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PCB技術

PCB技術 - 増幅器とビデオフィルタ回路基板設計技術

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PCB技術 - 増幅器とビデオフィルタ回路基板設計技術

増幅器とビデオフィルタ回路基板設計技術

2021-10-28
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Author:Downs

任意のツールボックスで 回路基板 デザイナー, 集積回路増幅器は最も基本的な構成要素の一つである, そしてそれは市場で最も汎用性の高い製品の一つです. 増幅器は複数の機能を有する, ドライブADCなど, 駆動複数のビデオ負荷, ビデオまたは他のタイプのフィルタとして機能する, 高速計器信号の駆動, etc. また、発振器として使用することができます, しかし、彼らはいくつかの実用的なアプリケーションで問題になることができます, なぜなら、デザイナーがそれを必要とするときに、増幅器は発振するだけでよいからです. If the 回路基板 が正しく設計されていない, 増幅器は、それ自身のものをして、意志で振動します. So, この有害な発振を避けるためにデザイナーは何をすべきか? 以前に電子コースで学んだことを思い出してください, それで, 振動は静電容量に関係する, インダクタンス. したがって, キーは慎重に設計することです 回路基板 任意の外部の容量性および誘導性のフィードバック経路が縮小されるかまたは排除されることを確実とするために. 本論文では13レイアウト設計ガイドラインを提案する.

回路基板、負荷(特に容量性負荷)および/またはレイアウト設計は、すべて、見えないキャパシタンスおよびインダクタンスをもたらす。さらに、回路基板の周囲のバイパスコンデンサに流れる電流は、異なる経路を生成し、結果として歪みを生じる。したがって、歪みを減少させると主張するいくつかの技術は、実際には逆効果であり、発振を回避するための設計ルールに反比例する。(デザイナーの仕事は決して簡単ではないし、それは本当だ)そこで、アンプやビデオフィルタのレイアウトを設計する際に、グローバルなバランスを保ち、歪みや発振を減らすためには、何が必要か?

PCBボード

発振器の最初の観察増幅器が容量性負荷を直接駆動するために使用されるとき、負荷は増幅器の出力インピーダンスによって位相遅れを生じ、位相遅れはパルススパイクまたは発振を引き起こす。いくつかの増幅器は、容量性負荷を直接駆動することができるが、増幅器の安定性及び整定時間性能を改善するために、増幅器の出力に小直列抵抗(RS)を加える必要がある。

高周波増幅器は回路レイアウトに起因する歪みによって容易に影響を受ける。オーディオ増幅器のような低周波増幅器でさえ、非常に厳しい歪み要件を有する。歪み(THD)オーディオ品質の主な指標です。したがって、レイアウトに起因する歪みを減らすことは重要である。

の主な規則 高周波PCB レイアウト設計は、パッケージの電源ピンに可能な限り高周波バイパスコンデンサを配置することである. しかし, 実験では、高周波バイパスコンデンサの接続トレースをわずかに拡張することで平坦性と利得利得を改善できることが示されている, 歪曲を減らす. デザインルールはもちろん有益です, そして、デザイナーの実験的な経験は、ルールが現実と一致していることを保証するために非常に有用です.

回路基板上のビデオフィルタドライバを設計するとき、入力結合コンデンサ及び終端抵抗器が最良の信号完全性を得るために入力ピンの近くに配置されるべきであることは非常に重要である。図3は、ビデオフィルタ/ドライバの典型的なAC結合入力構成を示す。この構成では、0.1 ufセラミックコンデンサを用いて入力信号を交流接続する。入力信号が接地電位以下である場合、クランプ回路は起動しないしかし、入力信号が接地電位より低い場合、クランプ回路は、同期端子の最低電圧を接地電位よりも低くする。内部DCオフセットと組み合わされたクランプ回路によって設定された入力レベルは、約250 mVの許容範囲内で出力信号を維持する。

最高出力信号品質を得るために、直列終端抵抗器は、コンポーネントの出力ピンに可能な限り近く配置されなければならない。これにより、ドライバの出力に寄生容量と寄生インダクタンスの影響を大幅に低減することができる。

13回路基板設計ルール

1)RTM(商品マニュアルを注意深く読む)。増幅器のデータシートは、一般にその最小の安定した利得要件を前方に置きます。このインデックスはとても重要です。増幅器の動作利得が推奨最小安定利得未満である場合、発振が生じることがある。

2)グランドプレーンを使用。これは、コンポーネントのための低誘導接地接続を提供する最良の方法です。

3)アンプの下と周辺のグランドプレーンを除去し,センシングピン近傍のグランドプレーンを取り除く。浮遊容量を低減するために高速増幅器の入力ピン及び出力ピン近傍のグランドプレーンを除去する。同様に、増幅器の下と周辺のグランドプレーンを除去することは有用である。

4)表面実装部品を使用。このような構成のピンインダクタンスは非常に小さい。

5)ピン長をできるだけ短くしておく。ピン長を短くすることによって、増幅器の反転入力における直列インダクタンスを減少させることができる。

6 )スロットの使用を避けてください。インダクタンスを減らすために、ソケットを使用しないでください。

7推奨フィードバック抵抗値を使用します。これは現在のフィードバック増幅器を使用する場合に非常に重要である。

8)増幅器の直接帰還ループでは非線形成分(コンデンサなど)を使用しない。

9)単一利得構成を達成するためにフィードバック抵抗器を使用する。標準的な電圧フォロワー回路を使用しないでください。

10 )バイパスコンデンサを使う。各電源にバイパスコンデンサを追加することにより、電源ピンにおける戻り電流経路インピーダンスを低減し、電源ノイズ抑制能力を向上させ、電源配線上に高周波フィルタリングを行うことができる。大部分のメーカーは、6.8 ufのtanコンデンサと0.1 ufのセラミック・コンデンサの使用を推薦します。最高のパフォーマンスのために、コンデンサは以下の規則に従って置かれなければなりません:6.8 ufコンデンサは、電源ピンから0.75インチを超えてはいけません、そして、0.1 UFコンデンサは電源ピンから0.1インチを超えてはいけません。両者間の距離が大きくなると、配線インダクタンスの増加によりキャパシタのフィルタ効果が低下する。しかし、これはまた、歪みの考慮に対して重量を測定する必要がある。実験結果は、この距離が少し長くなると歪み性能が向上することを示す。

11)バイパスコンデンサを調整して歪みを小さくします。つの演算増幅器が接地電流経路によって歪みを生じるときには、バイパス素子を調整して接地電流を調整して入力素子から遠ざけることができる。これは非常に簡単です、ちょうど入力から離れてそのグランド接続を保つためにバイパスコンデンサを調整します。

12)ビデオフィルタでは直列終端抵抗を出力ピンに近接させる。そうすることによって、フィルタ出力ドライバに寄生容量の影響を最小にすることができ、したがって、出力における振動を回避することができる。

13)入力結合コンデンサ及び終端抵抗器を入力ピンに近接させて最良の信号完全性を得る。

The 回路基板レイアウト has a great influence on the system performance. したがって, レイアウト設計段階, エラーを避けるために注意深く監視しなければならない.