PCB Tecnico - Che cosa è il cablaggio PCB per circuiti di amplificazione op di alto livello

Il cablaggio dei circuiti stampati svolge un ruolo chiave nei circuiti ad alta velocità, ma è spesso uno degli ultimi passi nel processo di progettazione del circuito. Ci sono molti problemi con il cablaggio PCB ad alta velocità e molta letteratura è stata scritta sull'argomento. Questo articolo discute principalmente il problema del cablaggio dei circuiti ad alta velocità da un punto di vista pratico. Lo scopo principale è quello di aiutare i nuovi utenti a diventare consapevoli delle molte diverse questioni che devono essere prese in considerazione quando si progettano cavi PCB per circuiti ad alta velocità. Un altro scopo è quello di fornire un materiale di aggiornamento per i clienti che non sono stati esposti al cablaggio PCB per qualche tempo. A causa dello spazio limitato, non è possibile coprire tutti i problemi in dettaglio in questo articolo, ma discuteremo le aree chiave che sono efficaci nel migliorare le prestazioni del circuito, ridurre i tempi di progettazione e risparmiare tempo di modifica.

Sebbene il focus qui sia sui circuiti relativi agli amplificatori operativi ad alta velocità, i problemi e i metodi discussi qui sono generalmente applicabili al cablaggio per la maggior parte degli altri circuiti analogici ad alta velocità. Quando gli amplificatori operativi operano in bande a radiofrequenza molto alta (RF), le prestazioni del circuito dipendono in gran parte dal cablaggio PCB. Quello che sembra essere un buon design di circuito ad alte prestazioni sul "tavolo da disegno" produrrà prestazioni mediocri se è influenzato da cablaggio negligente. La pre-considerazione e l'attenzione ai dettagli importanti durante tutto il processo di cablaggio contribuiranno a garantire le prestazioni desiderate del circuito.

Schema

Anche se buoni schemi non garantiscono un buon cablaggio, un buon cablaggio inizia con buoni schemi. Il diagramma schematico deve essere attentamente disegnato e deve essere considerata la direzione del segnale dell'intero circuito. Se si dispone di flusso di segnale normale e costante da sinistra a destra nello schema, si dovrebbe avere altrettanto buon flusso di segnale sul PCB. Dare quante più informazioni utili possibile sullo schema. Poiché a volte l'ingegnere di progettazione del circuito non è disponibile, il cliente ci chiederà di aiutare a risolvere il problema del circuito. I progettisti, i tecnici e gli ingegneri che fanno questo lavoro saranno molto grati, noi compresi.

Se non si progetta il proprio cablaggio, assicurarsi di concedere un sacco di tempo per controllare due volte il design del cablatore. Un po' di prevenzione vale cento volte un rimedio qui. Non aspettatevi che la persona del cablaggio capisca cosa state pensando. L'input e la guida sono importanti all'inizio del processo di progettazione del cablaggio. Più informazioni puoi fornire e più sei coinvolto nel processo di cablaggio, migliore sarà il PCB di conseguenza. Impostare un punto di completamento provvisorio per l'ingegnere di progettazione del cablaggio - un rapido controllo del progresso del cablaggio che si desidera. Questo approccio "a circuito chiuso" impedisce che il cablaggio vada fuori strada e quindi minimizza la possibilità di rilavorazioni.

Posizione

Come nel PCB, la posizione e' tutto. Dove un circuito è posizionato sul PCB, dove sono installati i suoi componenti specifici del circuito e quali altri circuiti sono adiacenti ad esso sono tutti molto importanti.

Normalmente, le posizioni di ingresso, uscita e alimentazione sono predeterminate, ma i circuiti tra di loro devono essere "creativi". Questo è il motivo per cui prestare attenzione ai dettagli del cablaggio può pagare enormi dividendi. Inizia con la posizione dei componenti chiave, considera il circuito e l'intero PCB. Specificare la posizione dei componenti chiave e il percorso dei segnali fin dall'inizio aiuta a garantire che il progetto funzioni come previsto. Ottenere il design giusto può ridurre costi e stress e abbreviare i cicli di sviluppo.

bypassare l'alimentazione elettrica

Bypassare il lato di potenza dell'amplificatore per ridurre il rumore è un aspetto importante del processo di progettazione PCB - sia per gli amplificatori operativi ad alta velocità che per altri circuiti ad alta velocità. Esistono due configurazioni comuni di amplificatori operativi ad alta velocità bypass. Messa a terra: Questo metodo funziona nella maggior parte dei casi, utilizzando più condensatori shunt per mettere a terra direttamente i pin di alimentazione dell'amplificatore op. Due condensatori shunt sono generalmente sufficienti - ma l'aggiunta di condensatori shunt può essere utile per alcuni circuiti. Condensatori paralleli con valori di capacità diversi aiutano a garantire che i pin di alimentazione vedano solo bassa impedenza CA su una banda larga. Ciò è particolarmente importante alla frequenza di attenuazione del rapporto di rifiuto di potenza dell'amplificatore operativo (PSR). Il condensatore aiuta a compensare il PSR ridotto dell'amplificatore. Percorsi di messa a terra che mantengono bassa impedenza su molti intervalli tenx aiuteranno a garantire che il rumore dannoso non entri nell'amplificatore operativo. La figura 1 illustra i vantaggi dell'utilizzo di condensatori shunt multipli. Alle basse frequenze, i condensatori di grandi dimensioni forniscono accesso a terra a bassa impedenza. Ma una volta che le frequenze raggiungono la loro frequenza di risonanza, i condensatori diventano meno capacitivi e assumono più sensualità. Per questo è importante avere più condensatori: man mano che la risposta in frequenza di un condensatore inizia a diminuire, entra in gioco la risposta in frequenza dell'altro condensatore, mantenendo così un'impedenza AC molto bassa su molte dieci ottave.

Conclusione

Un alto livello di cablaggio PCB è importante per la progettazione di circuiti amplificatori operativi di successo, specialmente per i circuiti ad alta velocità. Un buon schema è la base di un buon cablaggio; Uno stretto coordinamento tra ingegneri di progettazione di circuiti e ingegneri di progettazione di cavi è fondamentale, soprattutto per quanto riguarda il posizionamento di componenti e cablaggio. I problemi da considerare includono l'alimentazione di bypass, la riduzione degli effetti parassitari, l'uso di piani di messa a terra, gli effetti dei pacchetti di amplificatori operativi e metodi di cablaggio e schermatura.

1. nella progettazione PCB, condensatore come filtro bypass all'alimentazione del chip dovrebbe essere il più vicino possibile al dispositivo, la distanza tipica è inferiore a 3MM.

La selezione dei valori di capacità dipende dalla frequenza del segnale in ingresso e dalla velocità dell'amplificatore. Ad esempio, un amplificatore 400MHz può utilizzare un condensatore 0.01uf e 1nF montato insieme.

3. Quando compriamo condensatori e altri dispositivi, dobbiamo anche prestare attenzione alla frequenza di oscillazione autoresonante, la frequenza autoresonante in questa frequenza (400MHz) intorno al condensatore non è vantaggiosa.

4. Quando si disegna PCB, i pin del segnale di ingresso e di uscita dell'amplificatore e la parte inferiore della resistenza di feedback non dovrebbero funzionare su altre linee, in modo da ridurre l'influenza reciproca della capacità parassitaria tra le linee differenti e rendere l'amplificatore più stabile

5. la nuova energia ad alta frequenza del dispositivo di montaggio superficiale è migliore e il volume è piccolo

6. cablaggio del circuito stampato il più breve possibile, ma anche prestare attenzione al suo effetto parassitario lungo e largo piccolo

7. Per il trattamento dei cavi di alimentazione, le caratteristiche parassitarie dei cavi di alimentazione sono la cattiva resistenza DC e l'auto-induzione, quindi cerchiamo di allargare i cavi di alimentazione il più possibile

8. Per l'amplificatore, la corrente sopra la linea di ingresso / uscita è molto piccola, quindi sono facilmente influenzati. L'effetto parassitario è molto dannoso per loro

9. per i percorsi del segnale oltre 1CM, è meglio utilizzare una linea di trasmissione con impedenza controllata e terminale (resistenza corrispondente) ad entrambe le estremità

Per risolvere il problema della stabilità una tecnica comune è quella di introdurre una resistenza ROUT vicino all'amplificatore operativo in modo da ottenere l'isolamento di carico capacitivo utilizzando resistenze di uscita in serie.