Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Praxisleitfaden für die Verdrahtung von Leiterplatten mit hoher Geschwindigkeit
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Praxisleitfaden für die Verdrahtung von Leiterplatten mit hoher Geschwindigkeit

2022-01-07
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Author:pcb

Leiterplatten Verdrahtung spielt eine Schlüsselrolle in Hochgeschwindigkeitsschaltungen, aber es ist oft einer von mehreren Schritten im Schaltungsdesign-Prozess. Obwohl ein guter Schaltplan keine gute Verdrahtung garantieren kann, Eine gute Verkabelung beginnt mit einem guten Schaltplan. Denken Sie beim Zeichnen des Schaltplans sorgfältig nach, und Sie müssen den Signalfluss der gesamten Schaltung berücksichtigen. Wenn ein normaler und stabiler Signalfluss von links nach rechts im Schaltplan vorhunden ist, dann sollte der gleiche gute Signalfluss auf dem Leiterplatte. Geben Sie so viele nützliche Informationen wie möglich auf dem Schaltplan. Denn manchmal ist der Schaltungsdesigner nicht da, Kunden werden uns bitten, das Schaltungsproblem zu lösen, die Designer, Techniker und Ingenieure, die an dieser Arbeit beteiligt sind, werden sehr dankbar sein, einschließlich uns. Zusätzlich zu gemeinsamen Referenzkennungen, Stromverbrauch, und Fehlertoleranz, Welche weiteren Informationen sollten im Schaltplan angegeben werden?? Hier sind einige Vorschläge für die Umwandlung gewöhnlicher Schaltpläne in erstklassige Schaltpläne. Wellenformen hinzufügen, mechanische Informationen über das Gehäuse, Länge der gedruckten Linien, Leerstellen; Geben Sie an, welche Komponenten auf dem Leiterplatte; Angabe von Anpassungsinformationen, Bauteilwertbereiche, Informationen zur Wärmeableitung, Druckleitungen mit Steuerimpedanz, Kommentare, und Zusammenfassung Schaltungsbeschreibung. Wenn Sie die Verkabelung nicht selbst entwerfen, Achten Sie darauf, viel Zeit einzulassen, um das Design des Kabelpersonals sorgfältig zu überprüfen.

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An diesem Punkt, eine kleine Prävention ist hundertmal das Mittel wert. Erwarten Sie nicht, dass die Verkabelung Person versteht, was Sie denken. Ihre Meinung und Beratung sind wichtig in den frühen Phasen des Verdrahtungsentwurfs. Je mehr Informationen Sie zur Verfügung stellen können, und je mehr Sie in den gesamten Verdrahtungsprozess eingreifen, je besser die Leiterplatte du würdest ausströmen. Legen Sie einen vorläufigen Fertigstellungspunkt für den Verdrahtungskonstrukteur fest – eine schnelle Überprüfung entsprechend dem gewünschten Verdrahtungsfortschritt. Diese "Closed Loop"-Methode kann verhindern, dass die Verkabelung fehlgeht, dadurch die Möglichkeit der Nacharbeit zu reduzieren. Die Anweisungen, die dem Verdrahtungsingenieur gegeben werden müssen, umfassen: eine kurze Beschreibung der Schaltungsfunktion, ein schematisches Diagramm der Leiterplatte Anzeige der Ein- und Ausgangspositionen, Leiterplatte stacking information (for example, wie dick das Brett ist, wie viele Schichten es gibt, und die detaillierten Informationen jeder Signalschicht und Erdungsebene -Stromverbrauch, Erdungskabel, Analogsignal, digital signal and 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 Leiterplatte Oben und welche sind unten platziert. Klagen Sie sich nie darüber, dass es zu viele Informationen für andere gibt – zu wenig? Ist es zu viel? Nein. Wie in einem Leiterplatte, Position ist alles. Wo eine Schaltung auf der Leiterplatte platziert werden kann, wo die spezifischen Schaltungskomponenten installiert werden sollen, und welche anderen benachbarten Schaltungen sind, die alle sehr wichtig sind.


Normalerweise sind die Positionen von Eingang, Ausgang und Stromversorgung vorbestimmt, aber die Schaltungen zwischen ihnen müssen "ihre eigene Kreativität spielen." Deshalb wird die Aufmerksamkeit auf Verkabelungsdetails enorme Belohnungen bringen. Beginnen Sie mit der Lokalisierung der Schlüsselkomponenten und betrachten Sie die spezifische Schaltung und die gesamte Leiterplatte. Die Festlegung der Position von Schlüsselkomponenten und Signalpfaden von Anfang an trägt dazu bei, dass das Design die erwarteten Arbeitsziele erfüllt. Das richtige Design kann Kosten und Druck senken – und den Entwicklungszyklus verkürzen. Das Umgehen der Stromversorgung am Ende des Verstärkers, um Rauschen zu reduzieren, ist ein sehr wichtiger Aspekt im PCB-Designprozess – einschließlich Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker oder andere Hochgeschwindigkeits-Schaltungen. Es gibt zwei gängige Konfigurationsmethoden zum Umgehen von Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker. Erdung des Netzteilanschlusses: Diese Methode ist in den meisten Fällen effektiv, indem mehrere parallele Kondensatoren verwendet werden, um den Netzteilpin des Operationsverstärker direkt zu erden. Im Allgemeinen sind zwei parallele Kondensatoren ausreichend – aber das Hinzufügen von parallelen Kondensatoren kann für einige Schaltungen Vorteile bringen. Der parallele Anschluss von Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitätswerten trägt dazu bei, dass am Netzteilstift über ein breites Frequenzband nur eine sehr geringe AC-Impedanz zu sehen ist. Dies ist besonders wichtig für die Abschwächungsfrequenz des OP-Amp-Netzteils. Dieser Kondensator hilft, den reduzierten PSR des Verstärkers auszugleichen. Die Aufrechterhaltung eines niederohmigen Erdpfads in vielen zehn Oktavebereichen hilft sicherzustellen, dass schädliches Rauschen nicht in den OP-Verstärker eindringen kann. Abbildung 1 zeigt die Vorteile der parallelen Verwendung mehrerer Kondensatoren. Bei niedrigen Frequenzen bieten große Kondensatoren einen niederohmigen Erdweg. Aber sobald die Frequenz ihre eigene Resonanzfrequenz erreicht hat, wird die Kapazität des Kondensators schwächen und allmählich induktiv erscheinen. Aus diesem Grund ist es wichtig, mehrere Kondensatoren zu verwenden: Wenn der Frequenzgang eines Kondensators beginnt zu fallen, beginnt der Frequenzgang des anderen Kondensators zu arbeiten, so dass er eine sehr niedrige AC-Impedanz in vielen zehn Oktavenbereichen beibehalten kann. Starten Sie direkt vom Stromversorgungsstift des Operationsverstärker; Der Kondensator mit dem Kapazitätswert und der physikalischen Größe sollte auf der gleichen Seite der Leiterplatte wie der Operationsverstärker platziert werden – und so nah wie möglich am Verstärker. Die Masseverbindung des Kondensators sollte direkt mit einem kurzen Stift oder gedrucktem Draht mit der Masseebene verbunden werden. Der oberirdische Anschluss sollte so nah wie möglich an der Lastklemme des Verstärkers sein, um die Interferenzen zwischen der Leistungsklemme und der Erdklemme zu verringern. Dieser Vorgang sollte bei Kondensatoren mit dem nächstgrößten Kapazitätswert wiederholt werden. Mit 0.01 der Gehäusegröße 0508 hat der Kondensator eine sehr niedrige Serieninduktivität und eine ausgezeichnete Hochfrequenzleistung. Stromversorgung zur Stromversorgung: Eine andere Konfigurationsmethode verwendet einen oder mehrere Bypass-Kondensatoren, die über die positiven und negativen Netzteilklemmen des Betriebsverstärkers angeschlossen sind. Diese Methode wird normalerweise verwendet, wenn es schwierig ist, vier Kondensatoren in der Schaltung zu konfigurieren. Sein Nachteil ist, dass die Größe des Gehäuses des Kondensators zunehmen kann, da die Spannung über den Kondensator doppelt so hoch ist wie die Spannung im Single-Supply Bypass-Verfahren. Die Erhöhung der Spannung erfordert eine Erhöhung der Nennunterbrechungsspannung des Geräts, d.h. eine Erhöhung der Gehäusegröße. Diese Methode kann jedoch die PSR- und Verzerrungsleistung verbessern. Da jede Schaltung und Verdrahtung unterschiedlich ist, sollten die Konfiguration, Anzahl und Kapazitätswert der Kondensatoren entsprechend den Anforderungen der tatsächlichen Schaltung bestimmt werden. Die sogenannten parasitären Effekte sind jene kleinen Fehler, die sich in Ihre Leiterplatte schleichen und große Schäden in der Schaltung, Kopfschmerzen und unerklärliche Ursachen verursachen. Sie sind die parasitäre Kapazität und die parasitäre Induktivität, die in den Hochgeschwindigkeitskreis eindringen. Einschließlich der parasitären Induktivität, die durch die Paketstifte und die langen Spuren gebildet wird; die parasitären Kapazitäten, die vom Pad zum Boden, vom Pad zur Leistungsebene und vom Pad zur Spur gebildet werden; Der gegenseitige Einfluss zwischen den Vias, und viele andere mögliche parasitäre Effekte. In Hochgeschwindigkeitsschaltungen beeinflusst ein kleiner Wert die Leistung der Schaltung. Manchmal reichen Dutzende Picofarads aus. Verwandtes Beispiel: Wenn am invertierenden Eingang nur 1 pF zusätzliche parasitäre Kapazität vorhanden ist, kann dies zu fast 2 dB Spitzen im Frequenzbereich führen. Wenn die parasitäre Kapazität groß genug ist, verursacht dies Instabilität und Oszillation der Schaltung. Die Streifeninduktivität ist ein weiterer parasitärer Effekt, der berücksichtigt werden muss. Sie wird durch zu lange gedruckte Linien oder fehlende Bodenflächen verursacht.

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εr stellt die relative Permeabilität der Leiterplatte Material. T steht für die Dicke der Leiterplatte. D1 stellt den Durchmesser des Landes dar, das das Durchgangsloch umgibt. D2 stellt den Durchmesser des Isolationslochs in der Bodenebene dar. Alle Maße sind in cm. Ein Durchgangsloch auf einem 0.157 cm dick Leiterplatte kann die parasitäre Induktivität von 1 erhöhen.2 nH und die parasitäre Kapazität von 0.5 pF; Deshalb ist es notwendig, bei der Verkabelung der Leiterplatte, und der Einfluss parasitärer Effekte Down. Die Masseebene fungiert als gemeinsame Referenzspannung, bietet Abschirmung, can dissipate heat and reduce parasitic inductance (but it also increases parasitic capacitance). Obwohl es viele Vorteile bei der Verwendung einer Bodenfläche gibt, Bei der Umsetzung ist Vorsicht geboten, weil es einige Einschränkungen hat, was getan werden kann und was nicht getan werden kann. Idealerweise, Eine Schicht der Leiterplatte sollte als Masseebene zugewiesen werden. Dies führt zu Ergebnissen, wenn das gesamte Flugzeug nicht zerstört wird. Verwenden Sie niemals den Bereich der Erdungsebene in dieser dedizierten Schicht falsch, um sich mit anderen Signalen zu verbinden. Da die Masseebene das Magnetfeld zwischen dem Leiter und der Masseebene beseitigen kann, die Induktivität der gedruckten Leitung kann reduziert werden. Wenn ein bestimmter Bereich der Bodenebene zerstört wird, unerwartete parasitäre Induktivität wird in die gedruckten Linien über oder unter der Erdungsebene eingeführt. Weil die Bodenebene in der Regel eine große Fläche und Querschnittsfläche hat, der Widerstand der Bodenebene auf einem Wert gehalten wird. Im Niederfrequenzband, wird der Strom den Weg des Widerstands wählen, aber im Hochfrequenzbereich, der Strom wählt den Pfad der Impedanz. Allerdings, es gibt Ausnahmen, und manchmal ist eine kleine Bodenfläche besser. If the ground plane is moved away from the input or Ausgabe pads, der Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker wird besser arbeiten. Wegen der parasitären Kapazität, die an der Masseebene des Eingangsends eingeführt wird, die Eingangskapazität des Operationsverstärker erhöht wird, und die Phasenmarge wird reduziert, dadurch Instabilität. Wie in der Erörterung des Abschnitts parasitäre Wirkungen zu sehen ist, Eine 1-pF-Kapazität am Eingang eines Operationsverstärker kann sehr offensichtliche Spitzen verursachen. Kapazitive Lasten am Ausgang – einschließlich parasitärer kapazitiver Lasten – verursachen Pole in der Rückkopplungsschleife. Dies reduziert den Phasenrand und führt dazu, dass die Schaltung instabil wird. Wenn möglich, Analoge und digitale Schaltungen – einschließlich ihrer jeweiligen Erdungs- und Erdungsebenen – sollten getrennt werden. Eine schnell ansteigende Kante kann dazu führen, dass Stromstörungen in die Bodenebene fließen. Das Rauschen, das durch diese schnellen Stromspitzen verursacht wird, kann die analoge Leistung zerstören. Die analoge Masse und die digitale Masse sollten mit einem gemeinsamen Massepunkt verbunden werden, um zirkulierende digitale und analoge Masseströme und Rauschen zu reduzieren. Im Hochfrequenzbereich, ein Phänomen namens "Hauteffekt" muss berücksichtigt werden. Der Skin-Effekt bewirkt, dass Strom auf der äußeren Oberfläche des Drahtes fließt., der Querschnitt des Drahtes wird schmaler, Erhöhung des Gleichstromwiderstands. Obwohl der Hauteffekt über den Rahmen dieses Artikels hinausgeht, here is a good approximation formula for the skin depth in the copper wire (in cm, Niedrigempfindliches galvanisches Metall hilft, den Hauteffekt zu reduzieren. Verdrahtung und Abschirmung, Es gibt verschiedene analoge und digitale Signale auf der Leiterplatte, einschließlich Hoch- bis Niederspannung oder Strom, von DC bis GHz Frequenzbereich. Es ist sehr schwierig sicherzustellen, dass diese Signale sich nicht gegenseitig stören.

Verringerung der Länge der langen parallelen Drähte in der gleichen Leiterplatte und die Nähe zwischen den signalgedruckten Drähten kann induktive Kopplung reduzieren. Die Verringerung der Länge von langen Leiterbahnen in benachbarten Schichten kann eine kapazitive Kopplung verhindern. Signalspuren, die eine hohe Isolation erfordern, sollten auf verschiedenen Schichten verlaufen und – wenn sie nicht vollständig isoliert werden können – auf orthogonalen Spuren verlaufen., und die Bodenebene zwischen ihnen platzieren. Orthogonale Verdrahtung kann kapazitive Kopplung reduzieren, und der Erdungskabel bildet eine elektrische Abschirmung. Dieses Verfahren kann verwendet werden, wenn eine gedruckte Linie mit kontrollierter Impedanz gebildet wird. Hochfrequenzsignale fließen normalerweise auf der gedruckten Steuerimpedanz-Leitung. Das ist, die gedruckte Linie behält eine charakteristische Impedanz bei, wie 50Ω. Zwei gemeinsame gedruckte Linien mit kontrollierter Impedanz, Die Mikrostreifenlinie 4 und die Streifenlinie 5 können ähnliche Effekte erzielen, aber die Umsetzungsmethoden sind unterschiedlich. H stellt den Abstand von der Masseebene zur Signalspur dar, W steht für die Breite der Spur, und T die Dicke der Spur darstellt; alle Abmessungen sind in Mio. εr stellt die dielektrische Konstante des Leiterplatte Material. Die streifenförmige Steuerimpedanz gedruckte Linie verwendet zwei Schichten von Masseebenen, und das Signal gedruckte Linie wird darin geklemmt. Diese Methode verwendet mehr gedruckte Linien, erfordert mehr Leiterplattenschichten, ist empfindlich auf Änderungen der dielektrischen Dicke, und ist teurer – daher wird es meist nur in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. High-Level-PCB-Layout ist sehr wichtig für erfolgreiches Operationsverstärker-Schaltungsdesign, speziell für Hochgeschwindigkeitsstrukturen. Ein gutes schematisches Diagramm ist die Grundlage einer guten Verdrahtung; Die enge Zusammenarbeit zwischen Schaltungsdesignern und Schaltungsdesignern ist grundlegend, insbesondere hinsichtlich der Lage von Bauteilen und Verkabelungen. Zu den Themen, die berücksichtigt werden müssen, gehören das Umgehen der Stromversorgung, Verringerung der parasitären Wirkung, mit Bodenflächen, die Auswirkungen von opampen Verpackungen, and Leiterplatten Verdrahtungs- und Abschirmverfahren.