დაბეჭდილი მიკროსქემის დაფა (PCB) გაყვანილობა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მაღალსიჩქარიან სქემებში, მაგრამ ის ხშირად ერთ-ერთი ბოლო ნაბიჯია წრიული დიზაინის პროცესში. მაღალი სიჩქარით PCB- ის გაყვანილობასთან დაკავშირებით ბევრი პრობლემაა და ამ თემაზე უამრავი ლიტერატურა დაიწერა. ამ სტატიაში ძირითადად განხილულია მაღალი სიჩქარიანი სქემების გაყვანილობა პრაქტიკული თვალსაზრისით. მთავარი მიზანია დაეხმაროს ახალ მომხმარებლებს ყურადღება მიაქციონ მრავალ სხვადასხვა საკითხს, რომლებიც გასათვალისწინებელია მაღალი სიჩქარით წრიული PCB განლაგების დიზაინის დროს. კიდევ ერთი მიზანია უზრუნველყოს მიმოხილვის მასალა იმ მომხმარებლებისთვის, რომლებმაც არ შეეხოთ PCB- ს გაყვანილობას გარკვეული ხნით. შეზღუდული განლაგების გამო, ამ სტატიას ვერ განიხილავს ყველა საკითხი დეტალურად, მაგრამ ჩვენ განვიხილავთ მნიშვნელოვან ნაწილებს, რომლებიც ყველაზე დიდ გავლენას ახდენენ მიკროსქემის შესრულების გაუმჯობესებაზე, დიზაინის დროის შემცირებაზე და მოდიფიკაციის დროზე დაზოგვაზე.

მიუხედავად იმისა, რომ აქ მთავარი ყურადღება გამახვილებულია მაღალსიჩქარიანი ოპერაციული გამაძლიერებლებთან დაკავშირებულ სქემებზე, აქ განხილული პრობლემები და მეთოდები ზოგადად გამოიყენება გაყვანილობისთვის, რომელიც გამოიყენება სხვა მაღალსიჩქარიანი ანალოგური სქემების უმეტესობაში. როდესაც ოპერაციული გამაძლიერებელი მუშაობს ძალიან მაღალი რადიო სიხშირის (RF) სიხშირის ჯგუფში, მიკროსქემის შესრულება დიდწილად დამოკიდებულია PCB განლაგებაზე. მაღალი ხარისხის მიკროსქემის დიზაინები, რომლებიც კარგად გამოიყურება "ნახატებზე", შეგიძლიათ მიიღოთ ჩვეულებრივი შესრულება, თუ ისინი გავლენას ახდენენ გაყვანილობის დროს უყურადღებობით. წინასწარი აღნიშვნა და მნიშვნელოვანი დეტალების ყურადღება გაყვანილობის პროცესში, ხელს შეუწყობს წრეების მოსალოდნელ საქმიანობას.

სქემატური დიაგრამა

მიუხედავად იმისა, რომ კარგი სქემა არ შეუძლია კარგი გაყვანილობის გარანტიას, კარგი გაყვანილობა იწყება კარგი სქემით. ყურადღებით იფიქრეთ სქემატური ხატვისას და უნდა გაითვალისწინოთ მთელი წრის სიგნალის ნაკადი. თუ სქემაში არსებობს ნორმალური და სტაბილური სიგნალის ნაკადი მარცხნიდან მარჯვნივ, მაშინ PCB– ზე უნდა არსებობდეს იგივე კარგი სიგნალის ნაკადი. რაც შეიძლება მეტი სასარგებლო ინფორმაცია მიეცით სქემატურზე. იმის გამო, რომ ზოგჯერ მიკროსქემის დიზაინის ინჟინერი არ არის, მომხმარებლები მოგვმართავენ, რომ დაგვეხმარონ წრიული პრობლემის მოგვარებაში, ამ საქმიანობაში ჩართული დიზაინერები, ტექნიკოსები და ინჟინრები ძალიან მადლიერი იქნებიან, მათ შორის ჩვენც.

ჩვეულებრივი მითითების იდენტიფიკატორების, ენერგიის მოხმარების და შეცდომების ტოლერანტობის გარდა, რა ინფორმაცია უნდა მიეცეს სქემაში? აქ მოცემულია რამდენიმე შემოთავაზება, რომ ჩვეულებრივი სქემატიკა პირველ კლასის სქემატიკად აქციოთ. დაამატეთ ტალღების ფორმები, მექანიკური ინფორმაცია ჭურვის შესახებ, დაბეჭდილი ხაზების სიგრძე, ცარიელი ადგილები; მიუთითეთ რომელი კომპონენტები უნდა განთავსდეს PCB- ზე; მიეცით რეგულირების ინფორმაცია, კომპონენტის მნიშვნელობის დიაპაზონი, სითბოს დაშლის ინფორმაცია, საკონტროლო წინაღობა დაბეჭდილი ხაზები, კომენტარები და მოკლე სქემების მოქმედების აღწერა… (და სხვები).
არავის დაუჯერო

თუ თქვენ არ შექმნით გაყვანილობას, დარწმუნდით, რომ საკმარისი დრო დაუთმეთ, რომ ყურადღებით შეამოწმოთ გაყვანილობის პირის დიზაინი. მცირე პრევენცია ამ ეტაპზე ასობითჯერ ღირს. არ ველით, რომ გაყვანილობის პიროვნებას გაიგებს თქვენი იდეები. თქვენი მოსაზრება და ხელმძღვანელობა ყველაზე მნიშვნელოვანია გაყვანილობის დიზაინის პროცესის ადრეულ ეტაპზე. რაც უფრო მეტი ინფორმაცია შეგიძლიათ მოგაწოდოთ და რაც უფრო მეტს ჩაერევთ მთელი გაყვანილობის პროცესში, მით უკეთესი იქნება შედეგი PCB. დააყენეთ საცდელი დასრულების წერტილი გაყვანილობის დიზაინის ინჟინერ-სწრაფი ჩეკისთვის, თქვენთვის სასურველი გაყვანილობის პროგრესის ანგარიშის მიხედვით. ეს "დახურული მარყუჟის" მეთოდი ხელს უშლის გაყვანილობას, რითაც მინიმუმამდე ამცირებს გადაკეთების შესაძლებლობას.

ინსტრუქციები, რომლებიც უნდა მიენიჭოს გაყვანილობის ინჟინერს, მოიცავს: მიკროსქემის ფუნქციის მოკლე აღწერა, PCB– ის სქემატური დიაგრამა, რომელიც მიუთითებს შეყვანის და გამომავალი პოზიციების შესახებ, PCB– ს ინფორმაციის დასაყენებლად (მაგალითად, რამდენად სქელია დაფა, რამდენი ფენა არსებობს და დეტალური ინფორმაცია თითოეული სიგნალის ფენის და მიწისქვეშა თვითმფრინავის სიგნალის, ციფრული სიგნალის, ციფრული სიგნალის, ციფრული სიგნალის შესახებ). რომელი სიგნალები საჭიროა თითოეული ფენისთვის; მოითხოვს მნიშვნელოვანი კომპონენტების განთავსებას; შემოვლითი კომპონენტების ზუსტი ადგილმდებარეობა; რომელი დაბეჭდილი ხაზები მნიშვნელოვანია; რომელ ხაზებს უნდა აკონტროლოს წინაღობის ბეჭდური ხაზები; რომელი ხაზები უნდა შეესაბამებოდეს სიგრძეს; კომპონენტების ზომა; რომელი დაბეჭდილი ხაზები უნდა იყოს ერთმანეთთან შორს (ან ახლოს); რომელი ხაზები უნდა იყოს შორს (ან ახლოს) ერთმანეთთან; რომელი კომპონენტები უნდა იყოს შორს (ან ახლოს) ერთმანეთთან; რომელი კომპონენტები უნდა განთავსდეს PCB- ის თავზე, რომელია ქვემოთ. არასოდეს უჩივლოთ, რომ სხვებისთვის ძალიან ბევრი ინფორმაციაა? ძალიან ბევრია? არა.

სწავლის გამოცდილება: დაახლოებით 10 წლის წინ, მე შევიმუშავე მრავალმხრივი ზედაპირის დამონტაჟებული მიკროსქემის დაფა-ეს არის კომპონენტები დაფის ორივე მხარეს. გამოიყენეთ უამრავი ხრახნი, რომ დააფიქსიროთ დაფა ოქროს მოოქროვილი ალუმინის ჭურვში (რადგან არსებობს ძალიან მკაცრი ანტი-ვიბრაციის ინდიკატორები). ქინძისთავები, რომლებიც უზრუნველყოფენ მიკერძოებულ საკვებს, გადის დაფაზე. ეს პინი დაკავშირებულია PCB– სთან, მავთულის გამაგრილებელი საშუალებით. ეს არის ძალიან რთული მოწყობილობა. დაფაზე ზოგიერთი კომპონენტი გამოიყენება ტესტის პარამეტრისთვის (SAT). მაგრამ მე ნათლად განვსაზღვრე ამ კომპონენტების ადგილმდებარეობა. შეგიძლიათ მიხვდეთ, სად არის დამონტაჟებული ეს კომპონენტები? სხვათა შორის, დაფის ქვეშ. როდესაც პროდუქტის ინჟინრებს და ტექნიკოსებს უნდა დაეტოვებინათ მთელი მოწყობილობა და დაეტოვებინათ ისინი პარამეტრების დასრულების შემდეგ, ისინი ძალიან უბედური ჩანდა. მას შემდეგ ეს შეცდომა აღარ დავუშვი.

პოზიცია

ისევე, როგორც PCB- ში, ადგილმდებარეობა ყველაფერია. სად უნდა დააყენოთ წრე PCB– ზე, სად უნდა დააინსტალიროთ მისი სპეციფიკური მიკროსქემის კომპონენტები და რა არის სხვა მიმდებარე სქემები, ეს ყველაფერი ძალიან მნიშვნელოვანია.

ჩვეულებრივ, წინასწარ განსაზღვრულია შეყვანის, გამომავალი და ელექტრომომარაგების პოზიციები, მაგრამ მათ შორის წრეში საჭიროა "საკუთარი შემოქმედების თამაში". სწორედ ამიტომ, გაყვანილობის დეტალებზე ყურადღების მიქცევა დიდ ანაზღაურებას გამოიწვევს. დაიწყეთ ძირითადი კომპონენტების ადგილმდებარეობით და გაითვალისწინეთ კონკრეტული წრე და მთელი PCB. საკვანძო კომპონენტების ადგილმდებარეობის და სიგნალის ბილიკების ადგილმდებარეობა თავიდანვე დაგეხმარებათ იმის უზრუნველსაყოფად, რომ დიზაინი აკმაყოფილებს მოსალოდნელ სამუშაო მიზნებს. სწორი დიზაინის მიღებამ პირველად შეიძლება შეამციროს ხარჯები და წნევა და შეამციროს განვითარების ციკლი.

შემოვლითი ძალა

გამაძლიერებლის ენერგიის მხარეს ელექტრომომარაგების გვერდის ავლით, ხმაურის შესამცირებლად, ძალიან მნიშვნელოვანი ასპექტია PCB დიზაინის პროცესში, მათ შორის მაღალსიჩქარიანი ოპერაციული გამაძლიერებლები ან სხვა მაღალსიჩქარიანი სქემები. მაღალი სიჩქარით ოპერატიული გამაძლიერებლის გვერდის ავლით არსებობს ორი ჩვეულებრივი კონფიგურაციის მეთოდი.

ელექტრომომარაგების ტერმინალის დასაბუთება: ეს მეთოდი უმეტეს შემთხვევაში ყველაზე ეფექტურია, მრავალჯერადი პარალელური კონდენსატორის გამოყენებით, ოპერაციული გამაძლიერებლის ელექტრომომარაგების პინის პირდაპირ დასამყარებლად. საერთოდ, ორი პარალელური კონდენსატორი საკმარისია, მაგრამ პარალელური კონდენსატორების დამატებით შეიძლება ისარგებლოს ზოგიერთი სქემით.

კონდენსატორების პარალელური კავშირი სხვადასხვა ტევადობის მნიშვნელობებით ხელს უწყობს იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მხოლოდ დაბალი ალტერნატიული დენის (AC) წინაღობა შეიძლება ნახოთ ელექტრომომარაგების პინზე ფართო სიხშირის ზოლზე. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ოპერაციული გამაძლიერებლის ელექტროენერგიის მიწოდების უარი თანაფარდობის (PSR) შემცირების სიხშირეზე. ეს კონდენსატორი ხელს უწყობს გამაძლიერებლის შემცირებული PSR– ს ანაზღაურებას. დაბალ წინაღობის სახმელეთო ბილიკის შენარჩუნება ბევრ ათი ოქტავის დიაპაზონში ხელს შეუწყობს იმის უზრუნველსაყოფად, რომ მავნე ხმაური ვერ შევიდეს OP amp- ში. სურათი 1 გვიჩვენებს პარალელურად მრავალი კონდენსატორის გამოყენების უპირატესობებს. დაბალი სიხშირეებით, დიდი კონდენსატორები უზრუნველყოფენ დაბალი წინაღობის გრუნტის გზას. მაგრამ მას შემდეგ, რაც სიხშირე მიაღწევს საკუთარ რეზონანსულ სიხშირეს, კონდენსატორის ტევადობა შესუსტდება და თანდათანობით გამოჩნდება ინდუქციური. სწორედ ამიტომ მნიშვნელოვანია გამოიყენოთ მრავალჯერადი კონდენსატორები: როდესაც ერთი კონდენსატორის სიხშირეზე რეაგირება იწყებს ვარდნას, სხვა კონდენსატორის სიხშირეზე რეაგირება იწყებს მუშაობას, ასე რომ, მას შეუძლია შეინარჩუნოს ძალიან დაბალი AC წინაღობა ბევრ ათი ოქტავის დიაპაზონში.

დაიწყეთ პირდაპირ ელექტროენერგიის მიწოდების ქინძისთავებით; კონდენსატორი, რომელსაც აქვს ყველაზე მცირე ტევადობა და მცირე ზომის ფიზიკური ზომა, უნდა განთავსდეს PCB- ის იმავე მხარეს, როგორც OP amp - და რაც შეიძლება ახლოს გამაძლიერებლისთვის. კონდენსატორის სახმელეთო ტერმინალი პირდაპირ უნდა იყოს დაკავშირებული მიწის თვითმფრინავთან უმოკლეს პინთან ან დაბეჭდილი მავთულით. ზემოხსენებული კავშირი უნდა იყოს რაც შეიძლება ახლოს, გამაძლიერებლის დატვირთვის ტერმინალთან, რათა შეამციროს ელექტროენერგიის ტერმინალსა და მიწის ტერმინალს შორის ჩარევა.

ეს პროცესი უნდა განმეორდეს კონდენსატორებისთვის შემდეგი უდიდესი ტევადობის მნიშვნელობით. უმჯობესია დაიწყოთ მინიმალური ტევადობის მნიშვნელობა 0.01 μF და მოათავსეთ 2.2 μF (ან უფრო დიდი) ელექტროლიტური კონდენსატორი, რომელსაც აქვს დაბალი ეკვივალენტური სერიის წინააღმდეგობა (ESR). 0.01 μF კონდენსატორს 0508 საქმის ზომით აქვს ძალიან დაბალი სერიის ინდუქცია და მაღალი სიხშირის შესანიშნავი შესრულება.

ელექტრომომარაგება ელექტრომომარაგებაში: კონფიგურაციის კიდევ ერთი მეთოდი იყენებს ერთი ან რამდენიმე შემოვლითი კონდენსატორებს, რომლებიც დაკავშირებულია ოპერაციული გამაძლიერებლის დადებით და უარყოფით ელექტროენერგიის ტერმინალებთან. ეს მეთოდი ჩვეულებრივ გამოიყენება, როდესაც ძნელია სქემით ოთხი კონდენსატორის კონფიგურაცია. მისი მინუსი არის ის, რომ კონდენსატორის საქმის ზომა შეიძლება გაიზარდოს, რადგან კონდენსატორის მასშტაბით ძაბვა ორჯერ მეტია ძაბვის მნიშვნელობა ერთჯერადი შემოვლითი მეთოდით. ძაბვის გაზრდა მოითხოვს მოწყობილობის შეფასებული ავარიის ძაბვის გაზრდას, ანუ საცხოვრებლის ზომების გაზრდას. ამასთან, ამ მეთოდს შეუძლია გააუმჯობესოს PSR და დამახინჯება.

იმის გამო, რომ თითოეული წრე და გაყვანილობა განსხვავებულია, კონდენსატორების კონფიგურაცია, რაოდენობა და ტევადობის მნიშვნელობა უნდა განისაზღვროს ფაქტობრივი წრის მოთხოვნების შესაბამისად.