Ožičenje tiskanega vezja (PCB) ima ključno vlogo v vezjih z visoko hitrostjo, vendar je pogosto eden zadnjih korakov v procesu načrtovanja vezja. S hitrim ožičenjem tiskanih vezij je veliko težav in na to temo je napisanih veliko literature. Ta članek obravnava predvsem ožičenje visokohitrostnih vezij s praktičnega vidika. Glavni namen je pomagati novim uporabnikom, da bodo pozorni na veliko različnih vprašanj, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju postavitev tiskanih vezij za visoke hitrosti. Drug namen je zagotoviti gradivo za pregled strankam, ki se nekaj časa niso dotaknile ožičenja PCB. Zaradi omejene postavitve ta članek ne more podrobno obravnavati vseh vprašanj, vendar bomo razpravljali o ključnih delih, ki imajo največji učinek na izboljšanje zmogljivosti vezja, skrajšanje časa načrtovanja in prihranek časa za spreminjanje.

Čeprav je glavni poudarek tukaj na vezjih, povezanih z operacijskimi ojačevalniki visoke hitrosti, so težave in metode, obravnavane tukaj, na splošno uporabne za ožičenje, ki se uporablja v večini drugih analognih vezij visokih hitrosti. Ko operacijski ojačevalnik deluje v zelo visokofrekvenčnem (RF) frekvenčnem pasu, je zmogljivost vezja v veliki meri odvisna od postavitve tiskanega vezja. Visokozmogljive zasnove vezij, ki so videti dobro na "risbah", lahko dobijo običajno zmogljivost le, če nanje vpliva neprevidnost med ožičenjem. Predhoden premislek in pozornost do pomembnih podrobnosti v celotnem postopku ožičenja bosta pomagala zagotoviti pričakovano delovanje vezja.

Shematski diagram

Čeprav dobra shema ne more zagotoviti dobrega ožičenja, se dobro ožičenje začne z dobro shemo. Pri risanju sheme dobro premislite in upoštevati morate pretok signala celotnega vezja. Če je v shemi normalen in stabilen tok signala od leve proti desni, mora biti enako dober pretok signala na tiskanem vezju. Na shemi navedite čim več uporabnih informacij. Ker včasih inženirja za načrtovanje vezja ni, nas bodo stranke prosile za pomoč pri reševanju težave s vezjem, oblikovalci, tehniki in inženirji, ki sodelujejo pri tem delu, bodo zelo hvaležni, vključno z nami.

Katere informacije je treba poleg običajnih referenčnih identifikatorjev, porabe energije in tolerance napak navesti v shemi? Tukaj je nekaj predlogov, kako običajne sheme spremeniti v prvorazredne sheme. Dodajte valovne oblike, mehanske informacije o lupini, dolžino natisnjenih vrstic, prazna področja; navedite, katere komponente je treba namestiti na tiskano vezje; navedite informacije o nastavitvah, obsege vrednosti komponent, informacije o odvajanju toplote, krmilno impedanco, natisnjene črte, komentarje in kratka vezja Opis dejanj … (in drugo).
Ne verjemite nikomur

Če ožičenja ne načrtujete sami, si zagotovite dovolj časa, da skrbno preverite načrt osebe, ki izvaja ožičenje. Majhna preventiva je na tej točki vredna stokrat več kot rešitev. Ne pričakujte, da bo oseba, ki izvaja ožičenje, razumela vaše ideje. Vaše mnenje in smernice so najpomembnejši v zgodnjih fazah procesa načrtovanja ožičenja. Več informacij kot lahko zagotovite in bolj ko posegate v celoten postopek ožičenja, boljše bo tiskano vezje. Nastavite okvirno zaključno točko za hitro preverjanje načrtovalca ožičenja v skladu s poročilom o napredku ožičenja, ki ga želite. Ta metoda "zaprte zanke" preprečuje, da bi ožičenje zašlo, s čimer se zmanjša možnost predelave.

Navodila, ki jih je treba dati inženirju ožičenja, vključujejo: kratek opis funkcije vezja, shematski diagram tiskanega vezja, ki prikazuje vhodne in izhodne položaje, informacije o zlaganju tiskanega vezja (na primer, kako debela je plošča, koliko plasti) obstajajo podrobne informacije o vsaki signalni plasti in funkciji ozemljitvene ravnine Poraba energije, ozemljitvena žica, analogni signal, digitalni signal in RF signal); kateri signali so potrebni za posamezno plast; zahtevajo postavitev pomembnih komponent; natančna lokacija komponent obvoda; katere tiskane vrstice so pomembne; katere linije morajo nadzorovati impedanco tiskanih linij; Katere črte morajo ustrezati dolžini; velikost komponent; katere tiskane vrstice morajo biti med seboj daleč (ali blizu); katere linije morajo biti daleč (ali blizu) ena od druge; katere komponente morajo biti daleč (ali blizu) ena od druge; katere komponente je treba namestiti na vrh tiskanega vezja, katere so nameščene spodaj. Se nikoli ne pritožujete, da je za druge preveč informacij – premalo? Je preveč? ne.

Učna izkušnja: Pred približno 10 leti sem zasnoval večplastno vezje za površinsko montažo - komponente so na obeh straneh plošče. Uporabite veliko vijakov, da pritrdite ploščo v pozlačeno aluminijasto lupino (ker obstajajo zelo strogi indikatorji proti vibracijam). Zatiči, ki zagotavljajo prednapetost, gredo skozi ploščo. Ta zatič je povezan s PCB s spajkanjem žic. To je zelo zapletena naprava. Nekatere komponente na plošči se uporabljajo za testno nastavitev (SAT). Vendar sem jasno določil lokacijo teh komponent. Ali lahko uganete, kje so nameščene te komponente? Mimogrede, pod tablo. Ko so morali produktni inženirji in tehniki po dokončanju nastavitev razstaviti celotno napravo in jo znova sestaviti, so bili videti zelo nezadovoljni. Od takrat te napake nisem več naredil.

Položaj

Tako kot pri tiskanem vezju je lokacija vse. Kam postaviti vezje na tiskano vezje, kam namestiti specifične komponente vezja in katera druga sosednja vezja so, vse to je zelo pomembno.

Običajno so položaji vhoda, izhoda in napajanja vnaprej določeni, toda vezje med njimi mora »igrati lastno ustvarjalnost«. Zato bo posvečanje pozornosti podrobnostim ožičenja prineslo velike donose. Začnite z lokacijo ključnih komponent in upoštevajte specifično vezje in celotno tiskano vezje. Določanje lokacije ključnih komponent in signalnih poti od začetka pomaga zagotoviti, da načrt izpolnjuje pričakovane delovne cilje. Če prvič dobite pravo zasnovo, lahko zmanjšate stroške in pritisk ter skrajšate razvojni cikel.

Obvodna moč

Obhod napajanja na napajalni strani ojačevalnika, da bi zmanjšali hrup, je zelo pomemben vidik v procesu načrtovanja PCB-vključno z visokohitrostnimi operacijskimi ojačevalniki ali drugimi hitrimi vezji. Obstajata dve pogosti konfiguracijski metodi za obhod hitrih operacijskih ojačevalnikov.

Ozemljitev napajalnega priključka: Ta metoda je v večini primerov najučinkovitejša z uporabo več vzporednih kondenzatorjev za neposredno ozemljitev napajalnega zatiča operacijskega ojačevalnika. Na splošno zadostujeta dva vzporedna kondenzatorja, vendar lahko dodajanje vzporednih kondenzatorjev koristi nekaterim vezjem.

Vzporedna povezava kondenzatorjev z različnimi kapacitivnimi vrednostmi pomaga zagotoviti, da je na napajalnem zatiču v širokem frekvenčnem pasu mogoče videti samo nizko impedanco izmeničnega toka (AC). To je še posebej pomembno pri frekvenci slabljenja razmerja zavrnitve napajanja operacijskega ojačevalnika (PSR). Ta kondenzator pomaga kompenzirati zmanjšano PSR ojačevalnika. Ohranjanje ozemljitvene poti z nizko impedanco v številnih desetih oktavnih območjih bo pomagalo zagotoviti, da škodljivi šumi ne morejo vstopiti v operacijski ojačevalnik. Slika 1 prikazuje prednosti vzporedne uporabe več kondenzatorjev. Pri nizkih frekvencah veliki kondenzatorji zagotavljajo ozemljitveno pot z nizko impedanco. Ko pa frekvenca doseže lastno resonančno frekvenco, bo kapacitivnost kondenzatorja oslabela in se bo postopoma pojavil induktiven. Zato je pomembno, da uporabite več kondenzatorjev: ko začne frekvenčni odziv enega kondenzatorja padati, začne delovati frekvenčni odziv drugega kondenzatorja, tako da lahko ohrani zelo nizko impedanco izmeničnega toka v številnih desetoktavnih območjih.

Začnite neposredno z napajalnimi nožicami operacijskega ojačevalnika; kondenzator z najmanjšo kapacitivnostjo in najmanjšo fizično velikostjo je treba postaviti na isto stran tiskanega vezja kot operacijski ojačevalnik – in čim bližje ojačevalniku. Ozemljitveni priključek kondenzatorja mora biti neposredno povezan z ozemljitveno ploščo z najkrajšo nožico ali tiskano žico. Nadzemna povezava mora biti čim bližje bremenskemu priključku ojačevalnika, da se zmanjšajo motnje med napajalnim in ozemljitvenim priključkom.

Ta postopek je treba ponoviti za kondenzatorje z naslednjo največjo kapacitivno vrednostjo. Najbolje je, da začnete z najmanjšo vrednostjo kapacitivnosti 0,01 µF in postavite 2,2 µF (ali večji) elektrolitski kondenzator z nizko ekvivalentno zaporedno upornostjo (ESR) blizu nje. Kondenzator 0,01 µF z velikostjo ohišja 0508 ima zelo nizko serijsko induktivnost in odlično visokofrekvenčno zmogljivost.

Napajanje do napajalnika: Druga konfiguracijska metoda uporablja enega ali več obvodnih kondenzatorjev, povezanih preko pozitivnih in negativnih napajalnih priključkov operacijskega ojačevalnika. Ta metoda se običajno uporablja, ko je težko konfigurirati štiri kondenzatorje v vezju. Njegova pomanjkljivost je, da se lahko velikost ohišja kondenzatorja poveča, ker je napetost na kondenzatorju dvakrat večja od vrednosti napetosti pri obvodni metodi z enim napajanjem. Povečanje napetosti zahteva povečanje nazivne prebojne napetosti naprave, to je povečanje velikosti ohišja. Vendar pa lahko ta metoda izboljša PSR in zmogljivost popačenja.

Ker sta vsako vezje in ožičenje drugačna, je treba konfiguracijo, število in vrednost kapacitivnosti kondenzatorjev določiti glede na zahteve dejanskega vezja.