Cablajul plăcii de circuit imprimat (PCB) joacă un rol cheie în circuitele de mare viteză, dar este adesea unul dintre ultimii pași în procesul de proiectare a circuitului. Există multe probleme cu cablajul PCB de mare viteză și s-a scris multă literatură pe acest subiect. Acest articol discută în principal cablarea circuitelor de mare viteză dintr-o perspectivă practică. Scopul principal este acela de a ajuta utilizatorii noi să acorde atenție multor probleme diferite care trebuie luate în considerare atunci când se proiectează configurații de circuite PCB de mare viteză. Un alt scop este acela de a oferi un material de recenzie pentru clienții care nu au atins cablurile PCB de ceva vreme. Datorită aspectului limitat, acest articol nu poate discuta toate problemele în detaliu, dar vom discuta părțile cheie care au cel mai mare efect asupra îmbunătățirii performanței circuitului, scurtarea timpului de proiectare și economisirea timpului de modificare.

Deși aici se pune accentul principal pe circuitele legate de amplificatoarele operaționale de mare viteză, problemele și metodele discutate aici sunt în general aplicabile cablajelor utilizate în majoritatea celorlalte circuite analogice de mare viteză. Când amplificatorul operațional funcționează într-o bandă de frecvență radio (RF) foarte înaltă, performanța circuitului depinde în mare măsură de aspectul PCB-ului. Modelele de circuite de înaltă performanță care arată bine pe „desene” pot obține performanțe obișnuite doar dacă sunt afectate de neglijență în timpul cablajului. Preconsiderarea și atenția acordată detaliilor importante pe tot parcursul procesului de cablare va ajuta la asigurarea performanței așteptate a circuitului.

Diagrama schematică

Deși o schemă bună nu poate garanta o cablare bună, o cablare bună începe cu o schemă bună. Gândiți-vă cu atenție când desenați schema și trebuie să luați în considerare fluxul de semnal al întregului circuit. Dacă există un flux de semnal normal și stabil de la stânga la dreapta în schema, atunci ar trebui să existe același flux de semnal bun pe PCB. Dați cât mai multe informații utile pe schema. Deoarece uneori inginerul de proiectare a circuitelor nu este acolo, clienții ne vor cere să ajutăm la rezolvarea problemei circuitului, proiectanții, tehnicienii și inginerii implicați în această lucrare vor fi foarte recunoscători, inclusiv noi.

Pe lângă identificatorii de referință obișnuiți, consumul de energie și toleranța la erori, ce informații ar trebui să fie furnizate în schema? Iată câteva sugestii pentru a transforma schemele obișnuite în scheme de primă clasă. Adăugați forme de undă, informații mecanice despre carcasă, lungimea liniilor imprimate, zone goale; indicați ce componente trebuie plasate pe PCB; oferiți informații de ajustare, intervale de valori ale componentelor, informații despre disiparea căldurii, linii imprimate cu impedanța de control, comentarii și scurte circuite Descrierea acțiunii... (și altele).
Nu crede pe nimeni

Dacă nu proiectați singuri cablajul, asigurați-vă că ai suficient timp pentru a verifica cu atenție designul persoanei care efectuează cablajul. O mică prevenire merită de o sută de ori mai mult remediu în acest moment. Nu vă așteptați ca persoana de cablare să vă înțeleagă ideile. Opinia și îndrumarea dumneavoastră sunt cele mai importante în etapele incipiente ale procesului de proiectare a cablajului. Cu cât puteți furniza mai multe informații și cu cât interveniți mai mult în întregul proces de cablare, cu atât PCB-ul rezultat va fi mai bun. Setați un punct de finalizare provizoriu pentru verificarea rapidă a inginerului de proiectare a cablajului, în conformitate cu raportul de progres al cablajului dorit. Această metodă „în buclă închisă” previne rătăcirea cablajului, reducând astfel la minimum posibilitatea de reluare.

Instrucțiunile care trebuie date inginerului de cablare includ: o scurtă descriere a funcției circuitului, o diagramă schematică a PCB-ului care indică pozițiile de intrare și de ieșire, informații despre stivuirea PCB-ului (de exemplu, cât de gros este placa, câte straturi). există și informații detaliate despre fiecare strat de semnal și funcție de planul de masă Consumul de energie, firul de masă, semnal analogic, semnal digital și semnal RF); ce semnale sunt necesare pentru fiecare strat; necesită plasarea componentelor importante; locația exactă a componentelor de ocolire; care linii imprimate sunt importante; ce linii trebuie să controleze impedanța liniilor imprimate; Ce linii trebuie să se potrivească cu lungimea; dimensiunea componentelor; care linii imprimate trebuie să fie departe (sau aproape) unele de altele; care linii trebuie să fie departe (sau aproape) unele de altele; ce componente trebuie să fie departe (sau aproape) unele de altele; ce componente trebuie plasate în partea de sus a PCB-ului, care sunt plasate dedesubt. Nu vă plângeți niciodată că există prea multe informații pentru alții - prea puține? Este prea mult? Nu.

O experiență de învățare: în urmă cu aproximativ 10 ani, am proiectat o placă de circuit multistrat cu montare la suprafață - există componente pe ambele părți ale plăcii. Utilizați o mulțime de șuruburi pentru a fixa placa într-o carcasă din aluminiu placată cu aur (pentru că există indicatori anti-vibrații foarte stricti). Știfturile care asigură trecerea de polarizare trec prin placă. Acest pin este conectat la PCB prin fire de lipit. Acesta este un dispozitiv foarte complicat. Unele componente de pe placă sunt folosite pentru setarea testului (SAT). Dar am definit clar locația acestor componente. Puteți ghici unde sunt instalate aceste componente? Apropo, sub bord. Când inginerii și tehnicienii de produs au fost nevoiți să demonteze întregul dispozitiv și să le reasamblați după finalizarea setărilor, păreau foarte nemulțumiți. Nu am mai făcut această greșeală de atunci.

Poziţie

La fel ca într-un PCB, locația este totul. Unde să puneți un circuit pe PCB, unde să instalați componentele specifice ale circuitului și ce alte circuite adiacente sunt, toate acestea fiind foarte importante.

De obicei, pozițiile de intrare, de ieșire și de alimentare sunt predeterminate, dar circuitul dintre ele trebuie să-și „joace propria creativitate”. Acesta este motivul pentru care acordarea atenției detaliilor de cablare va aduce profituri uriașe. Începeți cu locația componentelor cheie și luați în considerare circuitul specific și întregul PCB. Specificarea locației componentelor cheie și a căilor de semnal de la început ajută la asigurarea faptului că proiectarea îndeplinește obiectivele de lucru așteptate. Obținerea designului potrivit de prima dată poate reduce costurile și presiunea și poate scurta ciclul de dezvoltare.

Bypass putere

Ocolirea sursei de alimentare de pe partea de alimentare a amplificatorului pentru a reduce zgomotul este un aspect foarte important în procesul de proiectare a PCB-ului, inclusiv amplificatoare operaționale de mare viteză sau alte circuite de mare viteză. Există două metode de configurare comune pentru ocolirea amplificatoarelor operaționale de mare viteză.

Legarea la pământ a terminalului de alimentare: Această metodă este cea mai eficientă în majoritatea cazurilor, folosind mai mulți condensatori paraleli pentru a împământa direct pinul de alimentare al amplificatorului operațional. În general, doi condensatori paraleli sunt suficienți, dar adăugarea de condensatoare paralele poate aduce beneficii unor circuite.

Conectarea în paralel a condensatoarelor cu diferite valori de capacitate ajută la asigurarea faptului că pe pinul de alimentare poate fi văzută numai impedanța scăzută a curentului alternativ (AC) pe o bandă largă de frecvență. Acest lucru este deosebit de important la frecvența de atenuare a raportului de respingere a sursei de alimentare a amplificatorului operațional (PSR). Acest condensator ajută la compensarea PSR-ului redus al amplificatorului. Menținerea unei căi de masă cu impedanță scăzută în multe intervale de zece octave va ajuta să vă asigurați că zgomotul dăunător nu poate pătrunde în amplificatorul operațional. Figura 1 prezintă avantajele utilizării mai multor condensatoare în paralel. La frecvențe joase, condensatoarele mari oferă o cale de masă cu impedanță scăzută. Dar odată ce frecvența atinge propria frecvență de rezonanță, capacitatea condensatorului va slăbi și va apărea treptat inductivă. Acesta este motivul pentru care este important să folosiți mai mulți condensatori: atunci când răspunsul în frecvență al unui condensator începe să scadă, răspunsul în frecvență al celuilalt condensator începe să funcționeze, astfel încât să poată menține o impedanță AC foarte scăzută în multe intervale de zece octave.

Începeți direct cu pinii de alimentare ai amplificatorului operațional; condensatorul cu cea mai mică capacitate și cea mai mică dimensiune fizică ar trebui să fie plasat pe aceeași parte a PCB-ului cu amplificatorul operațional - și cât mai aproape posibil de amplificator. Borna de masă a condensatorului trebuie conectată direct la planul de masă cu cel mai scurt pin sau fir imprimat. Conexiunea deasupra solului trebuie să fie cât mai aproape posibil de borna de sarcină a amplificatorului pentru a reduce interferența dintre borna de alimentare și borna de masă.

Acest proces ar trebui repetat pentru condensatoarele cu următoarea valoare cea mai mare a capacității. Cel mai bine este să începeți cu valoarea capacității minime de 0,01 µF și să plasați un condensator electrolitic de 2,2 µF (sau mai mare) cu rezistență în serie echivalentă scăzută (ESR) aproape de acesta. Condensatorul de 0,01 µF cu dimensiunea carcasei 0508 are o inductanță în serie foarte scăzută și o performanță excelentă la frecvență înaltă.

De la sursa de alimentare la sursa de alimentare: o altă metodă de configurare utilizează unul sau mai mulți condensatori de bypass conectați la bornele de alimentare pozitive și negative ale amplificatorului operațional. Această metodă este de obicei folosită atunci când este dificil să configurați patru condensatoare în circuit. Dezavantajul său este că dimensiunea carcasei condensatorului poate crește, deoarece tensiunea pe condensator este de două ori mai mare decât valoarea tensiunii în metoda de bypass cu alimentare unică. Creșterea tensiunii necesită creșterea tensiunii nominale de avarie a dispozitivului, adică creșterea dimensiunii carcasei. Cu toate acestea, această metodă poate îmbunătăți performanța PSR și a distorsiunii.

Deoarece fiecare circuit și cablare sunt diferite, configurația, numărul și valoarea capacității condensatoarelor ar trebui determinate în funcție de cerințele circuitului real.