Kabling for trykt kretskort (PCB) spiller en nøkkelrolle i høyhastighetskretser, men det er ofte et av de siste trinnene i kretsdesignprosessen. Det er mange problemer med høyhastighets PCB-kabling, og det er skrevet mye litteratur om dette emnet. Denne artikkelen diskuterer hovedsakelig kabling av høyhastighetskretser fra et praktisk perspektiv. Hovedformålet er å hjelpe nye brukere med å ta hensyn til mange forskjellige problemer som må vurderes når man designer høyhastighetskrets-PCB-oppsett. Et annet formål er å gi et gjennomgangsmateriale til kunder som ikke har rørt PCB-kabling på en stund. På grunn av det begrensede oppsettet kan ikke denne artikkelen diskutere alle problemene i detalj, men vi vil diskutere nøkkeldelene som har størst effekt på å forbedre kretsytelsen, forkorte designtiden og spare modifikasjonstid.

Selv om hovedfokuset her er på kretser relatert til høyhastighets operasjonsforsterkere, er problemene og metodene som diskuteres her generelt anvendelige for kabling som brukes i de fleste andre høyhastighets analoge kretser. Når operasjonsforsterkeren fungerer i et svært høy radiofrekvens (RF) frekvensbånd, avhenger ytelsen til kretsen i stor grad av PCB-oppsettet. Kretsdesign med høy ytelse som ser bra ut på "tegningene" kan bare få ordinær ytelse hvis de blir påvirket av uforsiktighet under kabling. Forhåndsvurdering og oppmerksomhet på viktige detaljer gjennom ledningsprosessen vil bidra til å sikre forventet kretsytelse.

Skjematisk diagram

Selv om et godt skjema ikke kan garantere en god ledning, starter en god ledning med et godt skjema. Tenk nøye når du tegner skjemaet, og du må vurdere signalstrømmen til hele kretsen. Dersom det er normal og stabil signalstrøm fra venstre til høyre i skjemaet, så skal det være like god signalstrøm på kretskortet. Gi så mye nyttig informasjon som mulig på skjemaet. Fordi noen ganger kretsdesigningeniøren ikke er der, vil kundene be oss om å hjelpe til med å løse kretsproblemet, designerne, teknikerne og ingeniørene som er engasjert i dette arbeidet vil være veldig takknemlige, inkludert oss.

I tillegg til vanlige referanseidentifikatorer, strømforbruk og feiltoleranse, hvilken informasjon skal gis i skjemaet? Her er noen forslag for å gjøre vanlige skjemaer til førsteklasses skjemaer. Legg til bølgeformer, mekanisk informasjon om skallet, lengden på utskrevne linjer, tomme områder; angi hvilke komponenter som må plasseres på PCB; gi justeringsinformasjon, komponentverdiområder, varmespredningsinformasjon, utskrevne linjer for kontrollimpedans, kommentarer og korte kretser Handlingsbeskrivelse... (og andre).
Ikke tro noen

Hvis du ikke designer ledningene selv, sørg for å gi god tid til å sjekke ledningspersonens design nøye. En liten forebygging er verdt hundre ganger midlet på dette tidspunktet. Ikke forvent at ledningspersonen forstår ideene dine. Din mening og veiledning er det viktigste i de tidlige stadiene av ledningsdesignprosessen. Jo mer informasjon du kan gi, og jo mer du griper inn i hele ledningsprosessen, desto bedre blir den resulterende PCB. Angi et foreløpig fullføringspunkt for ledningsdesignerens raske sjekk i henhold til ledningsfremdriftsrapporten du ønsker. Denne "lukkede sløyfe"-metoden forhindrer at ledninger kommer på avveie, og minimerer dermed muligheten for omarbeiding.

Instruksjonene som må gis til ledningsingeniøren inkluderer: en kort beskrivelse av kretsfunksjonen, et skjematisk diagram av PCB som indikerer inngangs- og utgangsposisjoner, PCB-stablingsinformasjon (for eksempel hvor tykt brettet er, hvor mange lag det er, og detaljert informasjon om hvert signallag og jordplan-funksjon Strømforbruk, jordledning, analogt signal, digitalt signal og RF-signal); hvilke signaler som kreves for hvert lag; krever plassering av viktige komponenter; den nøyaktige plasseringen av bypass-komponenter; hvilke trykte linjer er viktige; hvilke linjer trenger for å kontrollere impedansutskrevne linjer; Hvilke linjer må matche lengden; størrelsen på komponentene; hvilke utskrevne linjer må være langt unna (eller nær) hverandre; hvilke linjer må være langt unna (eller nær) hverandre; hvilke komponenter må være langt unna (eller nær) hverandre; hvilke komponenter som må plasseres På toppen av PCB, hvilke er plassert under. Aldri klag over at det er for mye informasjon for andre - for lite? Er det for mye? Ikke gjør det.

En læringsopplevelse: For omtrent 10 år siden designet jeg et flerlags overflatemontert kretskort - det er komponenter på begge sider av kortet. Bruk mange skruer for å feste brettet i et gullbelagt aluminiumsskall (fordi det er veldig strenge antivibrasjonsindikatorer). Pinnene som gir skjev gjennomføring passerer gjennom brettet. Denne pinnen er koblet til PCB ved å lodde ledninger. Dette er en veldig komplisert enhet. Noen komponenter på brettet brukes til testinnstilling (SAT). Men jeg har klart definert plasseringen av disse komponentene. Kan du gjette hvor disse komponentene er installert? Forresten, under brettet. Da produktingeniører og teknikere måtte demontere hele enheten og sette dem sammen igjen etter å ha fullført innstillingene, virket de veldig misfornøyde. Jeg har ikke gjort denne feilen igjen siden den gang.

Posisjon

Akkurat som i et PCB, er beliggenhet alt. Hvor du skal sette en krets på PCB, hvor du skal installere dens spesifikke kretskomponenter, og hva andre tilstøtende kretser er, som alle er veldig viktige.

Vanligvis er posisjonene for inngang, utgang og strømforsyning forhåndsbestemt, men kretsen mellom dem må "spille sin egen kreativitet." Dette er grunnen til at oppmerksomhet på ledningsdetaljer vil gi stor avkastning. Start med plasseringen av nøkkelkomponenter og vurder den spesifikke kretsen og hele PCB. Å spesifisere plassering av nøkkelkomponenter og signalveier fra begynnelsen er med på å sikre at designet oppfyller de forventede arbeidsmålene. Å få riktig design første gang kan redusere kostnader og press – og forkorte utviklingssyklusen.

Bypass strøm

Å omgå strømforsyningen på strømsiden av forsterkeren for å redusere støy er et svært viktig aspekt i PCB-designprosessen, inkludert høyhastighets operasjonsforsterkere eller andre høyhastighetskretser. Det er to vanlige konfigurasjonsmetoder for å omgå høyhastighets operasjonsforsterkere.

Jording av strømforsyningsterminalen: Denne metoden er den mest effektive i de fleste tilfeller, ved å bruke flere parallelle kondensatorer for å jorde strømforsyningspinnen til operasjonsforsterkeren direkte. Generelt sett er to parallelle kondensatorer tilstrekkelig, men å legge til parallelle kondensatorer kan være til nytte for noen kretser.

Parallellkobling av kondensatorer med forskjellige kapasitansverdier bidrar til å sikre at kun lav vekselstrømimpedans (AC) kan sees på strømforsyningspinnen over et bredt frekvensbånd. Dette er spesielt viktig ved dempningsfrekvensen til driftsforsterkerens strømforsyningsavvisningsforhold (PSR). Denne kondensatoren hjelper til med å kompensere for den reduserte PSR til forsterkeren. Ved å opprettholde en lavimpedans jordbane i mange ti-oktav-områder vil det bidra til at skadelig støy ikke kan komme inn i operasjonsforsterkeren. Figur 1 viser fordelene ved å bruke flere kondensatorer parallelt. Ved lave frekvenser gir store kondensatorer en lavimpedans jordbane. Men når frekvensen når sin egen resonansfrekvens, vil kapasitansen til kondensatoren svekkes og gradvis virke induktiv. Dette er grunnen til at det er viktig å bruke flere kondensatorer: når frekvensresponsen til en kondensator begynner å falle, begynner frekvensresponsen til den andre kondensatoren å fungere, slik at den kan opprettholde en veldig lav AC-impedans i mange ti-oktav-områder.

Start direkte med strømforsyningspinnene til op-forsterkeren; kondensatoren med den minste kapasitansen og den minste fysiske størrelsen bør plasseres på samme side av kretskortet som op-forsterkeren – og så nærme forsterkeren som mulig. Jordingsterminalen til kondensatoren skal være direkte koblet til jordplanet med den korteste pinn eller trykt ledning. Den overjordiske forbindelsen bør være så nær belastningsterminalen til forsterkeren som mulig for å redusere interferensen mellom strømterminalen og jordterminalen.

Denne prosessen bør gjentas for kondensatorer med den nest største kapasitansverdien. Det er best å starte med minimum kapasitansverdi på 0,01 µF og plassere en 2,2 µF (eller større) elektrolytisk kondensator med lav ekvivalent seriemotstand (ESR) nær den. 0,01 µF-kondensatoren med en 0508-husstørrelse har svært lav serieinduktans og utmerket høyfrekvent ytelse.

Strømforsyning til strømforsyning: En annen konfigurasjonsmetode bruker en eller flere bypass-kondensatorer koblet over de positive og negative strømforsyningsklemmene til operasjonsforsterkeren. Denne metoden brukes vanligvis når det er vanskelig å konfigurere fire kondensatorer i kretsen. Ulempen er at kapasitorens størrelse kan øke fordi spenningen over kondensatoren er det dobbelte av spenningsverdien i enkeltforsynings bypass-metoden. Å øke spenningen krever å øke den nominelle sammenbruddsspenningen til enheten, det vil si å øke husets størrelse. Imidlertid kan denne metoden forbedre PSR og forvrengningsytelse.

Fordi hver krets og kabling er forskjellig, bør konfigurasjonen, antallet og kapasitansverdien til kondensatorene bestemmes i henhold til kravene til den faktiske kretsen.