Kablage för tryckta kretskort (PCB) spelar en nyckelroll i höghastighetskretsar, men det är ofta ett av de sista stegen i kretsdesignprocessen. Det finns många problem med höghastighets-PCB-ledningar, och mycket litteratur har skrivits om detta ämne. Den här artikeln diskuterar huvudsakligen kabeldragningen av höghastighetskretsar ur ett praktiskt perspektiv. Huvudsyftet är att hjälpa nya användare att uppmärksamma många olika frågor som måste beaktas vid utformning av höghastighetskrets-PCB-layouter. Ett annat syfte är att tillhandahålla ett granskningsmaterial för kunder som inte har rört kretskortledningar på ett tag. På grund av den begränsade layouten kan den här artikeln inte diskutera alla frågor i detalj, men vi kommer att diskutera de nyckeldelarna som har störst effekt på att förbättra kretsprestanda, förkorta designtiden och spara modifieringstid.

Även om huvudfokus här ligger på kretsar relaterade till höghastighetsoperationsförstärkare, är de problem och metoder som diskuteras här generellt tillämpliga på ledningar som används i de flesta andra analoga höghastighetskretsar. När operationsförstärkaren arbetar i ett mycket högt radiofrekvensband (RF) beror kretsens prestanda till stor del på kretskortslayouten. Högpresterande kretsdesigner som ser bra ut på "ritningarna" kan bara få normal prestanda om de påverkas av slarv under kabeldragningen. Förhandsövervägande och uppmärksamhet på viktiga detaljer under hela ledningsprocessen kommer att bidra till att säkerställa den förväntade kretsens prestanda.

Schematiskt diagram

Även om ett bra schema inte kan garantera en bra ledning, börjar en bra ledning med ett bra schema. Tänk noga när du ritar schemat, och du måste överväga signalflödet för hela kretsen. Om det är ett normalt och stabilt signalflöde från vänster till höger i schemat bör det vara samma bra signalflöde på kretskortet. Ge så mycket användbar information som möjligt på schemat. Eftersom kretsdesigningenjören ibland inte är där, kommer kunder att be oss hjälpa till att lösa kretsproblemet, konstruktörerna, teknikerna och ingenjörerna som är engagerade i detta arbete kommer att vara mycket tacksamma, inklusive oss.

Vilken information ska ges i schemat förutom vanliga referensidentifierare, strömförbrukning och feltolerans? Här är några förslag för att förvandla vanliga scheman till förstklassiga scheman. Lägg till vågformer, mekanisk information om skalet, längden på utskrivna linjer, tomma områden; ange vilka komponenter som måste placeras på kretskortet; ge justeringsinformation, komponentvärdesintervall, värmeavledningsinformation, kontrollimpedans utskrivna linjer, kommentarer och korta kretsar Åtgärdsbeskrivning... (och andra).
Tro inte på någon

Om du inte designar kablarna själv, se till att ge gott om tid för att noggrant kontrollera kabeldragningspersonens design. Ett litet förebyggande är värt hundra gånger botemedlet vid denna tidpunkt. Förvänta dig inte att ledningspersonen förstår dina idéer. Din åsikt och vägledning är det viktigaste i de tidiga stadierna av ledningskonstruktionsprocessen. Ju mer information du kan ge, och ju mer du ingriper i hela ledningsprocessen, desto bättre blir kretskortet. Ställ in en preliminär slutpunkt för ledningsdesigningenjörens snabbkontroll enligt den ledningsförloppsrapport du vill ha. Denna "closed loop"-metod förhindrar att kablar kommer på avvägar och minimerar därmed risken för omarbetning.

Instruktionerna som måste ges till ledningsteknikern inkluderar: en kort beskrivning av kretsfunktionen, ett schematiskt diagram av kretskortet som indikerar ingångs- och utgångspositionerna, kretskortstaplingsinformation (till exempel hur tjockt kortet är, hur många lager det finns och detaljerad information om varje signallager och jordplansfunktion Strömförbrukning, jordledning, analog signal, digital signal och RF-signal); vilka signaler som krävs för varje lager; kräva placering av viktiga komponenter; den exakta platsen för bypass-komponenter; vilka tryckta linjer är viktiga; vilka linjer behöver för att kontrollera impedanstryckta linjer; Vilka linjer behöver matcha längden; storleken på komponenterna; vilka utskrivna rader måste vara långt borta (eller nära) varandra; vilka linjer måste vara långt borta (eller nära) varandra; vilka komponenter måste vara långt borta (eller nära) varandra; vilka komponenter som måste placeras På toppen av kretskortet, vilka är placerade under. Aldrig klaga på att det finns för mycket information för andra - för lite? Är det för mycket? Gör inte det.

En lärorik erfarenhet: För cirka 10 år sedan designade jag ett flerskikts kretskort för ytmontering - det finns komponenter på båda sidor av kortet. Använd många skruvar för att fixera brädan i ett guldpläterat aluminiumskal (eftersom det finns mycket strikta antivibrationsindikatorer). Stiften som ger förspänningsgenomföring passerar genom brädan. Detta stift är anslutet till PCB genom lödtrådar. Detta är en mycket komplicerad enhet. Vissa komponenter på kortet används för testinställning (SAT). Men jag har tydligt definierat platsen för dessa komponenter. Kan du gissa var dessa komponenter är installerade? Förresten, under tavlan. När produktingenjörer och tekniker var tvungna att plocka isär hela enheten och sätta ihop dem igen efter att ha gjort inställningarna verkade de väldigt missnöjda. Jag har inte gjort det här misstaget igen sedan dess.

Placera

Precis som i ett PCB är platsen allt. Var man ska placera en krets på kretskortet, var man ska installera dess specifika kretskomponenter och vilka andra intilliggande kretsar är, allt detta är mycket viktigt.

Vanligtvis är positionerna för ingång, utgång och strömförsörjning förutbestämda, men kretsen mellan dem måste "spela sin egen kreativitet." Det är därför att uppmärksamma ledningsdetaljerna kommer att ge enorm avkastning. Börja med placeringen av nyckelkomponenter och överväg den specifika kretsen och hela kretskortet. Att specificera placeringen av nyckelkomponenter och signalvägar från början hjälper till att säkerställa att designen uppfyller de förväntade arbetsmålen. Att få rätt design första gången kan minska kostnaderna och trycket – och förkorta utvecklingscykeln.

Bypass ström

Att kringgå strömförsörjningen på förstärkarens effektsida för att minska brus är en mycket viktig aspekt i PCB-designprocessen, inklusive höghastighetsoperationsförstärkare eller andra höghastighetskretsar. Det finns två vanliga konfigurationsmetoder för att kringgå höghastighetsoperationsförstärkare.

Jordning av strömförsörjningsterminalen: Denna metod är den mest effektiva i de flesta fall, genom att använda flera parallella kondensatorer för att direkt jorda strömförsörjningsstiftet till operationsförstärkaren. Generellt sett räcker det med två parallella kondensatorer, men att lägga till parallella kondensatorer kan gynna vissa kretsar.

Parallellkoppling av kondensatorer med olika kapacitansvärden hjälper till att säkerställa att endast låg växelströmsimpedans (AC) kan ses på strömförsörjningsstiftet över ett brett frekvensband. Detta är särskilt viktigt vid dämpningsfrekvensen för operationsförstärkarens strömförsörjningsförlustförhållande (PSR). Denna kondensator hjälper till att kompensera för förstärkarens reducerade PSR. Att bibehålla en jordbana med låg impedans i många tiooktavintervall kommer att hjälpa till att säkerställa att skadligt brus inte kan komma in i operationsförstärkaren. Figur 1 visar fördelarna med att använda flera kondensatorer parallellt. Vid låga frekvenser ger stora kondensatorer en jordbana med låg impedans. Men när frekvensen når sin egen resonansfrekvens kommer kondensatorns kapacitans att försvagas och gradvis framstå som induktiv. Det är därför det är viktigt att använda flera kondensatorer: när frekvenssvaret för en kondensator börjar sjunka, börjar frekvenssvaret för den andra kondensatorn att fungera, så det kan upprätthålla en mycket låg AC-impedans i många tiooktavområden.

Börja direkt med strömförsörjningsstiften på op-förstärkaren; kondensatorn med den minsta kapacitansen och minsta fysiska storleken bör placeras på samma sida av PCB som op-förstärkaren – och så nära förstärkaren som möjligt. Jordterminalen på kondensatorn ska vara direkt ansluten till jordplanet med det kortaste stiftet eller den tryckta ledningen. Ovanjordsanslutningen bör vara så nära förstärkarens belastningsterminal som möjligt för att minska störningen mellan effektterminalen och jordterminalen.

Denna process bör upprepas för kondensatorer med det näst största kapacitansvärdet. Det är bäst att börja med det minsta kapacitansvärdet på 0,01 µF och placera en 2,2 µF (eller större) elektrolytisk kondensator med lågt ekvivalent serieresistans (ESR) nära den. 0,01 µF kondensatorn med 0508 höljestorlek har mycket låg serieinduktans och utmärkt högfrekvensprestanda.

Strömförsörjning till strömförsörjning: En annan konfigurationsmetod använder en eller flera bypass-kondensatorer anslutna över de positiva och negativa strömförsörjningsterminalerna på operationsförstärkaren. Denna metod används vanligtvis när det är svårt att konfigurera fyra kondensatorer i kretsen. Dess nackdel är att kapacitorns höljestorlek kan öka eftersom spänningen över kondensatorn är dubbelt så stor som spänningsvärdet i enkelmatningsförbikopplingsmetoden. Ökning av spänningen kräver en ökning av enhetens nominella genombrottsspänning, det vill säga ökning av husets storlek. Den här metoden kan dock förbättra PSR- och distorsionsprestanda.

Eftersom varje krets och ledning är olika, bör konfigurationen, antalet och kapacitansvärdet för kondensatorer bestämmas enligt kraven för den faktiska kretsen.