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Blog de PCB - Guía práctica para el cableado de placas de circuito impreso de alta velocidad

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Guía práctica para el cableado de placas de circuito impreso de alta velocidad

2022-01-07
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Author:pcb

El cableado de placas de circuito impreso juega un papel clave en los circuitos de alta velocidad, pero suele ser uno de los varios pasos en el proceso de diseño del circuito. Aunque un buen esquema no garantiza un buen cableado, un buen cableado comienza con un buen esquema. Se debe considerar cuidadosamente al dibujar el esquema, y se debe considerar el flujo de señal de todo el circuito. Si hay un flujo de señal normal y estable de izquierda a derecha en el diagrama esquemático, entonces debe haber el mismo Buen flujo de señal en el tablero de pcb. Proporcionar la mayor cantidad de información útil posible en el diagrama esquemático. ¿Debido a que a veces los ingenieros de diseño de circuitos están ausentes y los clientes nos piden ayuda para resolver problemas de circuitos, los diseñadores, técnicos e ingenieros que se dedican a este trabajo estarán muy agradecidos, incluyéndonos. ¿ qué información debe proporcionarse en el esquema además de los identificadores de referencia comunes, el consumo de energía y la tolerancia a fallas? Las siguientes son algunas sugerencias para transformar el diagrama esquemático ordinario en una intención de primera clase. Añadir la forma de onda, la información mecánica sobre la carcasa, la longitud del cable impreso, el área en blanco; Indica qué componentes deben colocarse en la placa de pcb; Se da información de ajuste, rango de valores de componentes, información de disipación de calor, línea de impresión de resistencia de control, anotación y descripción del Circuito de resumen. Si no diseñas el cableado tú mismo, asegúrate de dejar tiempo suficiente para revisar cuidadosamente el diseño del personal de cableado.

Tablero de PCB

En este punto, una pequeña precaución es mejor que cien veces el remedio. No esperes que el personal de cableado entienda lo que piensas. Sus opiniones y orientación son muy importantes en las primeras etapas del proceso de diseño del cableado. Cuanto más información puedas proporcionar, más intervención durante todo el proceso de cableado, mejor será el tablero de PCB que obtendrás. Establezca un punto de finalización provisional para el ingeniero de diseño de cableado: realice una inspección rápida de acuerdo con el progreso del cableado que desea. Este método de "circuito cerrado" puede evitar que el cableado se desvíe, reduciendo así la posibilidad de retrabajo. Las instrucciones que deben darse al ingeniero de cableado incluyen: una breve descripción de la función del circuito, un diagrama esquemático de la placa de circuito impreso que indica la posición de entrada y salida, Información sobre la pila de placas de PCB (por ejemplo, qué tan gruesa es la placa, cuántas capas hay, y detalles de cada capa de señal y formación de tierra - consumo de energía, suelo de tierra, señal analógica, señal digital y señal rf); Qué señales se necesitan para cada capa; Se requiere colocar componentes importantes; La ubicación exacta de los componentes de derivación; Qué líneas de impresión son importantes; Qué líneas necesitan controlar las líneas de impresión de resistencia; Qué líneas deben coincidir con la longitud; El tamaño de los componentes; Qué líneas de impresión deben mantenerse alejadas unas de otras; ¿ qué líneas deben mantenerse alejadas (o acercarse) entre sí; ¿ qué componentes deben mantenerse alejados (o acercarse) entre sí; Qué componentes deben colocarse por encima de la placa de PCB y qué componentes deben colocarse por debajo. ¿¿ nunca te quejes de que los demás tienen demasiada o poca información? ¿¿ es demasiado? No. al igual que en el tablero de pcb, la posición es todo. La ubicación del Circuito en el pcb, donde se instalan sus componentes de circuito específicos y cuáles son otros circuitos adyacentes, todos ellos son muy importantes.


Por lo general, la ubicación de las entradas, salidas y fuentes de alimentación está preestablecida, pero los circuitos entre ellos requieren "dar rienda suelta a su creatividad". por eso, prestar atención a los detalles del cableado da grandes recompensas. A partir de la ubicación de los componentes clave, considere un circuito específico y toda la placa de circuito impreso. Especificar desde el principio la ubicación de los componentes clave y las rutas de señal ayuda a garantizar que el diseño cumpla con los objetivos de trabajo esperados. Obtener el diseño correcto puede reducir costos y presiones y acortar el ciclo de desarrollo. En el proceso de diseño de pcb, que incluye amplificadores operativos de alta velocidad u otros circuitos de alta velocidad, eludir la fuente de alimentación del extremo de potencia del amplificador para reducir el ruido es un aspecto muy importante. Hay dos métodos de configuración comunes para eludir los amplificadores operativos de alta velocidad. Puesta a tierra de terminales de alimentación: este método es efectivo en la mayoría de los casos, utilizando varios condensadores paralelos para conectar directamente el pin de alimentación del amplificador operativo a tierra. En general, dos condensadores paralelos son suficientes, pero aumentar los condensadores paralelos puede traer beneficios a algunos circuitos. La derivación de condensadores con diferentes valores de condensadores ayuda a garantizar que la resistencia a la ca muy baja solo se pueda ver en el pin de alimentación en la banda ancha. Esto es particularmente importante para la frecuencia de atenuación de la relación de supresión de energía del amplificador operativo. El capacitor ayuda a compensar la reducción del PSR del amplificador. Mantener una ruta de tierra de baja resistencia en un rango de 10 octavos ayudará a garantizar que el ruido dañino no entre en el amplificador operativo. La figura 1 muestra las ventajas del uso paralelo de múltiples condensadores. A baja frecuencia, los grandes condensadores proporcionan rutas de tierra de baja resistencia. Pero una vez que la frecuencia alcanza su propia frecuencia de resonancia, la capacidad del capacitor se debilitará y la inducción aparecerá gradualmente. Es por eso que es importante usar varios condensadores: cuando la respuesta de frecuencia de uno comienza a disminuir, la respuesta de frecuencia de otro comienza a funcionar, por lo que puede mantener una resistencia de CA muy baja en muchos rangos de décima. Comienza directamente desde el pin de alimentación del amplificador operativo; Los condensadores con valores capacitivos y dimensiones físicas deben colocarse en el mismo lado del PCB que el amplificador operativo y lo más cerca posible del amplificador. Los terminales de puesta a tierra de los condensadores se conectarán directamente al plano de puesta a tierra utilizando clavos cortos o cables impresos. La conexión en tierra debe estar lo más cerca posible del terminal de carga del amplificador para reducir la interferencia entre el terminal de alimentación y el terminal de tierra. Para los condensadores con valores de condensadores secundarios grandes, este proceso debe repetirse. El capacitor tiene un tamaño de carcasa de 0,01 de 0508 y tiene una inducción en serie muy baja y un excelente rendimiento de alta frecuencia. Fuente de alimentación a fuente de alimentación: otro método de configuración utiliza uno o más condensadores de derivación conectados entre los terminales de alimentación positiva y negativa del amplificador operativo. Este método se utiliza generalmente cuando es difícil configurar cuatro condensadores en el circuito. La desventaja es que el tamaño de la carcasa del capacitor puede aumentar, ya que el voltaje en ambos extremos del capacitor es el doble del valor del voltaje en el método de derivación de una sola Fuente. Aumentar el voltaje requiere aumentar el voltaje nominal de ruptura del dispositivo, es decir, aumentar el tamaño de la carcasa. Sin embargo, este método puede mejorar el rendimiento del PSR y la distorsión. Debido a que cada circuito y cableado es diferente, la configuración, el número y el valor del capacitor del capacitor deben determinarse de acuerdo con los requisitos del circuito real. Los llamados efectos parasitarios se refieren a pequeñas fallas que se sumergen en los PCB y causan enormes daños en los circuitos, dolores de cabeza y causas inexplicables. Son condensadores parasitarios e inductores parasitarios que penetran en circuitos de alta velocidad. Incluye inductores parasitarios formados por Pins de encapsulamiento y rastros largos; Condensadores parasitarios formados desde la almohadilla hasta el suelo, la almohadilla hasta el plano de la fuente de alimentación y la almohadilla hasta el rastro; La interacción entre los agujeros y muchos otros posibles efectos parasitarios. En los circuitos de alta velocidad, un pequeño valor afecta el rendimiento del circuito. A veces decenas de pieles son suficientes. Ejemplo relacionado: si la entrada de fase inversa solo tiene un capacitor parasitario adicional de 1pf, puede causar un pico de casi 2db en el dominio de frecuencia. Si la capacidad parasitaria es lo suficientemente grande, causará inestabilidad y oscilación en el circuito. La bobina de inducción de banda es otro efecto parasitario a considerar. Esto se debe a que la línea impresa es demasiado larga o carece de un plano de tierra.

Placa de circuito impreso

Isla μr representa la permeabilidad magnética relativa del material de la placa de pcb. T indica el grosor de la placa de pcb. D1 indica el diámetro de la almohadilla alrededor del agujero. D2 indica el diámetro del agujero de aislamiento en el plano de tierra. Todas las dimensiones se expresan en centímetros. el agujero a través de la placa de PCB de 0157 centímetros de espesor puede aumentar la inducción parasitaria de 1,2 NH y la capacidad parasitaria de 0,5 pf; Es por eso que es necesario estar atentos al cableado de placas de pcb, así como el impacto de los efectos parasitarios. El plano de tierra actúa como un voltaje de referencia público, proporcionando un blindaje que disipa el calor y reduce la inducción parasitaria (pero también aumenta la capacidad parasitaria). Aunque el uso del plano del suelo tiene muchos beneficios, hay que tener cuidado al implementarlo, ya que tiene algunas limitaciones sobre lo que se puede y no se puede hacer. Idealmente, una capa de PCB debería dedicarse al plano de tierra. Cuando todo el plano no está destruido, esto producirá resultados. Nunca malverse el área de formación de conexión en esta capa especial para conectar otras señales. Debido a que el plano de tierra puede eliminar el campo magnético entre el conductor y el plano de tierra, se puede reducir la inducción de la línea impresa. Si se destruye una zona del plano de tierra, se introducirá una inducción parasitaria inesperada en la línea impresa por encima o por debajo del plano de tierra. Debido a que el plano de tierra suele tener una gran superficie y una sección transversal, la resistencia del plano de tierra se mantiene en un valor. En la banda de baja frecuencia, la corriente elegirá el camino de la resistencia, pero en la banda de alta frecuencia, la corriente elegirá el camino de la resistencia. Sin embargo, también hay excepciones, a veces el pequeño nivel del suelo es mejor. Si el plano de tierra está lejos de la almohadilla de entrada o salida, el amplificador operativo de alta velocidad funcionará mejor. Debido a los condensadores parasitarios introducidos en el plano de tierra de la entrada, la capacidad de entrada del amplificador operativo aumenta y el margen de fase disminuye, lo que resulta en inestabilidad. Como se muestra en la discusión de la Sección de efectos parasitarios, los condensadores 1pf en la entrada del amplificador operativo pueden causar picos muy obvios. Las cargas capacitivas en la salida, incluidas las cargas capacitivas parasitarias, causan polos en el circuito de retroalimentación. Esto reduce el margen de fase y hace que el circuito se vuelva inestable. Si es posible, los circuitos analógicos y digitales, incluidos sus respectivos planos de tierra y de tierra, deben separarse. El borde de ascenso rápido puede causar que las burras de corriente fluyan al plano del suelo. El ruido causado por estos picos de corriente rápida puede destruir el rendimiento de la simulación. La puesta a tierra analógica y digital se conectará a la puesta a tierra pública para reducir la corriente y el ruido de puesta a tierra digital y analógico circulares. En el rango de alta frecuencia, se debe considerar un fenómeno llamado "efecto cutáneo". El efecto cutáneo hace que la corriente fluya sobre la superficie exterior del cable, por lo que la sección transversal del cable se vuelve más estrecha, aumentando así la resistencia de corriente continua. Aunque el efecto cutáneo está más allá del alcance de este artículo, Esta es una buena fórmula aproximada para la profundidad de la piel del cable de cobre. (centímetros, metales galvanizados de baja sensibilidad ayudan a reducir el efecto cutáneo. cableado y blindaje, con todo tipo de señales analógicas y digitales en el pcb, incluyendo altas a bajas tensiones o corrientes, en el rango de frecuencia de DC a ghz. es difícil asegurarse de que estas señales no interfieran entre sí. reducir la longitud y proximidad de líneas planas largas en el mismo tablero de PCB El acoplamiento inductor se puede reducir entre los cables de impresión de señales. Reducir la longitud de las huellas largas en las capas adyacentes puede evitar el acoplamiento capacitivo. Los rastros de señal que requieren un alto aislamiento deben estar en diferentes capas y, si no están completamente aislados, deben estar en los rastros ortonormales y colocar planos de tierra entre ellos. El cableado ortogonal puede reducir el acoplamiento capacitivo, y el cable de tierra formará un blindaje eléctrico. Este método se puede utilizar al formar líneas de impresión de Resistencia controlada. Las señales de alta frecuencia suelen fluir en la línea de impresión de resistencia de control. Es decir, las líneas impresas mantienen una resistencia característica, como 50 islas. Las dos líneas comunes de impresión de Resistencia controlada, la línea de MICROSTRIP 4 y la línea de banda 5, pueden lograr resultados similares, pero el método de implementación es diferente. H indica la distancia desde el plano de tierra hasta el rastro de señal, W indica el ancho del rastro y T indica el espesor del rastro; Todas las dimensiones están en mils. Representa la constante dieléctrica del material de la placa de pcb. Las líneas de impresión de resistencia controlada por barra utilizan dos capas de planos de tierra en los que se sujetan las líneas de impresión de señal. este método utiliza más líneas de impresión, requiere más capas de pcb, es sensible a los cambios en el grosor dieléctrico y es más costoso, por lo que generalmente solo se utiliza para aplicaciones exigentes. El diseño de PCB de alto nivel es muy importante para el diseño exitoso de circuitos amplificadores operativos, especialmente para circuitos de alta velocidad. Un buen esquema es la base de un buen cableado; La estrecha cooperación entre ingenieros de diseño de circuitos y ingenieros de diseño de cableado es crucial, especialmente en términos de ubicación de componentes y cableado. Las cuestiones a considerar incluyen eludir la fuente de alimentación, reducir los efectos parasitarios, el uso de planos de tierra, los efectos del encapsulamiento del amplificador operativo y los métodos de cableado y blindaje de la placa de circuito impreso.