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PCB部落格 - 高速印刷電路板佈線實踐指南

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高速印刷電路板佈線實踐指南

2022-01-07
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Author:pcb

印刷電路板 佈線在高速電路中起著關鍵作用, 但這通常是電路設計過程中的幾個步驟之一. 雖然良好的示意圖不能保證良好的接線, 良好的接線始於良好的示意圖. 繪製示意圖時請仔細考慮, 你必須考慮整個電路的訊號流. 如果示意圖中存在從左向右的正常穩定訊號流, 然後,應該有相同的良好訊號流 PCB板. 在示意圖上提供盡可能多的有用資訊. 因為有時候電路設計工程師不在, 客戶將要求我們幫助解決電路問題, 設計師, 從事這項工作的科技人員和工程師將不勝感激, 包括我們. 除了通用參攷識別字之外, 耗電量, 和誤差容限, 示意圖中還應提供哪些其他資訊? 以下是將普通示意圖轉換為一級示意圖的一些建議. 添加波形, 外殼的機械資訊, 列印行的長度, 空白區域; 指出哪些組件需要放置在 PCB板; 提供調整資訊, 組件值範圍, 散熱資訊, 控制阻抗印刷線路, 評論, 和電路概述. 如果你不是自己設計線路, 確保有足够的時間仔細檢查接線人員的設計.

PCB板

在這一點上, 一次小小的預防勝過百倍的補救. 不要期望接線人員理解你的想法. 在佈線設計過程的早期階段,您的意見和指導很重要. 您可以提供的更多資訊, 你在整個佈線過程中干預得越多, 越好 PCB板 你會得到. 為佈線設計工程師設定一個暫定完成點,根據您想要的佈線進度進行快速檢查. 這種“閉環”方法可以防止接線誤入歧途, 從而减少返工的可能性. 需要向佈線工程師提供的說明包括:電路功能的簡短描述, 的示意圖 PCB板 訓示輸入和輸出位置, PCB板 stacking information (for example, 這塊板有多厚, 有多少層, 以及每個訊號層和接地層的詳細資訊-功耗, 接地線, 類比信號, digital signal 和 RF signal); which signals are required for each layer; require the placement of important components; the exact location of bypass components; which printed lines are important; which lines need to control impedance printing Lines; which lines need to match the length; the size of the components; which printed lines need to be far away from each other; which lines need to be far away (or close) to each other; which components need to be far away (or close) to each other; which components need to be placed on the PCB板 上面是什麼,下麵是什麼. 永遠不要抱怨給別人的資訊太多太少? 是不是太多了? 不. 就像在一個 PCB板, 位置决定一切. 在PCB上放置電路的位置, 其特定電路組件的安裝位置, 其他相鄰電路是什麼, 所有這些都非常重要.


通常,輸入、輸出和電源的位置是預先確定的,但它們之間的電路需要“發揮自己的創造力”。這就是為什麼關注佈線細節會產生巨大的回報。 從關鍵部件的位置開始,考慮具體電路和整個PCB板。 從一開始就指定關鍵組件和訊號路徑的位置有助於確保設計滿足預期工作目標。 獲得正確的設計可以降低成本和壓力,縮短開發週期。 在包括高速運算放大器或其他高速電路的PCB設計過程中,繞過放大器電源端的電源以降低雜訊是一個非常重要的方面。 繞過高速運算放大器有兩種常見的配寘方法。 電源端子接地:這種方法在大多數情况下有效,使用多個並聯電容器將運算放大器的電源引脚直接接地。 一般來說,兩個並聯電容器就足够了,但添加並聯電容器可能會給某些電路帶來好處。 具有不同電容值的電容器並聯有助於確保在寬頻帶上電源引脚上只能看到非常低的交流阻抗。 這對於運算放大器電源抑制比衰减頻率尤其重要。 該電容器有助於補償放大器的PSR降低。 在許多十倍頻程範圍內保持低阻抗接地路徑將有助於確保有害雜訊不會進入運算放大器。 圖1顯示了並聯使用多個電容器的優點。 在低頻率下,大電容器提供低阻抗接地路徑。 但一旦頻率達到其自身的諧振頻率,電容器的電容將减弱並逐漸出現電感。 這就是為什麼使用多個電容器很重要:當一個電容器的頻率回應開始下降時,另一個電容器的頻率回應開始工作,囙此它可以在許多10倍頻程範圍內保持非常低的交流阻抗。 直接從運算放大器的電源引脚開始; 具有電容值和物理尺寸的電容器應與運算放大器放置在PCB的同一側,並盡可能靠近放大器。 電容器的接地端子應使用短插腳或印刷導線直接連接到接地層。 地上連接應盡可能靠近放大器的負載端子,以减少電源端子和接地端子之間的干擾。 對於下一個最大電容值的電容器,應重複此過程。 0.01的0508外殼尺寸,電容器具有非常低的串聯電感和優良的高頻效能。 電源到電源:另一種配寘方法使用一個或多個旁路電容器連接在運算放大器的正極和負極電源端子上。 當難以在電路中配寘四個電容器時,通常使用這種方法。 其缺點是,電容器外殼的尺寸可能會新增,因為電容器兩端的電壓是單電源旁路方法中電壓值的兩倍。 新增電壓需要新增設備的額定擊穿電壓,即新增外殼的尺寸。 然而,該方法可以提高功率譜比和失真效能。 由於每個電路和接線不同,電容器的配寘、數量和電容值應根據實際電路的要求確定。 所謂的寄生效應是那些潜入PCB並導致電路嚴重損壞、頭痛和無法解釋的原因的小故障。 它們是滲入高速電路的寄生電容和寄生電感。 包括封裝引脚和長軌跡形成的寄生電感; 從焊盤到地、焊盤到功率平面和焊盤到軌跡形成的寄生電容; 過孔之間的相互影響,以及許多其他可能的寄生效應。 在高速電路中,較小的值將影響電路的效能。 有時幾十只皮法拉就足够了。 相關示例:如果在反相輸入端只有1 pF的額外寄生電容,則會在頻域中引起近2 dB的尖峰。 如果寄生電容足够大,將導致電路不穩定和振盪。 條形電感是另一個需要考慮的寄生效應。 這是由於列印線過長或缺少接地層造成的。

印刷電路板

εr表示 PCB板 布料. T表示厚度 PCB板. D1表示通孔周圍的焊盤直徑. D2表示地平面中隔離孔的直徑. 所有尺寸均以釐米為組織. 0上的通孔.157釐米厚 PCB板 可以新增1的寄生電感.2 nH和0的寄生電容.5 pF; 這就是為什麼接線時需要保持警惕的原因 PCB板, 寄生效應的影響. 接地層作為公共參攷電壓, 提供遮罩, can dissipate heat and reduce parasitic inductance (but it also increases parasitic capacitance). 雖然使用地平面有很多好處, 實施時必須小心, 因為它對可以做什麼和不能做什麼有一些限制. 理想的, PCB的一層應專用作接地層. 這將在整個平面未被破壞時產生結果. 切勿挪用該專用層中的地平面面積,以連接到其他訊號. 因為接地層可以消除導體和接地層之間的磁場, 印刷線路電感可以降低. 如果地平面的某個區域被破壞, 接地層上方或下方的印刷線路將引入意外的寄生電感. 因為地平面通常具有較大的表面積和橫截面積, 接地層的電阻保持在一個值. 在低頻段, 電流將選擇電阻路徑, 但是在高頻段, 電流將選擇阻抗路徑. 然而, 也有例外, 有時小地平面更好. If the ground plane is moved away from the input or 輸出 pads, 高速運算放大器將工作得更好. 因為在輸入端的接地平面上引入了寄生電容, 運算放大器的輸入電容新增, 並且减小了相位裕度, 從而導致不穩定. 如寄生效應部分的討論所示, 運算放大器輸入端的1 pF電容會導致非常明顯的尖峰. 輸出端的電容性負載(包括寄生電容性負載)會導致迴響回路中出現極點. 這會降低相位裕度,並導致電路變得不穩定. 如果可能的話, 類比和數位電路,包括其各自的接地層和接地層,應分開. 快速上升沿可能導致電流小故障流入接地層. 這些快速電流尖峰引起的雜訊會破壞類比效能. 類比接地和數位接地應連接到公共接地點,以减少迴圈的數位和類比接地電流和雜訊. 在高頻範圍內, 必須考慮一種稱為“集膚效應”的現象. 集膚效應導致電流在導線的外表面上流動, 導線的橫截面變得更窄, 從而新增直流電阻. 雖然趨膚效應超出了本文的範圍, here is a good approximation formula for the skin depth in the copper wire (in cm, 低靈敏度電鍍金屬有助於减少皮膚效應. 接線和遮罩, PCB上有各種類比和數位信號, 包括高到低電壓或電流, 從直流到GHz頻率範圍. 很難確保這些訊號不相互干擾.

减少相同線路中長平行導線的長度 PCB板 訊號印製線之間的接近可以减少感應耦合. 减少相鄰層中長記錄道的長度可以防止電容耦合. 需要高隔離度的訊號記錄道應位於不同的層上,如果不能完全隔離,則應位於正交記錄道上, 然後將地平面放置在它們之間. 正交佈線可以减少電容耦合, 接地線將形成一個電遮罩. 該方法可用於形成受控阻抗印刷線路. 高頻訊號通常在控制阻抗列印線上流動. 那就是, 印刷線路保持特性阻抗, 例如50Î). 兩條公共控制阻抗印製線, 微帶線4和帶狀線5可以實現類似的效果, 但是實現方法不同. H表示地平面到訊號軌跡的距離, W表示軌跡的寬度, T表示軌跡的厚度; 所有尺寸均以密耳為組織. εr表示 PCB板 布料. 條形控制阻抗印製線使用兩層接地層, 訊號列印線夾在其中. 此方法使用更多列印行, 需要更多PCB層, 對電介質厚度的變化敏感, 而且成本更高,囙此通常僅用於要求較高的應用中. 高級PCB佈局對於成功的運算放大器電路設計非常重要, 特別是高速電路. 良好的原理圖是良好佈線的基礎; 電路設計工程師和佈線設計工程師之間的密切合作至關重要, 尤其是部件和接線的位置. 需要考慮的問題包括繞過電源, 减少寄生效應, 使用地平面, opamp包裝的影響, and 印刷電路板 接線和遮罩方法.