Монтаж печатной платы (PCB) играет ключевую роль в высокоскоростных схемах, но часто это один из последних этапов процесса проектирования схемы. Существует множество проблем с высокоскоростной разводкой печатных плат, и на эту тему написано много литературы. В этой статье в основном рассматривается подключение высокоскоростных цепей с практической точки зрения. Основная цель — помочь новым пользователям обратить внимание на множество различных вопросов, которые необходимо учитывать при проектировании печатных плат высокоскоростных схем. Другая цель — предоставить обзорный материал для клиентов, которые какое-то время не прикасались к разводке печатной платы. Из-за ограниченного формата в этой статье невозможно подробно рассмотреть все вопросы, но мы обсудим ключевые части, которые оказывают наибольшее влияние на улучшение производительности схемы, сокращение времени проектирования и экономию времени на модификацию.

Хотя основное внимание здесь уделяется схемам, связанным с высокоскоростными операционными усилителями, обсуждаемые здесь проблемы и методы в целом применимы к проводке, используемой в большинстве других высокоскоростных аналоговых схем. Когда операционный усилитель работает в очень высокой радиочастотной (РЧ) полосе частот, производительность схемы во многом зависит от компоновки печатной платы. Высокопроизводительные схемные решения, хорошо выглядящие на «чертежах», могут получить обычные рабочие характеристики только в том случае, если на них влияет невнимательность при монтаже. Предварительное рассмотрение и внимание к важным деталям на протяжении всего процесса подключения поможет обеспечить ожидаемую производительность схемы.

Принципиальная схема

Хотя хорошая схема не может гарантировать хорошее подключение, хорошее подключение начинается с хорошей схемы. Тщательно подумайте, рисуя схему, и вы должны учитывать поток сигналов во всей схеме. Если на схеме наблюдается нормальный и стабильный поток сигналов слева направо, то и на печатной плате должен быть такой же хороший поток сигналов. Дайте на схеме как можно больше полезной информации. Поскольку иногда инженера-схемотехника нет рядом, заказчики просят нас помочь решить проблему со схемой, проектировщики, техники и инженеры, занимающиеся этой работой, будут очень благодарны, в том числе и мы.

Какая информация должна быть представлена ​​на схеме помимо обычных идентификаторов, энергопотребления и устойчивости к ошибкам? Вот несколько советов, которые помогут превратить обычные схемы в первоклассные. Добавляйте формы сигналов, механическую информацию о корпусе, длину печатаемых строк, пустые области; указать, какие компоненты необходимо разместить на печатной плате; предоставить информацию о настройке, диапазоны значений компонентов, информацию о тепловыделении, печатные линии управляющего импеданса, комментарии и краткие схемы, описание действий… (и другие).
Не верь никому

Если вы не проектируете электропроводку самостоятельно, обязательно дайте достаточно времени, чтобы тщательно проверить проект специалиста по электромонтажу. На этом этапе небольшая профилактика стоит в сто раз большего, чем лечение. Не ждите, что монтажник поймет ваши идеи. Ваше мнение и рекомендации являются наиболее важными на ранних этапах процесса проектирования электропроводки. Чем больше информации вы предоставите и чем больше вы будете вмешиваться в весь процесс подключения, тем лучше будет конечная печатная плата. Установите ориентировочную точку завершения быстрой проверки инженером-проектировщиком электропроводки в соответствии с желаемым отчетом о ходе работ по электромонтажу. Этот метод «замкнутого контура» предотвращает спутывание проводки, тем самым сводя к минимуму возможность переделки.

Инструкции, которые необходимо дать инженеру-электромонтажнику, включают: краткое описание функции схемы, принципиальную схему печатной платы с указанием положений входа и выхода, информацию о компоновке печатной платы (например, толщину платы, количество слоев есть подробная информация о каждом сигнальном слое и функции заземления. Потребляемая мощность, заземляющий провод, аналоговый сигнал, цифровой сигнал и радиочастотный сигнал); какие сигналы необходимы для каждого уровня; требуют размещения важных компонентов; точное расположение компонентов байпаса; какие напечатанные строки важны; какие линии необходимо контролировать сопротивление печатных линий; Какие строки должны совпадать по длине; размер компонентов; какие печатные строки должны находиться далеко (или близко) друг от друга; какие линии должны находиться далеко (или близко) друг от друга; какие компоненты должны находиться далеко (или близко) друг от друга; какие компоненты нужно разместить на верхней части печатной платы, какие — внизу. Никогда не жалуетесь, что информации для других слишком много – слишком мало? Это слишком много? Не.

Полезный опыт: около 10 лет назад я разработал многослойную печатную плату для поверхностного монтажа — компоненты расположены на обеих сторонах платы. Используйте множество винтов, чтобы закрепить плату в позолоченном алюминиевом корпусе (потому что там очень строгие антивибрационные показатели). Контакты, обеспечивающие проход смещения, проходят через плату. Этот вывод соединяется с платой при помощи пайки проводов. Это очень сложное устройство. Некоторые компоненты на плате используются для настройки тестирования (SAT). Но я четко определил расположение этих компонентов. Сможете ли вы догадаться, где установлены эти компоненты? Кстати, под доской. Когда инженерам и техническим специалистам приходилось разбирать все устройство и собирать его после завершения настроек, они выглядели очень недовольными. С тех пор я больше не совершал этой ошибки.

Позиция

Как и в случае с печатной платой, расположение решает все. Где разместить схему на печатной плате, где установить ее конкретные компоненты схемы и какие еще соседние схемы - все это очень важно.

Обычно положения входа, выхода и источника питания предопределены, но схема между ними должна «играть по-своему». Вот почему внимание к деталям проводки принесет огромную прибыль. Начните с расположения ключевых компонентов и рассмотрите конкретную схему и всю печатную плату. Определение местоположения ключевых компонентов и путей прохождения сигналов с самого начала помогает гарантировать, что проект соответствует ожидаемым рабочим целям. Правильный дизайн с первого раза может снизить затраты и нагрузку, а также сократить цикл разработки.

Байпасная мощность

Обход источника питания на стороне питания усилителя с целью снижения шума является очень важным аспектом в процессе проектирования печатных плат, включая высокоскоростные операционные усилители или другие высокоскоростные схемы. Существует два распространенных метода конфигурации обхода высокоскоростных операционных усилителей.

Заземление клеммы источника питания. В большинстве случаев этот метод является наиболее эффективным, поскольку используется несколько параллельных конденсаторов для непосредственного заземления контакта питания операционного усилителя. Вообще говоря, двух параллельных конденсаторов достаточно, но добавление параллельных конденсаторов может принести пользу некоторым схемам.

Параллельное соединение конденсаторов с разными значениями емкости помогает гарантировать, что на выводе источника питания в широком диапазоне частот будет виден только низкий импеданс переменного тока (AC). Это особенно важно при частоте затухания коэффициента ослабления питания операционного усилителя (PSR). Этот конденсатор помогает компенсировать пониженное PSR усилителя. Поддержание заземления с низким импедансом во многих десятиоктавных диапазонах поможет гарантировать, что вредный шум не попадет в операционный усилитель. На рисунке 1 показаны преимущества параллельного использования нескольких конденсаторов. На низких частотах большие конденсаторы обеспечивают заземляющий путь с низким импедансом. Но как только частота достигнет своей резонансной частоты, емкость конденсатора ослабнет и постепенно станет индуктивной. Вот почему важно использовать несколько конденсаторов: когда частотная характеристика одного конденсатора начинает падать, частотная характеристика другого конденсатора начинает работать, поэтому он может поддерживать очень низкий импеданс переменного тока во многих десятиоктавных диапазонах.

Начните напрямую с контактов питания операционного усилителя; Конденсатор с наименьшей емкостью и наименьшим физическим размером должен быть размещен на той же стороне печатной платы, что и операционный усилитель, и как можно ближе к усилителю. Заземляющая клемма конденсатора должна быть напрямую подключена к заземляющей пластине с помощью самого короткого контакта или печатного провода. Надземное соединение должно быть как можно ближе к клемме нагрузки усилителя, чтобы уменьшить помехи между клеммой питания и клеммой заземления.

Этот процесс следует повторить для конденсаторов со следующим по величине значением емкости. Лучше всего начать с минимального значения емкости 0,01 мкФ и разместить рядом с ним электролитический конденсатор емкостью 2,2 мкФ (или больше) с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR). Конденсатор емкостью 0,01 мкФ в корпусе 0508 имеет очень низкую последовательную индуктивность и отличные характеристики на высоких частотах.

Питание к источнику питания. В другом методе конфигурации используется один или несколько развязывающих конденсаторов, подключенных к положительной и отрицательной клеммам источника питания операционного усилителя. Этот метод обычно используется, когда сложно настроить в схеме четыре конденсатора. Его недостатком является то, что размер корпуса конденсатора может увеличиться, поскольку напряжение на конденсаторе в два раза превышает значение напряжения в методе байпаса с одним питанием. Увеличение напряжения требует увеличения номинального напряжения пробоя устройства, то есть увеличения размеров корпуса. Однако этот метод может улучшить производительность PSR и искажений.

Поскольку каждая цепь и проводка различны, конфигурация, количество и значение емкости конденсаторов должны определяться в соответствии с требованиями реальной схемы.