Induktorok felszerelése egyszerű nyomtatott áramköri lapokra. A PCB elrendezés alapjai. IC teljesítmény leválasztás

„Iron-lézer” technológia nyomtatott áramköri lapok gyártásához Az (ULT) néhány év alatt széles körben elterjedt a rádióamatőr körökben, és lehetővé teszi, hogy meglehetősen jó minőségű nyomtatott áramköri lapokat szerezzenek. A kézzel rajzolt nyomtatott áramköri lapok sok időt igényelnek, és nem mentesek a hibáktól.

A nagyfrekvenciás áramkörök nyomtatott induktorainak gyártása során különleges követelmények vonatkoznak a minta pontosságára. A tekercsvezetők élei a lehető legsimábbak legyenek, mivel ez befolyásolja a minőségi tényezőt. A többfordulatú spiráltekercs manuális megrajzolása nagyon problematikus, és itt az ULT is megmondhatja a véleményét.

Rizs. 1

Rizs. 2

Szóval minden rendben van. Elindítjuk a SPRINT-LAYOUT számítógépes programot, például az 5.0-s verziót. Állítsa be a program beállításaiban:

Rács skála - 1,25 mm;

Vonalszélesség - 0,8 mm;

A tábla méretei - 42,5x42,5 mm;

A „folt” külső átmérője 1,5 mm;

A „foltban” lévő lyuk átmérője 0,5 mm.

Keresse meg a tábla közepét, és rajzoljon egy tekercsvezető sablont (1. ábra)a koordináta rács mentén a CONDUCTOR eszközzel, a tekercset a kívánt irányba elcsavarva (a sablonhoz tükörkép szükséges, de ez később, nyomtatáskor beszerezhető). A tekercs elejére és végére egy „foltot” szerelünk, amely összeköti a tekercset az áramkör elemeivel.

A nyomtatási beállításoknál beállítjuk az egy lapra nyomtatandó nyomatok számát, a nyomatok közötti távolságot és ha más irányba kell „csavarni” az orsót, akkor a terv tükörnyomtatását. Nyomtasson sima papírra vagy speciális fóliára, a nyomtató beállításait a maximális festékmennyiségre állítva nyomtatáskor.

Ezután követjük a szabványos ULT-t. Előkészítjük a fólia üvegszálat, megtisztítjuk a fólia felületét és zsírtalanítjuk, például acetonnal. A sablont festékkel felkenjük a fóliára, és forró vasalóval egy papírlapon keresztül vasaljuk, amíg a festék biztosan nem tapad a fóliára.

Ezután áztassa be a papírt folyó csapvíz alá (hideg vagy szobahőmérséklet), és óvatosan távolítsa el „pellet” formában, a festéket a tábla fóliáján hagyva. A táblát maratjuk, majd oldószerrel, például acetonnal eltávolítjuk róla a festéket. A jó minőségű „nyomtatott” induktor tiszta vezetője marad a táblán.

Az ULT-t használó spiráltekercsekkel nyomtatott tekercsek valamivel rosszabb minőségűek. Ez a képpixelek négyzet alakú formájának köszönhető, így a spiráltekercs vezető szélei szaggatottak. Igaz, ezek a szabálytalanságok meglehetősen kicsik, és az orsó minősége általában még mindig jobb, mint a kézi működtetésnél.

Nyissa meg újra a SPRINT-LAYOUT 5.0-s verziójú programot. Az eszközkészletben válassza ki a SPECIAL FORM lehetőséget – sokszögek és spirálok rajzolására szolgáló eszközt. Válassza a SPIRÁL lapot. Telepítés:

Kiindulási sugár (START RADIUS) -2 mm;

A fordulatok közötti távolság (DISTANCE) - 1,5 mm;

Vezeték szélessége (NYOMSZÉLESSÉG) -0,8 mm;

A fordulatok száma (TURNS) például 20.

Az ilyen tekercs által elfoglalt tábla mérete 65x65 mm (2. ábra).

A nyomtatott tekercseket általában sávszűrőkben (BPF) kapcsolják össze kis kondenzátorok segítségével. Lehetőség van azonban induktív csatolásukra is, melynek mértéke a tekercsek síkjai közötti távolság változtatásával vagy a másikhoz képest excentrikus elforgatással változtatható. Elérhető a tekercsek egymáshoz viszonyított rögzített rögzítése

Építsd dielektromos támasztékok felhasználásával.

A tekercsek induktivitása a menetek rövidre zárásával, a nyomtatott vezető megszakításával vagy részleges eltávolításával állítható. Ez növeli az áramkör hangolási frekvenciáját. A frekvencia csökkentése kis kapacitású SMD típusú kondenzátorok forrasztásával érhető el a menetek között.

VHF tekercsek gyártása meander, egyenes és íves vonalak, fésűszűrők stb. Az ULT használata szintén eleganciát ad a végterméknek, és általában növeli azok minőségi tényezőjét (a nyomtatott vezetők „sima” élei miatt), azonban a gyártás során emlékezni kell a hordozóanyag (üvegszál) minőségére, amely a frekvencia növekedésével elveszti szigetelő tulajdonságait.Ekvivalens áramkörökben a dielektrikumban a veszteségellenállást párhuzamosan kell kötni a nyomtatott tekercsekkel, és ez az ellenállás annál kisebb lesz, minél nagyobb a működési frekvencia és annál rosszabb a dielektrikum minősége.

A gyakorlatban a fóliaüvegszál teljes mértékben felhasználható nyomtatott rezonanciaáramkörök gyártására egészen a 2 méteres tartományig (kb. 150 MHz-ig). Az üvegszál speciális nagyfrekvenciás minőségei 70 cm-es tartományban használhatók (kb. 470...500 MHz-ig). Magasabb frekvenciákon fóliával bevont RF fluoroplast (teflon), kerámiát vagy üveget kell használni.

A nyomtatott induktor minőségi tényezője megnövekedett az interturn kapacitás csökkenése miatt, amelyet egyrészt a fólia kis vastagsága, másrészt a tekercs „tekercselési” emelkedése miatt kapunk. A síkjában a nyomtatott tekercs körül egy zárt földelt fóliakeret árnyékolásként szolgál más tekercsekkel és nyomtatott vezetőkkel szemben, de csekély hatással van a tekercs paramétereire, ha a perifériája alacsony RF feszültség alatt van (közös vezetékre van csatlakoztatva), ill. középpontja magas alatt van.

Irodalom

1. G. Panasenko. Nyomdatekercsek gyártása. - Rádió, 1987, 5. sz., 62. o.

Nyomtatással számos áramköri elem állítható elő: ellenállások, kondenzátorok, induktorok, transzformátorok és fojtótekercsek többfordulatú tekercsei, kapcsolók és dugaszoló csatlakozók.

A nyomtatott ellenállások úgy készülnek, hogy vékony lakkfilmeket visznek fel a tábla felületére.

Konfigurációjuk (35. ábra, a) nagyon változatos lehet, és függ a mechanikai szilárdság és a hőátadási feltételek biztosításának lehetőségétől. Nyomtatással is előállítanak változtatható ellenállásokat, amelyek egy ív alakú, vezetőképes szén- vagy fémrétegből és a vezető elem felületén csúszó érintkezőcsúszkából állnak. A nyomtatott ellenállás ellenállásértéke függ a felfüggesztés összetételétől, a minta alakjától és a film vastagságától.

Az SZ-4 típusú filmkompozit ellenállásokat széles körben használják. Ezeket az ellenállásokat közvetlenül a mikrokártya felületén gyártják. -60 és +125°C közötti hőmérsékleti tartományban használhatók, és a mikroellenállások által disszipált teljesítmény nem haladja meg a 0,25 W-ot.

A nyomtatott kondenzátorok úgy készülnek, hogy a szigetelő alap mindkét oldalára két vezetőképes lemezt helyeznek fel (35. ábra, b). A kondenzátor kapacitását a lemezek területe és a dielektrikum (tábla) vastagsága határozza meg. ábrán. A 35, c egy félig váltakozó nyomtatott kondenzátort mutat, amelyben az állórészlemez közvetlenül a tábla szigetelő alapjára, a forgórészlemez pedig egy kerámia tárcsára van felhelyezve, amely a lap síkjával párhuzamos tengely körül foroghat. tábla, megváltoztatva a kapacitás értékét. A kerámia anyagok használata lehetővé teszi stabil kondenzátorok előállítását néhány és több száz pikofarad közötti névleges értékkel és legalább 100 V üzemi feszültséggel.

A nyomtatott induktorok (35. ábra, d) lapos spirális fémezett vonalak formájában készülnek, amelyek kör, ovális, négyzet vagy más formájúak a táblára nyomtatva. Az ilyen tekercsek induktivitásának mértéke a tekercs fordulatszámától, a köztük lévő távolságtól és az átmérőjüktől függ. A nyomtatott tekercsek induktivitásának növelése érdekében többrétegűek, az egyik tekercset a másiktól szigetelő lakkréteg választja el, és a tekercsek végeit sorba kötik egymással. Egyes esetekben az induktivitás növekedését úgy érik el, hogy magnetodielektromos magokat helyeznek a spirál közepébe, vagy mágneses festékréteget visznek fel a tekercs területén. Nyomtatott áramkörökön változtatható induktivitás is létrehozható, amelyhez a nyomtatott tekercs fölé egy réz vagy alumínium lemezt szerelnek, amely mozgatható.

A tekercsek minőségi tényezőjének növelésére galvanikus úton 20...50 mikron vastagságú ezüstréteget adnak hozzájuk.

A nyomtatott transzformátorok és fojtótekercsek úgy készülnek, hogy egyedi spiráltekercseket helyeznek egy fluoroplasztikus, lakkozott anyagból, sütőpapírból vagy más szigetelőanyagból készült rugalmas alapra. A nyomtatott tekercseket sorosan kapcsolják egymáshoz és speciális házba helyezik, vagy műanyag héjba préselik.

A nyomtatott kapcsolók és dugaszoló csatlakozók közvetlenül a rádióvevő nyomtatott áramköri lapjára, vagy külön kártyákra is készíthetők. Egy nyomtatott kapcsoló, még a legbonyolultabb is, olcsóbb, mint bármely más módszerrel készült. A nyomtatott kapcsolóérintkezők kopásállóságának növelése érdekében ezüst bevonattal vannak ellátva, amely több százezer kapcsolásig megbízható működést biztosít. A fokozott tartósság érdekében a kapcsolók rézérintkezőit 6...10 mikron vastagságú ródiumréteggel vonják be.

A nyomtatott elemeket szükség esetén árnyékoljuk úgy, hogy a minta felületére egy réteg szigetelő lakkot viszünk fel, amelyet ezután mágneses anyagréteggel vonunk be. A vezetékek árnyékolása nem folyamatos, hanem hálós vagy résszerű.

Ennek a cikknek az a célja, hogy megvitassa a nyomtatott áramkör-tervezők által elkövetett gyakori hibákat, leírja e hibák minőségi teljesítményre gyakorolt ​​hatását, és javaslatokat adjon a felmerülő problémák megoldására.

ÁLTALÁNOS MEGJEGYZÉSEK

Az analóg és digitális áramkörök közötti jelentős különbségek miatt az áramkör analóg részét el kell különíteni a többitől, és bekötésénél speciális módszereket és szabályokat kell követni. A nem ideális NYÁK-teljesítmény hatásai különösen a nagyfrekvenciás analóg áramkörökben észrevehetőek, de az ebben a cikkben leírt általános típusú hibák befolyásolhatják a hangfrekvenciás tartományban működő eszközök teljesítményét is.

Nyomtatott áramköri kártya - áramköri alkatrész

Az analóg áramköri PCB-t csak ritkán lehet úgy irányítani, hogy az általa bevezetett hatások ne legyenek hatással az áramkör működésére. Ugyanakkor minden ilyen hatás minimalizálható, így az eszköz analóg áramkörének jellemzői megegyeznek a modellé és a prototípuséval.

Elrendezés

A digitális áramkörök fejlesztői kijavíthatják az apró hibákat a gyártott táblán jumperek hozzáadásával, vagy éppen ellenkezőleg, eltávolítják a felesleges vezetékeket, változtatásokat hajtanak végre a programozható chipek működésén stb., nagyon gyorsan áttérve a következő fejlesztésre. Ez nem igaz az analóg áramkörre. A cikkben tárgyalt néhány gyakori hiba nem javítható jumperek hozzáadásával vagy a felesleges vezetékek eltávolításával. Ezek az egész nyomtatott áramköri lapot működésképtelenné tehetik és meg is fogják tenni.

Nagyon fontos, hogy az ilyen korrekciós módszereket használó digitális áramkör-tervező jóval a terv gyártásba adása előtt elolvassa és megértse az ebben a cikkben bemutatott anyagot. Egy kis tervezési figyelem és a lehetséges opciók megvitatása nemcsak azt akadályozza meg, hogy a PCB selejtté váljon, hanem csökkenti az áramkör egy kis analóg részének durva hibáinak költségeit is. A hibák megtalálása és kijavítása több száz óra elvesztését eredményezheti. A prototípuskészítés ezt az időt egy napra vagy kevesebbre csökkentheti. Panel az összes analóg áramkörét.

Zaj- és interferenciaforrások

A zaj és az interferencia a fő elemek, amelyek korlátozzák az áramkörök minőségét. Az interferenciát források bocsáthatják ki, vagy az áramkör elemei indukálhatják. Az analóg áramkörök gyakran a nyomtatott áramköri lapon találhatók a nagy sebességű digitális alkatrészekkel együtt, beleértve a digitális jelfeldolgozókat (DSP).

A nagyfrekvenciás logikai jelek jelentős rádiófrekvenciás interferenciát (RFI) generálnak. A zajkibocsátó források száma óriási: a digitális rendszerek kulcsfontosságú tápegységei, mobiltelefonok, rádió és televízió, fénycsövek tápegységei, személyi számítógépek, villámok stb. Még ha egy analóg áramkör is működik a hangfrekvencia tartományban, a rádiófrekvenciás interferencia észrevehető zajt kelthet a kimeneti jelben.

NYOMTATOTT TÁBLA KATEGÓRIÁI

A PCB kialakításának megválasztása fontos tényező a teljes eszköz mechanikai teljesítményének meghatározásában. A nyomtatott áramköri lapok gyártásához különböző minőségű anyagokat használnak. A fejlesztő számára a legmegfelelőbb és kényelmesebb, ha a PCB gyártója a közelben található. Ebben az esetben könnyen szabályozható az ellenállás és a dielektromos állandó - a nyomtatott áramköri lap anyagának fő paraméterei. Sajnos ez nem elég, és gyakran más paraméterek ismerete is szükséges, mint például a gyúlékonyság, a magas hőmérsékleti stabilitás és a higroszkópossági együttható. Ezeket a paramétereket csak a nyomtatott áramköri lapok gyártása során használt alkatrészek gyártója ismerheti.

A réteges anyagokat FR (lángálló) és G indexekkel jelölik. Az FR-1 indexű anyagok a legmagasabb, az FR-5 indexű anyagok a legkevésbé gyúlékonyak. A G10 és G11 indexű anyagok különleges tulajdonságokkal rendelkeznek. A nyomtatott áramköri lapok anyagait a táblázat tartalmazza. 1.

Ne használjon FR-1 kategóriájú PCB-t. Számos példa van az FR-1 PCB-kre, amelyek hőkárosodást szenvedtek a nagy teljesítményű alkatrészek miatt. Az ebbe a kategóriába tartozó nyomtatott áramköri lapok jobban hasonlítanak a kartonhoz.

Az FR-4-et gyakran ipari berendezések, míg az FR-2-t háztartási készülékek gyártására használják. Ez a két kategória szabványosított az iparban, és az FR-2 és FR-4 PCB-k gyakran alkalmasak a legtöbb alkalmazásra. De néha e kategóriák tökéletlen jellemzői más anyagok használatát kényszerítik ki. Például a nagyon nagy frekvenciájú alkalmazásokhoz fluoroplasztot, sőt kerámiát is használnak nyomtatott áramköri lapok anyagaként. Azonban minél egzotikusabb a PCB anyag, annál magasabb lehet az ár.

A NYÁK anyagának kiválasztásakor különös figyelmet kell fordítani a higroszkóposságára, mivel ez a paraméter erős negatív hatással lehet a tábla kívánt jellemzőire - felületi ellenállásra, szivárgásra, nagyfeszültségű szigetelő tulajdonságokra (letörés és szikraképződés) és mechanikai szilárdságra. Ügyeljen az üzemi hőmérsékletre is. Forró pontok váratlan helyeken fordulhatnak elő, például nagyméretű digitális integrált áramkörök közelében, amelyek magas frekvencián kapcsolnak. Ha ezek a területek közvetlenül az analóg alkatrészek alatt helyezkednek el, a megnövekedett hőmérséklet befolyásolhatja az analóg áramkör teljesítményét.

Asztal 1

	Összetevők, megjegyzések
	papír, fenolos összetétel: préselés és sajtolás szobahőmérsékleten, magas higroszkópossági együttható
	papír, fenolos összetétel: háztartási gépek egyoldalas nyomtatott áramköri lapjaihoz alkalmazható, alacsony higroszkópossági együttható
	papír, epoxi összetétel: jó mechanikai és elektromos jellemzőkkel rendelkező kivitelek
	üvegszál, epoxi összetétel: kiváló mechanikai és elektromos tulajdonságok
	üvegszál, epoxi összetétel: magas hőmérsékleten nagy szilárdságú, nem gyúlékony
	üvegszál, epoxi összetétel: kiváló szigetelő tulajdonságok, az üvegszál legnagyobb szilárdsága, alacsony higroszkópossági együttható
	üvegszál, epoxi összetétel: magas hajlítószilárdság magas hőmérsékleten, nagy oldószerállóság

A PCB anyag kiválasztása után meg kell határozni a PCB fólia vastagságát. Ez a paraméter elsősorban az átfolyó áram maximális értéke alapján kerül kiválasztásra. Lehetőleg kerülje a nagyon vékony fólia használatát.

NYOMTATOTT TESTÁBLA RÉTEGEK SZÁMA

Az áramkör általános összetettségétől és a minőségi követelményektől függően a tervezőnek meg kell határoznia a nyomtatott áramköri lap rétegeinek számát.

Egyrétegű PCB-k

A nagyon egyszerű elektronikus áramkörök egyoldalas kártyákon készülnek olcsó fóliaanyagok (FR-1 vagy FR-2) felhasználásával, és gyakran sok jumperrel rendelkeznek, amelyek kétoldalas lapokra emlékeztetnek. A nyomtatott áramköri lapok létrehozásának ez a módszere csak alacsony frekvenciájú áramkörökhöz ajánlott. Az alábbiakban ismertetett okokból az egyoldalas nyomtatott áramköri lapok nagyon érzékenyek az interferenciára. Egy jó egyoldalas PCB-t több okból is nehéz megtervezni. Ennek ellenére vannak jó táblák ilyen típusúak, de tervezésükkor sokat kell előre gondolkodni.

Kétrétegű PCB-k

A következő szinten a kétoldalas nyomtatott áramköri lapok állnak, amelyek a legtöbb esetben FR-4-et használnak hordozóanyagként, bár néha előfordul az FR-2 is. Az FR-4 használata előnyösebb, mivel az ebből az anyagból készült nyomtatott áramköri lapokon jobb minőségűek a lyukak. A kétoldalas nyomtatott áramköri lapokon lévő áramköröket sokkal könnyebb huzalozni, mert Két rétegben könnyebb az egymást keresztező útvonalakat vezetni. Az analóg áramkörök esetében azonban a keresztezési nyomok nem ajánlottak. Ahol lehetséges, az alsó réteget (alul) hozzá kell rendelni a talajpoligonhoz, a fennmaradó jeleket pedig a felső réteghez (felső) kell irányítani. A szemétlerakó földbuszként való használata számos előnnyel jár:

• a közös vezeték a leggyakrabban csatlakoztatott vezeték az áramkörben; ezért a vezetékezés egyszerűsítése érdekében indokolt „sok” közös vezeték használata.
• a tábla mechanikai szilárdsága megnő.
• az összes csatlakozás ellenállása a közös vezetékhez csökken, ami viszont csökkenti a zajt és az interferenciát.
• Az egyes áramkörök elosztott kapacitása megnövekszik, segítve a kisugárzott zaj elnyomását.
• a sokszög, amely egy képernyő, elnyomja a sokszög oldalán található források által kibocsátott interferenciát.

A kétoldalas PCB-k minden előnyük ellenére nem a legjobbak, különösen alacsony jelű vagy nagy sebességű áramkörök esetén. Általában a nyomtatott áramköri lap vastagsága, pl. a fémezési rétegek közötti távolság 1,5 mm, ami túl sok ahhoz, hogy a kétrétegű nyomtatott áramköri lap fentebb ismertetett előnyeit teljes mértékben kihasználjuk. Az elosztott kapacitás például túl kicsi az ilyen nagy intervallum miatt.

Többrétegű PCB-k

A kritikus áramkörök tervezéséhez többrétegű nyomtatott áramköri kártyákra (MPB) van szükség. Használatuk néhány oka nyilvánvaló:

• Az erősáramú buszok elosztása ugyanolyan kényelmes, mint a közös vezetékes busz esetében; ha egy külön rétegen lévő sokszögeket használnak teljesítménybuszként, akkor meglehetősen egyszerű az egyes áramköri elemek tápellátása átmenőkkel;
• a jelrétegek mentesülnek a teljesítménybuszoktól, ami megkönnyíti a jelvezetők bekötését;
• Megosztott kapacitás jelenik meg a föld és a teljesítmény poligonok között, ami csökkenti a magas frekvenciájú zajt.

A többrétegű nyomtatott áramköri lapok használatának okán kívül vannak más, kevésbé nyilvánvaló okok is:

az elektromágneses (EMI) és a rádiófrekvenciás (RFI) interferenciák jobb elnyomása a visszaverődési hatásnak (képsík effektus) köszönhetően, amely már Marconi idejéből ismert. Ha egy vezetőt sík vezető felület közelébe helyeznek, a nagyfrekvenciás visszatérő áramok többsége a közvetlenül a vezető alatti síkon folyik. Ezen áramok iránya ellentétes lesz a vezetőben lévő áramok irányával. Így a vezető visszaverődése a síkban jelátviteli vonalat hoz létre. Mivel a vezetőben és a síkban az áramok egyenlő nagyságúak és ellentétes irányúak, a sugárzott interferencia némileg csökken. A reflexiós hatás csak töretlen tömör sokszögeknél működik hatékonyan (ezek lehetnek földelt sokszögek és hatványsokszögek is). Az integritás elvesztése csökkentett interferencia-elnyomást eredményez.
a kisüzemi termelés összköltségének csökkentése. Bár a többrétegű PCB-k gyártása drágább, potenciális sugárzásuk alacsonyabb, mint az egy- és kétrétegű PCB-ké. Ezért bizonyos esetekben a többrétegű táblák használata lehetővé teszi a tervezés során meghatározott kibocsátási követelmények teljesítését további tesztelés és tesztelés nélkül. Az MPP használatával 20 dB-lel csökkenthető a sugárzott interferencia szintje a kétrétegű táblákhoz képest.

Rétegrend

A tapasztalatlan tervezőknek gyakran van némi zavara a PCB rétegek optimális sorrendjét illetően. Vegyünk például egy 4 rétegű kamrát, amely két jelréteget és két sokszögréteget tartalmaz - egy alapréteget és egy teljesítményréteget. Mi a legjobb rétegrend? Jelrétegek a sokszögek között, amelyek képernyőként fognak szolgálni? Vagy tegyük belsővé a sokszögrétegeket, hogy csökkentsük a jelrétegek interferenciáját?

A probléma megoldása során nem szabad megfeledkezni arról, hogy a rétegek elhelyezkedése sokszor nem sokat számít, hiszen az alkatrészek egyébként is a külső rétegeken helyezkednek el, és a tűikre jelet adó buszok esetenként az összes rétegen áthaladnak. Ezért minden képernyőeffektus csak kompromisszum. Ebben az esetben jobb gondoskodni arról, hogy nagy megosztott kapacitást hozzon létre a teljesítmény- és a földi sokszögek között, és a belső rétegekbe helyezze őket.

A jelrétegek kívülre helyezésének másik előnye a tesztelésre alkalmas jelek elérhetősége, valamint a kapcsolatok módosításának lehetősége. Aki valaha is megváltoztatta a belső rétegekben elhelyezett vezetők csatlakozásait, az értékelni fogja ezt a lehetőséget.

A négynél több rétegű PCB-k esetében az általános szabály az, hogy a nagy sebességű jelvezetőket a föld és a teljesítménypoligon közé kell helyezni, és az alacsony frekvenciájú jelvezetőket a külső rétegekbe kell vezetni.

FÖLDELÉS

A jó földelés általános követelmény egy gazdag, többszintű rendszerhez. És már a tervezési fejlesztés első lépésétől tervezni kell.

Alapszabály: földosztás.

A talaj felosztása analóg és digitális részekre az egyik legegyszerűbb és leghatékonyabb zajcsökkentési módszer. A többrétegű nyomtatott áramköri lap egy vagy több rétegét általában egy földelt sokszögrétegnek szentelik. Ha a fejlesztő nem túl tapasztalt vagy figyelmetlen, akkor az analóg rész földje közvetlenül kapcsolódik ezekhez a sokszögekhez, pl. az analóg áramvisszatérítés ugyanazt az áramkört használja, mint a digitális visszatérő áram. Az automatikus elosztók nagyjából ugyanúgy működnek, és egyesítik az összes földet.

Ha egy korábban kifejlesztett nyomtatott áramköri kártya egyetlen földelő sokszöggel, amely analóg és digitális földelést kombinál, akkor először fizikailag el kell választani a földelést a kártyán (e művelet után a kártya működése szinte lehetetlenné válik). Ezt követően minden csatlakozás létrejön az analóg áramköri komponensek analóg földelésére (analóg földelés jön létre) és a digitális áramköri komponensek digitális földelésére (digitális földelés jön létre). És csak ezt követően kombinálják a digitális és analóg földelést a forrásnál.

A telekalakítás egyéb szabályai:

A táp- és a földbusznak azonos váltóáramú potenciálon kell lennie, ami azt jelenti, hogy leválasztó kondenzátorokat és elosztott kapacitást kell használni.
Kerülje az analóg és digitális sokszögek átfedését. Helyezze az analóg tápsíneket és sokszögeket az analóg földelő sokszög fölé (hasonlóan a digitális tápsínekhez). Ha bármely helyen átfedés van az analóg és a digitális területek között, az átfedő területek közötti megosztott kapacitás AC csatolást hoz létre, és a digitális alkatrészek zaja az analóg áramkörbe kerül. Az ilyen átfedések érvénytelenítik a hulladéklerakók elszigeteltségét.
A szétválasztás nem jelenti az analóg földelés elektromos leválasztását a digitális földeléstől. Ezeket össze kell kötni valamilyen, lehetőleg egy alacsony impedanciájú csomópontban. A megfelelő földelési rendszernek csak egy földje van, ez a váltóáramú rendszerek földelő érintkezője vagy egyenáramú rendszerek (például akkumulátor) közös földelése. Ebben az áramkörben minden jel- és tápáramnak vissza kell térnie erre a földre egy ponton, amely a rendszer testeként fog szolgálni. Ilyen pont lehet a készülék testének kivezetése. Fontos megérteni, hogy amikor az áramkör közös terminálját az alváz több pontjához csatlakoztatja, földhurkok alakíthatók ki. Egyetlen közös földrendezési pont létrehozása a rendszertervezés egyik legnehezebb szempontja.
Amikor csak lehetséges, különítsen el külön csatlakozótüskéket, amelyek a visszatérő áramot hordozzák – a visszatérő áramokat csak a rendszer földelési pontján szabad kombinálni. A csatlakozóérintkezők elöregedése, valamint az egymáshoz illeszkedő részeik gyakori leválasztása az érintkezési ellenállás növekedéséhez vezet, ezért a megbízhatóbb működés érdekében bizonyos számú kiegészítő tűvel rendelkező csatlakozókat kell használni. Az összetett digitális nyomtatott áramköri lapok sok rétegből állnak, és több száz vagy több ezer vezetőt tartalmaznak. Egy másik vezető hozzáadása ritkán okoz problémát, de további csatlakozótüske hozzáadása igen. Ha ezt nem lehet megtenni, akkor külön óvintézkedések megtételével két visszatérő áramvezetőt kell létrehozni minden egyes áramúthoz a táblán.
Fontos, hogy a digitális jelbuszokat elkülönítsük a PCB azon helyeitől, ahol az áramkör analóg komponensei találhatók. Ez magában foglalja a poligonok általi leválasztást (árnyékolást), rövid analóg jelutak létrehozását, valamint a passzív alkatrészek gondos elhelyezését a szomszédos nagy sebességű digitális és kritikus analóg jelbuszokkal. A digitális jelvonalakat analóg komponensekkel rendelkező területeken kell elvezetni, és nem szabad átfedésben lenni az analóg földeléssel és analóg tápbusszal és területekkel. Ha ez nem történik meg, akkor a kialakítás tartalmaz egy új, nem kívánt elemet - egy antennát, amelynek sugárzása hatással lesz a nagy impedanciájú analóg alkatrészekre és vezetőkre.

Szinte minden órajel elég magas frekvenciájú jel ahhoz, hogy a nyomvonalak és a sokszögek közötti kis kapacitások is jelentős csatolásokat hozhassanak létre. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy nem csak az alapvető órajel frekvencia okozhat problémát, hanem annak magasabb harmonikusai is.

Egyetlen esetben van szükség analóg és digitális jelek kombinálására egy analóg földterületen. Az analóg-digitális és digitális-analóg átalakítók analóg és digitális földelő érintkezőkkel ellátott házakban vannak elhelyezve. Az előző tárgyalást figyelembe véve feltételezhető, hogy a digitális földelő érintkezőt és az analóg földelő érintkezőt a digitális, illetve az analóg földbuszra kell csatlakoztatni. Ebben az esetben azonban ez nem igaz.

A tűk neve (analóg vagy digitális) csak az átalakító belső felépítésére, belső csatlakozásaira utal. Az áramkörben ezeket a érintkezőket az analóg földbuszra kell csatlakoztatni. A csatlakozás integrált áramkörön belül is megvalósítható, de egy ilyen kapcsolat alacsony ellenállásának elérése a topológiai korlátok miatt meglehetősen nehézkes. Ezért az átalakítók használatakor feltételezzük, hogy az analóg és a digitális földelő érintkezők kívülről csatlakoznak. Ha ez nem történik meg, akkor a mikroáramkör paraméterei lényegesen rosszabbak lesznek, mint a specifikációban megadottak.

Figyelembe kell venni, hogy az átalakító digitális elemei ronthatják az áramkör minőségi jellemzőit azáltal, hogy digitális zajt visznek be az analóg földelő és analóg tápáramkörökbe. Az átalakítók tervezésénél ezt a negatív hatást figyelembe veszik, hogy a digitális rész a lehető legkevesebb áramot fogyasztja. Ugyanakkor csökken a kapcsolási logikai elemek okozta interferencia. Ha az átalakító digitális érintkezőit nem terhelik erősen, akkor a belső kapcsolás általában nem okoz különösebb problémát. Az ADC-t vagy DAC-t tartalmazó NYÁK tervezésekor gondosan mérlegelni kell az átalakító digitális tápellátásának leválasztását az analóg testről.

A PASSZÍV ALKATRÉSZEK FREKVENCIA JELLEMZŐI

A passzív alkatrészek megfelelő kiválasztása elengedhetetlen az analóg áramkörök megfelelő működéséhez. Kezdje a tervezést a passzív alkatrészek nagyfrekvenciás jellemzőinek gondos mérlegelésével, valamint előzetes elhelyezésükkel és elrendezésükkel a táblavázlaton.

Sok tervező teljesen figyelmen kívül hagyja az analóg áramkörökben használt passzív alkatrészek frekvenciakorlátait. Ezeknek az alkatrészeknek korlátozott frekvenciatartománya van, és a megadott frekvenciatartományon kívüli működtetésük kiszámíthatatlan eredményekhez vezethet. Egyesek azt gondolhatják, hogy ez a vita csak a nagy sebességű analóg áramkörökre vonatkozik. Ez azonban korántsem igaz – a magas frekvenciájú jelek erős hatást gyakorolnak az alacsony frekvenciájú áramkörök passzív összetevőire a sugárzás vagy a vezetékeken keresztüli közvetlen kommunikáció révén. Például egy egyszerű aluláteresztő szűrő egy műveleti erősítőn könnyen felüláteresztő szűrővé válhat, ha nagy frekvenciának van kitéve a bemenetén.

Ellenállások

Általában háromféle ellenállást használnak: 1) huzaltekercses, 2) szén-kompozit és 3) fólia. Nem kell nagy képzelőerő ahhoz, hogy megértsük, hogyan lehet egy huzalellenállást induktivitásgá alakítani, mivel ez egy nagy ellenállású fémből készült huzaltekercs. A legtöbb elektronikai eszközfejlesztőnek fogalma sincs a filmellenállások belső felépítéséről, amelyek egyben tekercsek is, igaz, fémfóliából készültek. Ezért a filmellenállások induktivitása is kisebb, mint a huzalos ellenállásoké. A legfeljebb 2 kOhm ellenállású filmellenállások szabadon használhatók nagyfrekvenciás áramkörökben. Az ellenállás kivezetései párhuzamosak egymással, így észrevehető kapacitív csatolás van közöttük. Nagy értékű ellenállások esetén a terminálok közötti kapacitás csökkenti a teljes impedanciát magas frekvenciákon.

Kondenzátorok

A kondenzátorok nagyfrekvenciás jellemzőit a 6. ábrán látható ekvivalens áramkör reprezentálja.

Az analóg áramkörökben lévő kondenzátorokat leválasztási és szűrőelemként használják.

Egy 10 µF-os elektrolitkondenzátor ellenállása 10 kHz-en 1,6 ohm, 100 MHz-en pedig 160 µohm. így van?

Elektrolit kondenzátorok használatakor ügyelni kell a helyes csatlakozásra. A pozitív kivezetést pozitívabb állandó potenciálra kell kötni. A helytelen csatlakoztatás miatt egyenáram folyik át az elektrolitkondenzátoron, ami nemcsak magát a kondenzátort, hanem az áramkör egy részét is károsíthatja.

Ritka esetekben az áramkör két pontja közötti egyenáramú potenciál különbség előjelét megváltoztathatja. Ehhez nem poláris elektrolit kondenzátorok használata szükséges, amelyek belső felépítése megegyezik két sorba kapcsolt poláris kondenzátorral.

Induktivitás

Nyomtatott áramkör

Maga a nyomtatott áramköri lap rendelkezik a fentebb tárgyalt passzív alkatrészek jellemzőivel, bár nem annyira nyilvánvaló.

A nyomtatott áramköri lapon lévő vezetékek mintázata lehet interferencia forrása és vevője is. A jó bekötés csökkenti az analóg áramkör érzékenységét a sugárforrásokkal szemben.

A nyomtatott áramköri lap érzékeny a sugárzásra, mivel az alkatrészek vezetői és vezetékei egyfajta antennát alkotnak. Az antennaelmélet meglehetősen összetett tanulmányozási téma, és ez a cikk nem foglalkozik vele. Néhány alapelv azonban itt található.

Egy kis antennaelmélet

Egyenáramnál vagy alacsony frekvencián az aktív komponens dominál. A frekvencia növekedésével a reaktív komponens egyre jelentősebbé válik. Az 1 kHz és 10 kHz közötti tartományban az induktív komponens hatni kezd, és a vezető már nem kis impedanciájú csatlakozó, hanem induktorként működik.

A nyomtatott áramköri lapon lévő nyomok értéke általában 6 nH és 12 nH közötti hossz centiméterenként. Például egy 10 cm-es vezető ellenállása 57 mOhm, induktivitása 8 nH per cm. 100 kHz frekvencián a reaktancia 50 mOhm lesz, és magasabb frekvenciákon a vezető inkább induktivitás, mint ellenállás .

Az ostorantenna szabálya az, hogy a hullámhossz körülbelül 1/20-ánál kezd észrevehetően kölcsönhatásba lépni a mezővel, és a maximális kölcsönhatás a hullámhossz 1/4 rúdhosszánál következik be. Ezért az előző bekezdésben szereplő példából származó 10 cm-es vezető elég jó antennává kezd válni 150 MHz feletti frekvenciákon. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy annak ellenére, hogy egy digitális áramkör órajelgenerátora nem működik 150 MHz feletti frekvencián, a jelében mindig jelen vannak magasabb harmonikusok. Ha a nyomtatott áramköri lap jelentős hosszúságú érintkezőcsapokkal rendelkező alkatrészeket tartalmaz, akkor az ilyen érintkezők antennaként is szolgálhatnak.

Az antennák másik fő típusa a hurokantenna. Az egyenes vezető induktivitása nagymértékben megnő, ha meghajlik és egy ív részévé válik. Az induktivitás növelése csökkenti azt a frekvenciát, amelyen az antenna kölcsönhatásba lép a mezővonalakkal.

A tapasztalt PCB-tervezők, akik ésszerűen ismerik a hurokantenna-elméletet, nem tudják, hogy kritikus jelekhez tervezzenek hurkokat. Egyes tervezők azonban nem gondolnak erre, és az ő áramköreikben a visszatérő és jeláramvezetők hurkok.

A jelvisszaverődés és illesztés elmélete közel áll az antennák elméletéhez.

Ha a PCB-vezetőt 90°-os szögben elforgatják, jelvisszaverődés léphet fel. Ennek oka elsősorban az aktuális út szélességében bekövetkezett változások. A sarok csúcsán a nyomvonal szélessége 1,414-szeresére nő, ami az átviteli vonal jellemzőinek, különösen az elosztott kapacitásnak és a nyomvonal saját induktivitásának eltéréséhez vezet. A nyomtatott áramköri lapon gyakran el kell forgatni egy nyomvonalat 90°-kal. Számos modern CAD-csomag lehetővé teszi a megrajzolt útvonalak sarkainak simítását vagy az útvonalak ív formájában történő megrajzolását. A 9. ábra két lépést mutat be a sarok alakjának javítására. Csak az utolsó példa tart fenn állandó útszélességet és minimalizálja a tükröződéseket.

Tipp tapasztalt nyomtatott áramkör-tervezőknek: hagyja a simítási folyamatot a munka utolsó szakaszára, mielőtt könnycsepp alakú csapokat és kitöltési sokszögeket készítene. Ellenkező esetben a CAD-csomag simítása tovább tart a bonyolultabb számítások miatt.

Kapacitív csatolás jön létre a különböző rétegeken lévő NYÁK-vezetők között, amikor metszik egymást. Néha ez problémát okozhat. A szomszédos rétegeken egymás fölé helyezett vezetők hosszú filmkondenzátort hoznak létre.

Például egy nyomtatott áramköri lap a következő paraméterekkel rendelkezhet:
- 4 réteg; a jel és a földi sokszög rétegek szomszédosak,
- rétegköz - 0,2 mm,
- vezeték szélessége - 0,75 mm,
- vezeték hossza - 7,5 mm.

Az FR-4 tipikus ER dielektromos állandója 4,5.

A két busz közötti kapacitás értéke 1,1 pF. Egyes alkalmazásoknál még egy ilyen kis kapacitás is elfogadhatatlan.

A kimeneti jel amplitúdója megduplázódik az op-amp frekvenciatartományának felső határához közeli frekvenciákon. Ez viszont oszcillációhoz vezethet, különösen az antenna működési frekvenciáin (180 MHz felett).

Ez a hatás számos problémát vet fel, amelyek megoldására azonban számos mód kínálkozik. Ezek közül a legnyilvánvalóbb a vezetékek hosszának csökkentése. Egy másik módszer a szélességük csökkentése. Nincs miért ilyen szélességű vezetővel a jelet az invertáló bemenetre kötni, mert Ezen a vezetőn nagyon kevés áram folyik át. A nyomvonal hosszának 2,5 mm-re, szélességének 0,2 mm-re való csökkentése a kapacitás 0,1 pF-re csökkenéséhez vezet, és az ilyen kapacitás már nem vezet ilyen jelentős frekvenciaválasz növekedéshez. Egy másik megoldás az invertáló bemenet alatti sokszög és a hozzá vezető vezető eltávolítása.

A PCB vezetékek szélessége nem csökkenthető a végtelenségig. A maximális szélességet mind a technológiai folyamat, mind a fólia vastagsága határozza meg. Ha két vezető közel halad egymáshoz, akkor közöttük kapacitív és induktív csatolás jön létre.

A jelvezetőket nem szabad egymással párhuzamosan vezetni, kivéve a differenciál- vagy mikroszalagos vezetékeket. A vezetékek közötti résnek legalább háromszorosának kell lennie a vezetékek szélességének háromszorosának.

Az analóg áramkörök nyomai közötti kapacitás problémákat okozhat nagy ellenállásértékekkel (több megaohm). Az op-erősítő invertáló és nem invertáló bemenetei közötti viszonylag nagy kapacitív csatolás könnyen az áramkör oszcillációját okozhatja.

Például d=0,4 mm és h=1,5 mm (elég gyakori értékek) esetén a furat induktivitása 1,1 nH.

Ne feledje, hogy ha az áramkörben nagy ellenállások vannak, akkor különös figyelmet kell fordítani a tábla tisztítására. A nyomtatott áramköri lap gyártási folyamatának utolsó műveletei során el kell távolítani a megmaradt folyósítószert és a szennyeződéseket. A közelmúltban a nyomtatott áramköri lapok telepítésekor gyakran használnak vízoldható folyasztószereket. Mivel kevésbé károsak, vízzel könnyen eltávolíthatók. Ugyanakkor a tábla nem kellően tiszta vízzel történő mosása további szennyeződéshez vezethet, amely rontja a dielektromos jellemzőket. Ezért nagyon fontos, hogy a nagy impedanciájú áramköri lapot friss desztillált vízzel tisztítsa meg.

JELSZIGETELÉS

Mint már említettük, az interferencia behatolhat az áramkör analóg részébe a tápáramkörökön keresztül. Az ilyen interferencia csökkentése érdekében lecsatoló (blokkoló) kondenzátorokat használnak a teljesítménybuszok helyi impedanciájának csökkentésére.

Ha olyan nyomtatott áramköri lapot kell elhelyeznie, amely analóg és digitális részeket is tartalmaz, akkor legalább egy kicsit ismernie kell a logikai elemek elektromos jellemzőit.

A logikai elem tipikus kimeneti fokozata két egymással sorba kapcsolt tranzisztort tartalmaz, valamint a táp- és a testáramkörök között.

Ezek a tranzisztorok ideális esetben szigorúan ellenfázisban működnek, azaz. amikor az egyik nyitva van, akkor ugyanabban az időpillanatban a második zárva van, és a kimeneten logikai egyest vagy logikai nulla jelet generál. Állandósult logikai állapotban a logikai elem energiafogyasztása kicsi.

A helyzet drámaian megváltozik, amikor a végfok egyik logikai állapotból a másikba vált. Ebben az esetben rövid ideig mindkét tranzisztor egyidejűleg nyitva lehet, és a végfok tápárama nagymértékben megnő, mivel az áramút ellenállása a teljesítménybusztól a földbuszig két sorba kapcsolt tranzisztoron keresztül csökken. Az energiafogyasztás hirtelen növekszik, majd csökken is, ami a tápfeszültség lokális változásához és éles, rövid távú áramváltozáshoz vezet. Ezek az áramváltozások rádiófrekvenciás energia kibocsátását eredményezik. Még egy viszonylag egyszerű nyomtatott áramköri lapon is több tíz vagy több száz figyelembe vett logikai elemek kimeneti fokozata lehet, így ezek egyidejű működésének összhatása igen nagy lehet.

Lehetetlen pontosan megjósolni azt a frekvenciatartományt, amelyben ezek az áramlökések fellépnek, mivel előfordulásuk gyakorisága számos tényezőtől függ, beleértve a logikai elem kapcsolótranzisztorainak terjedési késleltetését. A késés viszont számos véletlenszerű októl is függ, amelyek a gyártási folyamat során merülnek fel. A kapcsolási zaj a harmonikus összetevők széles sávú eloszlásával rendelkezik a teljes tartományban. A digitális zaj elnyomására többféle módszer létezik, amelyek alkalmazása a zaj spektrális eloszlásától függ.

A 2. táblázat mutatja az általánosan használt kondenzátortípusok maximális működési frekvenciáit.

2. táblázat

A táblázatból nyilvánvaló, hogy 1 MHz alatti frekvenciákon tantál elektrolit kondenzátorokat használnak, magasabb frekvenciákon kerámia kondenzátorokat kell használni. Emlékeztetni kell arra, hogy a kondenzátoroknak saját rezonanciájuk van, és helytelen választásuk nemcsak nem segít, hanem súlyosbíthatja a problémát. A 15. ábra két közös kondenzátor – 10 μF tantál elektrolit és 0,01 μF kerámia – tipikus önrezonanciáját mutatja be.

A tényleges specifikációk a különböző gyártóktól függően változhatnak, sőt ugyanazon a gyártón belül tételenként is változhatnak. Fontos megérteni, hogy a kondenzátor hatékony működéséhez az általa elnyomott frekvenciáknak a saját rezonanciafrekvenciájánál alacsonyabb tartományban kell lenniük. Ellenkező esetben a reaktancia jellege induktív lesz, és a kondenzátor már nem működik hatékonyan.

Ne tévesszen meg, hogy egy 0,1 µF-os kondenzátor elnyomja az összes frekvenciát. A kis kondenzátorok (10 nF vagy kevesebb) hatékonyabban működhetnek magasabb frekvenciákon.

IC teljesítmény leválasztás

Az integrált áramkörök tápellátásának leválasztása a nagyfrekvenciás zajok elnyomása érdekében egy vagy több kondenzátor használatából áll, amelyek a táp- és a földelő érintkezők közé vannak csatlakoztatva. Fontos, hogy a vezetékeket a kondenzátorokkal összekötő vezetékek rövidek legyenek. Ha ez nem így van, akkor a vezetők öninduktivitása jelentős szerepet fog játszani, és tagadja a szétválasztó kondenzátorok használatának előnyeit.

Minden chipcsomaghoz egy leválasztó kondenzátort kell csatlakoztatni, függetlenül attól, hogy 1, 2 vagy 4 műveleti erősítő van a csomagban. Ha a műveleti erősítő kettős tápellátású, akkor magától értetődő, hogy a leválasztó kondenzátorokat a minden egyes tápcsap. A kapacitásértéket gondosan meg kell választani az áramkörben jelenlévő zaj és interferencia típusától függően.

Különösen nehéz esetekben szükség lehet a kimeneti teljesítményhez sorba kapcsolt induktivitás hozzáadására. Az induktivitást a kondenzátorok előtt kell elhelyezni, nem utána.

Egy másik, olcsóbb módszer az induktivitás cseréje alacsony ellenállású (10...100 Ohm) ellenállásra. Ebben az esetben a leválasztó kondenzátorral együtt az ellenállás aluláteresztő szűrőt képez. Ez a módszer csökkenti a műveleti erősítő tápellátási tartományát, ami egyben az energiafogyasztástól is jobban függ.

Általában a tápáramkörök alacsony frekvenciájú zajának elnyomására elegendő egy vagy több alumínium vagy tantál elektrolit kondenzátort használni a táp bemeneti csatlakozónál. Egy további kerámia kondenzátor elnyomja a nagyfrekvenciás interferenciát más kártyákból.

A BEMENETI ÉS KIMENETI JELEK ELKIVÉTELE

Számos zajprobléma a bemeneti és kimeneti érintkezők közvetlen csatlakoztatásából adódik. A passzív komponensek nagyfrekvenciás korlátai miatt az áramkör reakciója, ha nagyfrekvenciás zajnak van kitéve, meglehetősen kiszámíthatatlan lehet.

Abban a helyzetben, amikor az indukált zaj frekvenciatartománya jelentősen eltér az áramkör frekvenciatartományától, a megoldás egyszerű és kézenfekvő - egy passzív RC szűrő elhelyezése a nagyfrekvenciás interferencia elnyomására. A passzív szűrő használatakor azonban óvatosnak kell lenni: jellemzői (a passzív komponensek nem ideális frekvenciakarakterisztikája miatt) a vágási frekvenciánál (f3db) 100...1000-szer nagyobb frekvenciákon elvesztik tulajdonságaikat. Különböző frekvenciatartományokra hangolt, sorba kapcsolt szűrők használatakor a magasabb frekvenciájú szűrőnek a legközelebb kell lennie az interferencia forrásához. A ferritgyűrűs induktorok a zaj elnyomására is használhatók; egy bizonyos frekvenciáig megtartják az ellenállás induktív jellegét, és felette az ellenállásuk aktívvá válik.

Az analóg áramkörök zavarása olyan nagy lehet, hogy csak képernyők segítségével lehet megszabadulni tőle (vagy legalábbis csökkenteni). A hatékony működés érdekében gondosan meg kell tervezni őket, hogy a legtöbb problémát okozó frekvenciák ne kerülhessenek az áramkörbe. Ez azt jelenti, hogy a képernyőn nem lehetnek nagyobb lyukak vagy kivágások, mint az árnyékolt sugárzás hullámhosszának 1/20-a. Célszerű már a NYÁK tervezésének kezdetétől elegendő helyet biztosítani a javasolt árnyékolásnak. Ha árnyékolást használ, opcionálisan használhat ferritgyűrűket (vagy gyöngyöket) az áramkör minden csatlakozásához.

OPERÁCIÓS ERŐSÍTŐTÁK

Egy, két vagy négy műveleti erősítőt általában egy csomagban helyeznek el.

Egyetlen műveleti erősítő gyakran további bemenetekkel is rendelkezik, például az eltolási feszültség beállításához. A kettős és négyes op erősítők csak invertáló és nem invertáló bemenettel és kimenettel rendelkeznek. Ezért, ha további beállításokra van szükség, akkor egyetlen műveleti erősítőket kell használni. További kimenetek használatakor ne feledje, hogy felépítésüknél fogva segédbemenetek, ezért gondosan és a gyártó ajánlásai szerint kell őket vezérelni.

Egyetlen műveleti erősítőben a kimenet a bemenetek ellentétes oldalán található. Ez megnehezítheti az erősítő magas frekvenciájú működtetését a hosszú visszacsatoló vezetékek miatt. Ennek egyik módja az, hogy az erősítőt és a visszacsatoló komponenseket a PCB különböző oldalaira helyezzük. Ez azonban legalább két további lyukat és vágást eredményez a földelt sokszögben. Néha érdemes kettős műveleti erősítőt használni ennek a problémának a megoldására, még akkor is, ha a második erősítő nincs használatban (és annak tűit megfelelően kell csatlakoztatni).

A kettős műveleti erősítők különösen gyakoriak a sztereó erősítőkben, a négyes műveleti erősítők pedig a többfokozatú szűrőáramkörökben. Ennek azonban van egy meglehetősen jelentős hátránya. Annak ellenére, hogy a modern technológia megfelelő leválasztást biztosít az ugyanazon a szilícium chipen lévő erősítőjelek között, még mindig van köztük áthallás. Ha nagyon kis mennyiségű ilyen interferencia szükséges, akkor egyetlen műveleti erősítőket kell használni. Áthallás nem csak kettős vagy négyes erősítő használatakor fordul elő. Forrásuk a különböző csatornák passzív összetevőinek nagyon közeli közelsége lehet.

A kettős és négyes op-erősítők a fentieken kívül sűrűbb telepítést tesznek lehetővé. Az egyes erősítők egymáshoz képest tükörképnek tűnnek.
Figyelni kell arra, hogy a fél tápfeszültség meghajtó vezetékei közvetlenül az integrált áramkör háza alatt helyezkedjenek el, ami lehetővé teszi hosszuk csökkentését. Ez a példa nem azt mutatja be, hogy mit kell tenni, hanem azt, hogy mit kell tenni. Az átlagos szintű feszültség például mind a négy erősítőnél azonos lehet. A passzív alkatrészek ennek megfelelően méretezhetők. Például a 0402-es keretméretű síkkomponensek megfelelnek a szabványos SO-csomag tűtávolságának. Ez lehetővé teszi, hogy a vezetékek hossza nagyon rövid legyen a nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz.

Ha a műveleti erősítőket DIP-csomagokban és passzív vezetékes alkatrészekben helyezi el, a nyomtatott áramköri lapon átmenőnyílásokat kell biztosítani a felszerelésükhöz. Ilyen alkatrészeket jelenleg akkor használnak, ha a nyomtatott áramköri lap méretei tekintetében nincsenek különleges követelmények; Általában olcsóbbak, de a nyomtatott áramköri kártya költsége a gyártási folyamat során megnő, mivel további lyukakat fúrnak az alkatrészek vezetékeihez.

Ezenkívül külső alkatrészek használatakor a tábla méretei és a vezetékek hossza megnő, ami nem teszi lehetővé az áramkör magas frekvenciájú működését. A Viák saját induktivitással rendelkeznek, ami szintén korlátozza az áramkör dinamikus jellemzőit. Ezért a felső komponensek nem ajánlottak nagyfrekvenciás áramkörök megvalósításához vagy a nagy sebességű logikai áramkörökhöz közel elhelyezett analóg áramkörökhöz.

Egyes tervezők, akik megpróbálják csökkenteni a vezetők hosszát, az ellenállásokat függőlegesen helyezik el. Első pillantásra úgy tűnhet, hogy ez lerövidíti az útvonal hosszát. Ez azonban megnöveli az áram útját az ellenálláson, és maga az ellenállás egy hurkot (induktivitás fordulatot) képvisel. A kibocsátó és vételi képesség sokszorosára nő.

A felületi szereléshez nincs szükség lyukra minden alkatrész vezetékéhez. Az áramkör tesztelése során azonban problémák merülnek fel, és vizsgálati pontként kell használni a vias-okat, különösen kis alkatrészek használatakor.

NEM HASZNÁLT OP-AMP SZEKCIÓK

Ha kettős és négyes műveleti erősítőt használ egy áramkörben, előfordulhat, hogy egyes szakaszok kihasználatlanul maradnak, és ebben az esetben megfelelően kell csatlakoztatni őket. A helytelen csatlakozások megnövekedett energiafogyasztáshoz, több hőhez és több zajhoz vezethetnek az ugyanabban a csomagban használt műveleti erősítőkben. A használaton kívüli op-erősítők érintkezőit így csatlakoztathatjuk: az erősítő kimenetét az invertáló bemenetre kötjük.

KÖVETKEZTETÉS

Ne felejtse el a következő alapvető pontokat, és tartsa mindig szem előtt az analóg áramkörök tervezése és bekötése során.

• gondoljon a nyomtatott áramköri kártyára, mint egy elektromos áramkör alkatrészére;
• tisztában kell lenniük a zaj- és interferenciaforrásokkal és azok megértésével;
• modell és elrendezés áramkörök.

Nyomtatott áramkör:

• csak jó minőségű anyagokból (például FR-4) készült nyomtatott áramköri kártyákat használjon;
• a többrétegű nyomtatott áramköri lapokon készült áramkörök 20 dB-lel kevésbé érzékenyek a külső interferenciára, mint a kétrétegű kártyákon készült áramkörök;
• elválasztott, nem átfedő sokszögeket használjon a különböző területekhez és betáplálásokhoz;
• Helyezze a föld- és táppoligonokat a PCB belső rétegeire.

Alkatrészek:

• Legyen tudatában a passzív alkatrészek és a kártyanyomok által bevezetett frekvenciakorlátoknak;
• igyekezzen elkerülni a passzív alkatrészek függőleges elhelyezését a nagy sebességű áramkörökben;
• A nagyfrekvenciás áramkörökhöz felületre szerelhető alkatrészeket használjon;
• a vezetőknek rövidebbnek kell lenniük, annál jobb;
• ha nagyobb vezetékhosszra van szükség, csökkentse a szélességét;
• Az aktív alkatrészek nem használt érintkezőit megfelelően kell csatlakoztatni.

Vezeték:

• helyezze az analóg áramkört a tápcsatlakozó közelébe;
• soha ne irányítsa a logikai jeleket továbbító vezetőket a tábla analóg területén keresztül, és fordítva;
• rövidre tegyük a vezetőket az op-amp invertáló bemenetére;
• ügyeljen arra, hogy az op-amp invertáló és nem invertáló bemeneteinek vezetői ne legyenek egymással párhuzamosan nagy távolságra;
• próbáld meg elkerülni az extra VI-k használatát, mert... saját induktivitása további problémákat okozhat;
• ne vezesse derékszögben a vezetékeket, és lehetőleg simítsa le a sarkok tetejét.

Csere:

• használja a megfelelő típusú kondenzátorokat az áramellátási áramkörök zajelnyomására;
• az alacsony frekvenciájú interferenciák és zajok elnyomására használjon tantál kondenzátorokat a tápbemeneti csatlakozónál;
• A nagyfrekvenciás interferenciák és zajok elnyomására használjon kerámia kondenzátorokat a táp bemeneti csatlakozónál;
• használjon kerámia kondenzátorokat a mikroáramkör minden tápcsatlakozójához; ha szükséges, használjon több kondenzátort a különböző frekvenciatartományokhoz;
• ha gerjesztés történik az áramkörben, akkor alacsonyabb kapacitású kondenzátorokat kell használni, nem pedig nagyobbat;
• nehéz esetekben használjon sorba kapcsolt, alacsony ellenállású vagy induktivitású ellenállásokat az áramkörökben;
• Az analóg teljesítményleválasztó kondenzátorokat csak az analóg testre szabad csatlakoztatni, a digitális földhöz nem.

Megtekintve: 17115

Kis méretű VHF berendezésekben a táblán viszonylag nagy helyet foglalnak el huroktekercsek és RF fojtótekercsek. Gyakran ezek határozzák meg az áramköri lap teljes magasságát. Bizonyos esetekben célszerű lehet lapos tekercseket használni - nyomtatott és huzalos. A nyomtatott RF tekercsek alapja leggyakrabban speciális nagyfrekvenciás kerámiák. Az ilyen orsók gyártási technológiája nem alkalmas amatőr körülményekre. A gyakorlat azonban azt mutatja, hogy a 80-100 MHz-es frekvenciákig meglehetősen kielégítő eredményeket lehet elérni, ha fóliával bevont üvegszálból maratással készült tekercseket használnak. A fluoroplasztikus fólia használata a tekercsnyomtatáshoz lehetővé teszi a frekvenciahatár 200-300 MHz-re tolását. A lapos huzaltekercsek kielégítő mechanikai szilárdsággal, viszonylag kis belső kapacitással, könnyű gyártással rendelkeznek, és 10 MHz-ig használhatók. A lapos nyomott és huzaltekercsek induktivitásának és minőségi tényezőjének jelentős növekedése érhető el, ha a tekercs egyik vagy mindkét oldalára ferritlemezeket helyezünk. A tekercs és a lemez közötti távolság megváltoztatásával (nem mágneses távtartó készlet használatával vagy más módon) a tekercs induktivitása megváltoztatható. Az induktivitás bizonyos határok között beállítható a vele párhuzamosan mozgó, nem mágneses fémből (rézből vagy alumíniumból) készült zászló segítségével. A dróttekercseket kényelmesen közvetlenül a táblára vagy a táblára erősített külön lemezre lehet ragasztani. A nyomtatótekercsek bármilyen alakúak lehetnek. A külső fordulat kimenetét „földelni” kell a táblán - ebben az esetben képernyő szerepét tölti be. Ezenkívül a nyomtatott tekercset árnyékolhatja egy másik külső nyitott tekerccsel, amely a készülék közös vezetékéhez csatlakozik. A tekercsek példái a képen láthatók.

Nomogramok segítségével kellő pontossággal számíthatja ki a tekercseket egy rádióamatőr számára. A nyomtatott és a huzaltekercsek számítási eljárása hasonló, a különbség az, hogy a nyomtatott tekercs nyomtatott nyomvonalának szélessége megfelel a huzaltekercs vezetékének rézátmérőjének, a pályák közötti rés szélessége pedig a duplája. a vezeték szigetelésének vastagsága.

A tekercsek tervezési méretei az ábrán láthatók. 1, a és b. A számításhoz szükséges nomogramokat az ábra mutatja. 2. és 3. Példaként az alábbiakban egy 0,64 μH induktivitású kerek nyomtatott tekercs (mag nélküli) számítását tekintjük. A tekercs legnagyobb D külső átmérőjét 20 mm-nek, a legkisebb belső átmérőt d = 8 mm-nek választjuk. Meg kell találni a w fordulatok számát, a nyomtatott S pálya szélességét és a tekercs félköreinek C1 és C2 középpontjai közötti Sr távolságot. A kerek tekercsek kiszámításának nomogramja az ábrán látható. 2. Számítsa ki: D + d=20 + 8 = 28 mm = 2,8 cm: D/d = 20:8 = 2,5. A „D+d” és „D/d” skálákon megtaláljuk a megfelelő pontokat, és egy egyenes vonallal összekötjük (szaggatott vonal a 2. ábrán). Ennek az egyenesnek a digitalizálatlan segédvonallal való metszéspontján és az adott L = 0,64 μH induktivitásnak megfelelő „L” skála ponton keresztül egy egyenest húzunk, amíg az nem metszi a „w” skálát, amely mentén megszámoljuk a szükséges fordulatszámot - 6,5. A D + d, D/d vagy L értéke a nomogram skálán 10-szeresére vagy 100-szorosára növelhető (csökkenthető), míg w értéke ennek megfelelően 10 gyökére és 100 gyökére változik. alkalommal. A nyomtatott vezeték S, mm szélességét a következő képlettel számítjuk ki: S>=Sr = (D - d)/4w; huzaltekercs huzalszigetelésének átmérője - diz = (D - d)/2w. A kapott eredményt a sorozat legközelebbi magasabb értékére kerekítjük 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 mm stb. Sr= (20-8)/4x6,5=0,46; S=0,5 mm. Kis Sr-értékeknél Sr = S-t kell venni A huzaltekercseknél a diz-t a legközelebbi szabványos huzalszigetelés-átmérőre kell kerekíteni. A fóliával bevont üvegtextolitra körzővel visszük fel a tekercsmintát, amelybe vegyszerálló festékkel töltött rajztoll kerül. A felső félköröket (lásd az 1a. ábrát) a C1 középpontjából, az alsókat a C2-ből húzzuk. Az Sr távolságot a lehető legpontosabban be kell tartani. A festék megszáradása után a tekercset a szokásos módon vas(III)-klorid-oldatban maratjuk. A négyzet alakú nyomtatott tekercseket az ábrán látható nomogram segítségével számítjuk ki. 3. Pontosabb eredményeket kaphatunk a lapos tekercsek kiszámításához analitikusan, a nomogramok összeállításához használt képletekkel. Ezeket a képleteket az ábra mutatja. 2. és 3. A képletekben szereplő mennyiségek méretei megfelelnek a nomogramokon feltüntetetteknek. A „phi” függvények értékeit (D/d és f(a/A) az 1. és 2. táblázat foglalja össze. A lapos huzaltekercsek egy összecsukható keretre vannak feltekerve két rúdra erősített pofa között. A keret magjának meg kell egyeznie a tekercs belső átmérőjével, és a pofák közötti távolság a huzal átmérője a szigetelés mentén. A tekercselés során a huzalt BF~2 ragasztóval megnedvesítik. Az orcáknak olyan anyagból kell készülniük, amely rosszul tapad a ragasztóhoz (fluoroplast, viniflex). A keretet a ragasztó megszáradása után szétszereljük. A legyártott tekercseket vagy közvetlenül a táblára vagy a táblára szerelt ferritlemezre ragasztják. A cikk címében látható tekercsek a következő mért paraméterekkel rendelkeznek: kerek nyomtatott (D = 40 mm) - induktivitás 1,4 μH, minőségi tényező 95; négyzet (A = 30 mm) - 0,9 µH és 180, huzal teteje (D = 15 mm, PEV-1 vezeték 0,18) - 7,5 µH és 48; középső (D = 11,9 mm, PEV-2 vezeték 0,1) - 9,5 μH és 48 és alsó (D = 9 mm, PEL vezeték 0,05) - 37 μH és 43

A lapos nyomtatott tekercseket leggyakrabban a méter és deciméter hullámhossz-tartományban használják az eszköz méretének csökkentésére. Általában kerek, szögletes vagy meander alakú tekercsekkel készülnek, bár lehetséges sokszög formájában is. A közelmúltban, a többrétegű nyomtatott áramköri lapok technológiájának megjelenésével, a nyomtatott áramköri lapon lévő többrétegű tekercsek is megjelentek. A mágneses anyagból készült mag használata nem hatékony, mivel az ilyen magot eltávolítják a tekercs meneteiből, és 3-5% -kal megváltoztathatja az induktivitását, ami a legtöbb esetben nem elegendő. Ezért a legtöbb esetben nyomtatott induktorokat használnak, amikor nincs szükség beállításra, és az induktivitás értéke nem haladja meg a mikrohenry egységeket.

Weboldalunkon egy online számológép segítségével kiszámíthatja a nyomtatott áramköri lapon lévő tekercseket

A Coil32 programban a 9.6-os verziótól kezdődően a lapos nyomtatott tekercseket kör- és négyszögletű fordulatokkal az általános empirikus képlet segítségével számítjuk ki:

• L- induktivitás (µH)
• D- a spirál külső átmérője (mm)
• d- a spirál belső átmérője (mm)
• N- fordulatok száma
• D átl- átlagos tekercsátmérő (mm)
• φ - kitöltési tényező

A c 1 - c 4 együtthatókat a táblázat foglalja össze:

Az ábrán a tekercselés menetemelkedése " s". Változatlanul" s", ha növeli a fordulat szélességét, akkor a tekercs minőségi tényezője és saját kapacitása nő. Általában a tekercs méretének minimalizálása érdekében a nyomtatott vezető szélességét a vezetők távolságához közel készítik, így a képletben a " hatása s" az induktivitás mértékét nem veszik figyelembe. Az optimális érték d/D = 0,4 kerek tekercshez és a program automatikusan kiválasztja. Négyzet alakú tekercs esetén az optimális érték d/D = 0,362és a program is automatikusan kiválasztja.

Az induktivitás számításának hibája ezzel a képlettel nem haladja meg a 8%-ot, ha s nem nagyobb, mint 3w, azaz. ha a csíkok közötti hézag nem több, mint a szalag szélességének kétszerese.

A közvetlenül nyomtatott vezető formájában lévő induktív elemet a következő empirikus képlet segítségével számítjuk ki:

, Ahol:

• L- induktivitás (µH)
• l- vezeték hossza (mm)
• b- vezeték szélessége (mm)

Ilyen induktív elemeket gyakran használnak UHF szűrőkben. Mivel egy ilyen induktív elem belső kapacitása meglehetősen nagy, nem szabad megfeledkezni arról, hogy helyesebb egy hosszú, elosztott paraméterekkel rendelkező vonal szegmenseként ábrázolni. A közelítő számításokhoz azonban az itt alkalmazott modell egyszerűsítése teljesen elfogadható.