Basılı devre kartı (PCB) kablolama, yüksek hızlı devrelerde önemli bir rol oynar, ancak genellikle devre tasarım sürecindeki son adımlardan biridir. Yüksek hızlı PCB kabloları ile ilgili birçok sorun var ve bu konuda birçok literatür yazılmıştır. Bu makale esas olarak yüksek hızlı devrelerin kablolanmasını pratik bir perspektiften tartışmaktadır. Temel amaç, yeni kullanıcıların yüksek hızlı devre PCB düzenleri tasarlarken dikkate alınması gereken birçok farklı soruna dikkat etmesine yardımcı olmaktır. Başka bir amaç, bir süre PCB kablolarına dokunmayan müşteriler için bir inceleme materyali sağlamaktır. Sınırlı düzen nedeniyle, bu makale tüm sorunları ayrıntılı olarak tartışamaz, ancak devre performansını iyileştirme, tasarım süresini kısaltma ve değişiklik süresini kaydetme üzerinde en büyük etkiye sahip temel parçaları tartışacağız.

Buradaki ana odak, yüksek hızlı operasyonel amplifikatörlerle ilgili devreler üzerinde olsa da, burada tartışılan problemler ve yöntemler genellikle diğer yüksek hızlı analog devrelerde kullanılan kablolar için geçerlidir. Operasyonel amplifikatör çok yüksek bir radyo frekansı (RF) frekans bandında çalıştığında, devrenin performansı büyük ölçüde PCB düzenine bağlıdır. “Çizimlerde” iyi görünen yüksek performanslı devre tasarımları, ancak kablolama sırasında dikkatsizlikten etkilenirse sıradan bir performans elde edebilir. Kablolama işlemi boyunca ön görüş ve önemli ayrıntılara dikkat, beklenen devre performansının sağlanmasına yardımcı olacaktır.

Şematik diyagram

İyi bir şematik iyi bir kablolama garanti edemese de, iyi bir kablo iyi bir şematik ile başlar. Şematik çizerken dikkatlice düşünün ve tüm devrenin sinyal akışını düşünmelisiniz. Şemada soldan sağa normal ve kararlı bir sinyal akışı varsa, PCB'de aynı iyi sinyal akışı olmalıdır. Şematikte mümkün olduğunca çok yararlı bilgiler verin. Bazen Devre Tasarım Mühendisi orada olmadığından, müşteriler devre problemini çözmemizi isteyecekler, bu çalışmaya katılan tasarımcılar, teknisyenler ve mühendisler biz de dahil olmak üzere çok minnettar olacak.

Sıradan referans tanımlayıcılarına, güç tüketimi ve hata toleransına ek olarak, şemada hangi bilgiler verilmelidir? İşte sıradan şemaları birinci sınıf şemalara dönüştürmek için bazı öneriler. Dalga formları, kabuk hakkında mekanik bilgiler, baskılı çizgilerin uzunluğu, boş alanlar ekleyin; PCB'ye hangi bileşenlerin yerleştirilmesi gerektiğini belirtin; Ayarlama bilgileri, bileşen değer aralıkları, ısı dağılma bilgileri, kontrol empedans baskılı hatlar, yorumlar ve kısa devreler eylem açıklaması yapın… (ve diğerleri).
Kimseye İnanma

Kablolamayı kendiniz tasarlamıyorsanız, kablolama kişinin tasarımını dikkatlice kontrol etmek için yeterli zaman geçirdiğinizden emin olun. Küçük bir önleme, bu noktada çare yüz kat değerindedir. Kablolama kişinin fikirlerinizi anlamasını beklemeyin. Kablolama tasarım sürecinin ilk aşamalarında görüşünüz ve rehberliğiniz en önemlisidir. Ne kadar çok bilgi sağlayabilirsiniz ve tüm kablolama işlemine ne kadar çok müdahale ederseniz, ortaya çıkan PCB o kadar iyi olur. İstediğiniz Kablolama İlerleme Raporuna göre Kablo Tasarım Mühendisi-Sepim Kontrolü için geçici bir tamamlama noktası belirleyin. Bu “kapalı döngü” yöntemi kablolamanın yoldan sapmasını önler, böylece yeniden çalışma olasılığını en aza indirir.

Kablolama mühendisine verilmesi gereken talimatlar şunları içerir: devre fonksiyonunun kısa bir açıklaması, PCB'nin giriş ve çıkış pozisyonlarını gösteren şematik bir diyagramı, PCB istifleme bilgileri (kartın ne kadar kalın olduğu, kaç katman olduğu ve her bir sinyal katmanı ve zemin düzlemi güç tüketimi hakkında ayrıntılı bilgi); her katman için hangi sinyaller gereklidir; önemli bileşenlerin yerleştirilmesini gerektirir; Bypass bileşenlerinin tam konumu; hangi baskılı çizgiler önemlidir; hangi çizgilerin empedans baskılı çizgilerini kontrol etmesi gerekir; Uzunlukla eşleşmesi gereken çizgiler; bileşenlerin boyutu; hangi baskılı çizgilerin birbirinden uzakta (veya yakın olması) gerekir; Hangi çizgilerin birbirine uzak (veya yakın olması) gerekir; Hangi bileşenlerin birbirinden uzakta (veya yakın) olması gerekir; Hangi bileşenlerin PCB'nin üstüne yerleştirilmesi gerekir, bunların altına yerleştirilir. Başkaları için çok fazla bilgi olduğundan asla şikayet etmeyin? Çok mu fazla? Yapamaz.

Bir Öğrenme Deneyimi: Yaklaşık 10 yıl önce, çok katmanlı bir yüzey montaj devre tahtası tasarladım-tahtanın her iki tarafında bileşenler var. Tahtayı altın kaplama alüminyum bir kabukta sabitlemek için çok fazla vida kullanın (çünkü çok katı anti-vibrasyon göstergeleri vardır). Önyargı besleme sağlayan pimler tahtadan geçer. Bu pim, lehimleme kabloları ile PCB'ye bağlanır. Bu çok karmaşık bir cihaz. Tahtadaki bazı bileşenler test ayarı (SAT) için kullanılır. Ama bu bileşenlerin konumunu açıkça tanımladım. Bu bileşenlerin nereye yüklendiğini tahmin edebilir misiniz? Bu arada, yönetim kurulu altında. Ürün mühendisleri ve teknisyenler tüm cihazı sökmek ve ayarları tamamladıktan sonra bunları yeniden birleştirmek zorunda kaldıklarında, çok mutsuz görünüyordu. O zamandan beri bu hatayı bir daha yapmadım.

Konum

Tıpkı bir PCB'de olduğu gibi, konum her şeydir. PCB'ye bir devre nereye koyulur, spesifik devre bileşenlerinin nereye kurulacağı ve hepsi çok önemli olan diğer bitişik devrelerin ne olduğu.

Genellikle, girdi, çıktı ve güç kaynağı pozisyonları önceden belirlenir, ancak aralarındaki devrenin “kendi yaratıcılıklarını oynaması” gerekir. Bu nedenle kablolama ayrıntılarına dikkat etmek büyük getiriler sağlayacaktır. Anahtar bileşenlerin konumu ile başlayın ve belirli devreyi ve tüm PCB'yi göz önünde bulundurun. Anahtar bileşenlerin ve sinyal yollarının konumunu başlangıçtan belirlemek, tasarımın beklenen çalışma hedeflerini karşılamasını sağlamaya yardımcı olur. Doğru tasarımı ilk kez almak maliyetleri ve baskıyı azaltabilir ve geliştirme döngüsünü kısaltabilir.

Bypass gücü

Gürültüyü azaltmak için amplifikatörün güç tarafındaki güç kaynağını atlamak, yüksek hızlı operasyonel amplifikatörler veya diğer yüksek hızlı devreler de dahil olmak üzere PCB tasarım sürecinde çok önemli bir hususdur. Yüksek hızlı operasyonel amplifikatörleri atlamak için iki yaygın yapılandırma yöntemi vardır.

Güç kaynağı terminalinin topraklanması: Bu yöntem, operasyonel amplifikatörün güç kaynağı pimini doğrudan topraklamak için çoklu paralel kapasitörler kullanarak çoğu durumda en etkilidir. Genel olarak, iki paralel kapasitör yeterlidir, ancak paralel kapasitör eklemek bazı devrelere fayda sağlayabilir.

Kapasitörlerin farklı kapasitans değerlerine sahip paralel bağlantısı, güç kaynağı piminde geniş bir frekans bandı üzerinde sadece düşük alternatif akım (AC) empedansının görülmesini sağlamaya yardımcı olur. Bu özellikle operasyonel amplifikatör güç kaynağı reddetme oranının (PSR) zayıflama frekansında önemlidir. Bu kapasitör, amplifikatörün azaltılmış PSR'sini telafi etmeye yardımcı olur. Birçok ten oktav aralığında düşük empedanslı bir yer yolunun korunması, zararlı gürültünün op amp'e girememesini sağlamaya yardımcı olacaktır. Şekil 1, paralel olarak birden fazla kapasitör kullanmanın avantajlarını göstermektedir. Düşük frekanslarda, büyük kapasitörler düşük empedanslı bir yer yolu sağlar. Ancak frekans kendi rezonans frekanslarına ulaştığında, kapasitörün kapasitansı zayıflar ve yavaş yavaş endüktif görünecektir. Bu nedenle çoklu kapasitör kullanmak önemlidir: bir kapasitörün frekans tepkisi düşmeye başladığında, diğer kapasitörün frekans tepkisi işe başlar, böylece birçok on oktav aralıkında çok düşük bir AC empedansını koruyabilir.

Doğrudan OP AMP'nin güç kaynağı pimleri ile başlayın; En küçük kapasitansa ve en küçük fiziksel boyuta sahip kapasitör, PCB'nin op amp ile aynı tarafına ve amplifikatöre mümkün olduğunca yakın yerleştirilmelidir. Kapasitörün zemin terminali, en kısa pim veya basılı tel ile doğrudan zemin düzlemine bağlanmalıdır. Yukarıdaki zemin bağlantısı, güç terminali ile zemin terminali arasındaki paraziti azaltmak için amplifikatörün yük terminaline mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

Bu işlem, bir sonraki en büyük kapasitans değerine sahip kapasitörler için tekrarlanmalıdır. Minimum kapasitans değeri 0.01 uF ile başlamak ve düşük eşdeğer seri direnci (ESR) ile 2.2 uF (veya daha büyük) elektrolitik kapasitör yerleştirmek en iyisidir. 0508 kasa boyutuna sahip 0.01 uF kapasitör, çok düşük seri endüktans ve mükemmel yüksek frekanslı performansa sahiptir.

Güç kaynağına güç kaynağı: Başka bir konfigürasyon yöntemi, operasyonel amplifikatörün pozitif ve negatif güç kaynağı terminallerine bağlı bir veya daha fazla baypas kapasitörünü kullanır. Bu yöntem genellikle devrede dört kapasitörü yapılandırmak zor olduğunda kullanılır. Dezavantajı, kapasitörün kasa boyutunun artabileceğidir, çünkü kapasitör boyunca voltaj tek tedarik baypas yöntemindeki voltaj değerinin iki katıdır. Voltajın arttırılması, cihazın nominal arıza voltajının arttırılmasını, yani muhafaza boyutunun arttırılmasını gerektirir. Bununla birlikte, bu yöntem PSR ve bozulma performansını artırabilir.

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