Tryckt kretskort (PCB) ledningar 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 ledningar av höghastighetskretsar ur ett praktiskt perspektiv. Huvudsyftet är att hjälpa nya användare att uppmärksamma många olika frågor som måste beaktas när de utformar höghastighetskrets PCB-layouter. Ett annat syfte är att tillhandahålla ett granskningsmaterial för kunder som inte har rört PCB -ledningar på ett tag. På grund av den begränsade layouten kan den här artikeln inte diskutera alla problem i detalj, men vi kommer att diskutera de viktigaste delarna som har den största effekten på att förbättra kretsprestanda, förkorta designtid och spara modifieringstid.

Även om huvudfokuset här är på kretsar relaterade till höghastighetsförstärkare, är de problem och metoder som diskuteras här i allmänhet tillämpliga på ledningar som används i de flesta andra höghastighetsanaloga kretsar. När den operativa förstärkaren arbetar i ett mycket hög radiofrekvens (RF) frekvensband beror kretsens prestanda till stor del på PCB -layouten. Högpresterande kretsdesign som ser bra ut på "ritningarna" kan bara få vanliga prestanda om de påverkas av slarv under ledningar. Förkänsla och uppmärksamhet på viktiga detaljer under ledningsprocessen hjälper till att säkerställa den förväntade kretsprestanda.

Schematisk 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, så måste du överväga signalflödet för hela kretsen. Om det finns ett normalt och stabilt signalflöde från vänster till höger i schemat, bör det finnas samma goda signalflöde på PCB. Ge så mycket användbar information som möjligt på schemat. Eftersom kretskonstruktionsingenjören ibland inte är där, kommer kunderna att be oss hjälpa till att lösa kretsproblemet, designers, tekniker och ingenjörer som är engagerade i detta arbete kommer att vara mycket tacksamma, inklusive oss.

Förutom vanliga referensidentifierare, kraftförbrukning och feltolerans, vilken information ska ges i schemat? Här är några förslag för att förvandla vanliga scheman till förstklassiga scheman. Lägg till vågformer, mekanisk information om skalet, längden på tryckta linjer, tomma områden; Ange vilka komponenter som måste placeras på PCB; Ge justeringsinformation, komponentvärdeintervall, information om värmeavlednings, kontrollimpedans Tryckta linjer, kommentarer och korta kretsar Åtgärd Beskrivning ... (och andra).
Tro inte någon

Om du inte utformar ledningarna själv, se till att ge gott om tid att noggrant kontrollera ledningspersonens design. Ett litet förebyggande är värt hundra gånger botemedel vid denna tidpunkt. Förvänta dig inte att ledningarna ska förstå dina idéer. Din åsikt och vägledning är de viktigaste i de tidiga stadierna av ledningsdesignprocessen. Ju mer information du kan ge, och ju mer du ingriper i hela ledningsprocessen, desto bättre blir den resulterande PCB. Ställ in en tentativ slutförande för ledningsteknikkontrollen enligt den ledande framstegsrapporten du vill ha. Denna "stängda slinga" -metod förhindrar ledningar från att bli vilse och minimerar därmed möjligheten till omarbetning.

Instruktionerna som måste ges till ledningsingenjören inkluderar: en kort beskrivning av kretsfunktionen, ett schematiskt diagram över PCB som indikerar ingångs- och utgångspositionerna, PCB-staplingsinformation (till exempel hur tjockt kortet är, hur många lager det finns och detaljerad information om varje signalskikt och markplanfunktionskraftförbrukning, jordtråd, analogsignal, digital och RF-signal); vilka signaler som krävs för varje lager; kräva placering av viktiga komponenter; den exakta platsen för förbikopplingskomponenter; vilka tryckta linjer är viktiga; vilka linjer som behöver styra impedansen tryckta linjer; Vilka linjer måste matcha längden; storleken på komponenterna; vilka tryckta linjer måste vara långt borta (eller nära) varandra; vilka linjer måste vara långt borta (eller nära) varandra; vilka komponenter som måste vara långt borta (eller nära) till varandra; Vilka komponenter måste placeras på toppen av PCB, vilka som placeras nedan. Klaga aldrig över att det finns för mycket information för andra för lite? Är det för mycket? Inte.

En inlärningsupplevelse: För ungefär tio år sedan designade jag ett flerskiktsytemonteringskretskort-det finns komponenter på båda sidor av brädet. Använd många skruvar för att fixa brädet i ett guldpläterat aluminiumskal (eftersom det finns mycket strikta antivibreringsindikatorer). Stiften som ger förspänning genom att passera genom brädet. Denna stift är ansluten till PCB med 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 styrelsen. När produktingenjörer och tekniker var tvungna att demontera hela enheten och återmontera dem efter att ha slutfört inställningarna, verkade de mycket olyckliga. Jag har inte gjort detta misstag igen sedan dess.

Placera

Precis som i en PCB är platsen allt. Var man kan sätta en krets på PCB, var man kan installera sina specifika kretskomponenter, och vilka andra angränsande kretsar är, som alla är mycket viktiga.

Vanligtvis är positionerna för ingång, utgång och strömförsörjning förutbestämda, men kretsen mellan dem måste "spela sin egen kreativitet." Därför kommer att uppmärksamma ledningsdetaljer att ge enorma avkastningar. Börja med platsen för nyckelkomponenter och överväg den specifika kretsen och hela PCB. Att specificera platsen för 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.

Förbikopplingsmakt

Att kringgå strömförsörjningen på förstärkarens kraftsida för att minska bruset är en mycket viktig aspekt i PCB-konstruktionsprocessen, inklusive höghastighetsförstärkare eller andra höghastighetskretsar. Det finns två vanliga konfigurationsmetoder för att kringgå höghastighetsförstärkare.

Jordning av strömförsörjningsterminalen: Denna metod är den mest effektiva i de flesta fall med flera parallella kondensatorer för att direkt markera strömförsörjningsstiftet för den operativa förstärkaren. Generellt sett är två parallella kondensatorer tillräckligt-men tillsats av parallella kondensatorer kan gynna vissa kretsar.

Parallell anslutning av kondensatorer med olika kapacitansvärden hjälper till att säkerställa att endast låg växelström (AC) impedans kan ses på strömförsörjningsstiftet över ett brett frekvensband. Detta är särskilt viktigt vid dämpningsfrekvensen för den operativa förstärkares avstötningsförhållanden (PSR). Denna kondensator hjälper till att kompensera för den reducerade PSR för förstärkaren. Att upprätthålla en låg impedans markväg i många tio-oktavintervall hjälper till att säkerställa att skadligt brus inte kan komma in i OP-förstärkaren. Figur 1 visar fördelarna med att använda flera kondensatorer parallellt. Vid låga frekvenser ger stora kondensatorer en låg impedans markväg. Men när frekvensen når sin egen resonansfrekvens kommer kondensatorns kapacitet att försvagas och gradvis vara induktiv. Det är därför det är viktigt att använda flera kondensatorer: när frekvensresponsen för en kondensator börjar sjunka börjar frekvensresponsen hos den andra kondensatorn fungera, så att den kan upprätthålla en mycket låg AC-impedans i många tio-oktavområden.

Börja direkt med strömförsörjningsstiften för OP -förstärkaren; Kondensatorn med den minsta kapacitansen och den minsta fysiska storleken bör placeras på samma sida av PCB som OP -förstärkaren - och så nära förstärkaren som möjligt. Kondensatorns markterminal bör vara direkt ansluten till markplanet med den kortaste stiftet eller tryckt tråd. Ovanstående markanslutning bör vara så nära förstärkares lastterminal för att minska störningen mellan kraftterminalen och markterminalen.

Denna process bör upprepas för kondensatorer med nästa största kapacitansvärde. Det är bäst att börja med det minsta kapacitansvärdet på 0,01 uF och placera en 2,2 uF (eller större) elektrolytisk kondensator med låg ekvivalent seriemotstånd (ESR) nära den. Kondensatorn på 0,01 µF med en 0508 fallstorlek har mycket låg serieinduktans och utmärkt högfrekvensprestanda.

Strömförsörjning till strömförsörjning: En annan konfigurationsmetod använder en eller flera förbikopplingskondensatorer anslutna över de positiva och negativa strömförsörjningsterminalerna för den operativa förstärkaren. Denna metod används vanligtvis när det är svårt att konfigurera fyra kondensatorer i kretsen. Dess nackdel är att kondensatorns fallstorlek kan öka eftersom spänningen över kondensatorn är dubbelt spänningsvärdet i bypass-metoden med en enda leverans. Att öka spänningen kräver att enhetens nominella nedbrytningsspänning, det vill säga att öka bostadsstorleken. Men denna metod kan förbättra PSR och distorsionsprestanda.

Eftersom varje krets och ledningar är olika bör kondensatorernas konfiguration, antal och kapacitansvärde bestämmas enligt kraven i den faktiska kretsen.