הרעיונות שלך. דעתך והדרכתך הם החשובים ביותר בשלבים המוקדמים של תהליך עיצוב החיווט. ככל שתוכלו לספק מידע רב יותר, וככל שתתערבו בכל תהליך החיווט כולו, כך ה- PCB המתקבל יהיה טוב יותר. קבעו נקודת השלמה מהוססת לבדיקת מהנדס עיצוב החיווט-מהיר לפי דוח התקדמות החיווט הרצוי. שיטת "לולאה סגורה" זו מונעת את החיווט לשפוך, ובכך למזער את האפשרות לעבוד מחדש.

ההוראות שצריכות להינתן למהנדס החיווט כוללות: תיאור קצר של פונקציית המעגל, תרשים סכמטי של ה- PCB המציין את מיקום הקלט והפלט, מידע על ערמת PCB (לדוגמה, כמה עבה הלוח הוא, כמה שכבות יש, ומידע מפורט על כל שכבת איתות ועל מישור קרקע, חוט חוט קרקע, איתות אנלוגי, איתות דיגיטלי); אילו אותות נדרשים לכל שכבה; דורשים מיקום של רכיבים חשובים; המיקום המדויק של רכיבי עוקף; אילו קווים מודפסים חשובים; אילו קווים צריכים לשלוט על קווים מודפסים עכבה; אילו קווים צריכים להתאים לאורך; גודל הרכיבים; אילו קווים מודפסים צריכים להיות רחוקים (או קרוב) זה לזה; אילו קווים צריכים להיות רחוקים (או קרובים) זה לזה; אילו רכיבים צריכים להיות רחוקים (או קרובים) זה לזה; אילו רכיבים צריכים להיות ממוקמים בחלקו העליון של ה- PCB, אילו ממוקמים למטה. לעולם אל תתלונן שיש יותר מדי מידע לאחרים-מעט מדי? האם זה יותר מדי? לא.

חווית למידה: לפני כעשר שנים עיצבתי לוח מעגלי השטח רב שכבתי-ישנם רכיבים משני צידי הלוח. השתמש בהרבה ברגים כדי לתקן את הלוח במעטפת אלומיניום מצופה זהב (מכיוון שיש מחווני אנטי-כיבוי קפדניים מאוד). הסיכות שמספקות הזנה הטיה עוברות דרך הלוח. סיכה זו מחוברת ל- PCB על ידי חוטי הלחמה. זהו מכשיר מסובך מאוד. רכיבים מסוימים בלוח משמשים להגדרת בדיקה (SAT). אבל הגדרתי בבירור את מיקום הרכיבים הללו. האם אתה יכול לנחש היכן מותקנים רכיבים אלה? אגב, תחת הלוח. כאשר מהנדסי מוצרים וטכנאים נאלצו לפרק את המכשיר כולו ולהרכיב אותם מחדש לאחר השלמת ההגדרות, הם נראו מאוד לא מרוצים. מאז לא עשיתי את הטעות הזו.

מַצָב

ממש כמו ב- PCB, המיקום הוא הכל. היכן לשים מעגל על ​​ה- PCB, היכן להתקין את רכיבי המעגל הספציפיים שלו, ואילו מעגלים סמוכים אחרים הם, כולם חשובים מאוד.

בדרך כלל, עמדות הקלט, הפלט ואספקת החשמל מוגדרות מראש, אך המעגל ביניהן צריך "לשחק את היצירתיות שלהם." זו הסיבה ששמת לב לפרטי החיווט תניב תשואות אדירות. התחל עם מיקום רכיבי המפתח ושקול את המעגל הספציפי ואת ה- PCB כולו. ציון המיקום של רכיבי המפתח ונתיבי האות מההתחלה מסייע להבטיח כי העיצוב יעמוד ביעדי העבודה הצפויים. קבלת העיצוב הנכון בפעם הראשונה יכולה להפחית עלויות ולחץ-ולקצר את מחזור הפיתוח.

עוקף כוח

עקיפת אספקת החשמל בצד החשמל של המגבר על מנת להפחית רעש היא היבט חשוב מאוד בתכנון PCB כולל תהליכים כולל מגברים תפעוליים במהירות גבוהה או במעגלים מהיררים אחרים. ישנן שתי שיטות תצורה נפוצות לעקיפת מגברים תפעוליים במהירות גבוהה.

הארקה של מסוף אספקת החשמל: שיטה זו היעילה ביותר ברוב המקרים, תוך שימוש בקבלים מקבילים מרובים כדי לקרקע ישירות את סיכת אספקת החשמל של המגבר התפעולי. באופן כללי, שני קבלים מקבילים מספיקים-אך הוספת קבלים מקבילים עשויים להועיל למעגלים מסוימים.

חיבור מקביל של קבלים עם ערכי קיבול שונים מסייע להבטיח שניתן לראות רק עכבה של זרם חילופין נמוך (AC) על סיכת אספקת החשמל על פס תדר רחב. זה חשוב במיוחד בתדירות ההנחתה של יחס דחיית אספקת הכוח המגבר התפעולי (PSR). קבל זה עוזר לפצות על ה- PSR המופחת של המגבר. שמירה על נתיב קרקע עכבה נמוכה בטווחים רבים של עשרה אוקטבה תסייע להבטיח שרעש מזיק לא יכול להיכנס למגבר ה- OP. איור 1 מציג את היתרונות של שימוש בקבלים מרובים במקביל. בתדרים נמוכים, קבלים גדולים מספקים נתיב קרקע עכבה נמוך. אולם ברגע שהתדירות מגיעה לתדר התהודה שלהם, קיבול הקבל ייחלש ונראה בהדרגה אינדוקטיבי. זו הסיבה שחשוב להשתמש בקבלים מרובים: כאשר תגובת התדר של קבלים מתחילה לרדת, תגובת התדרים של הקבל האחר מתחילה לעבוד, כך שהיא יכולה לשמור על עכבה נמוכה מאוד של AC בטווחים רבים של עשרה אוקטבה.

התחל ישירות עם סיכות אספקת החשמל של מגבר OP; יש להציב את הקבל עם הקיבול הקטן ביותר והגודל הפיזי הקטן ביותר באותו צד של ה- PCB כמו מגבר ה- OP - וכמה שקרוב ככל האפשר למגבר. יש לחבר ישירות את מסוף הקרקע של הקבל למישור הקרקע עם הסיכה הקצרה ביותר או החוט המודפס. חיבור הקרקע לעיל צריך להיות קרוב ככל האפשר למסוף העומס של המגבר על מנת להפחית את ההפרעה בין מסוף הכוח למסוף הקרקע.

יש לחזור על תהליך זה עבור קבלים עם ערך הקיבול הגדול ביותר הבא. עדיף להתחיל עם ערך הקיבול המינימלי של 0.01 מיקרוגרם ולהניח קבלים אלקטרוליטיים של 2.2 מיקרוגרם (או גדול יותר) עם התנגדות סדרתית שווה ערך (ESR) קרוב אליו. הקבל של 0.01 מיקרוגרם עם גודל מקרה של 0508 כולל השראות סדרות נמוכות מאוד וביצועי תדר גבוה מעולים.

אספקת חשמל לאספקת חשמל: שיטת תצורה אחרת משתמשת בקבל מעקף אחד או יותר המחוברים על מסופי אספקת החשמל החיוביים והשליליים של המגבר התפעולי. בדרך כלל משתמשים בשיטה זו כאשר קשה להגדיר ארבעה קבלים במעגל. החיסרון שלו הוא שגודל המקרה של הקבל עשוי לעלות מכיוון שהמתח על הקבל הוא כפול מערך המתח בשיטת העקיפה של האספקה ​​היחידה. הגדלת המתח דורשת הגדלת מתח הפירוק המדורג של המכשיר, כלומר הגדלת גודל הדיור. עם זאת, שיטה זו יכולה לשפר את ביצועי ה- PSR ואת עיוות.

מכיוון שכל מעגל וחיווט שונים, יש לקבוע את התצורה, המספר וערך הקיבול של קבלים בהתאם לדרישות המעגל בפועל.