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Guida di pratica del cablaggio del circuito stampato ad alta velocità
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Guida di pratica del cablaggio del circuito stampato ad alta velocità

Guida di pratica del cablaggio del circuito stampato ad alta velocità

2022-01-07
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Author:pcb

Printed circuit boards wiring plays a key role in high-speed circuits, but it is often one of several steps in the circuit design process. Anche se un buon schema non può garantire un buon cablaggio, a good wiring starts with a good schematic. Pensare attentamente quando si disegna lo schema, and you must consider the signal flow of the entire circuit. Se c'è un flusso di segnale normale e stabile da sinistra a destra nello schema, then there should be the same good signal flow on the PCB board. Fornire quante più informazioni utili possibile sullo schema. Perché a volte l'ingegnere di progettazione del circuito non è lì, customers will ask us to help solve the circuit problem, i progettisti, technicians and engineers engaged in this work will be very grateful, incluso noi. In addition to common reference identifiers, consumo energetico, and error tolerance, quali altre informazioni devono essere fornite nello schema? Here are some suggestions for turning ordinary schematics into first-class schematics. Aggiungi forme d'onda, mechanical information about the casing, lunghezza delle linee stampate, blank areas; indicate which components need to be placed on the PCB board; give adjustment information, Intervallo di valori dei componenti, heat dissipation information, linee stampate ad impedenza di controllo, commenti, Descrizione sommaria del circuito. If you are not designing the wiring yourself, Assicurarsi di concedere un sacco di tempo per controllare attentamente il design della persona del cablaggio.

Scheda PCB

At this point, una piccola prevenzione vale cento volte il rimedio. Don't expect the wiring person to understand what you think. La tua opinione e la tua guida sono importanti nelle prime fasi del processo di progettazione del cablaggio. The more information you can provide, e più si interviene nell'intero processo di cablaggio, the better the PCB board you will get. Impostare un punto di completamento provvisorio per l'ingegnere di progettazione del cablaggio-un controllo rapido in base al progresso del cablaggio desiderato. This "closed loop" method can prevent the wiring from going astray, riducendo così la possibilità di rielaborazione. Le istruzioni che devono essere fornite al tecnico del cablaggio includono: una breve descrizione della funzione del circuito, a schematic diagram of the PCB board indicating the input and output positions, PCB board stacking information (for example, how thick the board is, quanti strati ci sono, and the detailed information of each signal layer and ground plane Power consumption, filo di terra, segnale analogico, 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 PCB board Above and which ones are placed below. Non lamentarti mai che ci sono troppe informazioni per gli altri, troppo poco? Is it too much? No. Just like in a PCB board, la posizione è tutto. Where to place a circuit on the PCB, dove installare i suoi componenti specifici del circuito, and what other adjacent circuits are, 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". Questo è il motivo per cui prestare attenzione ai dettagli del cablaggio produrrà enormi ricompense. Inizia con la posizione dei componenti chiave e considera il circuito specifico e l'intera scheda 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 può ridurre i costi e la pressione e abbreviare il ciclo di sviluppo. Bypassare l'alimentazione all'estremità 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 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 solo un'impedenza CA molto bassa possa essere vista sul pin di alimentazione su un'ampia banda di frequenza. Questo è particolarmente importante per la frequenza di attenuazione del rapporto di rifiuto dell'alimentatore op amp. 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 operativo. 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, in modo che possa mantenere un'impedenza AC molto bassa in molti intervalli di dieci ottave. Avviare direttamente dal pin di alimentazione dell'amplificatore operativo; il condensatore con il valore di capacità e la dimensione fisica deve essere posizionato sullo stesso lato del PCB dell'amplificatore operativo e il più vicino possibile all'amplificatore. Il terminale di massa del condensatore dovrebbe essere collegato direttamente al piano di massa con un perno corto o un cavo stampato. Il collegamento sopra terra deve essere il più vicino possibile al terminale di carico dell'amplificatore per ridurre l'interferenza tra il terminale di alimentazione e il terminale di terra. Questo processo dovrebbe essere ripetuto per condensatori con il valore di capacità successivo più grande. Con 0,01 della dimensione del caso 0508, il condensatore ha induttanza di serie molto bassa e prestazioni eccellenti ad alta frequenza. Alimentazione all'alimentazione: un altro metodo di configurazione utilizza uno o più condensatori bypass collegati attraverso i terminali di alimentazione positivi e negativi dell'amplificatore operativo. Questo metodo viene solitamente utilizzato quando è difficile configurare quattro condensatori nel circuito. Il suo svantaggio è che la dimensione del case del condensatore può aumentare perché la tensione attraverso il condensatore è il doppio del valore della tensione nel metodo di bypass a singola alimentazione. L'aumento della tensione richiede di aumentare la tensione nominale di guasto del dispositivo, cioè aumentare le dimensioni del caso. Tuttavia, questo metodo può migliorare le prestazioni PSR e distorsione. Poiché ogni circuito e cablaggio sono diversi, la configurazione, il numero e il valore di capacità dei condensatori dovrebbero essere determinati in base ai requisiti del circuito effettivo. I cosiddetti effetti parassitari sono quei piccoli difetti che si insinuano nel PCB e causano grandi danni al circuito, mal di testa e cause inspiegabili. Sono la capacità parassitaria e l'induttanza parassitaria che penetrano nel circuito ad alta velocità. Compresa l'induttanza parassitaria formata dai perni del pacchetto e le lunghe tracce; le capacità parassitarie formate dal pad al suolo, dal pad al piano di potenza e dal pad alla traccia; l'influenza reciproca tra i vias, e molti altri possibili effetti parassitari. Nei circuiti ad alta velocità, un piccolo valore influenzerà le prestazioni del circuito. A volte bastano dozzine di picofarad. Esempio correlato: Se c'è solo 1 pF di capacità parassitaria aggiuntiva all'ingresso invertinte, può causare picchi di quasi 2 dB nel dominio delle frequenze. Se la capacità parassitaria è abbastanza grande, causerà instabilità e oscillazione del circuito. L'induttanza della striscia è un altro effetto parassitario che deve essere considerato. È causato da linee stampate troppo lunghe o dalla mancanza di piani di terra.

Circuiti stampati

εr rappresenta la permeabilità relativa del materiale della scheda PCB. T represents the thickness of the PCB board. D1 rappresenta il diametro del terreno che circonda il foro passante. D2 represents the diameter of the isolation hole in the ground plane. Tutte le dimensioni sono in cm. Un foro passante su uno 0.157 cm di spessore PCB board può aumentare l'induttanza parassitaria di 1.2 nH and the parasitic capacitance of 0.5 pF; Questo è il motivo per cui è necessario mantenere l'allerta durante il cablaggio della scheda PCB, and the influence of parasitic effects Down. Il piano di terra funge da tensione di riferimento comune, provides shielding, can dissipate heat and reduce parasitic inductance (but it also increases parasitic capacitance). Although there are many benefits to using a ground plane, occorre prestare attenzione all'attuazione della direttiva, because it has some restrictions on what can and cannot be done. Idealmente, one layer of the PCB should be dedicated as a ground plane. Questo produrrà risultati quando l'intero aereo non sarà distrutto. Never misappropriate the area of the ground plane in this dedicated layer to connect to other signals. Poiché il piano di terra può eliminare il campo magnetico tra il conduttore e il piano di terra, the printed line inductance can be reduced. Se una determinata area del piano di terra viene distrutta, unexpected parasitic inductance will be introduced to the printed lines above or below the ground plane. Perché il piano di terra di solito ha una grande superficie e area trasversale, la resistenza del piano di terra è mantenuta ad un valore. In the low frequency band, la corrente sceglierà il percorso della resistenza, but in the high frequency band, la corrente sceglierà il percorso di impedenza. However, ci sono eccezioni, and sometimes a small ground plane is better. Se il piano di terra è spostato lontano dai pad di ingresso o di uscita, the high-speed operational amplifier will work better. A causa della capacità parassitaria introdotta al piano di terra dell'estremità di ingresso, la capacità di ingresso dell'amplificatore operativo è aumentata, and the phase margin is reduced, causando instabilità. As seen in the discussion of the parasitic effects section, una capacità di 1 pF all'ingresso di un amplificatore op può causare picchi molto evidenti. Capacitive loads at the output including parasitic capacitive loads cause poles in the feedback loop. Ciò riduce il margine di fase e fa sì che il circuito diventi instabile. If possible, circuiti analogici e digitali compresi i rispettivi piani di terra e di terra dovrebbero essere separati. Un bordo in rapido aumento può causare glitch di corrente per fluire nel piano di terra. The noise caused by these fast current spikes can destroy the analog performance. La terra analogica e la terra digitale dovrebbero essere collegati a un punto di terra comune per ridurre le correnti di terra digitali e analogiche circolanti e il rumore. Nella gamma ad alta frequenza, a phenomenon called "skin effect" must be considered. L'effetto pelle fa fluire corrente sulla superficie esterna del filo, di conseguenza, the cross-section of the wire becomes narrower, aumentando così la resistenza DC. Although the skin effect is beyond the scope of this article, here is a good approximation formula for the skin depth in the copper wire (in cm, low-sensitivity electroplated metal helps reduce the skin effect. Cablaggio e schermatura, there are various analog and digital signals on the PCB, tra cui alta e bassa tensione o corrente, from DC to GHz frequency range. È molto difficile garantire che questi segnali non interferiscano l'uno con l'altro.

Reducing the length of the long parallel wires in the same PCB board and the proximity between the signal printed wires can reduce inductive coupling. Ridurre la lunghezza delle tracce lunghe negli strati adiacenti può impedire l'accoppiamento capacitivo. Signal traces that require high isolation should go on different layers and if they cannot be completely isolated should go on orthogonal traces, e posizionare il piano di terra tra di loro. Orthogonal wiring can reduce capacitive coupling, e il filo di terra formerà uno scudo elettrico. This method can be used when forming a controlled impedance printed line. I segnali ad alta frequenza di solito scorrono sulla linea stampata di impedenza di controllo. That is, la linea stampata mantiene una caratteristica impedenza, come 50Ω. Two common controlled impedance printed lines, la linea microstrip 4 e la striscia 5 possono ottenere effetti simili, ma i metodi di attuazione sono diversi. H represents the distance from the ground plane to the signal trace, W rappresenta la larghezza della traccia, e T rappresenta lo spessore della traccia; tutte le dimensioni sono in milioni. εr represents the dielectric constant of the PCB board material. La linea stampata ad impedenza di controllo a forma di striscia utilizza due strati di piani di terra, e la linea stampata del segnale è bloccata in esso. This method uses more printed lines, richiede più strati PCB, is sensitive to changes in dielectric thickness, ed è più costoso, quindi di solito è utilizzato solo in applicazioni impegnative. High-level PCB layout is very important for successful operational amplifier circuit design, specialmente per circuiti ad alta velocità. A good schematic diagram is the basis of good wiring; close cooperation between circuit design engineers and wiring design engineers is fundamental, in particolare per quanto riguarda l'ubicazione dei componenti e dei cablaggi. Issues that need to be considered include bypassing the power supply, riduzione degli effetti parassitari, utilizzando piani di terra, the impact of opamp packaging, and printed circuit boards wiring and shielding methods.