PCB Tecnico - Alcune linee guida pratiche per il cablaggio PCB

I circuiti stampati ad alta integrità devono essere molto attenti nel layout PCB. Un po' di negligenza può causare problemi di compatibilità elettromagnetica e interferenza. Ora introdurrò alcune linee guida pratiche di cablaggio.

Il cablaggio del circuito stampato (PCB) 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 su questo argomento. Questo articolo discute principalmente il cablaggio dei circuiti ad alta velocità da una prospettiva pratica. Lo scopo principale è aiutare i nuovi utenti a prestare attenzione a molti problemi diversi che devono essere presi in considerazione quando si progettano layout PCB a circuito ad alta velocità. Un altro scopo è quello di fornire un materiale di revisione per i clienti che non hanno toccato il cablaggio PCB per un po '. A causa del layout limitato, questo articolo non può discutere tutti i problemi in dettaglio, ma discuteremo le parti chiave che hanno il maggior effetto sul miglioramento delle prestazioni del circuito, accorciando i tempi di progettazione e risparmiando tempo di modifica.

Sebbene questo sia principalmente per i circuiti relativi agli amplificatori operativi ad alta velocità, i problemi e i metodi discussi qui sono generalmente applicabili al cablaggio utilizzato nella maggior parte degli altri circuiti analogici ad alta velocità. Quando l'amplificatore operativo funziona in una banda di frequenza a radiofrequenza molto alta (RF), le prestazioni del circuito dipendono in gran parte dal layout PCB. Il design del circuito ad alte prestazioni che sembra buono sul "disegno" otterrà prestazioni ordinarie solo se è influenzato da negligenza e negligenza nel cablaggio. La pre-considerazione e l'attenzione ai dettagli importanti durante l'intero processo di cablaggio contribuiranno a garantire le prestazioni previste del circuito.

Schema

Anche se un buon schema non può garantire un buon cablaggio, un buon cablaggio inizia con un buon schema. Pensare attentamente quando si disegna lo schema, e si deve considerare il flusso di segnale dell'intero circuito. Se c'è un flusso di segnale normale e stabile da sinistra a destra nello schema, allora ci dovrebbe essere un flusso di segnale altrettanto buono sul PCB. Dare quante più informazioni utili possibile sullo schema. Poiché a volte l'ingegnere di progettazione del circuito non è lì, i clienti ci chiederanno di aiutare a risolvere il problema del circuito, i progettisti, i tecnici e gli ingegneri impegnati in questo lavoro saranno molto grati, compresi noi.

Oltre agli identificatori di riferimento comuni, al consumo energetico e alla tolleranza agli errori, quali altre informazioni dovrebbero essere fornite nello schema? Ecco alcuni suggerimenti per trasformare schemi ordinari in schemi di prima classe. Aggiungere forme d'onda, informazioni meccaniche sull'involucro, lunghezza delle linee stampate, aree vuote; indicare quali componenti devono essere posizionati sul PCB; fornire informazioni di regolazione, intervalli di valori dei componenti, informazioni sulla dissipazione del calore, impedenza di controllo linee stampate, commenti e brevi circuiti Descrizione dell'azione... (e altri).

Non credere a nessuno

Se non stai progettando il cablaggio da solo, assicurati di concedere un sacco di tempo per controllare attentamente il design della persona del cablaggio. A questo punto, una piccola prevenzione vale cento volte il rimedio. Non aspettatevi che la persona del cablaggio capisca cosa ne pensate. La tua opinione e la tua guida sono i più importanti nelle prime fasi del processo di progettazione del cablaggio. Più informazioni è possibile fornire e più si interviene nell'intero processo di cablaggio, migliore sarà il PCB risultante. Impostare un punto di completamento provvisorio per l'ingegnere di progettazione del cablaggio-controllo rapido in base al rapporto sullo stato di avanzamento del cablaggio che si desidera. Questo metodo "a circuito chiuso" può impedire che il cablaggio vada fuori strada, minimizzando così la possibilità di rilavorazioni.

Le istruzioni che devono essere fornite al tecnico del cablaggio includono: una breve descrizione della funzione del circuito, uno schema schematico del PCB che indica le posizioni di ingresso e uscita, Informazioni sull'impilamento PCB (ad esempio, quanto è spessa la scheda, quanti strati ci sono, informazioni dettagliate di ogni livello di segnale e funzione piano di terra Consumo energetico, cavo di terra, segnale analogico, segnale digitale e segnale RF); quali segnali sono richiesti per ogni strato; è richiesto il posizionamento di componenti importanti; la posizione esatta dei componenti di bypass; quali linee stampate sono importanti; quali linee devono controllare le linee stampate ad impedenza; Quali linee devono corrispondere alla lunghezza; le dimensioni dei componenti; le linee stampate devono essere lontane l'una dall'altra (o vicine); quali linee devono essere lontane l'una dall'altra (o vicine); quali componenti devono essere distanti l'uno dall'altro (o vicini); quali componenti devono essere posizionati sulla parte superiore del PCB, quali sono posizionati sul fondo. Mai lamentarsi che ci sono troppe informazioni per gli altri, troppo poche? E' troppo? Non farlo.

Un'esperienza di apprendimento: Circa 10 anni fa, ho progettato un circuito multistrato per montaggio superficiale: ci sono componenti su entrambi i lati della scheda. Utilizzare un sacco di viti per fissare la scheda in un guscio di alluminio placcato oro (perché ci sono indicatori antivibranti molto severi). I perni che forniscono l'alimentazione del bias passano attraverso la scheda. Questo pin è collegato al PCB tramite fili di saldatura. E' un dispositivo molto complicato. Alcuni componenti della scheda sono utilizzati per l'impostazione del test (SAT). Ma ho chiaramente definito la posizione di questi componenti. Potete indovinare dove sono installati questi componenti? A proposito, sotto la tavola. Quando ingegneri e tecnici di prodotto hanno dovuto smontare l'intero dispositivo e rimontare dopo aver completato le impostazioni, sono sembrati molto infelici. Non ho più commesso questo errore da allora.

Posizione

Proprio come in un PCB, la posizione è tutto. Dove mettere un circuito sul PCB, dove installare i suoi componenti specifici del circuito e quali altri circuiti adiacenti sono, tutti molto importanti.

Di solito, le posizioni di ingresso, uscita e alimentazione sono predeterminate, ma i circuiti tra di loro devono "giocare la propria creatività". Ecco perché prestare attenzione ai dettagli del cablaggio produrrà enormi ricompense. Inizia con la posizione dei componenti chiave e considera il circuito specifico e l'intero PCB. Specificare la posizione dei componenti chiave e dei percorsi di segnale fin dall'inizio aiuta a garantire che il progetto soddisfi gli obiettivi di lavoro previsti. Ottenere il design giusto la prima volta può ridurre i costi e la pressione e abbreviare il ciclo di sviluppo.

Potenza bypass

Bypassare l'alimentazione dal lato di alimentazione dell'amplificatore per ridurre il rumore è un aspetto molto importante nel processo di progettazione PCB, inclusi amplificatori operativi ad alta velocità o altri circuiti ad alta velocità. Esistono due metodi di configurazione comuni per bypassare gli amplificatori operativi ad alta velocità.

Messa a terra del terminale di alimentazione: questo metodo è il più efficace nella maggior parte dei casi, utilizzando più condensatori paralleli per macinare direttamente il perno di alimentazione dell'amplificatore operativo. In generale, due condensatori paralleli sono sufficienti, ma l'aggiunta di condensatori paralleli può portare benefici ad alcuni circuiti.

Il collegamento parallelo di condensatori con diversi valori di capacità aiuta a garantire che sul perno dell'alimentazione sia visibile solo una bassa impedenza di corrente alternata (AC) su un'ampia banda di frequenza. Ciò è particolarmente importante alla frequenza di attenuazione del rapporto di rifiuto dell'alimentazione dell'amplificatore operativo (PSR). Questo condensatore aiuta a compensare il PSR ridotto dell'amplificatore. Mantenere un percorso di terra a bassa impedenza in molti intervalli di dieci ottave aiuterà a garantire che il rumore dannoso non possa entrare nell'amplificatore op. La figura 1 mostra i vantaggi di utilizzare più condensatori in parallelo. Alle basse frequenze, i condensatori di grandi dimensioni forniscono un percorso di terra a bassa impedenza. Ma una volta che la frequenza raggiunge la propria frequenza di risonanza, la capacità del condensatore si indebolirà e apparirà gradualmente induttiva. Questo è il motivo per cui è importante utilizzare più condensatori: quando la risposta in frequenza di un condensatore inizia a scendere, la risposta in frequenza dell'altro condensatore inizia a funzionare, così può mantenere un'impedenza AC molto bassa in molti intervalli di dieci ottave.