การเดินสายไฟวงจรพิมพ์ (PCB) มีบทบาทสำคัญในวงจรความเร็วสูง แต่มักจะเป็นหนึ่งในขั้นตอนสุดท้ายในกระบวนการออกแบบวงจร มีปัญหามากมายเกี่ยวกับการเดินสาย PCB ความเร็วสูงและมีการเขียนวรรณกรรมจำนวนมากในหัวข้อนี้ บทความนี้ส่วนใหญ่กล่าวถึงการเดินสายของวงจรความเร็วสูงจากมุมมองที่ใช้งานได้จริง วัตถุประสงค์หลักคือการช่วยให้ผู้ใช้ใหม่ให้ความสนใจกับปัญหาต่าง ๆ ที่ต้องพิจารณาเมื่อออกแบบเค้าโครง PCB ของวงจรความเร็วสูง วัตถุประสงค์อีกประการหนึ่งคือการจัดหาวัสดุตรวจสอบสำหรับลูกค้าที่ไม่ได้สัมผัสการเดินสาย PCB สักพัก เนื่องจากเค้าโครงที่ จำกัด บทความนี้ไม่สามารถหารือเกี่ยวกับปัญหาทั้งหมดในรายละเอียด แต่เราจะหารือเกี่ยวกับส่วนสำคัญที่มีผลมากที่สุดในการปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรเวลาการออกแบบที่สั้นลงและประหยัดเวลาในการปรับเปลี่ยน

แม้ว่าจุดสนใจหลักที่นี่คือวงจรที่เกี่ยวข้องกับแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการความเร็วสูง แต่ปัญหาและวิธีการที่กล่าวถึงที่นี่มักใช้กับการเดินสายที่ใช้ในวงจรอะนาล็อกความเร็วสูงอื่น ๆ ส่วนใหญ่ เมื่อแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการทำงานในแถบความถี่คลื่นวิทยุที่สูงมาก (RF) ประสิทธิภาพของวงจรส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับเค้าโครง PCB การออกแบบวงจรประสิทธิภาพสูงที่ดูดีใน“ ภาพวาด” สามารถได้รับประสิทธิภาพปกติหากพวกเขาได้รับผลกระทบจากความประมาทระหว่างการเดินสาย การพิจารณาล่วงหน้าและให้ความสำคัญกับรายละเอียดที่สำคัญตลอดกระบวนการเดินสายจะช่วยให้มั่นใจว่าประสิทธิภาพของวงจรที่คาดหวัง

แผนผังแผนผัง

แม้ว่าแผนผังที่ดีไม่สามารถรับประกันการเดินสายที่ดีได้ แต่การเดินสายที่ดีเริ่มต้นด้วยแผนผังที่ดี คิดอย่างรอบคอบเมื่อวาดแผนผังและคุณต้องพิจารณาการไหลของสัญญาณของวงจรทั้งหมด หากมีการไหลของสัญญาณปกติและเสถียรจากซ้ายไปขวาในแผนผังก็ควรมีการไหลของสัญญาณที่ดีเหมือนกันบน PCB ให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในแผนผัง เนื่องจากบางครั้งวิศวกรออกแบบวงจรไม่ได้อยู่ที่นั่นลูกค้าจะขอให้เราช่วยแก้ปัญหาวงจรนักออกแบบช่างเทคนิคและวิศวกรที่มีส่วนร่วมในงานนี้จะขอบคุณมากรวมถึงเรา

นอกเหนือจากตัวระบุการอ้างอิงทั่วไปการใช้พลังงานและการทนต่อข้อผิดพลาดควรให้ข้อมูลอะไรในแผนผัง นี่คือคำแนะนำบางอย่างที่จะเปลี่ยนแผนผังทั่วไปให้กลายเป็นแผนการชั้นหนึ่ง เพิ่มรูปคลื่นข้อมูลเชิงกลเกี่ยวกับเปลือกความยาวของเส้นพิมพ์พื้นที่ว่าง ระบุว่าส่วนประกอบใดจำเป็นต้องวางไว้บน PCB ให้ข้อมูลการปรับ, ช่วงค่าของส่วนประกอบ, ข้อมูลการกระจายความร้อน, สายการควบคุมความต้านทานการพิมพ์, ความคิดเห็นและวงจรสั้น ๆ คำอธิบายการดำเนินการ ... (และอื่น ๆ )
อย่าเชื่อใคร

หากคุณไม่ได้ออกแบบการเดินสายด้วยตัวเองอย่าลืมใช้เวลาให้มากพอที่จะตรวจสอบการออกแบบของผู้เดินสายอย่างรอบคอบ การป้องกันขนาดเล็กมีค่าการเยียวยาเป็นร้อยเท่าในตอนนี้ อย่าคาดหวังให้คนสายไฟเข้าใจความคิดของคุณ ความคิดเห็นและคำแนะนำของคุณเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในระยะแรกของกระบวนการออกแบบสายไฟ ยิ่งคุณสามารถให้ข้อมูลได้มากเท่าไหร่และยิ่งคุณเข้ามาแทรกแซงในกระบวนการเดินสายทั้งหมดมากเท่าไหร่ PCB ก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ตั้งค่าจุดเสร็จสิ้นเบื้องต้นสำหรับการตรวจสอบวิศวกรการออกแบบการเดินสายไฟตามรายงานความคืบหน้าการเดินสายที่คุณต้องการ วิธีการ“ วนซ้ำ” นี้ช่วยป้องกันไม่ให้สายไฟหลงทางซึ่งจะช่วยลดความเป็นไปได้ของการทำใหม่

คำแนะนำที่จำเป็นต้องมอบให้กับวิศวกรการเดินสายรวมถึง: คำอธิบายสั้น ๆ ของฟังก์ชั่นวงจร, แผนผังแผนผังของ PCB ที่ระบุตำแหน่งอินพุตและเอาต์พุตข้อมูลการซ้อน PCB (ตัวอย่างเช่นบอร์ดหนาเท่าใด สัญญาณใดที่จำเป็นสำหรับแต่ละเลเยอร์ ต้องการตำแหน่งขององค์ประกอบที่สำคัญ ตำแหน่งที่แน่นอนของส่วนประกอบบายพาส เส้นที่พิมพ์มีความสำคัญ บรรทัดใดที่ต้องควบคุมความต้านทานสายพิมพ์ บรรทัดใดที่ต้องจับคู่ความยาว ขนาดของส่วนประกอบ; สายที่พิมพ์จะต้องอยู่ไกล (หรือใกล้เคียง) ซึ่งกันและกัน; เส้นใดที่ต้องอยู่ไกล (หรือใกล้เคียง) ซึ่งกันและกัน; ส่วนประกอบใดที่ต้องอยู่ไกล (หรือปิด) ซึ่งกันและกัน ส่วนประกอบใดที่ต้องวางไว้ที่ด้านบนของ PCB ซึ่งส่วนหนึ่งอยู่ด้านล่าง ไม่เคยบ่นว่ามีข้อมูลมากเกินไปสำหรับคนอื่น-น้อยเกินไป? มันมากเกินไป? อย่า.

ประสบการณ์การเรียนรู้: ประมาณ 10 ปีที่แล้วฉันออกแบบกระดานวงจร Multilayer Surface Mount-มีส่วนประกอบทั้งสองด้านของบอร์ด ใช้สกรูจำนวนมากเพื่อแก้ไขบอร์ดในเปลือกอลูมิเนียมชุบทอง (เนื่องจากมีตัวบ่งชี้การต่อต้านการสั่นสะเทือนที่เข้มงวดมาก) หมุดที่ให้การป้อนผ่านอคติผ่านกระดาน พินนี้เชื่อมต่อกับ PCB โดยสายบัดกรี นี่เป็นอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมาก ส่วนประกอบบางส่วนบนกระดานใช้สำหรับการตั้งค่าการทดสอบ (SAT) แต่ฉันได้กำหนดตำแหน่งของส่วนประกอบเหล่านี้อย่างชัดเจน คุณเดาได้ไหมว่าส่วนประกอบเหล่านี้ติดตั้งที่ไหน? โดยวิธีการใต้กระดาน เมื่อวิศวกรผลิตภัณฑ์และช่างเทคนิคต้องถอดแยกชิ้นส่วนอุปกรณ์ทั้งหมดและประกอบขึ้นใหม่หลังจากเสร็จสิ้นการตั้งค่าพวกเขาดูเหมือนจะไม่มีความสุขมาก ฉันไม่ได้ทำผิดพลาดนี้อีกแล้วตั้งแต่นั้นมา

ตำแหน่ง

เช่นเดียวกับใน PCB สถานที่ตั้งคือทุกสิ่ง จะวางวงจรไว้บน PCB ได้ที่ไหนจะติดตั้งส่วนประกอบวงจรเฉพาะและวงจรอื่น ๆ ที่อยู่ติดกันซึ่งทั้งหมดนี้มีความสำคัญมาก

โดยปกติตำแหน่งของอินพุตเอาต์พุตและแหล่งจ่ายไฟจะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า แต่วงจรระหว่างพวกเขาจำเป็นต้อง“ เล่นความคิดสร้างสรรค์ของตัวเอง” นี่คือเหตุผลที่การให้ความสนใจกับรายละเอียดการเดินสายจะให้ผลตอบแทนมหาศาล เริ่มต้นด้วยตำแหน่งของส่วนประกอบสำคัญและพิจารณาวงจรเฉพาะและ PCB ทั้งหมด การระบุตำแหน่งของส่วนประกอบที่สำคัญและเส้นทางสัญญาณตั้งแต่ต้นช่วยให้แน่ใจว่าการออกแบบเป็นไปตามเป้าหมายการทำงานที่คาดหวัง การออกแบบที่ถูกต้องในครั้งแรกสามารถลดค่าใช้จ่ายและความดันและสั้นลงรอบการพัฒนา

บายพาส

การข้ามแหล่งจ่ายไฟที่ด้านพลังงานของเครื่องขยายเสียงเพื่อลดเสียงรบกวนเป็นสิ่งสำคัญมากในการออกแบบกระบวนการ PCB รวมถึงแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการความเร็วสูงหรือวงจรความเร็วสูงอื่น ๆ มีวิธีการกำหนดค่าทั่วไปสองวิธีสำหรับการข้ามแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการความเร็วสูง

การต่อสายดินเทอร์มินัลแหล่งจ่ายไฟ: วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากที่สุดในกรณีส่วนใหญ่โดยใช้ตัวเก็บประจุแบบขนานหลายตัวเพื่อกราวด์พินแหล่งจ่ายไฟของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการโดยตรง โดยทั่วไปแล้วตัวเก็บประจุแบบขนานสองตัวนั้นเพียงพอ แต่การเพิ่มตัวเก็บประจุแบบขนานอาจเป็นประโยชน์ต่อวงจรบางตัว

การเชื่อมต่อแบบขนานของตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุที่แตกต่างกันช่วยให้แน่ใจว่าสามารถมองเห็นความต้านทานกระแสไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่ต่ำได้เท่านั้นบนหมุดแหล่งจ่ายไฟเหนือแถบความถี่กว้าง สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งที่ความถี่การลดทอนของอัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ (PSR) (PSR) ตัวเก็บประจุนี้ช่วยชดเชย PSR ที่ลดลงของเครื่องขยายเสียง การรักษาเส้นทางพื้นดินอิมพีแดนซ์ต่ำในช่วงสิบปีที่ผ่านมาหลายช่วงจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าเสียงที่เป็นอันตรายไม่สามารถเข้าสู่แอมป์ OP ได้ รูปที่ 1 แสดงข้อดีของการใช้ตัวเก็บประจุหลายตัวในแบบคู่ขนาน ที่ความถี่ต่ำตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ให้เส้นทางพื้นดินอิมพีแดนซ์ต่ำ แต่เมื่อความถี่ถึงความถี่เรโซแนนท์ของตัวเองความจุของตัวเก็บประจุจะลดลงและค่อยๆปรากฏตัวเป็นอุปนัย นี่คือเหตุผลว่าทำไมจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะใช้ตัวเก็บประจุหลายตัว: เมื่อการตอบสนองความถี่ของตัวเก็บประจุหนึ่งเริ่มลดลงการตอบสนองความถี่ของตัวเก็บประจุอื่น ๆ เริ่มทำงานดังนั้นจึงสามารถรักษาความต้านทาน AC ที่ต่ำมากในช่วงสิบปีที่ผ่านมา

เริ่มต้นโดยตรงด้วยหมุดแหล่งจ่ายไฟของแอมป์ OP; ตัวเก็บประจุที่มีความจุที่เล็กที่สุดและขนาดทางกายภาพที่เล็กที่สุดควรวางไว้ที่ด้านเดียวกันของ PCB เป็นแอมป์ OP - และใกล้เคียงกับแอมป์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ เทอร์มินัลภาคพื้นดินของตัวเก็บประจุควรเชื่อมต่อโดยตรงกับระนาบกราวด์ด้วยพินที่สั้นที่สุดหรือลวดพิมพ์ การเชื่อมต่อภาคพื้นดินด้านบนควรใกล้เคียงที่สุดกับขั้วโหลดของแอมพลิฟายเออร์เพื่อลดการรบกวนระหว่างเทอร์มินัลพลังงานและเทอร์มินัลภาคพื้นดิน

กระบวนการนี้ควรทำซ้ำสำหรับตัวเก็บประจุที่มีค่าความจุที่ใหญ่ที่สุดถัดไป เป็นการดีที่สุดที่จะเริ่มต้นด้วยค่าตัวเก็บประจุขั้นต่ำ 0.01 µF และวางตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลติก 2.2 µF (หรือใหญ่กว่า) ที่มีความต้านทานซีรีย์ที่เทียบเท่ากันต่ำ (ESR) ใกล้เคียง ตัวเก็บประจุ 0.01 µF ที่มีขนาดตัวเรือน 0508 มีการเหนี่ยวนำแบบซีรีย์ต่ำมากและประสิทธิภาพความถี่สูงที่ยอดเยี่ยม

แหล่งจ่ายไฟไปยังแหล่งจ่ายไฟ: วิธีการกำหนดค่าอื่นใช้ตัวเก็บประจุบายพาสหนึ่งตัวขึ้นไปที่เชื่อมต่อข้ามขั้วจ่ายไฟเชิงบวกและเชิงลบของเครื่องขยายเสียงการดำเนินงาน วิธีนี้มักจะใช้เมื่อมันยากที่จะกำหนดค่าตัวเก็บประจุสี่ตัวในวงจร ข้อเสียของมันคือขนาดกรณีของตัวเก็บประจุอาจเพิ่มขึ้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุเป็นสองเท่าของค่าแรงดันไฟฟ้าในวิธีบายพาสแบบเดียว การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าการสลายที่ได้รับการจัดอันดับของอุปกรณ์นั่นคือการเพิ่มขนาดที่อยู่อาศัย อย่างไรก็ตามวิธีนี้สามารถปรับปรุง PSR และประสิทธิภาพการบิดเบือน

เนื่องจากแต่ละวงจรและสายไฟแตกต่างกันควรกำหนดค่าการกำหนดค่าจำนวนและค่าตัวเก็บประจุของตัวเก็บประจุตามข้อกำหนดของวงจรจริง