PCB Tecnico - Come fare la linea di segnale sulla scheda PCB del circuito analogico?

C'è una regola riconosciuta che in tutti i PCB a circuito analogico, la linea di segnale dovrebbe essere il più breve possibile. Questo perché più lunga è la linea del segnale, più induttanza e donazione di capacità nel circuito, che è indesiderabile. di. La realtà è che è impossibile rendere tutte le linee di segnale le più brevi. Pertanto, la prima cosa da considerare quando il cablaggio è la linea di segnale che è più soggetta a interferenze.

Nel circuito stampato analogico, la linea del segnale può completare varie funzioni, come l'ingresso del segnale, il feedback, l'uscita e fornire segnali di riferimento. Pertanto, per diverse applicazioni, le linee di segnale devono essere ottimizzate in vari modi. Tuttavia, c'è una regola riconosciuta che in tutti i circuiti stampati analogici, la linea di segnale dovrebbe essere il più breve possibile. Questo perché più lunga è la linea del segnale, più induttanza e donazione di capacità nel circuito, che è indesiderabile hanno assistito. La realtà è che è impossibile rendere tutte le linee di segnale le più brevi. Pertanto, la prima cosa da considerare quando il cablaggio è la linea di segnale che è più soggetta a interferenze.

In particolare, il cablaggio delle linee di segnale nei seguenti circuiti richiede particolare attenzione:

1) amplificatore/oscillatore ad alta frequenza;

2) Amplificatori multistadio, specialmente amplificatori con potenza di uscita superiore;

3) Amplificatore DC ad alto guadagno;

4) Piccolo amplificatore di segnale;

5) Amplificatore differenziale.

1. Amplificatore/oscillatore ad alta frequenza

Se il cablaggio del circuito stampato dell'amplificatore ad alta frequenza è irragionevole, porterà a una riduzione della larghezza di banda dell'amplificatore. Questo perché un grande condensatore è formato tra i due fili di terra vicini e il cavo di segnale, e questo condensatore e la resistenza di uscita insieme formano un filtro passa basso. Questo filtro passa-basso riduce la larghezza di banda dell'amplificatore. Allo stesso tempo, se la linea del segnale di ingresso e la linea del segnale di uscita sono vicini l'uno all'altro, il segnale di feedback causerà oscillazione. Per evitare questi problemi, ci dovrebbe essere abbastanza spazio tra i fili sopra menzionati.

I progettisti di PCB di solito hanno un'esperienza così comune, cioè, se un amplificatore ad alta frequenza è progettato, oscillerà effettivamente. Problemi simili possono essere riscontrati anche nel layout dell'oscillatore, che non oscilla alla frequenza progettata. Questo problema è causato dall'accoppiamento capacitivo tra le linee di segnale. Pertanto, è molto importante ridurre la capacità di accoppiamento tra le linee di segnale quando il circuito stampato è disposto.?

2. amplificatore multi-stadio con uscita ad alta potenza

Se la linea di alimentazione e la linea di terra sono troppo lunghe, l'amplificatore multistadio è incline all'oscillazione a bassa frequenza. Poiché i fili stessi hanno resistività, grandi correnti causate da alta potenza fluiranno attraverso questi fili. L'aggiunta di un condensatore abbastanza grande tra l'alimentazione elettrica e il terreno per formare un circuito di disaccoppiamento dell'alimentazione elettrica può risolvere questo problema. In alternativa, sono forniti cavi di alimentazione e di massa separati per diversi stadi dell'amplificatore, in modo che non ci siano cavi di alimentazione e di massa comuni.

3. Amplificatore DC ad alto guadagno

Gli amplificatori DC ad alto guadagno sono solitamente utilizzati per l'amplificazione del segnale di piccole dimensioni. Quando un dispositivo come un transistor o un amplificatore DC è saldato sulla scheda del circuito stampato, una termocoppia si forma alla giunzione del tubo di rame e del perno del dispositivo, generando così tensioni alternate diverse e formando un segnale di interferenza all'amplificatore. Al fine di ridurre al minimo la velocità di variazione della temperatura intorno allo stadio di ingresso dell'amplificatore DC e mantenerlo costante, si consiglia di circondare lo stadio di ingresso con un dispositivo di isolamento per evitare l'influenza causata dal flusso d'aria intorno ad esso.

4. Piccolo amplificatore di segnale

L'amplificatore di segnale si occupa di piccoli segnali, tra cui i seguenti due tipi.

(1) Amplificatore ad alta impedenza (bassa corrente)

In questo tipo di amplificatore, c'è un accoppiamento capacitivo tra due linee di segnale adiacenti, che influenzerà seriamente le prestazioni del circuito e causerà anche la copertura di segnali di basso livello. In un circuito ad alta impedenza, la capacità tra due fili è accoppiata. Per ridurre l'accoppiamento, si raccomanda di mantenere una distanza sufficiente tra le linee di segnale ad alta impedenza e altri segnali di interferenza. Generalmente, la distanza è almeno 40 volte la larghezza della linea del segnale.

In ogni caso, la capacità di terra della linea di segnale a basso livello dovrebbe essere alta per ridurre la tensione di accoppiamento. Vale a dire, il cavo di segnale a basso livello dovrebbe essere vicino al cavo di terra. Se non è possibile garantire una larghezza sufficiente tra le linee di segnale a basso livello, è possibile posizionare un cavo di terra tra di loro per ridurre l'accoppiamento.

Quando l'amplificatore utilizza fotocellule o batterie chimiche come fonte di alimentazione, l'impedenza della fonte di alimentazione può raggiungere milioni o addirittura centinaia di milioni di ohm. Se il circuito stampato non viene pulito sufficientemente dopo l'incisione, l'elettrolita rimanente sulla superficie del circuito stampato genererà una grande resistenza tra i fili adiacenti, anche se il circuito stampato è completamente pulito, non è ancora più di 10 12 0 La resistenza alle perdite esiste. Inoltre, queste resistenze non possono essere equamente distribuite, in modo che la resistenza tra due fili adiacenti possa essere superiore alla resistenza tra due fili che sono più distanti. Pertanto, l'ingresso del convertitore I1 V (corrente/tensione) a basso livello dovrebbe essere protetto da un anello di protezione su entrambi i lati del circuito stampato e il ciclo di protezione dovrebbe essere collegato a un punto equipotenziale con il punto di connessione generale. Se questo viene fatto, il valore preciso della resistenza alle perdite non è così importante, perché la differenza di tensione applicata ad esso è già molto piccola.

I circuiti stampati dell'amplificatore ad alta impedenza non possono utilizzare fori placcati. La resistività del volume del materiale del circuito stampato è inferiore alla resistività superficiale ed è difficile installare l'anello di protezione sul substrato. Il modo migliore è quello di collegare i terminali dell'amplificatore ad alta impedenza all'isolante PTFE invece dei cavi del circuito stampato.

(2) Amplificatore a bassa impedenza (bassa tensione)

In un circuito a bassa impedenza è possibile produrre tensioni indotte a causa dell'accoppiamento induttivo o della presenza di campi magnetici nel circuito. Questa interferenza può essere ridotta in una certa misura con i seguenti metodi:

1) Mantenere una distanza sufficiente tra la linea di segnale AC di alto livello e la linea di segnale di basso livello;

2) Posare un cavo di terra vicino al cavo di segnale;

3) Evitare di formare loop di terra per evitare che i campi magnetici esterni interferiscano con i segnali di basso livello.

5. Amplificatore differenziale

L'amplificatore differenziale amplifica solo la differenza tra i due segnali e non amplifica il segnale di tensione comune. Se la progettazione dell'amplificatore differenziale e del circuito stampato è irragionevole, quando il livello del segnale è basso, la tensione comune produrrà un piccolo segnale di interferenza differenziale. L'impedenza di ingresso dell'amplificatore differenziale è elevata e qualsiasi squilibrio dei parametri di ingresso causerà grandi interferenze al circuito. Pertanto, è necessario garantire che l'amplificatore sia completamente simmetrico nella struttura fisica durante la progettazione del circuito stampato.

C'è una certa resistenza alle perdite all'ingresso dell'amplificatore differenziale, che può causare un offset di tensione sbilanciato. Questo problema può essere risolto aggiungendo un dispositivo protettivo al circuito di ingresso. Il dispositivo di protezione circonda la linea del segnale. Se può mantenere la stessa tensione delle estremità a basso livello delle due linee di segnale in ingresso, causerà l'aumento della resistenza effettiva. Questo dispositivo può garantire che il terminale della sorgente del segnale e lo scudo siano lo stesso livello dell'estremità di basso livello della sorgente del segnale. La linea di protezione deve formare un cerchio per racchiudere la linea del segnale dall'estremità di ingresso al punto di connessione in ingresso dell'amplificatore ed essere collegata al dispositivo di protezione dell'apparecchiatura. Questo è un metodo efficace per elaborare segnali differenziali a basso livello. Inoltre, il substrato del circuito stampato del piccolo amplificatore differenziale di segnale è più adatto per l'uso di materiale di vetro epossidico, che aiuta a ridurre la corrente di perdita.