Gedrukte printplaat (PCB) bedrading speelt een sleutelrol bij hogesnelheidscircuits, maar het is vaak een van de laatste stappen in het ontwerpproces van het circuit. Er zijn veel problemen met snelle PCB-bedrading en er is veel literatuur over dit onderwerp geschreven. Dit artikel bespreekt voornamelijk de bedrading van hogesnelheidscircuits vanuit een praktisch perspectief. Het belangrijkste doel is om nieuwe gebruikers te helpen aandacht te besteden aan veel verschillende problemen waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van high-speed circuit PCB-lay-outs. Een ander doel is om een ​​beoordelingsmateriaal te bieden voor klanten die al een tijdje geen PCB -bedrading hebben aangeraakt. Vanwege de beperkte lay -out kan dit artikel niet alle kwesties in detail bespreken, maar we zullen de belangrijkste onderdelen bespreken die het grootste effect hebben op het verbeteren van circuitprestaties, het verkorten van de ontwerptijd en het besparen van modificatietijd.

Hoewel de belangrijkste focus hier ligt op circuits met betrekking tot high-speed operationele versterkers, zijn de hier besproken problemen en methoden in het algemeen van toepassing op bedrading die wordt gebruikt in de meeste andere hogesnelheid analoge circuits. Wanneer de operationele versterker werkt in een zeer hoge radiofrequentie (RF) frequentieband, hangt de prestaties van het circuit grotendeels af van de PCB -lay -out. Hoogwaardige circuitontwerpen die er goed uitzien op de "tekeningen" kunnen alleen gewone prestaties krijgen als ze worden beïnvloed door onzorgvuldigheid tijdens de bedrading. Voorafwezigheid en aandacht voor belangrijke details gedurende het bedradingsproces zal de verwachte circuitprestaties helpen waarborgen.

Schematisch diagram

Hoewel een goed schema geen goede bedrading kan garanderen, begint een goede bedrading met een goed schema. Denk goed na bij het tekenen van het schema en u moet rekening houden met de signaalstroom van het hele circuit. Als er een normale en stabiele signaalstroom van links naar rechts in het schema is, moet er dezelfde goede signaalstroom op de PCB zijn. Geef zoveel mogelijk nuttige informatie over het schema. Omdat de Circuit Design Engineer er soms niet is, zullen klanten ons vragen om het circuitprobleem op te lossen, de ontwerpers, technici en ingenieurs die zich bezighouden met dit werk, zullen zeer dankbaar zijn, inclusief wij.

Welke informatie moet naast gewone referentie -identificatiegegevens, stroomverbruik en fouttolerantie in het schema worden gegeven? Hier zijn enkele suggesties om gewone schema's om te zetten in eersteklas schema's. Voeg golfvormen toe, mechanische informatie over de schaal, lengte van gedrukte lijnen, blanco gebieden; Geef aan welke componenten op de PCB moeten worden geplaatst; Geef aanpassingsinformatie, componentwaardebereiken, warmte -dissipatie -informatie, besturingsimpedantie afgedrukte regels, opmerkingen en korte circuits Actiebeschrijving ... (en anderen).
Geloof niemand

Als u de bedrading niet zelf ontwerpt, zorg er dan voor dat u voldoende tijd kunt geven om het ontwerp van de bedrading zorgvuldig te controleren. Een kleine preventie is op dit moment honderd keer de remedie waard. Verwacht niet dat de bedrading uw ideeën begrijpt. Uw mening en begeleiding zijn de belangrijkste in de vroege stadia van het bedradingsontwerpproces. Hoe meer informatie u kunt verstrekken, en hoe meer u ingewijst in het hele bedradingsproces, hoe beter de resulterende PCB zal zijn. Stel een voorlopig voltooiingspunt in voor de kick-controle van de bedradingsontwerp volgens het bedrading van de bedradingsrapport die u wilt. Deze "gesloten lus" -methode voorkomt dat de bedrading afdwaalt, waardoor de mogelijkheid van herwerken wordt geminimaliseerd.

De instructies die aan de bedradingsingenieur moeten worden gegeven, zijn onder meer: ​​een korte beschrijving van de circuitfunctie, een schematisch diagram van de PCB die de invoer- en uitvoerposities aangeeft, PCB-stapelinformatie (bijvoorbeeld hoe dik het bord is, hoeveel lagen er zijn, en gedetailleerde informatie over elke signaallaag en grondvlaktefunctie Power Consumpy, Aandal Signal, Digital Signal en RF-signaal); welke signalen nodig zijn voor elke laag; vereisen de plaatsing van belangrijke componenten; de exacte locatie van bypass -componenten; welke gedrukte lijnen belangrijk zijn; welke regels moeten regelen van impedantie -afgedrukte lijnen; Welke lijnen moeten overeenkomen met de lengte; de grootte van de componenten; welke gedrukte lijnen ver weg moeten zijn (of dicht bij) elkaar; welke regels moeten ver weg zijn (of dicht bij) elkaar; welke componenten ver weg moeten zijn (of dicht bij elkaar moeten zijn; Welke componenten moeten op de bovenkant van de PCB worden geplaatst, welke hieronder worden geplaatst. Klaag nooit dat er te veel informatie is voor anderen en al weinig? Is het teveel? Niet.

Een leerervaring: ongeveer 10 jaar geleden heb ik een meerlagige oppervlakte-montagebord ontworpen-daar zijn componenten aan beide zijden van het bord. Gebruik veel schroeven om het bord te repareren in een vergulde aluminium schaal (omdat er zeer strikte anti-vibratie-indicatoren zijn). De pennen die bias -voeding door het bord bieden. Deze pin is verbonden met de PCB door draden te solderen. Dit is een zeer gecompliceerd apparaat. Sommige componenten op het bord worden gebruikt voor testinstelling (SAT). Maar ik heb duidelijk de locatie van deze componenten gedefinieerd. Kun je raden waar deze componenten zijn geïnstalleerd? Trouwens, onder het bord. Wanneer productingenieurs en technici het hele apparaat moesten demonteren en na het voltooien van de instellingen opnieuw monteren, leken ze erg ongelukkig. Sindsdien heb ik deze fout niet meer gemaakt.

Positie

Net als in een PCB is locatie alles. Waar een circuit op de PCB te plaatsen, waar zijn specifieke circuitcomponenten te installeren en wat andere aangrenzende circuits zijn, die allemaal erg belangrijk zijn.

Gewoonlijk zijn de posities van input, output en voeding vooraf bepaald, maar het circuit daartussen moet 'hun eigen creativiteit spelen'. Dit is de reden waarom aandacht besteedt aan bedradingsgegevens een enorm rendement oplevert. Begin met de locatie van belangrijke componenten en overweeg het specifieke circuit en de hele PCB. Het opgeven van de locatie van belangrijke componenten en signaalpaden vanaf het begin helpt ervoor te zorgen dat het ontwerp voldoet aan de verwachte werkdoelen. De eerste keer het juiste ontwerp krijgen, kan de kosten verlagen en de ontwikkelingscyclus verkorten.

Bypass -kracht

Het omzeilen van de voeding aan de stroomzijde van de versterker om ruis te verminderen is een zeer belangrijk aspect in het PCB-ontwerpproces, waaronder high-speed operationele versterkers of andere hogesnelheidscircuits. Er zijn twee gemeenschappelijke configuratiemethoden voor het omzeilen van high-speed operationele versterkers.

De stroomvoorziening van de voeding: deze methode is in de meeste gevallen het meest effectief, met behulp van meerdere parallelle condensatoren om de voedingspen van de operationele versterker direct te aarden. Over het algemeen zijn twee parallelle condensatoren voldoende, maar het toevoegen van parallelle condensatoren kunnen sommige circuits ten goede komen.

Parallelle verbinding van condensatoren met verschillende capaciteitswaarden helpt ervoor te zorgen dat alleen lage wisselstroom (AC) impedantie te zien is op de voedingspen over een brede frequentieband. Dit is vooral belangrijk bij de verzwakkingsfrequentie van de afwijzingsverhouding van de operationele versterker voeding (PSR). Deze condensator helpt de verminderde PSR van de versterker te compenseren. Het handhaven van een lage impedantie-aardpad in veel tien-octaafbereiken zal ervoor zorgen dat schadelijke ruis niet kan binnenkomen. Figuur 1 toont de voordelen van het parallel gebruik van meerdere condensatoren. Bij lage frequenties bieden grote condensatoren een grondpad met een lage impedantie. Maar zodra de frequentie hun eigen resonantiefrequentie bereikt, zal de capaciteit van de condensator verzwakken en geleidelijk inductief lijken. Daarom is het belangrijk om meerdere condensatoren te gebruiken: wanneer de frequentierespons van de ene condensator begint te dalen, begint de frequentierespons van de andere condensator te werken, zodat het een zeer lage AC-impedantie kan behouden in vele tien-octaafbereiken.

Begin rechtstreeks met de voedingspennen van de op -amp; De condensator met de kleinste capaciteit en de kleinste fysieke grootte moet aan dezelfde zijde van de PCB worden geplaatst als de op -amp - en zo dicht mogelijk bij de versterker. De grondaansluiting van de condensator moet rechtstreeks worden aangesloten op het grondvlak met de kortste pen of gedrukte draad. De bovengrondse verbinding moet zo dicht mogelijk bij de belastingsterminal van de versterker zijn om de interferentie tussen de vermogensterminal en de grondaansluiting te verminderen.

Dit proces moet worden herhaald voor condensatoren met de volgende grootste capaciteitswaarde. Het is het beste om te beginnen met de minimale capaciteitswaarde van 0,01 µF en een 2,2 µF (of grotere) elektrolytische condensator te plaatsen met lage equivalente seriesweerstand (ESR) die er dichtbij is. De 0,01 µF -condensator met een 0508 -casusgrootte heeft een zeer lage serie -inductantie en uitstekende hoogfrequente prestaties.

Voedingsvoorziening naar voeding: een andere configuratiemethode gebruikt een of meer bypass -condensatoren die zijn aangesloten op de positieve en negatieve voedingsterminals van de operationele versterker. Deze methode wordt meestal gebruikt wanneer het moeilijk is om vier condensatoren in het circuit te configureren. Het nadeel is dat de casusgrootte van de condensator kan toenemen, omdat de spanning over de condensator tweemaal de spanningswaarde is in de bypass-methode voor één levering. Het vergroten van de spanning vereist het verhogen van de nominale afbraakspanning van het apparaat, dat wil zeggen het vergroten van de woninggrootte. Deze methode kan echter de PSR- en vervormingsprestaties verbeteren.

Omdat elk circuit en bedrading anders is, moeten de configuratie-, nummer- en capaciteitswaarde van condensatoren worden bepaald volgens de vereisten van het werkelijke circuit.