Baskılı devre kartı (PCB) kablolaması yüksek hızlı devrelerde önemli bir rol oynar, ancak genellikle devre tasarım sürecindeki son adımlardan biridir. Yüksek hızlı PCB kablolamasında pek çok sorun vardır ve bu konu üzerine pek çok literatür yazılmıştır. Bu makale esas olarak yüksek hızlı devrelerin kablolamasını pratik bir bakış açısıyla tartışmaktadır. Temel amaç, yeni kullanıcıların yüksek hızlı devre PCB düzenlerini tasarlarken dikkate alınması gereken birçok farklı konuya dikkat etmelerine yardımcı olmaktır. Diğer bir amaç ise bir süredir PCB kablolarına dokunmamış olan müşteriler için bir inceleme materyali sağlamaktır. Sınırlı düzen nedeniyle bu makalede tüm konular ayrıntılı olarak ele alınamaz ancak devre performansının iyileştirilmesinde, tasarım süresinin kısaltılmasında ve değişiklik süresinden tasarruf edilmesinde en büyük etkiye sahip olan önemli parçaları tartışacağız.

Buradaki ana odak noktası yüksek hızlı işlemsel yükselteçlerle ilgili devreler olsa da, burada tartışılan problemler ve yöntemler genel olarak diğer yüksek hızlı analog devrelerin çoğunda kullanılan kablolamaya uygulanabilir. İşlemsel yükselteç çok yüksek radyo frekansı (RF) frekans bandında çalıştığında devrenin performansı büyük ölçüde PCB düzenine bağlıdır. “Çizimlerde” güzel görünen yüksek performanslı devre tasarımları, ancak kablolama sırasında dikkatsizlikten etkilenmeleri durumunda sıradan bir performans elde edebilir. Kablolama işlemi boyunca ön değerlendirme ve önemli ayrıntılara dikkat edilmesi, beklenen devre performansının sağlanmasına yardımcı olacaktır.

Şematik diyagram

İyi bir şema, iyi bir kablolamayı garanti edemese de, iyi bir kablolama, iyi bir şema ile başlar. Şemayı çizerken dikkatlice düşünün ve tüm devrenin sinyal akışını dikkate almalısınız. Şematikte soldan sağa normal ve stabil bir sinyal akışı varsa PCB'de de aynı iyi sinyal akışının olması gerekir. Şematik hakkında mümkün olduğunca fazla yararlı bilgi verin. Bazen devre tasarım mühendisi orada olmadığından, müşteriler bizden devre sorununun çözümüne yardım etmemizi isteyeceklerdir, biz de dahil olmak üzere bu işi yapan tasarımcılar, teknisyenler ve mühendisler çok minnettar olacaktır.

Sıradan referans tanımlayıcılara, güç tüketimine ve hata toleransına ek olarak şemada hangi bilgiler verilmelidir? Sıradan şemaları birinci sınıf şemalara dönüştürmek için bazı öneriler. Dalga formlarını, kabuk hakkında mekanik bilgileri, yazdırılan satırların uzunluğunu, boş alanları ekleyin; PCB'ye hangi bileşenlerin yerleştirilmesi gerektiğini belirtin; ayarlama bilgileri, bileşen değer aralıkları, ısı dağılımı bilgileri, kontrol empedansı basılı satırları, yorumları ve kısa devreleri verin Eylem açıklaması… (ve diğerleri).
Kimseye inanma

Kablolamayı kendiniz tasarlamıyorsanız, kablolamayı yapan kişinin tasarımını dikkatlice kontrol etmek için yeterli zaman ayırdığınızdan emin olun. Bu noktada küçük bir önlem, çarenin yüz katı değerindedir. Kablolama yapan kişinin fikirlerinizi anlamasını beklemeyin. Sizin fikriniz ve rehberliğiniz, kablolama tasarım sürecinin ilk aşamalarında çok önemlidir. Ne kadar çok bilgi sağlarsanız ve tüm kablolama sürecine ne kadar çok müdahale ederseniz ortaya çıkan PCB o kadar iyi olur. İstediğiniz kablolama ilerleme raporuna göre kablolama tasarımı mühendisinin hızlı kontrolü için geçici bir tamamlanma noktası belirleyin. Bu "kapalı döngü" yöntemi, kabloların kaybolmasını önleyerek yeniden çalışma olasılığını en aza indirir.

Kablolama mühendisine verilmesi gereken talimatlar şunları içerir: devre fonksiyonunun kısa bir açıklaması, giriş ve çıkış konumlarını gösteren PCB şematik diyagramı, PCB istifleme bilgileri (örneğin, kartın kalınlığı, kaç katman olduğu) her sinyal katmanı ve toprak düzlemi işlevi hakkında ayrıntılı bilgi vardır. Güç tüketimi, topraklama kablosu, analog sinyal, dijital sinyal ve RF sinyali); her katman için hangi sinyallerin gerekli olduğu; önemli bileşenlerin yerleştirilmesini gerektirir; baypas bileşenlerinin tam konumu; hangi basılı satırların önemli olduğu; hangi satırların empedans baskılı satırları kontrol etmesi gerekir; Hangi çizgilerin uzunlukla eşleşmesi gerekiyor; bileşenlerin boyutu; hangi basılı satırların birbirine uzak (veya yakın) olması gerektiği; hangi hatların birbirine uzak (ya da yakın) olması gerekiyor; hangi bileşenlerin birbirine uzak (veya yakın) olması gerekiyor; hangi bileşenlerin PCB'nin üstüne, hangilerinin aşağıya yerleştirilmesi gerektiği. Hiçbir zaman başkaları için çok fazla, çok az bilgi olduğundan şikayet etmeyin. Çok mu fazla? Yapamaz.

Bir öğrenme deneyimi: Yaklaşık 10 yıl önce, yüzeye monte çok katmanlı bir devre kartı tasarladım; kartın her iki tarafında da bileşenler var. Kartı altın kaplamalı alüminyum bir kabuğa sabitlemek için çok sayıda vida kullanın (çünkü çok katı titreşim önleyici göstergeler vardır). Öngerilim beslemesini sağlayan pinler kartın içinden geçer. Bu pin PCB'ye lehim telleri ile bağlanır. Bu çok karmaşık bir cihazdır. Kart üzerindeki bazı bileşenler test ayarı (SAT) için kullanılır. Ancak bu bileşenlerin yerini açıkça tanımladım. Bu bileşenlerin nereye kurulduğunu tahmin edebilir misiniz? Bu arada, tahtanın altında. Ürün mühendisleri ve teknisyenler tüm cihazı söküp ayarları tamamladıktan sonra yeniden monte etmek zorunda kaldıklarında çok mutsuz görünüyorlardı. O zamandan beri bu hatayı bir daha yapmadım.

Konum

Tıpkı PCB'de olduğu gibi konum her şeydir. PCB'de bir devrenin nereye yerleştirileceği, belirli devre bileşenlerinin nereye kurulacağı ve diğer bitişik devrelerin neler olduğu bunların hepsi çok önemlidir.

Genellikle giriş, çıkış ve güç kaynağının konumları önceden belirlenir ancak aralarındaki devrenin "kendi yaratıcılığını kullanması" gerekir. Bu nedenle kablolama detaylarına dikkat etmek büyük getiriler sağlayacaktır. Anahtar bileşenlerin konumuyla başlayın ve spesifik devreyi ve PCB'nin tamamını göz önünde bulundurun. Temel bileşenlerin ve sinyal yollarının konumunun baştan belirtilmesi, tasarımın beklenen iş hedeflerini karşılamasını sağlamaya yardımcı olur. Doğru tasarımın ilk seferde elde edilmesi maliyetleri ve baskıyı azaltabilir ve geliştirme döngüsünü kısaltabilir.

Baypas gücü

Gürültüyü azaltmak için amplifikatörün güç tarafındaki güç kaynağının atlanması, yüksek hızlı operasyonel amplifikatörler veya diğer yüksek hızlı devreler dahil olmak üzere PCB tasarım sürecinde çok önemli bir husustur. Yüksek hızlı işlemsel yükselteçleri atlamak için iki yaygın yapılandırma yöntemi vardır.

Güç kaynağı terminalinin topraklanması: İşlemsel yükselticinin güç kaynağı pimini doğrudan topraklamak için birden fazla paralel kapasitör kullanan bu yöntem çoğu durumda en etkili yöntemdir. Genel olarak konuşursak, iki paralel kapasitör yeterlidir ancak paralel kapasitörlerin eklenmesi bazı devrelere fayda sağlayabilir.

Farklı kapasitans değerlerine sahip kapasitörlerin paralel bağlanması, geniş bir frekans bandı üzerinden güç kaynağı pininde yalnızca düşük alternatif akım (AC) empedansının görülebilmesini sağlamaya yardımcı olur. Bu özellikle operasyonel amplifikatör güç kaynağı reddetme oranının (PSR) zayıflama frekansında önemlidir. Bu kapasitör amplifikatörün azalan PSR'sini telafi etmeye yardımcı olur. On oktavlık aralıkların çoğunda düşük empedanslı bir toprak yolunun korunması, zararlı gürültünün op amp'e girmemesini sağlamaya yardımcı olacaktır. Şekil 1, birden fazla kapasitörün paralel olarak kullanılmasının avantajlarını göstermektedir. Düşük frekanslarda büyük kapasitörler düşük empedanslı bir topraklama yolu sağlar. Ancak frekans kendi rezonans frekansına ulaştığında, kapasitörün kapasitansı zayıflayacak ve yavaş yavaş endüktif görünecektir. Bu nedenle birden fazla kapasitör kullanmak önemlidir: Bir kapasitörün frekans tepkisi düşmeye başladığında, diğer kapasitörün frekans tepkisi çalışmaya başlar, böylece birçok on oktavlık aralıkta çok düşük bir AC empedansını koruyabilir.

Doğrudan op amp'in güç kaynağı pinleriyle başlayın; En küçük kapasitansa ve en küçük fiziksel boyuta sahip kapasitör, PCB'nin op amp ile aynı tarafına ve amplifikatöre mümkün olduğu kadar yakın bir yere yerleştirilmelidir. Kondansatörün toprak terminali en kısa pim veya baskılı tel ile doğrudan toprak düzlemine bağlanmalıdır. Güç terminali ile toprak terminali arasındaki girişimi azaltmak için toprak üstü bağlantı amplifikatörün yük terminaline mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

Bu işlem bir sonraki en büyük kapasitans değerine sahip kapasitörler için tekrarlanmalıdır. Minimum kapasitans değeri olan 0,01 µF ile başlamak ve yakınına düşük eşdeğer seri dirençli (ESR) 2,2 µF (veya daha büyük) bir elektrolitik kapasitör yerleştirmek en iyisidir. 0508 kasa boyutuna sahip 0,01 µF kapasitör, çok düşük seri endüktansa ve mükemmel yüksek frekans performansına sahiptir.

Güç kaynağına güç kaynağı: Başka bir yapılandırma yöntemi, işlemsel yükselticinin pozitif ve negatif güç kaynağı terminallerine bağlanan bir veya daha fazla bypass kapasitörünü kullanır. Bu yöntem genellikle devrede dört kapasitörün yapılandırılması zor olduğunda kullanılır. Dezavantajı ise kapasitör üzerindeki voltajın tek beslemeli bypass yöntemindeki voltaj değerinin iki katı olması nedeniyle kapasitörün kasa boyutunun artabilmesidir. Gerilimin arttırılması, cihazın nominal arıza geriliminin arttırılmasını, yani mahfazanın boyutunun arttırılmasını gerektirir. Ancak bu yöntem PSR ve distorsiyon performansını artırabilir.

Her devre ve kablolama farklı olduğundan kapasitörlerin konfigürasyonu, sayısı ve kapasitans değeri gerçek devrenin gereksinimlerine göre belirlenmelidir.