Đi dây bảng mạch in (PCB) đóng vai trò quan trọng trong các mạch tốc độ cao, nhưng nó thường là một trong những bước cuối cùng trong quy trình thiết kế mạch. Có rất nhiều vấn đề xảy ra với hệ thống dây điện PCB tốc độ cao và rất nhiều tài liệu đã được viết về chủ đề này. Bài viết này chủ yếu thảo luận về việc nối dây các mạch tốc độ cao từ góc độ thực tế. Mục đích chính là giúp người mới sử dụng chú ý đến nhiều vấn đề khác nhau cần quan tâm khi thiết kế bố trí mạch PCB tốc độ cao. Một mục đích khác là cung cấp tài liệu đánh giá cho những khách hàng đã lâu không chạm vào hệ thống dây điện PCB. Do bố cục hạn chế, bài viết này không thể thảo luận chi tiết tất cả các vấn đề, nhưng chúng tôi sẽ thảo luận về những phần chính có tác dụng lớn nhất trong việc cải thiện hiệu suất mạch, rút ​​ngắn thời gian thiết kế và tiết kiệm thời gian sửa đổi.

Mặc dù trọng tâm chính ở đây là các mạch liên quan đến bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao, nhưng các vấn đề và phương pháp được thảo luận ở đây thường có thể áp dụng cho hệ thống dây điện được sử dụng trong hầu hết các mạch tương tự tốc độ cao khác. Khi bộ khuếch đại hoạt động hoạt động ở dải tần số vô tuyến (RF) rất cao, hiệu suất của mạch phần lớn phụ thuộc vào cách bố trí PCB. Các thiết kế mạch hiệu suất cao trông đẹp mắt trên “bản vẽ” chỉ có thể đạt được hiệu suất bình thường nếu chúng bị ảnh hưởng bởi sự bất cẩn trong quá trình nối dây. Việc xem xét trước và chú ý đến các chi tiết quan trọng trong suốt quá trình nối dây sẽ giúp đảm bảo hiệu suất mạch như mong đợi.

Sơ đồ nguyên lý

Mặc dù một sơ đồ tốt không thể đảm bảo nối dây tốt, nhưng một sơ đồ tốt bắt đầu từ một sơ đồ tốt. Hãy suy nghĩ cẩn thận khi vẽ sơ đồ và bạn phải xem xét luồng tín hiệu của toàn bộ mạch. Nếu có luồng tín hiệu bình thường và ổn định từ trái sang phải trong sơ đồ thì trên PCB cũng phải có luồng tín hiệu tốt tương tự. Cung cấp càng nhiều thông tin hữu ích càng tốt trên sơ đồ. Vì đôi khi kỹ sư thiết kế mạch không có mặt, khách hàng sẽ nhờ chúng tôi giúp giải quyết vấn đề về mạch nên các nhà thiết kế, kỹ thuật viên và kỹ sư tham gia vào công việc này sẽ rất biết ơn, trong đó có chúng tôi.

Ngoài các mã định danh tham chiếu thông thường, mức tiêu thụ điện năng và khả năng chịu lỗi, thông tin nào cần được cung cấp trong sơ đồ? Dưới đây là một số gợi ý để biến sơ đồ thông thường thành sơ đồ hạng nhất. Thêm dạng sóng, thông tin cơ học về vỏ, độ dài dòng in, vùng trống; chỉ ra những thành phần nào cần được đặt trên PCB; cung cấp thông tin điều chỉnh, phạm vi giá trị thành phần, thông tin tản nhiệt, dòng in trở kháng điều khiển, nhận xét và mạch ngắn gọn Mô tả hành động… (và những thông tin khác).
Đừng tin bất cứ ai

Nếu bạn không tự thiết kế hệ thống dây điện, hãy đảm bảo dành nhiều thời gian để kiểm tra cẩn thận thiết kế của người đi dây. Vào thời điểm này, một biện pháp phòng ngừa nhỏ có giá trị gấp trăm lần biện pháp khắc phục. Đừng mong đợi người nối dây hiểu được ý tưởng của bạn. Ý kiến ​​và hướng dẫn của bạn là quan trọng nhất trong giai đoạn đầu của quá trình thiết kế hệ thống dây điện. Bạn càng cung cấp nhiều thông tin và càng can thiệp nhiều vào toàn bộ quá trình nối dây thì kết quả PCB sẽ càng tốt. Đặt điểm hoàn thành dự kiến ​​để kỹ sư thiết kế nối dây kiểm tra nhanh theo báo cáo tiến độ nối dây mà bạn muốn. Phương pháp “vòng kín” này giúp tránh việc đi dây sai hướng, từ đó giảm thiểu khả năng phải làm lại.

Các hướng dẫn cần đưa cho kỹ sư nối dây bao gồm: mô tả ngắn gọn chức năng của mạch, sơ đồ nguyên lý của PCB cho biết vị trí đầu vào và đầu ra, thông tin xếp chồng PCB (ví dụ: bo mạch dày bao nhiêu, có bao nhiêu lớp). có thông tin chi tiết về từng lớp tín hiệu và chức năng mặt phẳng mặt đất Mức tiêu thụ điện năng, dây nối đất, tín hiệu analog, tín hiệu số và tín hiệu RF); những tín hiệu nào được yêu cầu cho mỗi lớp; yêu cầu bố trí các thành phần quan trọng; vị trí chính xác của các thành phần bỏ qua; dòng in nào là quan trọng; dòng nào cần khống chế trở kháng dòng in; Những dòng nào cần phù hợp với độ dài; kích thước của các thành phần; dòng in nào cần cách xa (hoặc gần) nhau; dòng nào cần ở xa (hoặc gần) nhau; thành phần nào cần ở xa (hoặc gần) với nhau; linh kiện nào cần đặt phía trên PCB, linh kiện nào đặt phía dưới. Đừng bao giờ phàn nàn rằng có quá nhiều thông tin cho người khác – quá ít? Có quá nhiều không? Đừng.

Kinh nghiệm học tập: Khoảng 10 năm trước, tôi đã thiết kế một bảng mạch gắn trên bề mặt nhiều lớp - có các thành phần ở cả hai mặt của bảng. Sử dụng nhiều ốc vít để cố định bo mạch vào vỏ nhôm mạ vàng (vì có chỉ số chống rung rất nghiêm ngặt). Các chân cung cấp nguồn cấp dữ liệu thiên vị đi qua bảng mạch. Chân này được kết nối với PCB bằng dây hàn. Đây là một thiết bị rất phức tạp. Một số thành phần trên bo mạch được sử dụng để cài đặt thử nghiệm (SAT). Nhưng tôi đã xác định rõ ràng vị trí của các thành phần này. Bạn có thể đoán được những thành phần này được cài đặt ở đâu không? Nhân tiện, dưới bảng. Khi các kỹ sư và kỹ thuật viên sản phẩm phải tháo rời toàn bộ thiết bị và lắp lại sau khi hoàn tất cài đặt, họ có vẻ rất không hài lòng. Tôi đã không mắc lại sai lầm này nữa kể từ đó.

Chức vụ

Giống như trong PCB, vị trí là tất cả. Nơi đặt mạch trên PCB, nơi lắp đặt các thành phần mạch cụ thể của nó và các mạch lân cận khác là gì, tất cả đều rất quan trọng.

Thông thường, các vị trí đầu vào, đầu ra, nguồn điện đều được xác định trước nhưng mạch điện giữa chúng cần phải “chơi sáng tạo của riêng mình”. Đây là lý do tại sao việc chú ý đến các chi tiết nối dây sẽ mang lại lợi nhuận rất lớn. Bắt đầu với vị trí của các thành phần chính và xem xét mạch cụ thể cũng như toàn bộ PCB. Việc chỉ định vị trí của các thành phần chính và đường dẫn tín hiệu ngay từ đầu giúp đảm bảo rằng thiết kế đáp ứng được mục tiêu công việc dự kiến. Có được thiết kế phù hợp ngay lần đầu tiên có thể giảm chi phí và áp lực - đồng thời rút ngắn chu kỳ phát triển.

Bỏ qua nguồn điện

Bỏ qua nguồn điện ở phía nguồn của bộ khuếch đại để giảm nhiễu là một khía cạnh rất quan trọng trong quy trình thiết kế PCB - bao gồm bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao hoặc các mạch tốc độ cao khác. Có hai phương pháp cấu hình phổ biến để bỏ qua bộ khuếch đại hoạt động tốc độ cao.

Nối đất đầu cuối nguồn điện: Phương pháp này hiệu quả nhất trong hầu hết các trường hợp, sử dụng nhiều tụ điện song song để nối đất trực tiếp chân nguồn điện của bộ khuếch đại hoạt động. Nói chung, hai tụ điện song song là đủ - nhưng việc thêm các tụ điện song song có thể có lợi cho một số mạch.

Việc kết nối song song các tụ điện có giá trị điện dung khác nhau giúp đảm bảo chỉ có thể nhìn thấy trở kháng dòng điện xoay chiều (AC) thấp trên chân nguồn điện trên một dải tần rộng. Điều này đặc biệt quan trọng ở tần số suy giảm của tỷ lệ loại bỏ nguồn điện của bộ khuếch đại hoạt động (PSR). Tụ điện này giúp bù lại phần PSR bị suy giảm của amply. Việc duy trì đường nối đất có trở kháng thấp trong nhiều phạm vi 10 quãng tám sẽ giúp đảm bảo rằng tiếng ồn có hại không thể lọt vào op amp. Hình 1 cho thấy những ưu điểm của việc sử dụng nhiều tụ điện song song. Ở tần số thấp, tụ điện lớn cung cấp đường nối đất có trở kháng thấp. Nhưng một khi tần số đạt đến tần số cộng hưởng của chính nó, điện dung của tụ điện sẽ yếu đi và dần dần xuất hiện cảm ứng. Đây là lý do tại sao việc sử dụng nhiều tụ điện lại quan trọng: khi đáp ứng tần số của một tụ điện bắt đầu giảm, đáp ứng tần số của tụ điện kia bắt đầu hoạt động, do đó nó có thể duy trì trở kháng AC rất thấp trong nhiều phạm vi mười quãng tám.

Bắt đầu trực tiếp với các chân cấp nguồn của op amp; tụ điện có điện dung nhỏ nhất và kích thước vật lý nhỏ nhất phải được đặt trên cùng một phía của PCB với op amp—và càng gần bộ khuếch đại càng tốt. Đầu nối đất của tụ điện phải được nối trực tiếp với mặt phẳng đất bằng chốt hoặc dây in ngắn nhất. Kết nối mặt đất phía trên phải càng gần cực tải của bộ khuếch đại càng tốt để giảm nhiễu giữa cực nguồn và cực nối đất.

Quá trình này nên được lặp lại đối với các tụ điện có giá trị điện dung lớn nhất tiếp theo. Tốt nhất là bắt đầu với giá trị điện dung tối thiểu là 0,01 µF và đặt một tụ điện điện phân 2,2 µF (hoặc lớn hơn) có điện trở nối tiếp tương đương (ESR) thấp gần nó. Tụ điện 0,01 µF với kích thước vỏ 0508 có độ tự cảm nối tiếp rất thấp và hiệu suất tần số cao tuyệt vời.

Nguồn điện cho nguồn điện: Một phương pháp cấu hình khác sử dụng một hoặc nhiều tụ điện rẽ nhánh được kết nối qua các cực nguồn điện dương và âm của bộ khuếch đại thuật toán. Phương pháp này thường được sử dụng khi khó cấu hình bốn tụ điện trong mạch. Nhược điểm của nó là kích thước vỏ của tụ điện có thể tăng lên do điện áp trên tụ gấp đôi giá trị điện áp trong phương pháp bỏ qua nguồn cung cấp đơn. Việc tăng điện áp đòi hỏi phải tăng điện áp đánh thủng định mức của thiết bị, tức là tăng kích thước vỏ. Tuy nhiên, phương pháp này có thể cải thiện hiệu suất PSR và biến dạng.

Bởi vì mỗi mạch và hệ thống dây điện là khác nhau nên cấu hình, số lượng và giá trị điện dung của tụ điện phải được xác định theo yêu cầu của mạch thực tế.