Leiterplattentechnisch - Was ist die PCB-Verdrahtung für High-Level-OP-Amp-Schaltungen

Leiterplatten Verdrahtung spielt eine Schlüsselrolle in Hochgeschwindigkeitsschaltungen, aber es ist oft einer der letzten Schritte im Schaltungsdesign-Prozess. Es gibt viele Probleme mit Hochgeschwindigkeits-PCB-Verdrahtung, und viel Literatur zu diesem Thema geschrieben wurde. Dieser Beitrag behandelt hauptsächlich das Verdrahtungsproblem von Hochgeschwindigkeitsschaltungen aus praktischer Sicht. Der Hauptzweck ist es, neuen Benutzern zu helfen, sich der vielen verschiedenen Probleme bewusst zu werden, die bei der Entwicklung von Leiterplattenverkabelungen für Hochgeschwindigkeitsschaltungen berücksichtigt werden müssen. Ein weiterer Zweck ist es, ein Auffrischungsmaterial für Kunden bereitzustellen, die seit einiger Zeit nicht PCB-Verdrahtung ausgesetzt waren. Aufgrund begrenzter Platzverhältnisse, Es ist nicht möglich, alle Themen in diesem Artikel ausführlich zu behandeln, aber wir werden die Schlüsselbereiche diskutieren, die effektiv bei der Verbesserung der Schaltungsleistung sind, Reduzierung der Konstruktionszeit, und Zeit sparen.

Obwohl der Fokus hier auf Schaltungen im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker liegt, sind die hier diskutierten Probleme und Methoden allgemein für die Verdrahtung der meisten anderen Hochgeschwindigkeits-analogen Schaltungen anwendbar. Wenn Operationsverstärker in sehr hohen Hochfrequenzbändern (HF) arbeiten, ist die Leistung der Schaltung weitgehend von der Leiterplattenververdrahtung abhängig. Was auf dem "Reißbrett" ein gutes Hochleistungs-Schaltungsdesign zu sein scheint, wird mittelmäßige Leistung liefern, wenn es durch sorglose Verdrahtung beeinträchtigt wird. Voraussicht und Aufmerksamkeit auf wichtige Details während des Verdrahtungsprozesses wird helfen, die gewünschte Schaltungsleistung sicherzustellen.

Schematische Darstellung

Obwohl gute Schaltpläne keine gute Verkabelung garantieren, beginnt eine gute Verkabelung mit guten Schaltplänen. Der Schaltplan muss sorgfältig gezeichnet und die Signalrichtung des gesamten Schaltkreises berücksichtigt werden. Wenn Sie einen normalen, gleichmäßigen Signalfluss von links nach rechts im Schaltplan haben, sollten Sie einen ebenso guten Signalfluss auf der Leiterplatte haben. Geben Sie so viele nützliche Informationen wie möglich auf dem Schaltplan. Da manchmal der Schaltungsdesigningenieur nicht verfügbar ist, wird der Kunde uns bitten, das Problem der Schaltung zu lösen. Die Designer, Techniker und Ingenieure, die diese Arbeit leisten, werden sehr dankbar sein, einschließlich uns.

Wenn Sie keine eigene Verkabelung entwerfen, sollten Sie genügend Zeit einplanen, um das Design des Kabels zu überprüfen. Ein wenig Vorbeugung ist hier hundertmal ein Heilmittel wert. Erwarte nicht, dass die Verkabelungsperson versteht, was du denkst. Ihre Eingabe und Anleitung ist wichtig zu Beginn des Verdrahtungsentwurfs. Je mehr Informationen Sie bereitstellen können und je mehr Sie in den Verdrahtungsprozess involviert sind, desto besser wird die Leiterplatte sein. Legen Sie einen vorläufigen Fertigstellungspunkt für den Verkabelungsdesigner fest, um den gewünschten Verkabelungsfortschritt schnell zu überprüfen. Dieser "Closed Loop"-Ansatz verhindert, dass Verdrahtungen fehlgehen und minimiert so die Möglichkeit von Nacharbeiten.

Standort

Wie bei PCB ist die Lage alles. Wo eine Schaltung auf der Leiterplatte platziert wird, wo ihre spezifischen Schaltungskomponenten installiert sind und welche anderen Schaltungen an sie angrenzen, sind alle sehr wichtig.

Normalerweise sind die Eingangs-, Ausgangs- und Stromversorgungspositionen vorbestimmt, aber die Schaltung zwischen ihnen muss "kreativ" sein. Aus diesem Grund kann sich die Aufmerksamkeit auf die Details der Verkabelung enorm auszahlen. Beginnen Sie mit der Lokalisierung der Schlüsselkomponenten, betrachten Sie die Schaltung und die gesamte Leiterplatte. Die Angabe der Position der Schlüsselkomponenten und des Signalweges von Anfang an trägt dazu bei, dass das Design wie vorgesehen funktioniert. Das richtige Design kann Kosten und Stress reduzieren und Entwicklungszyklen verkürzen.

Umgehen Sie die Stromversorgung

Das Umgehen der Leistungsseite des Verstärkers zur Reduzierung von Rauschen ist ein wichtiger Aspekt des PCB-Designprozesses, sowohl für Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker als auch für andere Hochgeschwindigkeits-Schaltungen. Es gibt zwei gängige Konfigurationen von Bypass-Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker. Stromerdung: Diese Methode funktioniert in den meisten Fällen, indem mehrere Shunt-Kondensatoren verwendet werden, um die Leistungspins des OP-Verstärkers direkt zu erden. Zwei Shunt-Kondensatoren sind im Allgemeinen ausreichend, aber das Hinzufügen von Shunt-Kondensatoren kann für einige Schaltungen vorteilhaft sein. Parallele Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten tragen dazu bei, dass die Netzteilpins über ein breites Band nur geringe AC-Impedanz sehen. Dies ist besonders wichtig bei der Dämpfungsfrequenz des Betriebsverstärkers (PSR). Der Kondensator hilft, den reduzierten PSR des Verstärkers auszugleichen. Erdungspfade, die über viele Tenx-Bereiche eine niedrige Impedanz beibehalten, tragen dazu bei, dass schädliche Geräusche nicht in den Operationsverstärker gelangen. Abbildung 1 veranschaulicht die Vorteile der Verwendung mehrerer Shunt-Kondensatoren. Bei niedrigen Frequenzen bieten große Kondensatoren einen niederohmigen Erdungszugang. Aber sobald die Frequenzen ihre Resonanzfrequenz erreichen, werden Kondensatoren weniger kapazitiv und nehmen mehr Sinnlichkeit an. Aus diesem Grund ist es wichtig, mehrere Kondensatoren zu haben: Wenn der Frequenzgang eines Kondensators zu sinken beginnt, kommt der Frequenzgang des anderen Kondensators ins Spiel, wodurch eine sehr niedrige AC-Impedanz über viele zehn Oktaven beibehalten wird.

Schlussfolgerung

Ein hohes Maß an Leiterplattenverkabelung ist wichtig für ein erfolgreiches Operationsverstärker-Schaltungsdesign, insbesondere für Hochgeschwindigkeitsschaltungen. Ein guter Schaltplan ist die Grundlage einer guten Verdrahtung; Eine enge Abstimmung zwischen Schaltungsdesignern und Schaltungsdesignern ist grundlegend, insbesondere bei der Platzierung von Bauteilen und Verkabelungen. Zu den zu berücksichtigenden Themen gehören die Bypass-Stromversorgung, die Reduzierung parasitärer Effekte, die Verwendung von Erdungsebenen, die Auswirkungen von Operationsverstärker-Paketen sowie Verdrahtungs- und Abschirmmethoden.

1. Im PCB-Design sollte Kondensator wie Bypass-Filter an der Chip-Stromversorgung so nah wie möglich am Gerät sein, typischer Abstand ist weniger als 3MM.

Die Auswahl der Kapazitätswerte hängt von der Frequenz des Eingangssignals und der Geschwindigkeit des Verstärkers ab. Beispielsweise kann ein 400MHz-Verstärker einen 0,01uf- und 1nF-Kondensator verwenden, der zusammen montiert ist.

3. Wenn wir Kondensatoren und andere Geräte kaufen, müssen wir auch auf die selbstresonante Schwingfrequenz achten, ist die selbstresonante Frequenz in dieser Frequenz (400MHz) um den Kondensator nicht vorteilhaft.

4. Beim Zeichnen der Leiterplatte sollten die Eingangs- und Ausgangssignalpins des Verstärkers und der untere Teil des Rückkopplungswiderstands nicht auf anderen Leitungen laufen, um den gegenseitigen Einfluss der parasitären Kapazität zwischen verschiedenen Leitungen zu verringern und den Verstärker stabiler zu machen

5. Die neue Hochfrequenz-Energie des Oberflächenbefestigungsgeräts ist besser und das Volumen ist klein

6. Leiterplattenverdrahtung so kurz wie möglich, aber achten Sie auch auf seine lange und breite parasitäre Wirkung klein

7. Für die Behandlung von Stromkabeln sind die parasitären Eigenschaften von Stromkabeln schlechter DC-Widerstand und Selbstinduktion, also versuchen wir, die Stromkabel so weit wie möglich zu verbreitern

8. Für den Verstärker ist der Strom über der Eingangs-/Ausgangsleitung sehr klein, so dass sie leicht beeinflusst werden. Die parasitäre Wirkung ist sehr schädlich für sie

9. Für Signalwege über 1CM ist es besser, eine Übertragungsleitung mit kontrollierter Impedanz und Klemme (passender Widerstand) an beiden Enden zu verwenden

Um das Problem der Stabilität zu lösen, besteht eine gängige Technik darin, einen Widerstand ROUT nahe dem Operationsverstärker einzuführen, um eine kapazitive Lastisolierung unter Verwendung von Reihenausgangswiderständen zu erreichen.