Leiterplattentechnisch - Einige praktische Richtlinien zur Leiterplattenverkabelung

Leiterplatten mit hoher Integrität müssen sehr vorsichtig sein in Leiterplattenlayout. Ein wenig Nachlässigkeit kann elektromagnetische Verträglichkeit und Störungen verursachen. Nun werde ich einige praktische Verkabelungsrichtlinien vorstellen.

Printed circuit board (PCB) wiring plays a key role in high-speed circuits, aber es ist oft einer der letzten Schritte im Schaltungsdesign-Prozess. Es gibt viele Probleme mit Hochgeschwindigkeits- Leiterplattenverdrahtung, und es wurde viel Literatur zu diesem Thema geschrieben. Dieser Artikel behandelt hauptsächlich die Verdrahtung von Hochgeschwindigkeitsschaltungen aus praktischer Perspektive. Der Hauptzweck ist es, neuen Benutzern zu helfen, auf viele verschiedene Probleme zu achten, die bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsstrecken berücksichtigt werden müssen Leiterplattenlayouts. Ein weiterer Zweck ist es, ein Bewertungsmaterial für Kunden bereitzustellen, die nicht berührt haben Leiterplattenverdrahtung für eine Weile. Aufgrund des begrenzten Layouts, Dieser Artikel kann nicht alle Fragen im Detail besprechen, aber wir werden die Schlüsselteile besprechen, die den größten Effekt auf die Verbesserung der Schaltungsleistung haben, Verkürzung der Konstruktionszeit, und Zeit sparen.

Obwohl dies hauptsächlich für Schaltungen im Zusammenhang mit Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker gilt, sind die hier diskutierten Probleme und Methoden im Allgemeinen auf Verkabelungen anwendbar, die in den meisten anderen Hochgeschwindigkeits-Analogschaltungen verwendet werden. Wenn der Operationsverstärker in einem sehr hohen HF-Frequenzband arbeitet, hängt die Leistung der Schaltung weitgehend vom PCB-Layout ab. Das Hochleistungs-Schaltungsdesign, das auf der "Zeichnung" gut aussieht, wird nur gewöhnliche Leistung erhalten, wenn es von Nachlässigkeit und Nachlässigkeit bei der Verdrahtung betroffen ist. Voraussicht und Aufmerksamkeit auf wichtige Details während des gesamten Verdrahtungsprozesses wird helfen, die erwartete Schaltungsleistung sicherzustellen.

Schematische Darstellung

Obwohl ein guter Schaltplan keine gute Verkabelung garantieren kann, beginnt eine gute Verkabelung mit einem guten Schaltplan. Denken Sie sorgfältig nach, wenn Sie den Schaltplan zeichnen, und Sie müssen den Signalfluss der gesamten Schaltung berücksichtigen. Wenn es einen normalen und stabilen Signalfluss von links nach rechts im Schaltplan gibt, sollte es einen ebenso guten Signalfluss auf der Leiterplatte geben. Geben Sie so viele nützliche Informationen wie möglich auf dem Schaltplan. Da manchmal der Schaltungsdesigningenieur nicht da ist, werden Kunden uns bitten, das Schaltungsproblem zu lösen, die Designer, Techniker und Ingenieure, die an dieser Arbeit beteiligt sind, sehr dankbar sein, einschließlich uns.

Welche weiteren Informationen sollten neben den üblichen Referenzkennungen, dem Stromverbrauch und der Fehlertoleranz im Schaltplan angegeben werden? Hier sind einige Vorschläge für die Umwandlung gewöhnlicher Schaltpläne in erstklassige Schaltpläne. Fügen Sie Wellenformen, mechanische Informationen über das Gehäuse, Länge der gedruckten Linien, leere Bereiche hinzu; Geben Sie an, welche Komponenten auf der Leiterplatte platziert werden müssen; Geben Sie Einstellinformationen, Bauteilwertbereiche, Wärmeableitungsinformationen, gedruckte Steuerimpedanz-Leitungen, Kommentare und kurze Schaltungen Aktionsbeschreibung... (und andere).

Glaub niemandem

Wenn du die Verkabelung nicht selbst entwickelst, achte darauf, genügend Zeit einzuräumen, um das Design des Verkabelungspersonals sorgfältig zu überprüfen. An diesem Punkt ist eine kleine Prävention hundertmal das Mittel wert. Erwarte nicht, dass die Verkabelung Person versteht, was du denkst. Ihre Meinung und Anleitung sind die wichtigsten in den frühen Phasen des Verdrahtungsentwurfs. Je mehr Informationen Sie bereitstellen können und je mehr Sie in den gesamten Verdrahtungsprozess eingreifen, desto besser wird die resultierende Leiterplatte sein. Legen Sie einen vorläufigen Fertigstellungspunkt für den Verdrahtungskonstrukteur fest – Schnellprüfung entsprechend dem gewünschten Verdrahtungsfortschrittsbericht. Diese "Closed Loop"-Methode kann verhindern, dass die Verkabelung fehlgeht, wodurch die Möglichkeit der Nacharbeit minimiert wird.

Die Anweisungen, die dem Verdrahtungsingenieur gegeben werden müssen, umfassen: eine kurze Beschreibung der Schaltungsfunktion, ein schematisches Diagramm der Leiterplatte mit Angabe der Ein- und Ausgangsorte, PCB-Stapelinformationen (zum Beispiel, wie dick die Platine ist, wie viele Schichten es gibt, detaillierte Informationen zu jeder Signalschicht und Erdungsebene-Funktion Stromverbrauch, Erdungskabel, analoges Signal, digitales Signal und HF-Signal); welche Signale für jede Schicht erforderlich sind; die Platzierung wichtiger Bauteile ist erforderlich; die genaue Lage der Bypass-Komponenten; welche Drucklinien wichtig sind; welche Leitungen zur Steuerung der Impedanz gedruckten Leitungen erforderlich sind; Welche Linien müssen der Länge entsprechen; Größe der Bauteile; welche Drucklinien weit voneinander entfernt (oder in der Nähe) sein müssen; welche Leitungen weit voneinander entfernt (oder in der Nähe) sein müssen; welche Komponenten weit voneinander entfernt (oder nahe beieinander) sein müssen; Welche Komponenten müssen auf der Oberseite der Leiterplatte platziert werden, welche auf der Unterseite platziert werden. Niemals beschweren, dass es zu viele Informationen für andere gibt – zu wenig? Ist es zu viel? Nicht.

Eine Lernerfahrung: Vor etwa zehn Jahren habe ich eine mehrschichtige Surface Mount Leiterplatte entworfen – es gibt Komponenten auf beiden Seiten der Platine. Verwenden Sie viele Schrauben, um das Board in einer vergoldeten Aluminiumschale zu befestigen (da es sehr strenge Antivibrationsanzeigen gibt). Die Pins, die eine Vorspannung ermöglichen, gehen durch das Board. Dieser Pin wird mit der Leiterplatte durch Lötdrähte verbunden. Das ist ein sehr kompliziertes Gerät. Einige Komponenten auf der Platine werden zur Testeinstellung (SAT) verwendet. Aber ich habe den Standort dieser Komponenten klar definiert. Können Sie erraten, wo diese Komponenten installiert sind? Übrigens, unter dem Brett. Als Produktentwickler und Techniker das gesamte Gerät zerlegen und nach Abschluss der Einstellungen wieder zusammenbauen mussten, schienen sie sehr unglücklich. Seitdem habe ich diesen Fehler nicht mehr gemacht.

Standort

Genau wie bei einer Leiterplatte ist die Lage alles. Wo eine Schaltung auf die Leiterplatte gelegt wird, wo ihre spezifischen Schaltungskomponenten installiert werden und welche anderen benachbarten Schaltungen sind, die alle sehr wichtig sind.

Normalerweise sind die Positionen von Eingang, Ausgang und Stromversorgung vorbestimmt, aber die Schaltungen zwischen ihnen müssen "ihre eigene Kreativität spielen." Deshalb wird die Aufmerksamkeit auf Verkabelungsdetails enorme Belohnungen bringen. Beginnen Sie mit der Lokalisierung der Schlüsselkomponenten und betrachten Sie die spezifische Schaltung und die gesamte Leiterplatte. Die Festlegung der Position von Schlüsselkomponenten und Signalpfaden von Anfang an trägt dazu bei, dass das Design die erwarteten Arbeitsziele erfüllt. Das richtige Design beim ersten Mal zu erhalten, kann Kosten und Druck reduzieren – und den Entwicklungszyklus verkürzen.

Bypass-Leistung

Das Umgehen der Stromversorgung an der Stromversorgungsseite des Verstärkers zur Reduzierung von Rauschen ist ein sehr wichtiger Aspekt in der PCB-Design Prozess-einschließlich Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker oder andere Hochgeschwindigkeits-Schaltkreise. Es gibt zwei gängige Konfigurationsmethoden zur Umgehung von Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker.

Erdung des Netzteilanschlusses: Diese Methode ist in den meisten Fällen am effektivsten, indem mehrere parallele Kondensatoren verwendet werden, um den Netzteilpin des Operationsverstärker direkt zu erden. Im Allgemeinen sind zwei parallele Kondensatoren ausreichend – aber das Hinzufügen von parallelen Kondensatoren kann für einige Schaltungen Vorteile bringen.

Der parallele Anschluss von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten trägt dazu bei, dass auf dem Netzteil-Pin über ein breites Frequenzband nur geringe Wechselstrom-Impedanz zu sehen ist. Dies ist besonders wichtig bei der Dämpfungsfrequenz des Betriebsverstärker-Stromversorgungsverhältnisses (PSR). Dieser Kondensator hilft, den reduzierten PSR des Verstärkers auszugleichen. Die Aufrechterhaltung einer niederohmigen Erdung in vielen zehn Oktavenbereichen hilft sicherzustellen, dass schädliches Rauschen nicht in den OP-Verstärker eindringen kann. Abbildung 1 zeigt die Vorteile der parallelen Verwendung mehrerer Kondensatoren. Bei niedrigen Frequenzen bieten große Kondensatoren einen niederohmigen Erdweg. Aber sobald die Frequenz ihre eigene Resonanzfrequenz erreicht hat, wird die Kapazität des Kondensators schwächen und allmählich induktiv erscheinen. Aus diesem Grund ist es wichtig, mehrere Kondensatoren zu verwenden: Wenn der Frequenzgang eines Kondensators beginnt zu fallen, beginnt der Frequenzgang des anderen Kondensators zu arbeiten, so dass er eine sehr niedrige AC-Impedanz in vielen zehn Oktavenbereichen aufrechterhalten kann.