인쇄 회로 기판(PCB) 배선은 고속 회로에서 중요한 역할을 하지만 회로 설계 프로세스의 마지막 단계 중 하나인 경우가 많습니다. 고속 PCB 배선에는 많은 문제가 있으며 이 주제에 대해 많은 문헌이 작성되었습니다. 이 기사에서는 실용적인 관점에서 고속 회로의 배선을 주로 설명합니다. 주요 목적은 신규 사용자가 고속 회로 PCB 레이아웃을 설계할 때 고려해야 할 다양한 문제에 주의를 기울일 수 있도록 돕는 것입니다. 또 다른 목적은 한동안 PCB 배선에 손을 대지 않은 고객을 위한 리뷰 자료를 제공하는 것입니다. 제한된 레이아웃으로 인해 이 기사에서 모든 문제를 자세히 논의할 수는 없지만 회로 성능 향상, 설계 시간 단축 및 수정 시간 절약에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 부분에 대해 논의하겠습니다.

여기서는 주로 고속 연산 증폭기 관련 회로에 초점을 맞추고 있지만 여기서 논의되는 문제와 방법은 일반적으로 대부분의 다른 고속 아날로그 회로에 사용되는 배선에 적용 가능합니다. 연산 증폭기가 매우 높은 RF(무선 주파수) 주파수 대역에서 작동하는 경우 회로 성능은 주로 PCB 레이아웃에 따라 달라집니다. '도면'에 잘 보이는 고성능 회로 설계라도 배선 시 부주의로 인해 영향을 받아야만 정상적인 성능을 얻을 수 있습니다. 배선 프로세스 전반에 걸쳐 중요한 세부 사항을 사전에 고려하고 주의를 기울이면 예상되는 회로 성능을 보장하는 데 도움이 됩니다.

개략도

좋은 회로도가 좋은 배선을 보장할 수는 없지만, 좋은 배선은 좋은 회로도에서 시작됩니다. 회로도를 그릴 때 신중하게 생각하고 전체 회로의 신호 흐름을 고려해야 합니다. 회로도의 왼쪽에서 오른쪽으로 정상적이고 안정적인 신호 흐름이 있는 경우 PCB에도 동일한 신호 흐름이 있어야 합니다. 회로도에 유용한 정보를 최대한 많이 제공하십시오. 때로는 회로 설계 엔지니어가 부재하여 고객이 회로 문제 해결에 도움을 요청하는 경우가 있으며, 이 작업에 참여하는 설계자, 기술자 및 엔지니어는 우리를 포함하여 매우 감사할 것입니다.

일반 참조 식별자, 전력 소비 및 오류 허용 오차 외에 회로도에는 어떤 정보를 제공해야 합니까? 다음은 일반 회로도를 일류 회로도로 바꾸는 몇 가지 제안 사항입니다. 파형, 쉘에 대한 기계적 정보, 인쇄된 라인의 길이, 빈 영역을 추가합니다. PCB에 배치해야 하는 구성 요소를 나타냅니다. 조정 정보, 구성 요소 값 범위, 열 발산 정보, 제어 임피던스 인쇄 라인, 설명 및 간략한 회로 동작 설명… (및 기타) 제공.
누구도 믿지 마세요

배선 설계를 직접 하지 않는 경우에는 배선 담당자의 설계를 주의 깊게 확인하는 데 충분한 시간을 투자하십시오. 이 시점에서는 작은 예방 조치가 해결책보다 백 배 더 가치가 있습니다. 배선 담당자가 귀하의 아이디어를 이해할 것이라고 기대하지 마십시오. 배선 설계 과정의 초기 단계에서는 귀하의 의견과 지도가 가장 중요합니다. 더 많은 정보를 제공할수록 전체 배선 프로세스에 더 많이 개입할수록 PCB 결과가 더 좋아질 것입니다. 원하는 배선 진행 보고서에 따라 배선 설계 엔지니어의 빠른 확인을 위한 임시 완료 지점을 설정합니다. 이 "폐쇄 루프" 방법은 배선이 잘못된 방향으로 가는 것을 방지하여 재작업 가능성을 최소화합니다.

배선 엔지니어에게 제공해야 하는 지침에는 회로 기능에 대한 간단한 설명, 입력 및 출력 위치를 나타내는 PCB의 개략도, PCB 적층 정보(예: 보드 두께, 레이어 수 등)가 포함됩니다. 각 신호 레이어 및 접지면 기능에 대한 자세한 정보가 있습니다. 전력 소비, 접지선, 아날로그 신호, 디지털 신호 및 RF 신호); 각 레이어에 어떤 신호가 필요한지; 중요한 구성 요소의 배치가 필요합니다. 바이패스 구성요소의 정확한 위치 어떤 인쇄된 라인이 중요한지; 임피던스 인쇄 라인을 제어해야 하는 라인은 무엇입니까? 길이와 일치해야 하는 선은 무엇입니까? 구성 요소의 크기; 인쇄된 선은 서로 멀리 떨어져 있어야 합니다(또는 가까이 있어야 합니다). 어떤 선이 서로 멀리 떨어져 있어야 하는지(또는 가까이 있어야 하는지) 어떤 구성 요소가 서로 멀리 떨어져 있어야 하는지(또는 가까이 있어야 하는지) 어떤 구성 요소를 PCB 상단에 배치해야 하는지, 어떤 구성 요소를 아래에 배치해야 하는지를 보여줍니다. 다른 사람에게 정보가 너무 많다고 불평하지 마십시오. 너무 적습니까? 너무 많은가요? 하지 마십시오.

학습 경험: 약 10년 전에 저는 다층 표면 실장 회로 기판을 설계했습니다. 기판 양쪽에 구성 요소가 있습니다. 금도금 알루미늄 쉘에 보드를 고정하려면 많은 나사를 사용하십시오(매우 엄격한 방진 표시기가 있기 때문입니다). 바이어스 피드스루를 제공하는 핀은 보드를 통과합니다. 이 핀은 납땜 와이어로 PCB에 연결됩니다. 이것은 매우 복잡한 장치입니다. 보드의 일부 구성 요소는 테스트 설정(SAT)에 사용됩니다. 그러나 나는 이러한 구성 요소의 위치를 ​​명확하게 정의했습니다. 이러한 구성 요소가 어디에 설치되어 있는지 추측할 수 있습니까? 그건 그렇고, 보드 아래. 제품 엔지니어와 기술자들은 기기 전체를 ​​분해하고 설정을 마친 후 다시 조립해야 할 때 매우 불만스러워 보였습니다. 그 이후로 다시는 이런 실수를 하지 않았습니다.

위치

PCB와 마찬가지로 위치가 가장 중요합니다. PCB에 회로를 배치할 위치, 특정 회로 구성요소를 설치할 위치, 기타 인접 회로가 무엇인지 등 모두 매우 중요합니다.

일반적으로 입력, 출력, 전원 공급 장치의 위치는 미리 정해져 있지만, 그 사이의 회로는 "자신만의 창의성을 발휘"해야 합니다. 그렇기 때문에 배선 세부 사항에 주의를 기울이면 큰 수익을 얻을 수 있습니다. 주요 구성 요소의 위치부터 시작하여 특정 회로와 전체 PCB를 고려하십시오. 처음부터 주요 구성 요소와 신호 경로의 위치를 ​​지정하면 설계가 예상되는 작업 목표를 충족하는 데 도움이 됩니다. 처음에 올바른 설계를 얻으면 비용과 부담을 줄이고 개발 주기를 단축할 수 있습니다.

바이패스 전력

잡음을 줄이기 위해 증폭기의 전원 측에서 전원 공급 장치를 우회하는 것은 고속 연산 증폭기 또는 기타 고속 회로를 포함한 PCB 설계 프로세스에서 매우 중요한 측면입니다. 고속 연산 증폭기를 우회하는 데는 두 가지 일반적인 구성 방법이 있습니다.

전원 단자 접지: 이 방법은 대부분의 경우 가장 효과적이며 여러 개의 병렬 커패시터를 사용하여 연산 증폭기의 전원 핀을 직접 접지합니다. 일반적으로 말하면 두 개의 병렬 커패시터로 충분하지만 병렬 커패시터를 추가하면 일부 회로에 도움이 될 수 있습니다.

서로 다른 커패시턴스 값을 가진 커패시터를 병렬 연결하면 넓은 주파수 대역에 걸쳐 전원 공급 장치 핀에서 낮은 AC(교류) 임피던스만 볼 수 있도록 하는 데 도움이 됩니다. 이는 연산 증폭기 PSR(전원 거부율)의 감쇠 주파수에서 특히 중요합니다. 이 커패시터는 증폭기의 감소된 PSR을 보상하는 데 도움이 됩니다. 많은 10옥타브 범위에서 낮은 임피던스 접지 경로를 유지하면 유해한 잡음이 연산 증폭기에 유입되지 않도록 하는 데 도움이 됩니다. 그림 1은 여러 커패시터를 병렬로 사용할 때의 이점을 보여줍니다. 낮은 주파수에서는 대형 커패시터가 낮은 임피던스 접지 경로를 제공합니다. 그러나 주파수가 자체 공진 주파수에 도달하면 커패시터의 커패시턴스가 약해지고 점차적으로 유도성으로 나타납니다. 이것이 여러 커패시터를 사용하는 것이 중요한 이유입니다. 한 커패시터의 주파수 응답이 떨어지기 시작하면 다른 커패시터의 주파수 응답이 작동하기 시작하므로 많은 10옥타브 범위에서 매우 낮은 AC 임피던스를 유지할 수 있습니다.

연산 증폭기의 전원 공급 장치 핀으로 직접 시작하십시오. 커패시턴스가 가장 작고 물리적 크기도 가장 작은 커패시터는 PCB에서 연산 증폭기와 같은 면에 배치해야 하며 증폭기에 최대한 가깝게 배치해야 합니다. 커패시터의 접지 단자는 가장 짧은 핀 또는 인쇄된 와이어를 사용하여 접지면에 직접 연결되어야 합니다. 위의 접지 연결은 전원 단자와 접지 단자 사이의 간섭을 줄이기 위해 증폭기의 부하 단자에 최대한 가까워야 합니다.

다음으로 큰 정전 용량 값을 갖는 커패시터에 대해 이 프로세스를 반복해야 합니다. 최소 정전 용량 값인 0.01μF부터 시작하여 등가 직렬 저항(ESR)이 낮은 2.2μF(또는 그 이상) 전해 커패시터를 가까이 배치하는 것이 가장 좋습니다. 0508 케이스 크기의 0.01μF 커패시터는 직렬 인덕턴스가 매우 낮고 고주파수 성능이 뛰어납니다.

전원 공급 장치 - 전원 공급 장치: 또 다른 구성 방법은 연산 증폭기의 양극 및 음극 전원 공급 장치 단자에 연결된 하나 이상의 바이패스 커패시터를 사용합니다. 이 방법은 회로에 4개의 커패시터를 구성하기 어려울 때 주로 사용된다. 단점은 커패시터 양단의 전압이 단일 공급 바이패스 방식의 전압 값의 두 배가 되기 때문에 커패시터의 케이스 크기가 커질 수 있다는 것입니다. 전압을 높이려면 장치의 정격 항복 전압을 높여야 합니다. 즉, 하우징 크기를 늘려야 합니다. 그러나 이 방법은 PSR 및 왜곡 성능을 향상시킬 수 있습니다.

각 회로와 배선이 다르기 때문에 실제 회로의 요구 사항에 따라 커패시터의 구성, 개수 및 커패시턴스 값을 결정해야 합니다.