התפקיד הקריטי של PCB Layout במעגלות Op-Amp

מעגלי מגבר PCB מהווים את הבסיס של מערכות אנלוגיות מדויקות, מתוצאות של קו החזית לערוצי תקשורת מהירים במהירות גבוהה, בחירת המגבר האופטימלי ולהגדיר את רשת משוב הם צעדים ראשונים קריטיים, אך ההבנה הפיזית על לוח מעגלים מודפס (PCB) היא מה שקובע בסופו של דבר אם עיצוב עומד במטרות הביצועים שלו או נופל לקורבן, רעש מופרז, ושגיאות DC.

שלושת האלמנטים העיקריים השולטים איכות הפריסה הם מיקום רכיב, מעקב אחר חסימה, ואת האסטרטגיה המקרקעת.כל החלטה בתחומים אלה משפיע ישירות על אזור הלולאה של אותות קריטיים, הפיכה של התערבות, והפצה של זרמי אספקה. A ארוכה המחברת את הקלט אל מולר חיצוני, למשל, מוסיפה מנגנונים טמאטיים. כאשר עם עליית רוחב הפס, עלולה לגרום להפחתה מהירה של תפקוד, או להפחתה של תפקוד גופני, לגרום להפחתה משמעותית, או לתפקוד בשלב זה.

מקום ו-Eth Flow

פריסה יעילה מתחילה עם תוכנית חדות ברורה של אנליג מעגלים ליהנות התקדמות ליניארית: התנייה, הדגימה, ופלט פלטה buffering. את הדגול צריך להיות להציב כך שגלי הקלט שלה קרובים למקור האות או מחבר, בעוד משוב נגד אותות הפיכה פיזית ליד המכשיר.

קפצופיות מתחלפות הן חיוניות ויש להציב עם אורך מוביל מינימלי בין כל סיפונה אספקה לבין המטוס הקרקע.עבור דגימה כפולה או אמפים, זוג קפצואים - באופן זמני 0.1 μF קרמיקה במקביל עם 10 מיקרוF משטח מבוזר בנפרד - צריך להיות ממוקם בתוך 2 מ"מ של כל סיכה אספקה.

Trace Geometry and Impedance Control

עקבות של תמצית גבוהה של CMOS mp - כגון צומת הממס של a transimpedance amplifier או את הסיכות של CMOS mp - הם רגישים במיוחד להפיכה הבסיסית של קיבולים עבור מסלולים אלה, קצר יותר הוא תמיד טוב יותר.המושג של אורך קריטי עוזר לקבוע כאשר גיאומטריה דורשת טיפול קו שידור.

אותות שונים, כגון אלה שנמצאו בניכוי מגבר, יש צורך תוואי כמו זוגות שונים יחד חזק.זוגות שונים באותה מידה לשמור על דחיית רעש משותף, והפרדה מתמדת להפחית את אזור הלולאה.הההההההההתעלים יש להימנע באמצעות גלימה מעשית באופן ישיר או מוסיף אינדוקדקציה באופן משמעותי של הנקה או מציג הפסקות מעצורים.

טבעות המשמר, המיושמות על ידי encircing את הצומת הרגיש עם עקבות של התנגדות נמוכה המונעת את אותו פוטנציאל, כמעט לחסל זרמי דליפה ו ununt away capacitive איסוף. על צומת גבוה של צמתים שבו הטיה קלט הנוכחי הוא קריטי, טבעת שמירה על השכבה העליונה צריך להקיף את העקב או את הסימון, ואת טבעת מתאימה על השכבה הסמויה, מחובר באמצעות תפרים דרך, יוצר שכבה פנימית של ספקטרום, אפילו על גבי הבמה כולה, כולל את היישר של מתכת, אפילו על גבי הבמה כולה, הוא רחב יותר, כולל זרם רחב יותר, כולל זרם רחב יותר, כולל את הדרגה.

יסודות מעגליים פרדוקסטיים והשפעותיהם

כל תכונה פריסה נושאת התנגדות טפילית טפילית, קיבול, ו inductance. A טיפוסי 1.6 מ"מ עבה FR-4 PCB עם 0.2 מ"מ רחב יש בערך 0.5 pF / ס"מ לקרקע ו inductance של כ 5 עד 10 nH / ס"מ על ידי חזרה זכר אספקת נמוך מספיק כדי לא נוחתתתתתתתתתתת של 2 ס"מ, 000 קרוב ל- tul חיובי של תגובה נמוכה מספיק כדי לא יכול להיות קרוב ל-ידי גירוי נמוך או ירידה של רזולוציה נמוכה מספיק.

(הופנה מהדף PCB-node capacitance to Ground מציגה פול בלולאה משוב; ביישומים טרנססרמנט, אפילו עודף תת-תמונה של קיבולת יכול לגרום לעלייה ויציבות מעצבים לעתים קרובות להוסיף פתק פיצוי קטן על פני משוב מספיק התנגדות לבטל את הקוטב הזה, אבל הערך האופטימלי תלוי על הפריקה המדויקת, אשר הם בדרך הטובה ביותר דרך סימולציה משולבת או סימולציה של פורמטים אלה.

היערכות, התעלות והפצת כוח

הטיפול ברשתות קרקע וכוח הוא אולי ההיבט הקריטי ביותר של עיצוב הדגמה PCB. Noise על נקודת ההתייחסות או אספקת רכבות מתורגמת ישירות לפלט, ולכן הפריסה חייבת לספק נתיבי הפצה נמוכים, ללא תשומת לב זהירה, אפילו נתיב אות מונחה לחלוטין יושחית על ידי ריצוף קרקע, IR טיפות, מגנטית מעומסים הנוכחיים של ההפיכה נמוכה וצריכה מדויקת של דיוק עם הדיוקן של DC עם הדיוק הגבוה של הנקה.

הטמעת מטוסים

מטוס נחושת מתמשך, ללא הפסקה הוא הבסיס המועדף על כל מעגל אנלוגי.זה פועל כדרך דלת דלת דלת של נחושת עבור כל אותות וצורות פוטנציאל התייחסות מוגדר היטב.כאשר זרמי האות יש מטוס מוצק לחזור, אזור הלולאה הנוכחי הוא מצמצם, הפחתת שני הצדדים קורנים ו מקבל הפרעה אלקטרומגנטית.המטוס גם מספק הגנה בין בלוקים סמוכים.

תפרים היא חיונית לשמירה על שלמות הקרקעית.כאשר אות חוצה שכבות, זרם החזרה חייב גם להעביר שכבות דרך הקרקע דרך.לצמצם קרקע באמצעות כל אות באמצעות הבטחת נתיב החזרה רציף.ללא זה, זרם החזרה עשוי לדחוק דרך נתיבים ארוכים יותר, עלייה דרמטית של אזור לולאה גדל ופריסה קורנת.

להימנע מטעות של חיתוך המטוס הקרקע עם חריצים ארוכים או פערים גדולים עבור מרכיבים דרך חור, שכן כוחות אלה להחזיר זרמים כדי detour, הגדלת אזור הלולאה והפיכה. בלוחות של חתימה מעורבת, ההעדפה המודרנית היא עבור מטוס קרקע יחיד, מוצק עם פיצול פיזי של רכיבים.זה מאפשר זרמי החזרה אנלוגיים ודיגיטליים לזרום על אזורים נפרדים של המטוס באופן טבעי, הימנעות מהתחילות שהוצגו על ידי מטוסים אנלוגיים לא צריך להחזיר אותם עם חללים גדולים יותר עם חללים.

Star Grounding for High-Precision Circuits

ביישומים גבוהים מאוד או דיוק - כגון microvolt-רגישים מד מד מגבר או photodiode Transimpedance amplifiers - אפילו מתח ברמה של מילימטר טיפות במטוס הקרקע יכול להיות בעייתי.כאן, כוכב חזיתית כוכבים יכול להשלים את נקודות הקרקע.כל חיבורי הקרקע ממרכיבים אנלוגיים קריטיים מובאים לנקודה פיזית אחת, בדרך כלל ליד ADC או כוח מרכזי אחר למטה זה הוא מסוגל לספק את נקודות קצה אחד של חומר זה.

ריצוף כוכבים אינו המלצה שמיכה; עבור עיצובים מהירים רבים, אורך העקבות הנוסף להגיע לנקודה הכוכבים מציג אינדוקציה כי degrads ביצועים.טכניקה הוא הרבה יותר יתרון דיוק DC או מעגלים נמוכים ספאריים. גישה היברידית, שבו חזית אנלוגית משתמשת גם כוכב דקת קודנציה מחובר מטוס קרקעי מוצק, לעתים קרובות מספק את האיזון הטוב ביותר בין דיוק נמוך ויציבות גבוהה.

רשתות ועוצמה אספקה

ערכות אספקת חשמל על מחסנים הם ביעילות קלטות אל המעגל הפנימי של המגבר; רעש כאן זוגות דרך CMRR ו מנגנוני PSRR ישירות לתפוקה. אסטרטגיה מרתיעה חזקה מעסיקה ערכים רבים של capacitor כדי ליצור מסנן נמוך על פני טווח תדר רחב. CMRR קטן מטפל באופן קבוע טרנזירים גבוהים, בעוד גדול יותר אחד מחדש עבור מקבילות פחמן יכול להפחית את הפחתת לחלוטין על ידי אגן רחב של אגן.

הבחירה של capacitor הגדלה היא חשובה כמו קרמיקה של 0.1F.המגבלה הגדולה צריכה להיות בעלת תדר עצמי מתחת 1 MHz כדי להתמודד עם זרמי transient מהתפוקה של המגבר. Multi-layerlayer (MLCCs) להציע את התדירות הנמוכה ביותר ESR ו- ESL, אבל ה-Facitance שלהם יכול להוריד באופן משמעותי עם הטיות מוחלית, כך מתח משמעותי על ידי 10Vd עשוי לספק קיבולת מוגבלת רק 10Vern הוא רק 10Vernbate מוגבל רק 10.

עבור דגימה שמניעים עומסים כבדים או פועלים בתצורה חד פעמית עם הפניה באמצע הדרך, מתח ההתייחסות עצמו חייב להיות מבולבל ומחוספס בזהירות כמו האספקה.כל מכשול במונח יכול לייצר צולב בין ערוצים או להציג קרוע הקשור לאספקה לתוך הפלט.

ניהול נחיתות גבוהה ונקודות נזיטיביות

כמו רוחב פס של אגד המשתרע לתוך עשרות מגההרץ ומעבר, דרישות הפריסה הופכות מחמירות יותר. אותו זכר פיזי שפועל כחוט פשוט ב 1 kHz הופך קו שידור ב -100 MHz, וסופים לא מתאימים או גמגמות יכולים לגרום להשתקפות והתערבות. אפילו במעגלים מדויקים נמוכים יותר, הפרעה גבוהה ממקורות חיצוניים יכול להיות מפלט על ידי קלטות של אדמדן-דה, ולכן הם תכונות יעילות של עיצוב גבוהה.

טבעות מגן וסודות מגן

שמירה היא שיטה עוצמתית לצמצום הפינוי הנוכחי והצומח מנקודות רגישות.בתצורה מונעת של טעינה, קלט לא מונע בדרך כלל מוטבע, והצומת הממסים נמצא על בסיס וירטואלי - נקודה של שימור חומרים קיצוניים אפילו לא צריך להיות מחובר לפלט המקיפים את הקלט עם עקבות נמוכים כמעט באותו מתח זה לא צריך להיות חסום אפילו על פני השטח הנוכחי.

במעגלים שונים של מגבר, סימטרית של משמר טבעות סביב שתי נקודות קלט לשפר את הדחייה נפוצה ולהפחית את השגיאה העמידה על עצמה.כאשר חסימה של עקבות משמרות, להבטיח שהם רחבים מספיק כדי להיות מרתיע נמוך - לפחות 0.5 מ"מ - ותפור אותם אל המטוס הבסיסי עם כל 5 מ"מ כדי לשמור על מגן נמוך מחוספסת.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

רשת משוב מגדירה את רווח הסגור של המגבר ואת שולי שלב.כל תוספת של אינדוקציה או קיבולנס שהוצג כאן ישירות משנה את השידור הלולאה.הנגד משוב צריך לגשר על הפלט כדי למנוע קלט ישירות ככל האפשר, עם עקבות של התנגדות לסימון נשמר באופן מיידי.

עבור תצורה גבוהה של תצורה, את ה-עצמי של משוב יכול להפוך לבעיה. â ¢ משטח קטן מולטי פני השטח העליון של מוליד ב 0402 או 0603 חבילות להראות קיבולי נמוך יותר מאשר גדול דרך חלקי חור והם מועדפים עבור שולי שלב RF או יישומים מהירים גבוה. כאשר נהיגה עומסים קיבוליביים, כגון כבל ארוך או קלט של ADC, את צורות ה-F של הילוך דומה בדרך כלל ניתן לראות את הפלט נמוך יותר על ידי קיבולת גבוהה מול LC מהיר יותר.

קידוד והגנה

הפרעה חיצונית לעתים קרובות מגיעה מעגל הדגה באמצעות כבלים קלט ומחברים. מסנן אנרגיה נמוך הממוקם בקלט - באמצעות סדרה התנגדות וכובען לקרקע - יכול להפחית באופן משמעותי את האנרגיה של פסים.הפריסה של ה- PCB עבור מסנן זה הוא קריטי: קפיטור חייב לעבור ישירות אל המטוס עם מסלול הגנה קצר, נמוך, ומתנגד צריך להיות ממוקם קרוב לסינון של פחמן-מסוגהמסנן (F) לפני פיזור גבוה של ⁇ .

שיקולים קדמוניים ובחירת חתומה

Op-amps המספקים פלט משמעותי הנוכחי או לפעול בסביבות זמן רב-מביות dissipate חום המשפיע על המאפיינים PCB ורכיבים סמוכים. הפריסה PCB משפיע כמה יעיל החום הזה מתבצע.אזורים נחושת גדולים המחוברים לחרופת התרמית של המכשיר לפעול כמו כריות חום, ו תרמי באמצעות צומת יכול להעביר חום למטוסים פנימיים.

ההשפעות של PCBocouple במפרקים מוכרים יכולות להציג סחף נמוך כאשר ⁇ טמפרטורה קיים.לדוגמה, עקבות נחושת והקלה kovar להוביל צורה a thermocouple; אם שני הקצוות של המוביל אינם באותה טמפרטורה, מתח קטן נראה כי נראה כמו קלט מלמטה, שמירה על נתיבים תרמיים תרמיים עם נמוך EMF - כגון עמידות לקצבים קטנים יותר, 000 קרמיקה, כדי למנוע את זהה של חומרים איטי יותר.

עיצוב מעשי זרימה ומיזוג

גישה שיטתית לעיצוב של -Pcp-Pc משלבת הן מגבלות חשמליות וגופניות מההתחלה.הרצף הבא עוזר להימנע מעבודות חוזרות בשלבים מאוחרים ומבטיח שהדירקטוריון הסופי פועל כמתוכנן.

  • (FLT:0) חלוקה ⁇ מטית:FLT:1ual מקביל, דיגיטלי ומחלקת כוח באופן ויזואלי בתוך הנצ'מטי. Annotate Critical nodes כגון קלטות ממושכות, נקודות משוב, ומתחי ההתייחסות. Note את הנתיבים הצפויים לכל שלב.
  • (FLT:0) Floorplanning:FLT:1 Place Op-amps ופאסיביים הקשורים לאורך זרימת האות.פוזיציה decoupling capacitors מיד ליד אספקת pins עם שלהם דרך הקרקע. פיזית מבודד את החזית האנלוגית ממעברים רועשים ולוגיקה דיגיטלית. השתמש ברשת 2D כדי להתאים רכיבים עבור ניקוי.
  • (FLT:0)Stackup Definition: 1FLT 1 עבור 4layer או לוחות גבוהים יותר, להקצות שכבת מטוס קרקע מאומצת מאומצת סמוך לשכבה האות העליונה.זה מצמצם את אזור לולאת האות ומספק סתירות עקביות.A סטנדרטית 4layerup הוא אות-Ground-Signal-Signal. עבור 6-Signal-Sround-Sround-Sround-Sround-Sround-Sround-Sround-Sround-Signal-Sround-Sround-Sround-Signal.
  • (FLT:0)Trace רוסטינג: 1FLT לשמור על עקבות רגישים קצרים ומרחיקים ממקורות רעשים. השתמש בסתירה שונה היכן שנדרש ומשמר טבעות עבור צמתים רגישים ל-ftoamp.com, על מנת להתמודד עם הזרם ללא ירידה משמעותית של IR. Stitch מטוסים קרקעיים ליברלית במעברים.
  • (FLT:0)Post-Layout Simulation:FreaLT:1) לחלץ קפיאטנס parasitic ו inductance עבור רשתות קריטיות מן הכלי הפריסה ולנהל סימולציה חדשה סגורה-loop. להתאים רכיבים פיצוי אם שולי שלב כבר נפגע. השתמש SPICE או סימולטור אנלוגי ייעודי עם parasitics כדי לאמת את הרווח ואת שלב לפני ייצור.
  • (FLT:0) עיצוב כללי בודק: 1.FLT (ה) לבדוק כי אין חריצים או פערים גדולים קיימים במטוס הקרקע תחת מעגלים אנלוגיים.וודא כי בירורים בין גבוה לעקבות מקבילות גבוהות ונקודות רגישות לעמוד בקריטריונים בטיחות והתערבות. להפעיל בדיקת כלל חשמלי עבור סיכות לא מחוברות וספא נחושת לא מספיק.

לאחר שהדירקטוריון מוטבע, לאמת את שולי שלב המעגל באמצעות מנתח רשת או על ידי התבוננות בתגובה הטרנסנדנטית לקלט גל קטן מרובע.טבעת או overshoot מצביע על שולי שלב לא מספיקים.מדת את רצפת הרעש במתח כדי לאשר כי הפריסה לא התווסף לשיא בלתי צפוי.

מסקנה

הפריסה של PCB וחיפוש של מעגל דגימת הם בעלי השפעה כמו המפרטים של מדפי הנתונים של המגבר.כל מילימטר של עקבות, כל דרך, וכל סנטימטר רבוע של שפך הקרקע תורם לרעש האולטימטיבי של המעגל, יציבות ודיוק. על ידי קביעת מיקום זמן מתמשך, שמירה על מטוס קרקע מנקה נמוך, מרתיעה אספקה עם נוקשות, ולהבטיח יצרנים סימולציה של ביצועים מתאימים או סימולציה של ציוד מכניקה.