Blogue PCB - Guide des pratiques de câblage de circuits imprimés à grande vitesse

Le câblage de la carte de circuit imprimé joue un rôle clé dans les circuits à grande vitesse, mais c'est souvent l'une des nombreuses étapes du processus de conception du circuit. Même si un bon schéma ne garantit pas un bon câblage, un bon câblage commence par un bon schéma. Pour réfléchir attentivement lors de la création d'un schéma, vous devez tenir compte du flux de signaux de l'ensemble du circuit. S'il y a un flux de signal normal et stable de gauche à droite dans le schéma, il devrait y avoir un flux de signal tout aussi bon sur la carte PCB. Fournissez autant d'informations utiles que possible sur le schéma. Parce que parfois les ingénieurs de conception de circuit ne sont pas disponibles, les clients nous demandent de l'aide pour résoudre les problèmes de circuit et les concepteurs, les techniciens et les ingénieurs qui font ce travail seront très reconnaissants, y compris nous. Quelles informations devraient être fournies dans le schéma en plus des identifiants de référence communs, de la consommation d'énergie et de la tolérance aux pannes? Voici quelques suggestions pour transformer un schéma ordinaire en une intention de premier ordre. Ajouter des formes d'onde, des informations mécaniques sur le boîtier, la longueur des lignes d'impression, les zones vides; Indique quels composants doivent être placés sur la carte PCB; Donne des informations de réglage, des plages de valeurs de composants, des informations de dissipation thermique, des lignes imprimées d'impédance de contrôle, des notes et une description sommaire du circuit. Si vous ne Concevez pas le câblage vous - même, assurez - vous de laisser suffisamment de temps pour examiner attentivement la conception de la personne de câblage.

À ce stade, une petite prévention vaut mieux qu'un remède cent fois plus. Ne vous attendez pas à ce que les câblodistributeurs comprennent vos pensées. Votre avis et vos conseils sont importants aux premiers stades du processus de conception de câblage. Plus vous pouvez fournir d'informations et intervenir tout au long du processus de câblage, meilleure sera la carte PCB que vous obtiendrez. Définissez un point d'achèvement provisoire pour les ingénieurs de conception de câblage - effectuez une vérification rapide en fonction de la progression du câblage que vous souhaitez. Cette approche « en boucle fermée » permet d’éviter que le câblage ne s’égare, réduisant ainsi la possibilité de retravailler. Les instructions à donner à l'Ingénieur de câblage comprennent: une brève description des fonctions du circuit, un schéma de la carte PCB indiquant l'emplacement des entrées et des sorties, Informations sur l'empilement de la carte PCB (par exemple, quelle est l'épaisseur de la carte, le nombre de couches et les détails de chaque couche de signal et de la Terre - consommation d'énergie, ligne de terre, signal analogique, signal numérique et Signal RF); Quels signaux sont nécessaires pour chaque couche; Exiger le placement de composants importants; La position exacte des composants de dérivation; Quelles lignes imprimées sont importantes; Quelles lignes nécessitent le contrôle des lignes imprimées d'impédance; Quelles lignes doivent correspondre à la longueur; Les dimensions des composants; Quelles lignes imprimées doivent être éloignées les unes des autres; Quelles lignes doivent être éloignées (ou proches) les unes des autres; Quels composants doivent être éloignés (ou proches) les uns des autres; Quels composants doivent être placés au - dessus et en dessous de la carte PCB. Ne vous plaignez jamais de trop peu d'informations sur les autres? Trop? Non. Comme sur une carte PCB, l'emplacement est tout. Où placer un circuit sur un PCB, où installer ses composants de circuit spécifiques et quels sont les autres circuits adjacents, tout cela est très important.

Souvent, l'emplacement des entrées, des sorties et de l'alimentation est prédéterminé, mais les circuits entre eux doivent "faire preuve de créativité". C'est pourquoi l'attention portée aux détails du câblage rapporte énormément. Commencez par l'emplacement des composants clés, en tenant compte des circuits spécifiques et de la carte PCB dans son ensemble. La spécification de l'emplacement des composants clés et des chemins de signalisation dès le début permet de s'assurer que la conception répond aux objectifs de travail attendus. Obtenir la bonne conception peut réduire les coûts et le stress et réduire les cycles de développement. Lors de la conception d'un PCB qui comprend des amplificateurs opérationnels à grande vitesse ou d'autres circuits à grande vitesse, le contournement de l'alimentation à l'extrémité de puissance de l'amplificateur pour réduire le bruit est un aspect très important. Il existe deux méthodes de configuration courantes pour contourner les amplificateurs opérationnels à grande vitesse. Borne d'alimentation à la masse: Cette méthode est efficace dans la plupart des cas, en utilisant plusieurs condensateurs en parallèle pour connecter directement la broche d'alimentation de l'amplificateur opérationnel à la masse. En général, deux condensateurs en parallèle suffisent, mais l'ajout de condensateurs en parallèle peut apporter des avantages à certains circuits. La mise en parallèle de condensateurs ayant des valeurs de capacités différentes permet de s'assurer que seule une très faible impédance alternative est visible sur les broches d'alimentation sur une large bande de fréquences. Ceci est particulièrement important pour la fréquence d'atténuation spécifique de la réjection d'alimentation de l'amplificateur opérationnel. Ce condensateur contribue à compenser la diminution du PSR de l'amplificateur. Le maintien d'un chemin de terre à basse impédance sur de nombreuses plages de dix octaves aidera à s'assurer que les bruits nocifs ne pénètrent pas dans l'amplificateur opérationnel. La figure 1 montre l'avantage d'utiliser plusieurs condensateurs en parallèle. À basse fréquence, un grand condensateur fournit un chemin de masse à basse impédance. Mais dès que la fréquence atteint sa propre fréquence de résonance, la capacité du condensateur s'affaiblit et une inductance apparaît progressivement. C'est pourquoi il est important d'utiliser plusieurs condensateurs: lorsque la réponse en fréquence d'un condensateur commence à chuter, la réponse en fréquence de l'autre commence à fonctionner, de sorte qu'elle peut maintenir une impédance alternative très faible sur de nombreuses plages de dix octaves. Directement à partir de la broche d'alimentation de l'amplificateur opérationnel; Les condensateurs ayant des valeurs capacitives et des dimensions physiques doivent être placés du même côté du PCB que l'amplificateur opérationnel et aussi près que possible de l'amplificateur. Les bornes de masse des condensateurs doivent être connectées directement au plan de masse à l'aide de broches courtes ou de fils imprimés. La connexion de terre ci - dessus doit être aussi proche que possible de la borne de charge de l'amplificateur afin de réduire les interférences entre la borne d'alimentation et la borne de terre. Cette procédure doit être répétée pour les condensateurs ayant une valeur de capacité secondaire élevée. Avec une taille de boîtier de 0,01 de 0508, ce condensateur a une Inductance série très faible et d'excellentes performances à haute fréquence. Alimentation à l'alimentation: une autre méthode de configuration utilise un ou plusieurs condensateurs de dérivation connectés entre les bornes d'alimentation positive et négative de l'amplificateur opérationnel. Cette méthode est généralement utilisée lorsqu'il est difficile de configurer quatre condensateurs dans un circuit. L'inconvénient est que la taille du boîtier du condensateur peut être augmentée car la tension aux bornes du condensateur est deux fois supérieure à la valeur de la tension dans une méthode de dérivation d'alimentation unique. L'augmentation de la tension nécessite une augmentation de la tension nominale de claquage du dispositif, c'est - à - dire une augmentation des dimensions du boîtier. Cependant, cette méthode peut améliorer les performances PSR et de distorsion. Comme chaque circuit et câblage est différent, la configuration, le nombre et la valeur de la capacité des condensateurs doivent être déterminés en fonction des exigences du circuit réel. Les effets dits parasites sont ceux qui se faufilent dans le PCB et causent de graves dommages au circuit, des maux de tête et des causes inexpliquées. Ce sont des capacités parasites et des inductances parasites qui pénètrent dans les circuits à grande vitesse. Comprend une inductance parasite formée par une broche d'encapsulation et une longue trace; Des capacités parasites formées à partir des plots vers la masse, des plots vers le plan d'alimentation et des plots vers les traces; Les influences mutuelles entre les pores et de nombreux autres effets parasites possibles. Dans un circuit à grande vitesse, une petite valeur affecte les performances du circuit. Parfois, quelques dizaines de pifa suffisent. Exemple pertinent: si l'entrée inverseuse n'a qu'une capacité parasite supplémentaire de 1 PF, cela peut conduire à des pics de près de 2 DB dans le domaine fréquentiel. Si la capacité parasite est suffisamment importante, elle provoque une instabilité et des oscillations du circuit. L'inductance en bande est un autre effet parasite à prendre en compte. Cela est dû à une ligne imprimée trop longue ou à un manque de plan de masse.

Islaµr représente la Perméabilité magnétique relative du matériau de la carte PCB. T représente l'épaisseur de la carte PCB. D1 représente le diamètre du plot entourant le via. D2 représente le diamètre du trou isolé dans le plan de masse. Toutes les dimensions sont en cm. Les Vias sur une carte PCB de 0157 cm d'épaisseur peuvent augmenter l'inductance parasite de 1,2 NH et la capacité parasite de 0,5 PF; C'est pourquoi il est nécessaire d'être vigilant lors du câblage des cartes PCB et de réduire l'impact des effets parasites. Le plan de masse agit comme une tension de référence commune, fournissant un blindage qui dissipe la chaleur et réduit l'inductance parasite (mais augmente également la capacité parasite). Bien que l'utilisation d'un plan de sol présente de nombreux avantages, il est important d'être prudent lors de sa mise en œuvre, car il a certaines limites sur ce qui peut et ne peut pas être fait. Idéalement, une couche du PCB devrait être dédiée au plan de masse. Cela donnera des résultats lorsque tout le plan n'est pas détruit. Ne jamais détourner la surface du plan de masse dans cette couche dédiée pour connecter d'autres signaux. Comme le plan de masse permet d'éliminer le champ magnétique entre le conducteur et le plan de masse, il est possible de réduire l'inductance de la ligne imprimée. Si une certaine zone du plan de masse est détruite, une inductance parasite inattendue sera introduite dans la ligne imprimée au - dessus ou au - dessous du plan de masse. Parce que le plan de masse a généralement une grande surface et une grande section, la résistance du plan de masse reste à une valeur. Dans la bande basse, le courant choisira le chemin de la résistance, mais dans la bande haute, le courant choisira le chemin de l'impédance. Cependant, il y a des exceptions, et parfois un petit plan de sol est préférable. Les amplificateurs opérationnels à grande vitesse fonctionneront mieux si le plan de masse est éloigné des plots d'entrée ou de sortie. Du fait de l'introduction d'une capacité parasite dans le plan de masse en entrée, la capacité d'entrée de l'amplificateur opérationnel augmente et la marge de phase diminue, ce qui entraîne une instabilité. Comme le montre la discussion de la section sur les effets parasites, une capacité de 1 PF à l'entrée de l'amplificateur opérationnel provoque des pics très prononcés. La charge Capacitive en sortie, y compris la charge Capacitive parasite, provoque un pôle dans la boucle de rétroaction. Cela réduit la marge de phase et provoque l'instabilité du circuit. Si possible, les circuits analogiques et numériques, y compris leurs plans de masse et de masse respectifs, doivent être séparés. Un front montant rapide peut provoquer des bavures de courant dans le plan de sol. Le bruit causé par ces pics de courant rapides perturbe les performances analogiques. La mise à la terre analogique et la mise à la terre numérique doivent être connectées à un point de mise à la terre commun afin de réduire le courant de mise à la terre numérique et analogique et le bruit circulant. Dans la gamme des hautes fréquences, il est nécessaire de prendre en compte un phénomène appelé « effet dermocosmétique ». L'effet dermocosmétique provoque le passage d'un courant électrique sur la surface extérieure du fil et, par conséquent, la section transversale du fil devient plus étroite, ce qui augmente la résistance en courant continu. Bien que les effets cutanés dépassent le cadre de cet article, C'est une bonne formule approximative de la profondeur de la peau de fil de cuivre (CM, faible sensibilité plaqué métallique aide à réduire l'effet de la peau cutanée.câblage et blindage, il existe une variété de signaux analogiques et numériques sur le PCB, y compris haute à basse tension ou de courant, de la gamme de fréquences DC à ghz.il est difficile de s'assurer que ces signaux ne interfèrent pas les uns avec Les autres.réduire la longueur et la proximité des lignes horizontales longues dans la même carte PCB Le couplage inductif peut être réduit entre les fils d'impression du signal. La réduction de la longueur des longues traces dans les couches adjacentes permet d'éviter le couplage capacitif. Les traces de signal nécessitant un degré élevé d'isolation doivent être situées sur des couches différentes ou, si elles ne peuvent pas être complètement isolées, sur des traces orthogonales avec un plan de masse placé entre elles. Le câblage Orthogonal peut réduire le couplage capacitif et la ligne de masse formera un blindage électrique. Un tel procédé peut être utilisé lors de la formation d'une ligne imprimée à impédance contrôlée. Les signaux à haute fréquence circulent généralement sur une ligne imprimée à impédance de commande. C'est - à - dire que la ligne imprimée conserve une impédance caractéristique, par example 50 îlots. Les deux lignes d'impression à impédance contrôlée usuelles, la ligne microruban 4 et la ligne ruban 5, peuvent avoir des effets similaires, mais leur mise en oeuvre est différente. H Représente la distance du plan de masse à la trace du signal, W la largeur de la trace et t l'épaisseur de la trace; Toutes les tailles sont en mil. µr représente la constante diélectrique du matériau de la carte PCB. La ligne d'impression d'impédance de contrôle de bande utilise deux couches de plan de masse dans lesquelles la ligne d'impression de signal est prise en sandwich. Cette méthode utilise plus de lignes d'impression, nécessite plus de couches de PCB, est sensible aux variations d'épaisseur diélectrique et est plus coûteuse. Elle est donc généralement utilisée uniquement Pour des applications exigeantes. Un haut niveau de mise en page de PCB est important pour la conception réussie des circuits d'amplification opérationnelle, en particulier pour les circuits à grande vitesse. Un bon schéma est la base d'un bon câblage; Une étroite collaboration entre les ingénieurs en conception de circuits et les ingénieurs en conception de câblage est essentielle, en particulier en ce qui concerne l'emplacement des composants et du câblage. Les questions à considérer comprennent le contournement de l'alimentation, la réduction des effets parasites, l'utilisation d'un plan de masse, l'impact de l'encapsulation de l'amplificateur opérationnel et les méthodes de câblage et de blindage de la carte de circuit imprimé.