אופטימיזציה של Op Amp Circle Layouts עבור מינימאל רעש ו קרוסבאט ב High-Speed Applications

מגברי תפעול (op amps) נשארים אבני בניין חיוניות במעגלים אנלוגיים מהירים וחתימים מעורבים.כפי שדרים אותות דוחפים לתוך טווח מגההרץ וג'יגההרץ, אפילו פגמים בפריסה קטנים יכולים להציג רעש וצוואר כי ביצועי מערכת חיתוך. Achieving אות נקי דורש בחירות עיצוב מכוונת פריסה, רכיב, ו routing זה מספק מדריך מקיף כדי להפחית את הביצועים של מערכת חיתוך מיידי עם אסטרטגיות מעגליות באופן מיידי.

הבנת מקורות רעש ב- Op Amp

רעש במעגלי mp עולה משני המאפיינים הפנימיים של המכשיר וגורמים סביבתיים חיצוניים.הכרה במקורות אלה היא הצעד הראשון לקראת הפחתה יעילה.

ארכיון תגיות: Intrinsic Op Amp Noise

כל תצלום יוצר רעש משלו בשל תהליכים פיזיים ברכיבים המוליכים למחצה שלו.שלושת הסוגים העיקריים הם:

  • [ה]ב"ה[דרוש מקור]: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],] [ה], [ה], [ה],]], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'], [ה'], [ה'], [ה']']'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה']']']'[ה']']']']'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה']']']'[ה']']']']'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה'[ה'
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) רעש קליק (1/f רעש) אנדרל 1 (Fack) שולט בתדרים נמוכים והוא קשור לפגמים על פני השטח בחומרים מוליכים למחצה.

בחירת אמפ עם צפיפות רעש נמוכה (nV / ⁇ Hz) עבור טווח תדירות של עניין הוא קריטי.לדוגמה, את ה-FLT:0Analog מכשירים ADA4898uaFLT:1 מציע 0.9 nV / ⁇ מתח רעש, מה שהופך אותו מתאים עבור יישומים מהירים, נמוך.

המונחים: noise Coupling

רעש חיצוני נכנס למעגל באמצעות הפרעה אלקטרומגנטית (EMI), צנרת כוח קרוע, וקודמת הקרקע. אותות דיגיטליים מהירים על אותו לוח יכולים להתחבר לשרידים אנלוגיים רגישים. התערבות רדיated ממנועי בקרבת מקום, משדרי RF, או מעבר למגירים גם ביצועים מדרגות.

טכניקות פריסה נכונות עוזרות להגן על מעגל האמפ מן התוקפים החיצוניים האלה לפני הרעש מגיע לשלב קלט.

אסטרטגיות לLo-Noise High-Speed Circles

התעלות היא ככל הנראה הגורם המשפיע ביותר בביצוע רעש.מערכת קרקע מעוצבת גרועה יוצרת לולאות, תנודות מתח, ונתיבי החזרה משותפים שזוגות רעשים ישירות אל נתיב האות.

מטוס קרקעי חזק מול כוכב

עבור מעגלים מהירים, מטוס קרקע מוצק רציף על שכבת פנימי מספק את הנתיב הנמוך ביותר החזרה אימפולסיביות.זה מקטין את הקרקע קפיצה ומפחית את שטח הלולאה עבור זרמים גבוהים.כוכב מעומק, שבו כל הקשרים הקרקעיים נפגשים בנקודה אחת, עובד הכי טוב במערכות נמוכות או בעלות ברית מעורב, אבל הוא יוצר אזורים גדולים בתדרים גבוהים.

חלוקת מטוסים

כאשר מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים coexist, חלוקת המטוס הקרקע יכול לבודד זרמי החזרה דיגיטליים אותות אנלוגיים רגישים.עם זאת, פיצול המטוס יוצר אנאנטנות משבטים כי קורנת EMI. גישה טובה יותר היא להשתמש במטוס קרקע יחיד והפרדה פיזית את החלקים האנלוגיים והדיגיטליים על הלוח, ולאחר מכן לגשר עליהם עם fer beads או נתיב נחושת צר.

להימנע מ- Ground Loops

לולאות קרקעיות מתרחשות כאשר מנצח קרקע יוצר לולאה סגורה באמצעות קשרים מרובים.הם פועלים כאנטנות שתופסות שדות מגנטיים.כדי למנוע לולאות, להבטיח כי אותות והחזרת זרמים זורמים קרוב וכי אין חיבורים קרקעיים אדומים קיימים בין חלקים מרוחקים של המעגל.אם קשרים חיצוניים (קלידים, ציוד בדיקה) הם בלתי נמנעים, שימוש במשנה בידוד או אות מאוזנת כדי לשבור את הלולאה.

כוח אספקה

רעש אספקת חשמל יכול להיות ישירות לתוך השלבים הפנימיים של אמפ, המופיעים כאותים מעוררים בפלט. פיזור נכון סופג רעש גבוה ⁇ ומספק מאגר אנרגיה מקומי עבור זרמים טרנספורמטיביים.

Capacitor Selection and Placement

להציב קיבול קרמיקה נמוך (0.1 μF ל 1 μF) קרוב ככל האפשר לכל סיכה אספקת חשמל של ה- mp - באופן אידיאלי בתוך 1 מ"מ של ה- pin. Connect את כריית הקרקע של capacitor ישירות אל המטוס הקרקע עם לוח קצר באמצעות.עבור דיכוי פס רחב, השתמש בשילוב של capacitors: 0.1F (עבור רעש מעל 1 מהיר) ו 10 מיקרופטפטפטפטפטפטפט תמיד נמוך יותר (p) או יותר).

מסנן נוסף ניתן להשיג על ידי הוספת טכס שפיר בסדרה עם עקבות הכוח לפני הציפוי המרתיע.הדבור מוסיף עכבות בתדרים גבוהים, להגביר את הרעש לפני שהוא מגיע לאמפ.

מטוס הכוח Integrity

השתמש בכוח ייעודי ומטוסי קרקע ב- Multilayer PCB. מטוסים אלה יוצרים קיבול מבוזר אשר עוד להפחית את העיכוב בתדרים גבוהים. להימנע מפגיעה בתכונות כוח דיגיטליות רועשות ליד מטוס הכוח האנלוגי; במקום זאת, להשתמש במודולים נפרדים של מתח (VRMs) עבור אספקה אנלוגית ודיגיטלית עם התייחסות קרקעית משותפת בנקודה אחת.

עיצוב אותות וטראס

העקבות הפיזיות המחברות את ה- mp למקורות הקלט שלה, רשת משוב, ועומס הם אנאנטנות שיכולות גם להתקרר ולקבל רעש. ⁇ זהירות ממזער את ההשפעות הטפיליות הללו.

מינימום Trace אורך ו- Loop Zone

שמור את כל מסלולי האות - במיוחד את הקלטים הלא-מסוגים - קצר ככל האפשר. עקבות ארוכים מגבירים את הסדרה אינדוקנקטנס, אשר יוצר מעגלים חוזרים עם קפיקט קצב רוח טפיליטי ו degrads רוחב פס. יותר חשוב, עקבות ארוכים יוצרים אזורי לולאה גדולים יותר אשר אוספים שדות מגנטיים.

ביקורת: Impedance רוסינג

עבור מהירויות מעל 50 MHz, חוסר התאמה גורם השתקפות שיוצרת טבעת ורעש. לחשב את העיכוב הנדרש (למשל, 50 ⁇ יחיד-ended, 100 ⁇ שונהial) מבוסס על הערימה- PCB-up ולהשתמש בטכניקות מיקרו סטריפ או פסליין. לשמור על עקבות עקביים וספאם, ולהימנע מ -90 מעלות חד-דרגות - להשתמש 45-מ"ג או לשמור על עקומות קבוע.

כלים רבים בעיצוב PCB כוללים מחשבונים של חומרים לא-מניעה.לבדוק את היכולת של יצרן הדירקטוריון שלך - סובלנות טיפוסית הם ±10%. כלים כמו FLT:0 The SI List LeafveFLT:1 מציעים מחשבים בחינם ושיטות הטובות ביותר.

ספיגה בין Traces

קרוסדור בין עקבות סמוכים עולה כמו ספיגה טיפות. עבור אותות במהירות גבוהה, לעקוב אחר כלל 3W: המרחק בין מרכזי עקבות צריך להיות לפחות שלוש פעמים רוחב עקבות.אם אפשרי, להגדיל את ספיגה ל 5W עבור צמתים רגישים. להימנע הפעלת עקבות דיגיטליות במהירות גבוהה במקביל לקידוד אנלוגיה קלטות עבור כל מרחק משמעותי.

משמרות וחסימת

עקבות המשמר - עקבות נחושת המוצבות בשני הקצוות - ממוקם ליד עקבות אותות רגישים יכול לספק קצת מגן נגד צלב רפלקטיבי.עם זאת, עקבות שמירה יעילים ביותר בתדרים נמוכים. בתדרים גבוהים, הם יכולים למעשה להגדיל את ההפיכה אם לא נגמר כראוי. מגן גבוה יותר הוא מטוס קרקע רציף על השכבה לעיל או מתחת לסימן.

ההרחבה Crosstalk Through Stack-Up

שכבת הערימה קובעת כיצד אותות זוג אחד לשני ולמטוסי הכוח והקרקע.A ערימה מעוצבת היטב מבודדת מקורות רעש ושומרת על שלמות אות.

המונחים:

עבור לוח ארבע שכבות, משימות אופייניות הן: שכבה עליונה (סימנים ורכיבים), שכבה שנייה (מטוס קרקע), שכבה שלישית (מטוס כוח), שכבת תחתית (signals) הסדר זה מספק מטוס קרקע סמוך לשתי שכבות אות, מצמצם את אזור לולאה. עבור שש או יותר שכבות, להקדיש שכבות פנימיות לקרקע וכוח, ולהשתמש בשכבות חיצוניות רק עבור מהירות נמוכה או רגישות נמוכה.

קברים קבורים

כוח מקום ומטוסי קרקע קרובים ככל האפשר (בדרך כלל 3-5 מילימטרים עם דיאלקטרי) כדי ליצור קפיטור גבוה עקיפה כי מדכא את התחדשות המטוס.טכניקה זו, המכונה לעתים קרובות "קפיד קיבול", יכול להפחית באופן דרמטי רעש על אוטובוס הכוח. יצרנים רבים מציעים אפשרויות לשחיטה דקת עבור מטרה זו.

מקום מתאים ל Noise and thermal Management

מיקום פיזי של האמפ ואת מרכיביו הסובבים משפיע ישירות על הפיכה רעש והתנהגות תרמית.

לשמור על משככי כאבים סגורים

משוב התנגדות ו capacitor (אם נעשה שימוש) צריך להיות ממוקם קרוב יותר ל pins amp ככל האפשר. עקבות ארוכים מן הפלט כדי למנוע את הקלט ליצור קיבולים parasitic ו inductance כי יכול לגרום חוסר יציבות ופסגות. השתמש רכיבי משטח על פני השטח בחבילות קטנות (למשל, 0402 או 0603) כדי להפחית את הגודל parasitic Place באופן ישיר עם לוחות זמנים מינימליים עם לולאות.

⁇ מהירות גבוהה וטיולים רגישים

תנו את ה- PCB להתרחק מגנרטורים שעונים, החלפת הרגולטורים וקווי האות הדיגיטליים.אם המרחב של ה- PCB הדוק, הורידו את עקבות הקרקע בין האזורים רועשים ורגישים.מנעו הצבת האמפ ליד קצה הלוח שבו הפרעה חיצונית היא יותר סבירה.

המונחים:

⁇ מהירות גבוהה יכול לפסול כוח משמעותי, וטמפרטורת עולה רעש (רעש נוסף) ולהפחית את האמינות.ספק: שטח נחושת גבוה עבור כיור חום כיור חום 1 השתמש במספרים באמצעות החתך התרמית של האמפ כדי לבצע חום למטוסים קרקעיים פנימיים.

סינון וסיכום לדיכוי רעש

מסננים חיצוניים ורשתות סיום יכולים לנקות אותות לפני שהם מגיעים לאמפ או לאחר הגדלה.

Inputing filter

הוסף מסנן נמוך על הקלט אמפ כדי להעצים רעש מחוץ לפס. מסנן פשוט RC (resistor בסדרה, capacitor to הקרקע) ממוקם קרוב לערכת קלט הוא יעיל.בחר את תדירות הקיצוץ היטב מעל תדירות האות המקסימלי כדי למנוע עיוות אות. עבור קלטות שונות, השתמש מסנן משותף-de כדי לדחות התערבות משותפת.

המונחים: Termination

בעת נהיגה כבלים ארוכים או עומסים קיבוליים, סיום הסדרה מתנגדים (33–100 ⁇ ) ממוקמים בפלט פלט אמפ לחות השתקפות ולהפחית את הטבעת.ההפסקה הזו מגבילה גם את הזרם שיכול להתחבר בחזרה לתוך הקלט באמצעות קפיקט פרציטי.להבטיח שההתנגדות היא פיזית ליד סיכה אמפ.

סימבול ו-Verification

לפני סיום הפריסה, השתמש ב- SPICE או סימולטור דומה כדי מודל מעגל ה- Opmp עם parasitics מופקת.סימסים את התגובה התדירות ואת ההתנהגות transient כדי לזהות שיאים או overshoot מוגזמת.כלי סימולציה נפוצים כוללים TINA-TI (חינם מטקסס מכשירים), LTSpice ממכשירים Analog, ו-PSpice. להשוות תוצאות עם הערכת לוח היצרן, אשר לעתים קרובות מותאם לרעש.

לאחר בניית אבטיפוס, לאמת את ביצועי הפריסה עם מנתח ספקטרום או או אווסקליקוסקופ. Measure the noise Floor וחפש טונים מעוררי השראה המציינים על קרוסטור. השתמש בבדיקה של שדה קרוב כדי לזהות כתמים חמים שבהם זוגות רעשים לתוך עקבות רגישים.

דוגמה אמיתית: נהג מהיר ADC

נחשב יישום טיפוסי: ADC נהיגה במהירות גבוהה ADC. הפריסה חייבת למזער בו זמנית רעש מן ה- Amp ולמנוע החלפת רעשים דיגיטליים מ- ADC משחיתות את האות האנלוגי. השתמש במטוסי קרקע נפרדים ועוצמה עבור חלקים אנלוגיים ודיגיטליים, לגשר עליהם ב- ADC תחת המשטח האנלוגי, יש להניח שערורייה נמוכה כמו ה-FLT:0D80F99F01 ישר עם מסנן נמוך עם מסומנים עם כל מדרגה התחתונה.

בדיקה זו נגד לוח מונחה גרוע בדרך כלל מראה שיפור של 10-20DB ביחס לסימון (SNR) והפחתה משמעותית בהידרדרות דינמית חופשית מדרישה (SFDR).

מסקנה

אופטימיזציה של מעגל אמפ עבור רעש מינימלי וצלב דורש גישה שיטתית: לבחור סמן נמוך, ליישם מטוס קרקע מוצק, כוח decouple אסטרטגי, מעקבים רגישים עם טיפול, ובודד חלקים רועשים. כל החלטה - מרכיב לערימה - תורמת לסימן הכולל.