Montarea inductoarelor pe plăci de circuite imprimate simple. Elementele de bază ale aspectului PCB. Decuplarea puterii IC

Tehnologia „Iron-laser” pentru fabricarea plăcilor de circuite imprimate(ULT) sa răspândit în cercurile radioamatorilor în doar câțiva ani și permite obținerea de plăci de circuite imprimate de o calitate destul de înaltă. Plăcile cu circuite imprimate desenate manual necesită mult timp și nu sunt imune la erori.

La fabricarea inductoarelor imprimate pentru circuite de înaltă frecvență sunt impuse cerințe speciale pentru precizia modelului. Marginile conductorilor bobinei trebuie să fie cât mai netede posibil, deoarece acest lucru afectează factorul lor de calitate. Desenarea manuală a unei spirale cu mai multe spire este foarte problematică și aici ULT-ul poate să își spună cuvântul.

Orez. 1

Orez. 2

Deci, totul este în ordine. Lansăm programul de calculator SPRINT-LAYOUT, de exemplu, versiunea 5.0. Setați în setările programului:

Scară grilă - 1,25 mm;

Lățimea liniei - 0,8 mm;

Dimensiuni placa - 42,5x42,5 mm;

Diametrul exterior al „plasticului” este de 1,5 mm;

Diametrul găurii din „plastic” este de 0,5 mm.

Găsiți centrul plăcii și desenați un șablon conductor de bobină (Fig. 1)de-a lungul rețelei de coordonate folosind instrumentul CONDUCTOR, răsucirea bobinei în direcția dorită (șablonul necesită o imagine în oglindă, dar poate fi obținută ulterior, la imprimare). Instalăm un „plastic” la începutul și la sfârșitul bobinei pentru a conecta bobina cu elementele circuitului.

În setările de imprimare, setăm numărul de printuri pe o foaie, distanța dintre printuri și, dacă este necesar să „răsești” bobina în cealaltă direcție, imprimarea în oglindă a designului. Ar trebui să imprimați pe hârtie netedă sau folie specială, setând setările imprimantei la cantitatea maximă de toner atunci când imprimați.

În continuare urmează standardul ULT. Pregătim folie din fibră de sticlă, curățăm suprafața foliei și o degresăm, de exemplu, cu acetonă. Aplicăm șablonul cu toner pe folie și îl călcăm cu fierul fierbinte printr-o foaie de hârtie până când tonerul aderă bine de folie.

După aceea, înmuiați hârtia sub jet de apă de la robinet (rece sau la temperatura camerei) și îndepărtați-o cu grijă în „pelete”, lăsând tonerul pe folia plăcii. Gravăm placa și apoi scoatem tonerul de pe ea cu un solvent, de exemplu, acetonă. Un conductor clar al unui inductor „imprimat” de înaltă calitate rămâne pe placă.

Bobinele imprimate cu spire spiralate folosind ULT sunt de o calitate puțin mai proastă. Acest lucru se datorează formei pătrate a pixelilor imaginii, astfel încât marginile conductorului bobinei spiralate sunt zimțate. Adevărat, aceste nereguli sunt destul de mici, iar calitatea mulinetei, în general, este încă mai mare decât la operarea manuală.

Deschideți din nou programul SPRINT-LAYOUT versiunea 5.0. În setul de instrumente, selectați FORMA SPECIALĂ - un instrument pentru desenarea poligoanelor și spiralelor. Selectați fila SPIRALA. Instalare:

Raza de pornire (START RADIUS) -2 mm;

Distanța dintre ture (DISTANTA) - 1,5 mm;

Lățimea conductorului (TRACK WIDTH) -0,8 mm;

Numărul de ture (TURNS), de exemplu, este 20.

Dimensiunea plăcii ocupate de o astfel de bobină este de 65x65 mm (Fig. 2).

Bobinele imprimate sunt de obicei cuplate împreună în filtre trece-bandă (BPF) folosind condensatoare mici. Cu toate acestea, este posibilă și cuplarea lor inductivă, gradul căruia poate fi modificat prin modificarea distanței dintre planurile bobinelor sau rotirea excentrică una față de alta. Se poate realiza montarea fixă ​​a bobinelor una față de alta

Construiți folosind bare dielectrice.

Inductanța bobinelor poate fi reglată prin scurtcircuitarea spirelor, ruperea conductorului imprimat sau îndepărtarea parțială a acestuia. Acest lucru va crește frecvența de reglare a circuitului. O reducere a frecvenței poate fi realizată prin lipirea condensatoarelor de tip SMD de capacitate mică între spire.

Fabricarea bobinelor VHF sub formă de meandre, linii drepte și curbe, filtre cu pieptene etc. utilizarea ULT adaugă, de asemenea, eleganță produsului final și, de regulă, crește factorul de calitate al acestora (datorită marginilor „netede” ale conductorilor imprimați). Cu toate acestea, în timpul producției, trebuie reținută calitatea materialului substratului (fibră de sticlă) , care își pierde proprietățile izolatoare cu o frecvență crescândă.În circuitele echivalente, rezistența la pierderi în dielectric trebuie conectată în paralel cu bobinele imprimate, iar această rezistență va fi mai mică, cu cât frecvența de funcționare este mai mare și cu atât calitatea dielectricului este mai slabă. .

În practică, fibra de sticlă din folie poate fi utilizată pe deplin pentru fabricarea circuitelor rezonante imprimate până la intervalul de 2 metri inclusiv (până la aproximativ 150 MHz). Tipuri speciale de fibră de sticlă de înaltă frecvență pot fi utilizate în intervalul de 70 cm (până la aproximativ 470...500 MHz). La frecvențe mai mari, ar trebui să se folosească fluoroplastic RF acoperit cu folie (Teflon), ceramică sau sticlă.

Un inductor imprimat are un factor de calitate crescut datorită scăderii capacității interturn, obținută, pe de o parte, datorită grosimii mici a foliei, iar pe de altă parte, pasului de „înfășurare” a bobinei. Un cadru închis de folie împământat în jurul bobinei imprimate în planul său servește drept scut față de alte bobine și conductori imprimați, dar are un efect redus asupra parametrilor bobinei dacă periferia acesteia este sub tensiune RF scăzută (conectată la un fir comun) și centrul său este sub înalt.

Literatură

1. G. Panasenko. Fabricarea bobinelor de tipar. - Radio, 1987, nr. 5, p. 62.

Multe elemente de circuit pot fi produse prin imprimare: rezistențe, condensatoare, inductoare, bobine multi-turn de transformatoare și bobine, întrerupătoare și conectori.

Rezistoarele imprimate sunt realizate prin aplicarea unor filme subțiri de lac pe suprafața plăcii.

Configurația lor (Fig. 35, a) poate fi foarte diversă și depinde de posibilitatea asigurării condițiilor de rezistență mecanică și de transfer termic. Rezistoarele variabile sunt, de asemenea, produse prin imprimare, care constau dintr-un strat conductor de carbon sau metal cu formă de arc și un glisor de contact care alunecă de-a lungul suprafeței elementului conductor. Valoarea rezistenței rezistorului imprimat depinde de compoziția suspensiei, de forma modelului și de grosimea filmului.

Rezistoarele compozite cu film de tip SZ-4 sunt utilizate pe scară largă. Aceste rezistențe sunt fabricate direct pe suprafața microplacii. Ele pot fi utilizate în intervalul de temperatură de la -60 la +125°C, iar puterea disipată de microrezistoare nu depășește 0,25 W.

Condensatoarele imprimate sunt realizate prin aplicarea a două plăci conductoare pe ambele părți ale bazei izolatoare (Fig. 35, b). Capacitatea unui condensator este determinată de aria plăcilor sale și de grosimea dielectricului (placă). În fig. 35, c prezintă un condensator imprimat semi-alternant, în care placa statorului este aplicată direct pe baza izolatoare a plăcii, iar placa rotorului este aplicată pe un disc ceramic, care se poate roti în jurul unei axe paralele cu planul plăcii. placa, modificând valoarea capacităţii. Utilizarea materialelor ceramice face posibilă obținerea de condensatoare stabile cu valori nominale de la câteva până la câteva sute de picofarad și o tensiune de funcționare de 100V sau mai mult.

Inductoarele imprimate (Fig. 35, d) sunt realizate sub formă de linii plate metalizate spiralate de forme rotunde, ovale, pătrate sau alte forme imprimate pe placă. Cantitatea de inductanță a unor astfel de bobine depinde de numărul de spire ale bobinei, distanța dintre ele și diametrul lor. Pentru a crește inductanța bobinelor imprimate, acestea sunt realizate multistrat, cu o bobină separată de cealaltă printr-un strat izolator de lac, iar capetele bobinelor sunt conectate între ele în serie. În unele cazuri, o creștere a inductanței se realizează prin introducerea miezurilor magnetodielectrice în centrul spiralei sau prin aplicarea unui strat de vopsea magnetică în câmpul bobinei. Pe circuitele imprimate, puteți crea și inductanță variabilă, pentru care deasupra bobinei imprimate este instalată o placă de cupru sau aluminiu, care poate fi mutată.

Pentru a crește factorul de calitate al bobinelor, acestora li se adaugă prin mijloace galvanice un strat de argint cu grosimea de 20...50 microni.

Transformatoarele și bobinele imprimate sunt realizate prin aplicarea unor spirale individuale pe o bază flexibilă din material fluoroplastic, lăcuit, hârtie coptă sau alte materiale izolante. Înfășurările imprimate sunt conectate între ele în serie și plasate într-o carcasă specială sau presate într-o carcasă de plastic.

Întrerupătoarele imprimate și conectorii se pot realiza fie direct pe placa de circuit imprimat a receptorului radio, fie pe plăci separate. Un comutator imprimat, chiar și de cea mai mare complexitate, este mai ieftin decât unul realizat prin orice altă metodă. Pentru a crește rezistența la abraziune a contactelor de comutare imprimate, acestea sunt acoperite cu argint, ceea ce asigură o funcționare fiabilă până la câteva sute de mii de comutări. Pentru a asigura o durabilitate sporita, contactele de cupru ale comutatoarelor sunt acoperite cu un strat de rodiu cu o grosime de 6... 10 microni.

Elementele imprimate sunt ecranate, dacă este necesar, prin aplicarea unui strat de lac izolator pe suprafața modelului, care este apoi acoperit cu un strat de material magnetic. Ecranarea conductorilor nu este continuă, ci plasă sau sub formă de fante.

Intenția acestui articol este de a discuta despre greșelile comune făcute de designerii PCB, de a descrie impactul acestor greșeli asupra performanței calității și de a oferi recomandări pentru rezolvarea problemelor care apar.

CONSIDERENTE GENERALE

Datorită diferențelor semnificative dintre circuitele analogice și cele digitale, porțiunea analogică a circuitului trebuie separată de restul și trebuie respectate metode și reguli speciale la cablarea acesteia. Efectele performanței PCB non-ideale sunt deosebit de vizibile în circuitele analogice de înaltă frecvență, dar tipul general de erori descrise în acest articol poate afecta performanța dispozitivelor care funcționează chiar și în domeniul de frecvență audio.

Placă de circuit imprimat - componentă a circuitului

Numai în cazuri rare poate fi direcționat un circuit analogic PCB astfel încât influențele pe care le introduce să nu aibă niciun efect asupra funcționării circuitului. În același timp, orice astfel de impact poate fi minimizat, astfel încât caracteristicile circuitelor analogice ale dispozitivului să fie aceleași cu cele ale modelului și prototipului.

Aspect

Dezvoltatorii de circuite digitale pot corecta mici erori de pe placa fabricată adăugând jumperi la aceasta sau, dimpotrivă, îndepărtând conductorii inutile, efectuând modificări în funcționarea cipurilor programabile etc., trecând foarte rapid la următoarea dezvoltare. Acesta nu este cazul unui circuit analogic. Unele dintre erorile comune discutate în acest articol nu pot fi corectate prin adăugarea de jumperi sau prin eliminarea conductorilor în exces. Ele pot și vor face ca întreaga placă de circuit imprimat să fie inoperabilă.

Este foarte important pentru un proiectant de circuite digitale care utilizează astfel de metode de corecție să citească și să înțeleagă materialul prezentat în acest articol cu ​​mult înainte de a trimite proiectul la producție. O mică atenție la proiectare și o discuție asupra opțiunilor posibile nu numai că va împiedica PCB-ul să devină vechi, ci și va reduce costul erorilor grave într-o mică parte analogică a circuitului. Găsirea erorilor și remedierea lor poate duce la sute de ore pierdute. Prototiparea poate reduce acest timp la o zi sau mai puțin. Breadboard toate circuitele dvs. analogice.

Surse de zgomot și interferențe

Zgomotul și interferența sunt principalele elemente care limitează calitatea circuitelor. Interferența poate fi fie emisă de surse, fie indusă pe elementele circuitului. Circuitele analogice sunt adesea amplasate pe o placă de circuit imprimat împreună cu componente digitale de mare viteză, inclusiv procesoare de semnal digital (DSP).

Semnalele logice de înaltă frecvență generează interferențe de radiofrecvență (RFI) semnificative. Numărul surselor de emisie de zgomot este enorm: surse de alimentare cheie pentru sisteme digitale, telefoane mobile, radio și televiziune, surse de alimentare pentru lămpi fluorescente, computere personale, fulgere etc. Chiar dacă un circuit analogic funcționează în domeniul de frecvență audio, interferența de radiofrecvență poate crea zgomot vizibil în semnalul de ieșire.

CATEGORII DE PLACHE IMPRIMATE

Alegerea designului PCB este un factor important în determinarea performanței mecanice a dispozitivului general. Pentru fabricarea plăcilor cu circuite imprimate se folosesc materiale de diferite niveluri de calitate. Va fi cel mai potrivit și convenabil pentru dezvoltator dacă producătorul de PCB este situat în apropiere. În acest caz, este ușor să controlați rezistivitatea și constanta dielectrică - principalii parametri ai materialului plăcii de circuit imprimat. Din păcate, acest lucru nu este suficient și cunoașterea altor parametri precum inflamabilitatea, stabilitatea la temperatură ridicată și coeficientul de higroscopicitate este adesea necesară. Acești parametri pot fi cunoscuți numai de producătorul componentelor utilizate în producția de plăci cu circuite imprimate.

Materialele stratificate sunt desemnate prin indicii FR (rezistent la flacără) și G. Materialul cu indicele FR-1 are cea mai mare inflamabilitate, iar FR-5 cea mai mică. Materialele cu indici G10 și G11 au caracteristici speciale. Materialele plăcilor de circuite imprimate sunt date în tabel. 1.

Nu utilizați PCB categoria FR-1. Există multe exemple de PCB-uri FR-1 care au suferit daune termice din cauza componentelor de mare putere. Plăcile cu circuite imprimate din această categorie sunt mai asemănătoare cu cartonul.

FR-4 este adesea folosit la fabricarea de echipamente industriale, în timp ce FR-2 este folosit la fabricarea de aparate electrocasnice. Aceste două categorii sunt standardizate în industrie, iar PCB-urile FR-2 și FR-4 sunt adesea potrivite pentru majoritatea aplicațiilor. Dar uneori caracteristicile imperfecte ale acestor categorii forțează utilizarea altor materiale. De exemplu, pentru aplicații de foarte înaltă frecvență, fluoroplasticele și chiar ceramica sunt folosite ca materiale pentru plăcile de circuite imprimate. Cu toate acestea, cu cât materialul PCB este mai exotic, cu atât prețul poate fi mai mare.

Atunci când alegeți un material PCB, acordați o atenție deosebită higroscopicității acestuia, deoarece acest parametru poate avea un efect negativ puternic asupra caracteristicilor dorite ale plăcii - rezistența la suprafață, scurgerile, proprietățile de izolare de înaltă tensiune (defecțiune și scântei) și rezistența mecanică. Acordați atenție și temperaturii de funcționare. Punctele fierbinți pot apărea în locuri neașteptate, cum ar fi lângă circuite mari digitale integrate care comută la frecvențe înalte. Dacă astfel de zone sunt situate direct sub componentele analogice, temperaturile crescute pot afecta performanța circuitului analogic.

tabelul 1

	Componente, comentarii
	hârtie, compoziție fenolică: presare și ștanțare la temperatura camerei, coeficient de higroscopicitate ridicat
	hârtie, compoziție fenolică: aplicabilă pentru plăcile cu circuite imprimate pe o singură față ale aparatelor de uz casnic, coeficient de higroscopicitate scăzut
	hârtie, compoziție epoxidice: modele cu caracteristici mecanice și electrice bune
	fibră de sticlă, compoziție epoxidice: proprietăți mecanice și electrice excelente
	fibra de sticla, compozitie epoxidica: rezistenta ridicata la temperaturi ridicate, neinflamabil
	fibră de sticlă, compoziție epoxidice: proprietăți izolante ridicate, cea mai mare rezistență a fibrei de sticlă, coeficient de higroscopicitate scăzut
	fibră de sticlă, compoziție epoxidice: rezistență ridicată la încovoiere la temperaturi ridicate, rezistență ridicată la solvenți

Odată ce materialul PCB este selectat, trebuie determinată grosimea foliei PCB. Acest parametru este selectat în primul rând pe baza valorii maxime a curentului care curge. Dacă este posibil, încercați să evitați utilizarea foliei foarte subțiri.

NUMĂR DE STRATURILE DE PLACĂ IMPRIMATĂ

În funcție de complexitatea generală a circuitului și de cerințele de calitate, proiectantul trebuie să determine numărul de straturi ale PCB.

PCB-uri cu un singur strat

Circuitele electronice foarte simple sunt realizate pe plăci cu o singură față folosind materiale ieftine din folie (FR-1 sau FR-2) și au adesea mulți jumperi, care seamănă cu plăcile cu două fețe. Această metodă de creare a plăcilor cu circuite imprimate este recomandată numai pentru circuitele de joasă frecvență. Din motive care vor fi descrise mai jos, plăcile de circuite imprimate pe o singură față sunt foarte susceptibile la interferențe. Un PCB bun cu o singură față este destul de dificil de proiectat din multe motive. Cu toate acestea, există plăci bune de acest tip, dar atunci când le proiectați, trebuie să vă gândiți mult în avans.

PCB-uri cu strat dublu

La nivelul următor se află plăcile de circuite imprimate pe două fețe, care în majoritatea cazurilor folosesc FR-4 ca material substrat, deși uneori se găsește și FR-2. Utilizarea FR-4 este mai de preferat, deoarece orificiile plăcilor de circuite imprimate realizate din acest material sunt de o calitate mai bună. Circuitele de pe plăcile de circuite imprimate cu două fețe sunt mult mai ușor de conectat deoarece În două straturi este mai ușor să traseți rutele care se intersectează. Cu toate acestea, pentru circuitele analogice, încrucișarea urmelor nu este recomandată. Acolo unde este posibil, stratul inferior (de jos) ar trebui să fie alocat poligonului de la sol, iar semnalele rămase ar trebui direcționate către stratul superior (sus). Utilizarea unei gropi de gunoi ca autobuz de pământ oferă mai multe avantaje:

• firul comun este firul cel mai frecvent conectat în circuit; prin urmare, este rezonabil să aveți „multe” fire comune pentru a simplifica cablarea.
• rezistența mecanică a plăcii crește.
• rezistența tuturor conexiunilor la firul comun scade, ceea ce, la rândul său, reduce zgomotul și interferența.
• Capacitatea distribuită pentru fiecare circuit de circuit este crescută, ajutând la suprimarea zgomotului radiat.
• poligonul, care este un ecran, suprimă interferența emisă de sursele situate pe partea laterală a poligonului.

PCB-urile cu două fețe, în ciuda tuturor avantajelor lor, nu sunt cele mai bune, în special pentru circuitele cu semnal scăzut sau de mare viteză. În general, grosimea plăcii de circuit imprimat, adică distanța dintre straturile de metalizare este de 1,5 mm, ceea ce este prea mare pentru a realiza pe deplin unele dintre avantajele unei plăci de circuit imprimat cu două straturi prezentate mai sus. Capacitatea distribuită, de exemplu, este prea mică din cauza unui interval atât de mare.

PCB-uri multistrat

Pentru proiectarea circuitelor critice, sunt necesare plăci de circuite imprimate multistrat (MPB). Câteva motive pentru utilizarea lor sunt evidente:

• Distribuția magistralelor de alimentare este la fel de convenabilă ca și pentru magistrala comună; dacă poligoane de pe un strat separat sunt folosite ca magistrale de alimentare, atunci este destul de simplu să furnizați energie fiecărui element de circuit folosind vias;
• straturile de semnal sunt eliberate de magistralele de alimentare, ceea ce facilitează cablarea conductorilor de semnal;
• Capacitatea distribuită apare între poligoane de pământ și putere, ceea ce reduce zgomotul de înaltă frecvență.

Pe lângă aceste motive pentru utilizarea plăcilor cu circuite imprimate multistrat, există și altele, mai puțin evidente:

o mai bună suprimare a interferențelor electromagnetice (EMI) și radiofrecvenței (RFI) datorită efectului de reflexie (efectul plan al imaginii), cunoscut încă de pe vremea lui Marconi. Când un conductor este plasat aproape de o suprafață conducătoare plană, majoritatea curenților de retur de înaltă frecvență vor curge de-a lungul planului direct sub conductor. Direcția acestor curenți va fi opusă direcției curenților din conductor. Astfel, reflexia conductorului în plan creează o linie de transmisie a semnalului. Deoarece curenții din conductor și din plan sunt egale ca mărime și opuse ca direcție, se creează o oarecare reducere a interferenței radiate. Efectul de reflexie funcționează eficient numai cu poligoane solide neîntrerupte (acestea pot fi atât poligoane de sol, cât și poligoane de putere). Orice pierdere a integrității va duce la reducerea interferențelor.
reducerea costurilor totale pentru producția la scară mică. Deși PCB-urile multistrat sunt mai scumpe de fabricat, radiația lor potențială este mai mică decât cea a PCB-urilor cu un singur și dublu strat. Prin urmare, în unele cazuri, utilizarea numai a plăcilor multistrat vă va permite să îndepliniți cerințele de emisie stabilite în timpul proiectării, fără testare și testare suplimentară. Utilizarea MPP poate reduce nivelul de interferență radiată cu 20 dB în comparație cu plăcile cu două straturi.

Ordinea straturilor

Designerii neexperimentați au adesea o oarecare confuzie cu privire la ordinea optimă a straturilor PCB. Să luăm, de exemplu, o cameră cu 4 straturi care conține două straturi de semnal și două straturi de poligoane - un strat de sol și un strat de putere. Care este cea mai bună ordine a straturilor? Straturi de semnal între poligoane care vor servi drept ecrane? Sau ar trebui să facem straturile poligoanelor interne pentru a reduce interferența straturilor de semnal?

Când abordăm această problemă, este important să ne amintim că de multe ori locația straturilor nu contează prea mult, deoarece componentele sunt oricum situate pe straturile exterioare, iar magistralele care furnizează semnale pinii lor trec uneori prin toate straturile. Prin urmare, orice efect de ecran este doar un compromis. În acest caz, este mai bine să aveți grijă de a crea o capacitate mare distribuită între poligoane de putere și de pământ, plasându-le în straturile interioare.

Un alt avantaj al plasării straturilor de semnal în exterior este disponibilitatea semnalelor pentru testare, precum și posibilitatea modificării conexiunilor. Oricine a schimbat vreodată conexiunile conductoarelor amplasate în straturile interioare va aprecia această oportunitate.

Pentru PCB-urile cu mai mult de patru straturi, regula generală este să plasați conductori de semnal de mare viteză între poligoane de pământ și de putere și să direcționați conductorii de semnal de joasă frecvență către straturile exterioare.

PĂMÂNTARE

O bună împământare este o cerință generală pentru un sistem bogat, cu mai multe niveluri. Și ar trebui să fie planificat încă din primul pas al dezvoltării designului.

Regula de bază: împărțirea pământului.

Împărțirea terenului în părți analogice și digitale este una dintre cele mai simple și mai eficiente metode de reducere a zgomotului. Unul sau mai multe straturi ale unei plăci cu circuite imprimate multistrat sunt de obicei dedicate unui strat de poligoane de pământ. Dacă dezvoltatorul nu este foarte experimentat sau neatent, atunci pământul părții analogice va fi conectat direct la aceste poligoane, adică returul curent analogic va folosi același circuit ca și curentul retur digital. Auto-distribuitorii funcționează aproape în același mod și unesc toate terenurile împreună.

Dacă o placă de circuit imprimat dezvoltată anterior cu un singur poligon de împământare care combină pământuri analogice și digitale este supusă prelucrării, atunci este necesar să se separe fizic mai întâi pământurile de pe placă (după această operațiune, funcționarea plăcii devine aproape imposibilă). După aceasta, toate conexiunile sunt realizate la masa analogică a componentelor circuitului analogic (se formează împământarea analogică) și la masa digitală a componentelor circuitului digital (se formează masa digitală). Și numai după aceasta, pământul digital și analogic sunt combinate la sursă.

Alte reguli pentru formarea terenului:

Magistralele de alimentare și de masă trebuie să fie la același potențial AC, ceea ce înseamnă utilizarea condensatoarelor de decuplare și a capacității distribuite.
Evitați suprapunerea poligoanelor analogice și digitale. Așezați șinele de alimentare analogice și poligoane deasupra poligonului de masă analogic (similar cu șinele de alimentare digitale). Dacă există o suprapunere între zonele analogice și digitale în orice locație, capacitatea distribuită între zonele suprapuse va crea o cuplare de curent alternativ, iar zgomotul de la componentele digitale va fi transportat în circuitul analogic. Astfel de suprapuneri invalidează izolarea gropilor de gunoi.
Separarea nu înseamnă izolarea electrică a împământului analogic de pământul digital. Acestea trebuie să fie conectate împreună într-un nod de impedanță scăzută, de preferință unul. Un sistem corect de împământare are o singură masă, care este pinul de împământare pentru sistemele alimentate cu curent alternativ sau masa comună pentru sistemele alimentate cu curent continuu (cum ar fi o baterie). Toți curenții de semnal și de putere din acest circuit trebuie să revină la această masă la un moment dat, care va servi drept masă a sistemului. Un astfel de punct poate fi terminalul corpului dispozitivului. Este important să înțelegeți că atunci când conectați terminalul comun al circuitului la mai multe puncte de pe șasiu, se pot forma bucle de masă. Crearea unui singur punct comun de consolidare a terenului este unul dintre cele mai dificile aspecte ale proiectării sistemului.
Ori de câte ori este posibil, pinii separați ai conectorului menționați să transporte curenții de retur — curenții de retur trebuie combinați numai la punctul de masă a sistemului. Îmbătrânirea contactelor conectorului, precum și deconectarea frecventă a părților lor împerecheate, duce la o creștere a rezistenței de contact; prin urmare, pentru o funcționare mai fiabilă, este necesar să se utilizeze conectori cu un anumit număr de pini suplimentari. Plăcile de circuite imprimate digitale complexe au multe straturi și conțin sute sau mii de conductori. Adăugarea unui alt conductor rareori creează o problemă, dar adăugarea unor pini de conector suplimentar o face. Dacă acest lucru nu se poate face, atunci este necesar să creați doi conductori de curent de retur pentru fiecare cale de alimentare de pe placă, luând măsuri de precauție speciale.
Este important să separați magistralele de semnal digital de locurile de pe PCB unde se află componentele analogice ale circuitului. Aceasta implică izolarea (protejarea) prin poligoane, crearea de căi scurte de semnal analogic și plasarea atentă a componentelor pasive cu magistralele de semnal digital de mare viteză și analogice adiacente critice. Autobuzele de semnal digital trebuie să fie direcționate în jurul zonelor cu componente analogice și să nu se suprapună cu magistralele și zonele de masă analogică și putere analogică. Dacă acest lucru nu se face, atunci proiectul va conține un nou element neintenționat - o antenă, a cărei radiație va afecta componentele și conductorii analogi de înaltă impedanță.

Aproape toate semnalele de ceas sunt semnale de frecvență suficient de mare încât chiar și capacități mici între urme și poligoane pot crea cuplari semnificative. Trebuie amintit că nu numai frecvența fundamentală de ceas poate cauza o problemă, ci și armonicile sale superioare.

Există un singur caz în care este necesară combinarea semnalelor analogice și digitale pe o zonă de masă analogică. Convertoarele analog-digital și digital-analogic sunt găzduite în carcase cu pini de împământare analogi și digitali. Ținând cont de discuția anterioară, se poate presupune că pinul de masă digital și pinul de masă analogic ar trebui să fie conectate la magistralele de masă digitale și, respectiv, analogice. Cu toate acestea, în acest caz, acest lucru nu este adevărat.

Denumirile pinilor (analogici sau digitali) se referă doar la structura internă a convertorului, la conexiunile interne ale acestuia. În circuit, acești pini trebuie să fie conectați la magistrala analogică de masă. Conexiunea se poate face și în interiorul unui circuit integrat, dar obținerea unei rezistențe scăzute a unei astfel de conexiuni este destul de dificilă din cauza restricțiilor topologice. Prin urmare, atunci când se utilizează convertoare, se presupune că pinii de masă analogi și digitali sunt conectați extern. Dacă nu se face acest lucru, atunci parametrii microcircuitului vor fi semnificativ mai răi decât cei indicați în specificație.

Trebuie avut în vedere faptul că elementele digitale ale convertorului pot degrada caracteristicile de calitate ale circuitului prin introducerea de zgomot digital în circuitele analogice de masă și de putere analogice. La proiectarea convertoarelor, acest impact negativ este luat în considerare, astfel încât partea digitală să consume cât mai puțină energie. În același timp, interferența de la elementele logice de comutare este redusă. Dacă pinii digitali ai convertorului nu sunt încărcați puternic, atunci comutarea internă de obicei nu provoacă probleme speciale. Atunci când proiectați un PCB care conține un ADC sau DAC, trebuie acordată o atenție deosebită decuplării sursei de alimentare digitală a convertorului la masă analogică.

CARACTERISTICI DE FRECVENTA ALE COMPONENTELOR PASIVE

Selectarea corectă a componentelor pasive este esențială pentru funcționarea corectă a circuitelor analogice. Începeți-vă proiectarea luând în considerare cu atenție caracteristicile de înaltă frecvență ale componentelor pasive și plasarea preliminară și aspectul acestora pe schița de pe placă.

Un număr mare de designeri ignoră complet limitările de frecvență ale componentelor pasive atunci când sunt utilizate în circuite analogice. Aceste componente au intervale de frecvență limitate și operarea lor în afara intervalului de frecvență specificat poate duce la rezultate imprevizibile. Unii ar putea crede că această discuție se referă doar la circuitele analogice de mare viteză. Cu toate acestea, acest lucru este departe de a fi adevărat - semnalele de înaltă frecvență au un impact puternic asupra componentelor pasive ale circuitelor de joasă frecvență prin radiație sau comunicare directă prin conductori. De exemplu, un filtru trece-jos simplu pe un amplificator operațional poate deveni cu ușurință un filtru trece-înalt atunci când este expus la frecvență înaltă la intrarea sa.

Rezistoare

Există trei tipuri de rezistențe utilizate în mod obișnuit: 1) bobinat, 2) compozit de carbon și 3) film. Nu este nevoie de multă imaginație pentru a înțelege cum un rezistor bobinat poate fi convertit într-o inductanță, deoarece este o bobină de sârmă din metal de înaltă rezistență. Majoritatea dezvoltatorilor de dispozitive electronice nu au nicio idee despre structura internă a rezistențelor de film, care sunt, de asemenea, o bobină, deși sunt făcute dintr-o peliculă metalică. Prin urmare, rezistențele de film au și o inductanță mai mică decât cea a rezistențelor bobinate. Rezistoarele de film cu o rezistență de cel mult 2 kOhm pot fi utilizate liber în circuite de înaltă frecvență. Terminalele rezistoarelor sunt paralele între ele, astfel încât există o cuplare capacitivă vizibilă între ele. Pentru rezistențele de mare valoare, capacitatea de la terminal la terminal va reduce impedanța totală la frecvențe înalte.

Condensatoare

Caracteristicile de înaltă frecvență ale condensatoarelor pot fi reprezentate de circuitul echivalent prezentat în Figura 6.

Condensatorii din circuitele analogice sunt utilizați ca componente de decuplare și filtrare.

Un condensator electrolitic de 10 µF are o rezistență de 1,6 ohmi la 10 kHz și 160 µohmi la 100 MHz. E chiar asa?

Când utilizați condensatori electrolitici, trebuie să aveți grijă pentru a asigura conectarea corectă. Borna pozitivă trebuie conectată la un potențial constant mai pozitiv. O conexiune incorectă face ca curentul continuu să circule prin condensatorul electrolitic, ceea ce poate deteriora nu numai condensatorul în sine, ci și o parte a circuitului.

În cazuri rare, diferența de potențial DC între două puncte din circuit își poate schimba semnul. Acest lucru necesită utilizarea de condensatoare electrolitice nepolare, a căror structură internă este echivalentă cu doi condensatori polari conectați în serie.

Inductanţă

Placă de circuit imprimat

Placa de circuit imprimat în sine are caracteristicile componentelor pasive discutate mai sus, deși nu sunt atât de evidente.

Modelul conductorilor de pe o placă de circuit imprimat poate fi atât o sursă, cât și un receptor de interferență. Cablajul bun reduce sensibilitatea circuitului analogic la sursele de radiații.

Placa de circuit imprimat este susceptibilă la radiații deoarece conductorii și conductorii componentelor formează un fel de antenă. Teoria antenei este un subiect destul de complex de studiat și nu este tratată în acest articol. Cu toate acestea, câteva elemente de bază sunt furnizate aici.

Un pic de teorie a antenei

La curent continuu sau frecvente joase predomina componenta activa. Pe măsură ce frecvența crește, componenta reactivă devine din ce în ce mai semnificativă. În intervalul de la 1 kHz la 10 kHz, componenta inductivă începe să aibă efect, iar conductorul nu mai este un conector de impedanță scăzută, ci acționează mai degrabă ca un inductor.

De obicei, urmele de pe o placă de circuit imprimat au valori de la 6 nH la 12 nH pe centimetru de lungime. De exemplu, un conductor de 10 cm are o rezistență de 57 mOhm și o inductanță de 8 nH pe cm. La o frecvență de 100 kHz, reactanța devine 50 mOhm, iar la frecvențe mai mari conductorul va fi mai degrabă o inductanță decât una rezistivă. .

Regula pentru o antenă bici este că începe să interacționeze vizibil cu câmpul la aproximativ 1/20 din lungimea de undă, iar interacțiunea maximă are loc la o lungime a tijei de 1/4 din lungimea de undă. Prin urmare, conductorul de 10 cm din exemplul din paragraful anterior va începe să devină o antenă destul de bună la frecvențe de peste 150 MHz. Trebuie amintit că, în ciuda faptului că generatorul de ceas al unui circuit digital poate să nu funcționeze la frecvențe mai mari de 150 MHz, armonici mai mari sunt întotdeauna prezente în semnalul său. Dacă placa de circuit imprimat conține componente cu pini de lungime considerabilă, atunci astfel de pini pot servi și ca antene.

Celălalt tip principal de antenă este antena buclă. Inductanța unui conductor drept crește foarte mult atunci când se îndoaie și devine parte a unui arc. Creșterea inductanței scade frecvența la care antena începe să interacționeze cu liniile de câmp.

Designerii PCB cu experiență, cu o înțelegere rezonabilă a teoriei antenei cu buclă, știu să nu proiecteze bucle pentru semnale critice. Unii designeri, însă, nu se gândesc la acest lucru, iar conductorii de curent de retur și semnal din circuitele lor sunt bucle.

Teoria reflectării și potrivirii semnalului este apropiată de teoria antenelor.

Când conductorul PCB este rotit cu un unghi de 90°, poate apărea reflexia semnalului. Acest lucru se datorează în principal modificărilor lățimii căii curente. La vârful colțului, lățimea urmei crește de 1.414 ori, ceea ce duce la o nepotrivire a caracteristicilor liniei de transmisie, în special capacitatea distribuită și inductanța proprie a urmei. Destul de des este necesar să rotiți o urmă pe o placă de circuit imprimat cu 90°. Multe pachete CAD moderne vă permit să neteziți colțurile rutelor desenate sau să desenați trasee sub formă de arc. Figura 9 prezintă doi pași pentru îmbunătățirea formei colțului. Numai ultimul exemplu menține o lățime constantă a traseului și minimizează reflexiile.

Sfat pentru designeri de PCB cu experiență: lăsați procesul de netezire pentru ultima etapă de lucru înainte de a crea știfturi în formă de lacrimă și de a umple poligoane. În caz contrar, pachetul CAD va dura mai mult pentru a se netezi din cauza calculelor mai complexe.

Cuplarea capacitivă are loc între conductorii PCB de pe diferite straturi atunci când se intersectează. Uneori, acest lucru poate crea o problemă. Conductorii plasați unul deasupra celuilalt pe straturi adiacente creează un condensator cu peliculă lungă.

De exemplu, o placă de circuit imprimat poate avea următorii parametri:
- 4 straturi; straturile poligonului de semnal și de sol sunt adiacente,
- distanța dintre straturi - 0,2 mm,
- latimea conductorului - 0,75 mm,
- lungimea conductorului - 7,5 mm.

Constanta dielectrică tipică ER pentru FR-4 este 4,5.

Valoarea capacității dintre aceste două magistrale este de 1,1 pF. Chiar și o astfel de capacitate aparent mică este inacceptabilă pentru unele aplicații.

Amplitudinea semnalului de ieșire se dublează la frecvențe apropiate de limita superioară a intervalului de frecvență al amplificatorului operațional. Acest lucru, la rândul său, poate duce la oscilații, în special la frecvențele de funcționare a antenei (peste 180 MHz).

Acest efect dă naștere la numeroase probleme, pentru care există, totuși, multe modalități de a le rezolva. Cea mai evidentă dintre ele este reducerea lungimii conductorilor. O altă modalitate este de a le reduce lățimea. Nu există niciun motiv să folosiți un conductor de această lățime pentru a conecta semnalul la intrarea inversoare, deoarece Prin acest conductor trece foarte puțin curent. Reducerea lungimii urmei la 2,5 mm și a lățimii la 0,2 mm va duce la o scădere a capacității la 0,1 pF, iar o astfel de capacitate nu va mai duce la o creștere atât de semnificativă a răspunsului în frecvență. O altă soluție este eliminarea unei părți a poligonului de sub intrarea inversoare și a conductorului care merge la acesta.

Lățimea conductorilor PCB nu poate fi redusă la infinit. Lățimea maximă este determinată atât de procesul tehnologic, cât și de grosimea foliei. Dacă doi conductori trec aproape unul de celălalt, între ele se formează un cuplaj capacitiv și inductiv.

Conductoarele de semnal nu trebuie dirijate paralel între ele, cu excepția cazului liniilor diferențiale sau microbande. Distanța dintre conductori trebuie să fie de cel puțin trei ori lățimea conductorilor.

Capacitatea dintre urme în circuitele analogice poate crea probleme cu valori mari ale rezistenței (mai mulți megaohmi). Cuplajul capacitiv relativ mare dintre intrările inversoare și neinversoare ale unui amplificator operațional poate provoca cu ușurință circuitul să oscileze.

De exemplu, cu d=0,4 mm și h=1,5 mm (valori destul de comune), inductanța găurii este de 1,1 nH.

Amintiți-vă că, dacă există rezistențe mari în circuit, atunci trebuie acordată o atenție deosebită curățării plăcii. În timpul operațiunilor finale de fabricație a unei plăci de circuit imprimat, orice flux și contaminanți rămase trebuie îndepărtați. Recent, la instalarea plăcilor cu circuite imprimate, se folosesc adesea fluxuri solubile în apă. Fiind mai puțin dăunătoare, se îndepărtează ușor cu apă. Dar, în același timp, spălarea plăcii cu apă insuficient curată poate duce la o contaminare suplimentară care înrăutățește caracteristicile dielectrice. Prin urmare, este foarte important să curățați placa de circuit de înaltă impedanță cu apă proaspătă distilată.

IZOLAREA SEMNALULUI

După cum sa menționat deja, interferențele pot pătrunde în partea analogică a circuitului prin circuitele de alimentare. Pentru a reduce astfel de interferențe, condensatorii de decuplare (blocare) sunt utilizați pentru a reduce impedanța locală a magistralelor de alimentare.

Dacă trebuie să așezați o placă de circuit imprimat care are atât părți analogice, cât și digitale, atunci trebuie să aveți cel puțin o mică înțelegere a caracteristicilor electrice ale elementelor logice.

O etapă tipică de ieșire a unui element logic conține două tranzistoare conectate în serie între ele, precum și între circuitele de putere și de masă.

Acești tranzistori funcționează în mod ideal strict în antifază, adică. când unul dintre ele este deschis, atunci în același moment de timp al doilea este închis, generând fie unul logic, fie un semnal logic zero la ieșire. În starea logică constantă, consumul de energie al elementului logic este mic.

Situația se schimbă dramatic atunci când treapta de ieșire trece de la o stare logică la alta. În acest caz, pentru o perioadă scurtă de timp, ambele tranzistoare pot fi deschise simultan, iar curentul de alimentare al etapei de ieșire crește foarte mult, deoarece rezistența căii curentului de la magistrala de alimentare la magistrala de masă prin două tranzistoare conectate în serie scade. Consumul de energie crește brusc și apoi scade, ceea ce duce la o modificare locală a tensiunii de alimentare și la apariția unei schimbări bruște, pe termen scurt, a curentului. Aceste modificări ale curentului au ca rezultat emisia de energie de radiofrecvență. Chiar și pe o placă de circuit imprimat relativ simplă pot exista zeci sau sute de etape de ieșire considerate ale elementelor logice, astfel încât efectul total al funcționării lor simultane poate fi foarte mare.

Este imposibil să se prezică cu exactitate intervalul de frecvență în care vor apărea aceste supratensiuni de curent, deoarece frecvența apariției lor depinde de mulți factori, inclusiv de întârzierea de propagare a tranzistoarelor de comutare ale elementului logic. Întârzierea, la rândul său, depinde și de multe motive aleatorii care apar în timpul procesului de producție. Zgomotul de comutare are o distribuție în bandă largă a componentelor armonice pe întreaga gamă. Există mai multe metode de suprimare a zgomotului digital, a căror aplicare depinde de distribuția spectrală a zgomotului.

Tabelul 2 prezintă frecvențele maxime de funcționare pentru tipurile comune de condensatoare.

masa 2

Din tabel este evident că condensatorii electrolitici cu tantal sunt utilizați pentru frecvențe sub 1 MHz; la frecvențe mai mari, ar trebui să se utilizeze condensatoare ceramice. Trebuie amintit că condensatorii au propria lor rezonanță și alegerea lor incorectă nu numai că nu ajută, ci și agravează problema. Figura 15 prezintă autorezonanțe tipice a două condensatoare comune - 10 μF tantal electrolitic și 0,01 μF ceramică.

Specificațiile reale pot varia între diferiți producători și chiar de la lot la lot în cadrul aceluiași producător. Este important de înțeles că pentru ca un condensator să funcționeze eficient, frecvențele pe care le suprimă trebuie să fie într-un interval mai mic decât propria frecvență de rezonanță. În caz contrar, natura reactanței va fi inductivă, iar condensatorul nu va mai funcționa eficient.

Nu vă înșelați că un condensator de 0,1 µF va suprima toate frecvențele. Condensatoarele mici (10 nF sau mai puțin) pot funcționa mai eficient la frecvențe mai mari.

Decuplarea puterii IC

Decuplarea sursei de alimentare a circuitelor integrate pentru a suprima zgomotul de înaltă frecvență constă în utilizarea unuia sau mai multor condensatori conectați între pinii de alimentare și de masă. Este important ca conductorii care conectează conductorii la condensatori să fie scurti. Dacă nu este cazul, atunci auto-inductanța conductorilor va juca un rol semnificativ și va anula beneficiile utilizării condensatoarelor de decuplare.

Un condensator de decuplare trebuie conectat la fiecare pachet de cip, indiferent dacă există 1, 2 sau 4 amplificatori operaționali în interiorul pachetului. Dacă amplificatorul operațional este alimentat dublu, atunci este de la sine înțeles că condensatorii de decuplare ar trebui să fie amplasați la fiecare pin de alimentare. Valoarea capacității trebuie selectată cu atenție în funcție de tipul de zgomot și interferență prezente în circuit.

În cazuri deosebit de dificile, poate fi necesar să adăugați o inductanță conectată în serie cu puterea de ieșire. Inductanța ar trebui să fie situată înainte, nu după, condensatoare.

O altă modalitate, mai ieftină, este să înlocuiți inductanța cu un rezistor cu rezistență scăzută (10...100 Ohmi). În acest caz, împreună cu condensatorul de decuplare, rezistența formează un filtru trece-jos. Această metodă reduce intervalul de alimentare a amplificatorului operațional, care devine și mai dependent de consumul de energie.

De obicei, pentru a suprima zgomotul de joasă frecvență în circuitele de alimentare, este suficient să folosiți unul sau mai mulți condensatori electrolitici din aluminiu sau tantal la conectorul de intrare de alimentare. Un condensator ceramic suplimentar va suprima interferențele de înaltă frecvență de la alte plăci.

IZOLAREA SEMNALELOR DE INTRARE ŞI IEŞIRE

Multe probleme de zgomot rezultă din conectarea directă a pinilor de intrare și de ieșire. Ca urmare a limitărilor de înaltă frecvență ale componentelor pasive, răspunsul unui circuit atunci când este expus la zgomot de înaltă frecvență poate fi destul de imprevizibil.

Într-o situație în care intervalul de frecvență al zgomotului indus este semnificativ diferit de intervalul de frecvență al circuitului, soluția este simplă și evidentă - plasarea unui filtru RC pasiv pentru a suprima interferența de înaltă frecvență. Cu toate acestea, atunci când utilizați un filtru pasiv, trebuie să aveți grijă: caracteristicile acestuia (datorită caracteristicilor de frecvență neideale ale componentelor pasive) își pierd proprietățile la frecvențe de 100...1000 de ori mai mari decât frecvența de tăiere (f3db). Când utilizați filtre conectate în serie, reglate pe diferite game de frecvență, filtrul de frecvență mai mare ar trebui să fie cel mai aproape de sursa de interferență. Inductorii inel de ferită pot fi, de asemenea, utilizați pentru a suprima zgomotul; ele păstrează caracterul inductiv al rezistenței până la o anumită frecvență, iar peste rezistența lor devine activă.

Interferența pe un circuit analogic poate fi atât de mare încât este posibil să scăpați de ea (sau cel puțin să o reduceți) doar prin utilizarea ecranelor. Pentru a funcționa eficient, acestea trebuie proiectate cu atenție, astfel încât frecvențele care provoacă cele mai multe probleme să nu poată intra în circuit. Aceasta înseamnă că ecranul nu trebuie să aibă găuri sau decupaje mai mari de 1/20 din lungimea de undă a radiației ecranate. Este o idee bună să alocați spațiu suficient pentru scutul propus chiar de la începutul designului PCB. Când utilizați un scut, puteți utiliza opțional inele de ferită (sau margele) pentru toate conexiunile la circuit.

CAZURI AMPLIFICATOR OPERAȚIONAL

Unul, două sau patru amplificatoare operaționale sunt de obicei plasate într-un singur pachet.

Un singur amplificator operațional are adesea și intrări suplimentare, de exemplu pentru a regla tensiunea de compensare. Amplificatoarele operaționale duale și cvadruple au doar intrări și ieșiri inversoare și neinversoare. Prin urmare, dacă este necesar să aveți ajustări suplimentare, este necesar să folosiți un singur amplificator operațional. Atunci când utilizați ieșiri suplimentare, trebuie să vă amintiți că prin structura lor sunt intrări auxiliare, deci trebuie controlate cu atenție și în conformitate cu recomandările producătorului.

Într-un singur amplificator operațional, ieșirea este situată pe partea opusă a intrărilor. Acest lucru poate face dificilă operarea amplificatorului la frecvențe înalte din cauza liniilor lungi de feedback. O modalitate de a depăși acest lucru este să plasați amplificatorul și componentele de feedback pe diferite părți ale PCB. Acest lucru, totuși, are ca rezultat cel puțin două găuri și tăieturi suplimentare în poligonul solului. Uneori, merită să folosiți un amplificator operațional dual pentru a rezolva această problemă, chiar dacă al doilea amplificator nu este folosit (și pinii săi trebuie conectați corect).

Amplificatoarele operaționale duble sunt deosebit de comune în amplificatoarele stereo, iar amplificatoarele operaționale cvadruple sunt utilizate în circuitele cu filtre cu mai multe etape. Cu toate acestea, există un dezavantaj destul de semnificativ în acest sens. Chiar dacă tehnologia modernă oferă o izolare decentă între semnalele amplificatorului de pe același cip de siliciu, există totuși o anumită diafonie între ele. Dacă este necesar să existe o cantitate foarte mică de astfel de interferențe, atunci este necesar să folosiți amplificatoare operaționale unice. Diafonia nu are loc numai atunci când se utilizează amplificatoare duale sau cvadruple. Sursa lor poate fi proximitatea foarte apropiată a componentelor pasive ale diferitelor canale.

Amplificatoarele operaționale duble și cvadruple, pe lângă cele de mai sus, permit o instalare mai densă. Amplificatoarele individuale par a fi o imagine în oglindă unul față de celălalt.
Este necesar să se acorde atenție faptului că conductoarele driverului de semialimentare sunt amplasate direct sub carcasa circuitului integrat, ceea ce face posibilă reducerea lungimii lor. Acest exemplu ilustrează nu ce ar trebui să fie, ci ce ar trebui făcut. Tensiunea de nivel mediu, de exemplu, ar putea fi aceeași pentru toate cele patru amplificatoare. Componentele pasive pot fi dimensionate corespunzător. De exemplu, componentele plane de dimensiunea cadrului 0402 se potrivesc cu distanța dintre pini a unui pachet SO standard. Acest lucru permite menținerea lungimii conductorilor foarte scurte pentru aplicații de înaltă frecvență.

Când amplasați amplificatoare operaționale în pachete DIP și componente pasive cu fire de plumb, pe placa de circuit imprimat trebuie să fie furnizate canale pentru a le monta. Astfel de componente sunt utilizate în prezent atunci când nu există cerințe speciale pentru dimensiunile plăcii de circuit imprimat; Ele sunt de obicei mai ieftine, dar costul plăcii de circuit imprimat crește în timpul procesului de fabricație datorită găurii suplimentare pentru cablurile componente.

În plus, la utilizarea componentelor externe, dimensiunile plăcii și lungimea conductorilor cresc, ceea ce nu permite circuitului să funcționeze la frecvențe înalte. Vias au propria lor inductanță, care limitează și caracteristicile dinamice ale circuitului. Prin urmare, componentele aeriene nu sunt recomandate pentru implementarea circuitelor de înaltă frecvență sau pentru circuitele analogice plasate în apropierea circuitelor logice de mare viteză.

Unii designeri, încercând să reducă lungimea conductorilor, plasează rezistențele pe verticală. La prima vedere poate părea că acest lucru scurtează lungimea traseului. Cu toate acestea, acest lucru crește calea curentului prin rezistor, iar rezistorul în sine reprezintă o buclă (turnarea inductanței). Capacitatea de emitere și recepție crește de multe ori.

Montarea la suprafață nu necesită un orificiu pentru fiecare cablu component. Cu toate acestea, apar probleme la testarea circuitului și este necesar să se utilizeze vias ca puncte de testare, mai ales când se folosesc componente mici.

SECȚIUNI OP-AMP NEUTILIZATE

Atunci când utilizați amplificatoare operaționale duale și cvadruple într-un circuit, unele secțiuni pot rămâne neutilizate și trebuie conectate corect în acest caz. Conexiunile incorecte pot duce la un consum crescut de energie, mai multă căldură și mai mult zgomot de la amplificatoarele operaționale utilizate în același pachet. Pinii amplificatoarelor operaționale neutilizate pot fi conectați astfel: ieșirea amplificatorului este conectată la intrarea inversoare.

CONCLUZIE

Rețineți următoarele puncte de bază și păstrați-le în minte în orice moment atunci când proiectați și conectați circuite analogice.

• gândiți-vă la o placă de circuit imprimat ca la o componentă a unui circuit electric;
• să aibă conștientizarea și înțelegerea surselor de zgomot și interferențe;
• modele și circuite de așezare.

Placă de circuit imprimat:

• utilizați plăci de circuite imprimate numai din materiale de înaltă calitate (de exemplu, FR-4);
• circuitele realizate pe plăci cu circuite imprimate multistrat sunt cu 20 dB mai puțin susceptibile la interferențe externe decât circuitele realizate pe plăci cu două straturi;
• folosiți poligoane separate, care nu se suprapun pentru diferite terenuri și furaje;
• Așezați poligoanele de pământ și de putere pe straturile interioare ale PCB-ului.

Componente:

• Fiți conștienți de limitările de frecvență introduse de componentele pasive și urmele plăcii;
• încercați să evitați amplasarea verticală a componentelor pasive în circuitele de mare viteză;
• Pentru circuitele de înaltă frecvență, utilizați componente proiectate pentru montare la suprafață;
• conductoarele ar trebui să fie mai scurte, cu atât mai bine;
• dacă este necesară o lungime mai mare a conductorului, atunci reduceți lățimea acestuia;
• Pinii neutilizați ai componentelor active trebuie să fie conectați corect.

Cablaj:

• plasați circuitul analogic lângă conectorul de alimentare;
• nu direcționați niciodată conductorii care transmit semnale logice prin zona analogică a plăcii și invers;
• faceți conductoarele potrivite pentru intrarea inversă a scurtcircuitului operațional;
• asigurați-vă că conductorii intrărilor inversoare și neinversoare ale amplificatorului operațional nu sunt amplasați paralel unul cu celălalt pe o distanță lungă;
• încercați să evitați să folosiți vias suplimentare, pentru că... propria lor inductanță poate cauza probleme suplimentare;
• nu dirijați conductorii în unghi drept și neteziți vârfurile colțurilor dacă este posibil.

Schimb:

• utilizați tipurile corecte de condensatoare pentru a suprima zgomotul în circuitele de alimentare;
• pentru a suprima interferența și zgomotul de joasă frecvență, utilizați condensatori de tantal la conectorul de intrare de alimentare;
• Pentru a suprima interferența și zgomotul de înaltă frecvență, utilizați condensatori ceramici la conectorul de intrare de alimentare;
• utilizați condensatori ceramici la fiecare pin de alimentare al microcircuitului; dacă este necesar, utilizați mai mulți condensatori pentru diferite game de frecvență;
• dacă în circuit are loc excitația, atunci este necesar să folosiți condensatori cu o valoare mai mică a capacității și nu una mai mare;
• în cazuri dificile, utilizați rezistențe conectate în serie de rezistență scăzută sau inductanță în circuitele de putere;
• Condensatoarele analogice de decuplare a puterii trebuie conectate numai la împământarea analogică, nu la masa digitală.

Vizualizari: 17115

În echipamentele VHF de dimensiuni mici, cantități relativ mari de spațiu pe placă sunt ocupate de bobine de buclă și șocuri RF. Adesea ele determină înălțimea totală a plăcii de circuit. În unele cazuri, poate fi recomandabil să folosiți bobine plate - imprimate și sârmă. Baza pentru bobinele RF imprimate este cel mai adesea ceramică specială de înaltă frecvență. Tehnologia de producție a unor astfel de role este nepotrivită pentru condițiile de amatori. Cu toate acestea, după cum arată practica, până la frecvențe de 80-100 MHz, se pot obține rezultate destul de satisfăcătoare prin utilizarea bobinelor din fibră de sticlă acoperită cu folie prin gravare. Utilizarea foliei fluoroplastice pentru bobinele de imprimare face posibilă împingerea limitei de frecvență la 200-300 MHz. Bobinele de sârmă plate au o rezistență mecanică satisfăcătoare, o capacitate intrinsecă relativ mică, ușurință în fabricare și pot fi utilizate la frecvențe de până la 10 MHz. O creștere semnificativă a inductanței și a factorului de calitate al bobinelor de sârmă și tipărite plate poate fi obținută dacă plăcile de ferită sunt plasate pe una sau ambele părți ale bobinei. Prin modificarea distanței dintre bobină și placă (folosind un set de distanțiere nemagnetice sau altfel), inductanța bobinei poate fi schimbată. Puteți regla inductanța în anumite limite folosind un steag din metal nemagnetic (cupru sau aluminiu) care se deplasează în apropierea bobinei paralel cu acesta. Bobinele de sârmă sunt lipite în mod convenabil direct pe placă sau pe o placă separată atașată la placă. Bobinele de imprimare pot fi de orice formă. Ieșirea turei exterioare ar trebui să fie „împământată” pe placă - în acest caz, joacă rolul unui ecran. Puteți proteja suplimentar bobina imprimată cu o altă bobină externă deschisă conectată la firul comun al dispozitivului. Exemple de bobine sunt prezentate în fotografie.

Puteți calcula bobine cu suficientă precizie pentru un radioamator folosind nomograme. Procedura de calcul a bobinelor imprimate și de sârmă este similară, diferența este că lățimea pistei imprimate a unei bobine imprimate corespunde cu diametrul de cupru al firului bobinei de sârmă, iar lățimea spațiului dintre șine corespunde cu dublu. grosimea izolației firului.

Dimensiunile de proiectare ale bobinelor sunt prezentate în Fig. 1, a și b. Nomogramele pentru calcul sunt prezentate în Fig. 2 și 3. Ca exemplu, mai jos luăm în considerare calculul unei bobine imprimate rotunde (fără miez) cu o inductanță de 0,64 μH. Alegem cel mai mare diametru exterior D al bobinei egal cu 20 mm, cel mai mic diametru interior d = 8 mm. Este necesar să se afle numărul de spire w, lățimea pistei imprimate S și distanța Sr dintre centrele C1 și C2 ale semicercurilor bobinei. Nomograma pentru calcularea bobinelor rotunde este prezentată în Fig. 2. Calculați: D + d=20 + 8 = 28 mm = 2,8 cm: D/d = 20:8 = 2,5. Pe scările „D+d” și „D/d” găsim punctele corespunzătoare și le unăm cu o linie dreaptă (linia întreruptă în Fig. 2). Prin punctul de intersecție al acestei drepte cu linia auxiliară nedigitizată și punctul de pe scara „L” corespunzător inductanței date L = 0,64 μH, trasăm o dreaptă până se intersectează cu scara „w”, de-a lungul căreia numărăm numărul necesar de ture - 6,5. Valorile lui D + d, D/d sau L pe scalele nomogramei pot fi mărite (scăzute) de 10 sau de 100 de ori, în timp ce valorile lui w se vor schimba în mod corespunzător cu rădăcina lui 10 și rădăcina lui 100. ori. Lățimea S, mm, a conductorului imprimat se calculează prin formula: S>=Sr = (D - d)/4w; diametrul izolației firului bobinei de sârmă - diz = (D - d)/2w. Rotunjim rezultatul obținut la cea mai apropiată valoare mai mare a seriei 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 mm etc. Sr= (20-8)/4x6,5=0,46; S=0,5 mm. Pentru valori mici de Sr, ar trebui să luăm Sr = S. Pentru bobinele de sârmă, diz este rotunjit la cel mai apropiat diametru standard de izolație a firului. Modelul bobinei este aplicat textolitului de sticlă acoperit cu folie cu o busolă, în care este instalat un stilou de desen umplut cu vopsea rezistentă chimic. Jumătățile superioare (vezi Fig. 1a) sunt desenate din centrul lui C1, iar cele inferioare din C2. Distanța Sr trebuie menținută cât mai precis posibil. După ce vopseaua s-a uscat, bobina este gravată, ca de obicei, într-o soluție de clorură ferică. Bobinele imprimate în formă pătrată sunt calculate folosind nomograma prezentată în Fig. 3. Rezultate mai precise pentru calcularea bobinelor plate pot fi obținute analitic, folosind formulele utilizate pentru construirea nomogramelor. Aceste formule sunt prezentate în Fig. 2 și 3. Dimensiunile cantităților din formule corespund celor indicate pe nomograme. Valorile funcțiilor „phi” (D/d și f(a/A) sunt rezumate în tabelele 1 și 2. Bobinele de sârmă plate sunt înfășurate pe un cadru pliabil între doi obraji montați pe o tijă. Diametrul miezul cadrului trebuie să fie egal cu diametrul intern al bobinei, iar distanța dintre obraji este diametrul firului de-a lungul izolației. În timpul procesului de înfășurare, firul este umezit cu adeziv BF~2. Obrajii trebuie sa fie dintr-un material care are aderenta slaba la lipici (fluoroplastic, viniflex). Rama este dezasamblată după ce lipiciul s-a uscat. Bobinele fabricate sunt lipite fie direct de placă, fie de o placă de ferită montată pe placă. Bobinele prezentate în titlul articolului au următorii parametri măsurați: imprimat rotund (D = 40 mm) - inductanță 1,4 μH, factor de calitate 95; pătrat (A = 30 mm) - 0,9 µH și 180, vârf de sârmă (D = 15 mm, sârmă PEV-1 0,18) - 7,5 µH și 48; mijloc (D = 11,9 mm, fir PEV-2 0,1) - 9,5 μH și 48 și jos (D = 9 mm, fir PEL 0,05) - 37 μH și 43

Bobinele tipărite plate sunt cele mai des folosite în intervalele de lungimi de undă de contor și decimetru pentru a reduce dimensiunea dispozitivului. Ele sunt de obicei realizate cu bobine rotunde, pătrate sau în formă de meandru, deși este posibil și sub formă de poligon. Recent, odată cu apariția tehnologiei cu circuite imprimate multistrat, au apărut și bobinele multistrat pe o placă de circuit imprimat. Utilizarea unui miez din material magnetic este ineficientă, deoarece un astfel de miez este îndepărtat din spirele bobinei și își poate schimba inductanța cu 3 - 5%, ceea ce în majoritatea cazurilor nu este suficient. Prin urmare, inductoarele tipărite sunt utilizate în majoritatea cazurilor când nu este necesară ajustarea și valoarea inductanței nu depășește unitățile microhenry.

Pe site-ul nostru, puteți utiliza un calculator online pentru a calcula bobinele pe o placă de circuit imprimat

În programul Coil32, începând cu versiunea 9.6, bobinele tipărite plate cu spire rotunde și pătrate sunt calculate folosind formula empirică generală:

• L- inductanță (µH)
• D- diametrul exterior al spiralei (mm)
• d- diametrul interior al spiralei (mm)
• N- numărul de ture
• D avg- diametrul mediu al bobinei (mm)
• φ - factor de umplere

Coeficienții c 1 - c 4 sunt rezumați în tabel:

Pasul de înfășurare din figură este indicat ca „ s". Cu " neschimbat " s", dacă măriți lățimea spirei, factorul de calitate al bobinei și capacitatea proprie crește. De obicei, pentru a minimiza dimensiunea bobinei, lățimea conductorului imprimat se face aproape de distanța dintre conductori, deci în formula influența " s„ nu se ia în considerare cantitatea de inductanță. Valoarea optimă d/D = 0,4 pentru o bobină rotundă și programul o selectează automat. Pentru o bobină pătrată, valoarea optimă este d/D = 0,362 iar programul îl selectează și automat.

Eroarea în calcularea inductanței folosind această formulă nu depășește 8% atunci când s nu este mai mare de 3w, adică dacă distanța dintre benzi nu este mai mare de două ori lățimea benzii.

Elementul inductiv sub forma unui conductor imprimat direct este calculat folosind următoarea formulă empirică:

, Unde:

• L- inductanță (µH)
• l- lungimea conductorului (mm)
• b- latimea conductorului (mm)

Astfel de elemente inductive sunt adesea folosite în filtrele UHF. Deoarece capacitatea intrinsecă a unui astfel de element inductiv este destul de mare, trebuie avut în vedere că este mai corect să-l reprezentăm ca pe un segment al unei linii lungi cu parametri distribuiți. Cu toate acestea, pentru calcule aproximative, simplificarea modelului adoptat aici este destul de acceptabilă.