Проводка друкованої плати (PCB) відіграє ключову роль у високошвидкісних схемах, але часто це один з останніх кроків у процесі розробки схеми. З високошвидкісним монтажем друкованої плати виникає багато проблем, і на цю тему написано багато літератури. У цій статті в основному обговорюється підключення високошвидкісних схем з практичної точки зору. Основна мета полягає в тому, щоб допомогти новим користувачам звернути увагу на багато різних питань, які необхідно враховувати при проектуванні макетів високошвидкісних схем друкованих плат. Ще одна мета — надати оглядовий матеріал для клієнтів, які деякий час не торкалися проводки друкованої плати. Через обмежений макет ця стаття не може детально обговорити всі проблеми, але ми обговоримо ключові частини, які мають найбільший вплив на покращення продуктивності схеми, скорочення часу проектування та економію часу на модифікацію.

Хоча основна увага тут приділяється схемам, пов’язаним із високошвидкісними операційними підсилювачами, проблеми та методи, які тут обговорюються, загалом застосовні до проводки, що використовується в більшості інших високошвидкісних аналогових схем. Коли операційний підсилювач працює в діапазоні дуже високих радіочастот (РЧ), продуктивність схеми значною мірою залежить від компонування друкованої плати. Високоефективні схеми схем, які добре виглядають на «кресленнях», можуть отримати звичайну продуктивність лише в тому випадку, якщо на них впливає необережність під час підключення. Попереднє обмірковування та увага до важливих деталей протягом процесу підключення допоможе забезпечити очікувану продуктивність схеми.

Принципова схема

Хоча хороша схема не може гарантувати хорошу проводку, хороша проводка починається з хорошої схеми. Уважно подумайте, малюючи схему, і ви повинні враховувати потік сигналу всієї схеми. Якщо на схемі є нормальний і стабільний потік сигналу зліва направо, то на друкованій платі має бути такий же хороший потік сигналу. Надайте якомога більше корисної інформації на схемі. Оскільки іноді інженера-проектувальника схеми немає, клієнти просять нас допомогти вирішити проблему зі схемою, дизайнери, техніки та інженери, які беруть участь у цій роботі, будуть дуже вдячні, включаючи нас.

Окрім звичайних довідкових ідентифікаторів, споживання енергії та допуску до помилок, яку інформацію слід надати на схемі? Ось кілька порад щодо перетворення звичайних схем на першокласні. Додати хвилі, механічну інформацію про оболонку, довжину друкованих рядків, порожні області; вказати, які компоненти необхідно розмістити на друкованій платі; надати інформацію про налаштування, діапазони значень компонентів, інформацію про розсіювання тепла, друковані лінії керуючого опору, коментарі та короткі схеми Опис дії… (та інше).
Не вір нікому

Якщо ви не проектуєте електропроводку самостійно, обов’язково виділіть достатньо часу, щоб уважно перевірити проект електропроводки. Невелика профілактика на цьому етапі коштує у сто разів більше, ніж лікування. Не очікуйте, що фахівець з монтажу зрозуміє ваші ідеї. Ваша думка та вказівки є найважливішими на ранніх етапах процесу проектування проводки. Чим більше інформації ви можете надати та чим більше ви втручаєтесь у весь процес підключення, тим кращою буде друкована плата. Встановіть орієнтовну точку завершення для швидкої перевірки інженера-проектувальника електропроводки відповідно до звіту про виконання електропроводки, який ви хочете. Цей метод «замкнутого циклу» запобігає збій проводки, тим самим зводячи до мінімуму можливість переробки.

Інструкції, які необхідно надати інженеру з електромонтажу, включають: короткий опис функції схеми, принципову схему друкованої плати із зазначенням вхідних і вихідних положень, інформацію про розміщення друкованої плати (наприклад, товщина плати, кількість шарів). є детальна інформація про кожен рівень сигналу та функцію площини заземлення. Споживана потужність, дріт заземлення, аналоговий сигнал, цифровий сигнал і радіочастотний сигнал); які сигнали необхідні для кожного шару; вимагають розміщення важливих компонентів; точне розташування компонентів байпаса; які друковані рядки важливі; які лінії повинні контролювати імпеданс друкованих ліній; Які лінії повинні відповідати довжині; розмір компонентів; які друковані рядки повинні бути далеко (або близько) один від одного; які лінії повинні бути далеко (або близько) одна від одної; які компоненти повинні бути далеко (або близько) один від одного; які компоненти потрібно розмістити на верхній частині друкованої плати, а які – внизу. Ніколи не нарікаєте на те, що для інших надто багато інформації – надто мало? Це занадто? Не варто.

Навчальний досвід: близько 10 років тому я розробив багатошарову друковану плату для поверхневого монтажу — компоненти є з обох боків плати. Використовуйте багато гвинтів, щоб закріпити плату в позолоченій алюмінієвій оболонці (оскільки там дуже суворі антивібраційні показники). Штифти, які забезпечують наскрізне зміщення, проходять через плату. Цей висновок з’єднаний з друкованою платою за допомогою спаяних проводів. Це дуже складний пристрій. Деякі компоненти на платі використовуються для налаштування тесту (SAT). Але я чітко визначив розташування цих компонентів. Чи можете ви здогадатися, де встановлено ці компоненти? До речі, під дошку. Коли інженерам і технікам довелося розібрати весь пристрій і знову зібрати їх після завершення налаштувань, вони здавалися дуже незадоволеними. Відтоді я більше не робив цієї помилки.

Позиція

Як і в друкованій платі, місцезнаходження — це все. Де розташувати схему на друкованій платі, де встановити її конкретні компоненти схеми та які інші суміжні схеми – усе це дуже важливо.

Зазвичай положення входу, виходу та джерела живлення заздалегідь визначені, але ланцюг між ними має «відтворювати власну творчість». Ось чому увага до деталей проводки принесе величезну віддачу. Почніть із розташування ключових компонентів і розгляньте конкретну схему та всю друковану плату. Зазначення розташування ключових компонентів і шляхів сигналу з самого початку допомагає переконатися, що проект відповідає очікуваним цілям роботи. Отримання правильного дизайну з першого разу може зменшити витрати та тиск, а також скоротити цикл розробки.

Байпас живлення

Обхід джерела живлення на стороні живлення підсилювача для зменшення шуму є дуже важливим аспектом у процесі проектування друкованих плат, включаючи високошвидкісні операційні підсилювачі та інші високошвидкісні схеми. Існує два поширених методу налаштування для обходу високошвидкісних операційних підсилювачів.

Заземлення клеми джерела живлення: цей метод є найефективнішим у більшості випадків із використанням декількох паралельних конденсаторів для безпосереднього заземлення контакту джерела живлення операційного підсилювача. Загалом достатньо двох паралельних конденсаторів, але додавання паралельних конденсаторів може принести користь деяким схемам.

Паралельне підключення конденсаторів з різними значеннями ємності допомагає гарантувати, що лише низький імпеданс змінного струму (AC) можна побачити на виводі джерела живлення в широкому діапазоні частот. Це особливо важливо на частоті загасання коефіцієнта послаблення джерела живлення операційного підсилювача (PSR). Цей конденсатор допомагає компенсувати знижений PSR підсилювача. Підтримка низького опору заземлення в багатьох десятиоктавних діапазонах допоможе запобігти потраплянню шкідливого шуму в операційний підсилювач. Малюнок 1 показує переваги використання кількох конденсаторів паралельно. На низьких частотах великі конденсатори забезпечують шлях заземлення з низьким опором. Але як тільки частота досягає власної резонансної частоти, ємність конденсатора послабиться і поступово стане індуктивною. Ось чому важливо використовувати кілька конденсаторів: коли частотна характеристика одного конденсатора починає падати, частотна характеристика іншого конденсатора починає працювати, тому він може підтримувати дуже низький імпеданс змінного струму в багатьох десятиоктавних діапазонах.

Почніть безпосередньо з контактів джерела живлення операційного підсилювача; конденсатор з найменшою ємністю та найменшим фізичним розміром слід розташувати з того самого боку друкованої плати, що й операційний підсилювач, і якомога ближче до підсилювача. Клема заземлення конденсатора повинна бути безпосередньо з’єднана з площиною заземлення за допомогою найкоротшого контакту або друкованого дроту. З’єднання над землею повинно бути якомога ближче до клеми навантаження підсилювача, щоб зменшити перешкоди між клемою живлення та клемою заземлення.

Цей процес слід повторити для конденсаторів із наступним за величиною значенням ємності. Найкраще почати з мінімального значення ємності 0,01 мкФ і розташувати поруч електролітичний конденсатор 2,2 мкФ (або більше) з низьким еквівалентним послідовним опором (ESR). Конденсатор ємністю 0,01 мкФ з розміром корпусу 0508 має дуже низьку послідовну індуктивність і чудові високочастотні характеристики.

Джерело живлення: в іншому методі конфігурації використовується один або більше байпасних конденсаторів, підключених до позитивної та негативної клем джерела живлення операційного підсилювача. Цей спосіб зазвичай використовується, коли складно налаштувати чотири конденсатора в схемі. Його недоліком є ​​те, що розмір корпусу конденсатора може збільшитися, оскільки напруга на конденсаторі вдвічі перевищує значення напруги в методі байпасу з одним живленням. Підвищення напруги вимагає підвищення номінальної напруги пробою пристрою, тобто збільшення розмірів корпусу. Однак цей метод може покращити PSR і продуктивність спотворення.

Оскільки кожна схема та електропроводка різні, конфігурацію, кількість і значення ємності конденсаторів слід визначати відповідно до вимог фактичної схеми.