Płyta drukowana (PCB) okablowanie odgrywa kluczową rolę w obwodach szybkich, ale często jest to jeden z ostatnich kroków w procesie projektowania obwodu. Istnieje wiele problemów z szybkim okablowaniem PCB, a na ten temat napisano wiele literatury. W tym artykule omówiono głównie okablowanie obwodów szybkich z praktycznej perspektywy. Głównym celem jest pomóc nowym użytkownikom zwrócić uwagę na wiele różnych problemów, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu układów PCB o dużej prędkości. Innym celem jest dostarczenie materiału do recenzji dla klientów, którzy od dłuższego czasu nie dotknęli okablowania PCB. Ze względu na ograniczony układ ten artykuł nie może szczegółowo omawiać wszystkich problemów, ale omówimy kluczowe części, które mają największy wpływ na poprawę wydajności obwodu, skracanie czasu projektowania i oszczędzania czasu modyfikacji.

Chociaż głównym celem jest tutaj obwody związane z szybkimi wzmacniaczami operacyjnymi, omawiane tutaj problemy i metody mają ogólnie stosowane do okablowania stosowane w większości innych obwodów analogowych o dużej prędkości. Gdy wzmacniacz operacyjny działa w bardzo wysokiej częstotliwości radiowej (RF), wydajność obwodu w dużej mierze zależy od układu PCB. Projekty obwodów o wysokiej wydajności, które dobrze wyglądają na „rysunkach”, mogą uzyskać zwykłą wydajność tylko wtedy, gdy nie ma na nich wpływu podczas okablowania. Przedświadomienie i dbałość o ważne szczegóły w całym procesie okablowania pomogą zapewnić oczekiwaną wydajność obwodu.

Schematyczny schemat

Chociaż dobry schemat nie może zagwarantować dobrego okablowania, dobre okablowanie zaczyna się od dobrego schematu. Zastanów się dokładnie przy rysowaniu schematu i musisz rozważyć przepływ sygnału całego obwodu. Jeśli w schemacie występuje normalny i stabilny przepływ sygnału od lewej do prawej, powinien istnieć ten sam dobry przepływ sygnału na PCB. Podaj jak najwięcej przydatnych informacji na temat schematu. Ponieważ czasami nie ma inżyniera projektowania obwodu, klientów poprosi nas o pomoc w rozwiązaniu problemu obwodu, projektanci, technicy i inżynierowie zaangażowani w tę pracę będą bardzo wdzięczni, w tym my.

Oprócz zwykłych identyfikatorów referencyjnych, zużycia energii i tolerancji błędów, jakie informacje należy podać w schemacie? Oto kilka sugestii, aby przekształcić zwykłe schematy w schematy pierwszej klasy. Dodaj kształty fali, informacje mechaniczne o skorupce, długość drukowanych linii, puste obszary; Wskaż, które komponenty należy umieścić na PCB; Podaj informacje o regulacji, zakresy wartości komponentów, informacje o rozproszeniu ciepła, linie wydrukowane na impedancję kontrolną, komentarze i krótkie obwody Opis działania… (i inne).
Nikomu nie wierz

Jeśli sam nie projektujesz okablowania, pamiętaj, aby zapewnić wystarczająco dużo czasu na dokładne sprawdzenie projektu okablowania. W tym momencie niewielkie zapobieganie jest warte sto razy więcej niż lekarstwo. Nie oczekuj, że osoba okablowa zrozumie twoje pomysły. Twoja opinia i wskazówki są najważniejsze na wczesnych etapach procesu projektowania okablowania. Im więcej informacji możesz podać, a im więcej interweniujesz w całym procesie okablowania, tym lepiej będzie wynikowy PCB. Ustaw wstępny punkt ukończenia dla kontroli inżyniera projektowania okablowania zgodnie z żądanym raportem z postępu okablowania. Ta metoda „zamkniętej pętli” uniemożliwia zbłąkanie okablowania, minimalizując w ten sposób możliwość przeróbki.

Instrukcje, które należy przekazać inżynierowi okablowania, obejmują: krótki opis funkcji obwodu, schemat schematu PCB wskazujący pozycje wejściowe i wyjściowe, informacje o stosie PCB (na przykład, jak gruba jest płyta, ile jest warstw, oraz szczegółowe informacje na temat każdej warstwy sygnału i zużycia zasilania płaszczyzny uziemienia, zużycie prądu naziemnego, sygnał analogiczny, sygnał cyfrowy i RF); które sygnały są wymagane dla każdej warstwy; wymagają umieszczenia ważnych elementów; dokładna lokalizacja komponentów obejściowych; Które linie drukowane są ważne; które linie muszą kontrolować linie drukowane impedancją; Które linie muszą dopasować długość; rozmiar komponentów; które wydrukowane linie muszą być daleko (lub blisko) siebie; Które linie muszą być daleko (lub blisko) siebie; Które komponenty muszą być odległe (lub bliskie) ze sobą; Które komponenty należy umieścić na górnej części PCB, które są umieszczone poniżej. Nigdy nie narzekasz, że jest zbyt wiele informacji dla innych zbyt niewiele? Czy to za dużo? Nie.

Doświadczenie uczenia się: około 10 lat temu zaprojektowałem wielowarstwową tablicę obwodu powierzchniowego-są komponenty po obu stronach planszy. Użyj wielu śrub, aby naprawić płytę w złotej skorupce aluminiowej (ponieważ istnieją bardzo ścisłe wskaźniki przeciwwibracji). Piny, które zapewniają stronniczość, przechodzą przez planszę. Ten pin jest podłączony do PCB przez przewody lutowe. To bardzo skomplikowane urządzenie. Niektóre komponenty na płycie są używane do ustawienia testowego (SAT). Ale wyraźnie zdefiniowałem lokalizację tych komponentów. Czy możesz zgadnąć, gdzie te komponenty są zainstalowane? Nawiasem mówiąc, pod zarządem. Kiedy inżynierowie produktów i technicy musieli zdemontować całe urządzenie i ponownie je ponownie wyznaczyć, wydawali się bardzo niezadowoleni. Od tego czasu nie popełniłem tego błędu.

Pozycja

Podobnie jak w PCB, lokalizacja to wszystko. Gdzie umieścić obwód na PCB, gdzie zainstalować jego komponenty obwodu, i jakie są inne sąsiednie obwody, z których wszystkie są bardzo ważne.

Zwykle pozycje wejściowe, wyjściowe i zasilacze są z góry określone, ale obwód między nimi musi „grać własną kreatywność”. Dlatego zwracanie uwagi na szczegóły okablowania przyniesie ogromne zwroty. Zacznij od lokalizacji kluczowych komponentów i rozważ określony obwód i całą płytkę drukowaną. Określenie lokalizacji kluczowych komponentów i ścieżek sygnałowych od samego początku pomaga zapewnić, że projekt spełnia oczekiwane cele pracy. Uzyskanie odpowiedniego projektu za pierwszym razem może zmniejszyć koszty i presję i skrócić cykl rozwoju.

Moc obejściowa

Ominięcie zasilania po stronie zasilania wzmacniacza w celu zmniejszenia szumu jest bardzo ważnym aspektem w procesie projektowania PCB, w tym szybkie wzmacniacze operacyjne lub inne obwody szybkie. Istnieją dwie wspólne metody konfiguracji omijania szybkich wzmacniaczy operacyjnych.

Uziemienie terminal zasilający: ta metoda jest najbardziej skuteczna w większości przypadków, używając wielu równoległych kondensatorów do bezpośrednio uziemienia szpilki zasilacza wzmacniacza operacyjnego. Ogólnie rzecz biorąc, dwa równoległe kondensatory są wystarczające, ale dodanie równoległych kondensatorów może przynieść korzyści niektórym obwodom.

Równoległe połączenie kondensatorów z różnymi wartościami pojemności pomaga zapewnić, że tylko impedancja o niskim prądu naprzemiennym (AC) można zobaczyć na szpilce zasilającej na szerokiej częstotliwości. Jest to szczególnie ważne przy częstotliwości tłumienia współczynnika odrzucania zasilania wzmacniacza operacyjnego (PSR). Ten kondensator pomaga zrekompensować zmniejszony PSR wzmacniacza. Utrzymanie ścieżki gruntu o niskiej impedancji w wielu dziesięciu zakresach pomoże zapewnić, że szkodliwy hałas nie może wejść do wzmacniacza operacyjnego. Rysunek 1 pokazuje zalety stosowania wielu kondensatorów równolegle. Przy niskich częstotliwościach duże kondensatory zapewniają ścieżkę uziemienia o niskiej impedancji. Ale gdy częstotliwość osiągnie własną częstotliwość rezonansową, pojemność kondensatora osłabi i stopniowo będzie wydawał się indukcyjny. Dlatego ważne jest, aby używać wielu kondensatorów: gdy odpowiedź częstotliwościowa jednego kondensatora zaczyna spadać, odpowiedź częstotliwości drugiego kondensatora zaczyna działać, więc może utrzymać bardzo niską impedancję AC w ​​wielu dziesięciu zakresach.

Zacznij bezpośrednio od pinów zasilacza wzmacniacza OP; Kondensator o najmniejszej pojemności i najmniejszym rozmiarze fizycznym powinien być umieszczony po tej samej stronie PCB co wzmacniacz operacyjny - i jak najbliżej wzmacniacza. Terminal uziemiający kondensatora powinien być bezpośrednio podłączony do płaszczyzny uziemienia najkrótszym szpilką lub drutem drukowanym. Połączenie naziemne powinno być tak blisko, jak to możliwe do zacisku obciążenia wzmacniacza, aby zmniejszyć zakłócenia między zaciskiem mocy a zaciskiem naziemnym.

Proces ten należy powtórzyć dla kondensatorów o kolejnej największej wartości pojemności. Najlepiej zacząć od minimalnej wartości pojemności 0,01 µF i umieścić 2,2 µF (lub większy) kondensator elektrolityczny z niską równoważną opornością szeregową (ESR). Kondensator 0,01 µF o wielkości obudowy 0508 ma bardzo niską indukcyjność serii i doskonałą wydajność wysokiej częstotliwości.

Zasilacz do zasilacza: Inna metoda konfiguracji wykorzystuje jeden lub więcej kondensatorów obejściowych połączonych przez dodatnie i ujemne terminale zasilające wzmacniacza operacyjnego. Ta metoda jest zwykle stosowana, gdy trudno jest skonfigurować cztery kondensatory w obwodzie. Jego wadą jest to, że wielkość przypadku kondensatora może wzrosnąć, ponieważ napięcie na kondensatorze jest dwukrotnie większe niż wartość napięcia w metodzie omijania pojedynczego zasad. Zwiększenie napięcia wymaga zwiększenia napięcia rozpadu urządzenia, to znaczy zwiększenia wielkości obudowy. Jednak ta metoda może poprawić wydajność PSR i zniekształceń.

Ponieważ każdy obwód i okablowanie jest różne, wartość konfiguracji, liczby i pojemności kondensatorów należy określić zgodnie z wymaganiami rzeczywistego obwodu.