Montáž tlmiviek na jednoduché dosky plošných spojov. Základy rozloženia PCB. Odpojenie napájania IC

Technológia „železo-laser“ na výrobu dosiek plošných spojov(ULT) sa za pár rokov rozšíril v amatérskych rádiových kruhoch a umožňuje získať dosky plošných spojov pomerne vysokej kvality. Ručne kreslené dosky plošných spojov vyžadujú veľa času a nie sú imúnne voči chybám.

Pri výrobe tlačených tlmiviek pre vysokofrekvenčné obvody sú kladené špeciálne požiadavky na presnosť vzoru. Okraje vodičov cievok by mali byť čo najhladšie, pretože to ovplyvňuje ich kvalitatívny faktor. Manuálne nakreslenie viacotáčkovej špirálovej cievky je veľmi problematické a tu môže mať svoje slovo ULT.

Ryža. 1

Ryža. 2

Takže všetko je v poriadku. Spustíme počítačový program SPRINT-LAYOUT, napríklad verzia 5.0. Nastavte v nastaveniach programu:

Stupnica mriežky - 1,25 mm;

Šírka čiary - 0,8 mm;

Rozmery dosky - 42,5x42,5 mm;

Vonkajší priemer „náplasti“ je 1,5 mm;

Priemer otvoru v „záplate“ je 0,5 mm.

Nájdite stred dosky a nakreslite šablónu cievkového vodiča (obr. 1)pozdĺž súradnicovej mriežky pomocou nástroja VODIČ, otočením cievky v požadovanom smere (šablóna vyžaduje zrkadlový obraz, ale možno ho získať neskôr pri tlači). Na začiatok a koniec cievky nainštalujeme „záplatu“ na spojenie cievky s prvkami obvodu.

V nastaveniach tlače nastavíme počet výtlačkov na hárok, vzdialenosť medzi výtlačkami a ak je potrebné cievku „pretočiť“ opačným smerom, zrkadlovú tlač dezénu. Mali by ste tlačiť na hladký papier alebo špeciálnu fóliu, pričom pri tlači nastavte nastavenia tlačiarne na maximálnu zásobu tonera.

Ďalej nasledujeme štandard ULT. Pripravíme si fóliové sklolaminát, povrch fólie očistíme a odmastíme napríklad acetónom. Šablónu s tonerom nanesieme na fóliu a prežehlíme horúcou žehličkou cez papier, kým toner na fóliu bezpečne nepriľne.

Potom papier namočte pod tečúcou vodou z vodovodu (studenej alebo izbovej teploty) a opatrne ho vyberte v „guličkách“, pričom toner nechajte na fólii dosky. Dosku naleptáme a potom z nej odstránime toner rozpúšťadlom, napríklad acetónom. Na doske zostáva čistý vodič kvalitne „vytlačenej“ tlmivky.

O niečo horšiu kvalitu majú tlačené zvitky so špirálovými závitmi pomocou ULT. Je to spôsobené štvorcovým tvarom obrazových pixelov, takže okraje špirálového cievkového vodiča sú zubaté. Je pravda, že tieto nepravidelnosti sú pomerne malé a kvalita navijaka je vo všeobecnosti stále vyššia ako pri ručnom ovládaní.

Znova otvorte program SPRINT-LAYOUT verzia 5.0. V súprave nástrojov vyberte ŠPECIÁLNY FORMULÁR - nástroj na kreslenie mnohouholníkov a špirál. Vyberte kartu ŠPIRÁLA. Inštalácia:

Štartovací polomer (START RADIUS) -2 mm;

Vzdialenosť medzi závitmi (DISTANCE) - 1,5 mm;

Šírka vodiča (TRACK WIDTH) -0,8 mm;

Počet otočení (TURNS) je napríklad 20.

Veľkosť dosky obsadenej takouto cievkou je 65x65 mm (obr. 2).

Potlačené cievky sú zvyčajne spojené v pásmových filtroch (BPF) pomocou malých kondenzátorov. Je však možná aj ich indukčná väzba, ktorej stupeň je možné meniť zmenou vzdialenosti medzi rovinami cievok alebo excentrickým otáčaním jednej voči druhej. Je možné dosiahnuť pevné uloženie cievok voči sebe navzájom

Postavte pomocou dielektrických vzpier.

Indukčnosť cievok je možné upraviť skratovaním závitov, prerušením tlačeného vodiča alebo jeho čiastočným odstránením. Tým sa zvýši frekvencia ladenia obvodu. Zníženie frekvencie je možné dosiahnuť spájkovaním malokapacitných kondenzátorov typu SMD medzi závitmi.

Výroba VKV cievok v tvare meandru, rovných a zakrivených línií, hrebeňových filtrov a pod. použitie ULT tiež dodáva finálnemu produktu eleganciu a spravidla zvyšuje jeho kvalitatívny faktor (kvôli „hladkým“ okrajom tlačených vodičov).Pri výrobe však treba pamätať na kvalitu materiálu podkladu (sklolaminát), ktorý s rastúcou frekvenciou stráca svoje izolačné vlastnosti.V ekvivalentných obvodoch by mal byť stratový odpor v dielektriku zapojený paralelne s tlačenými cievkami a tento odpor bude tým nižší, čím vyššia bude pracovná frekvencia a tým horšia bude kvalita dielektrika.

V praxi je možné fóliové sklolaminát plne využiť na výrobu tlačených rezonančných obvodov až do rozsahu 2 metrov vrátane (do cca 150 MHz). Špeciálne vysokofrekvenčné triedy sklolaminátu je možné použiť v rozsahu 70 cm (do približne 470...500 MHz). Pri vyšších frekvenciách by sa mal použiť RF fluoroplast (teflón), keramika alebo sklo potiahnuté fóliou.

Potlačený induktor má zvýšený kvalitatívny faktor v dôsledku zníženia medzizávitovej kapacity, získanej na jednej strane v dôsledku malej hrúbky fólie a na druhej strane stúpania „vinutia“ cievky. Uzavretý rám z uzemnenej fólie okolo tlačenej cievky v jej rovine slúži ako tienenie od ostatných cievok a plošných vodičov, ale má malý vplyv na parametre cievky, ak je jej obvod pod nízkym RF napätím (pripojený na spoločný vodič) a jeho stred je pod vysokým.

Literatúra

1. G. Panasenko. Výroba tlačových kotúčov. - Rozhlas, 1987, č.5, s.62.

Tlačou je možné vyrobiť mnoho prvkov obvodu: rezistory, kondenzátory, tlmivky, viacotáčkové cievky transformátorov a tlmiviek, spínače a konektory.

Odpory s potlačou sa vyrábajú nanášaním tenkých lakových filmov na povrch dosky.

Ich konfigurácia (obr. 35, a) môže byť veľmi rôznorodá a závisí od možnosti zabezpečenia mechanickej pevnosti a podmienok prenosu tepla. Tlačou sa vyrábajú aj variabilné odpory, ktoré pozostávajú z vodivej uhlíkovej alebo kovovej vrstvy oblúkovitého tvaru a kontaktného šmýkadla kĺzajúceho po povrchu vodivého prvku. Hodnota odporu vytlačeného odporu závisí od zloženia suspenzie, tvaru vzoru a hrúbky filmu.

Filmové kompozitné rezistory typu SZ-4 sú široko používané. Tieto odpory sa vyrábajú priamo na povrchu mikrodosky. Môžu byť použité v teplotnom rozsahu od -60 do +125°C a výkon rozptýlený mikrorezistormi nepresahuje 0,25 W.

Kondenzátory s potlačou sa vyrábajú nanesením dvoch vodivých dosiek na obe strany izolačnej základne (obr. 35, b). Kapacita kondenzátora je určená plochou jeho dosiek a hrúbkou dielektrika (dosky). Na obr. 35, c znázorňuje polostriedavý tlačený kondenzátor, v ktorom je statorová doska aplikovaná priamo na izolačnú základňu dosky a rotorová doska je aplikovaná na keramický disk, ktorý sa môže otáčať okolo osi rovnobežnej s rovinou dosky. doska, zmena hodnoty kapacity. Použitie keramických materiálov umožňuje získať stabilné kondenzátory s menovitými hodnotami od niekoľkých do niekoľkých stoviek pikofaradov a prevádzkovým napätím 100 V alebo viac.

Vytlačené induktory (obr. 35, d) sú vyrobené vo forme plochých špirálových metalizovaných línií okrúhlych, oválnych, štvorcových alebo iných tvarov vytlačených na doske. Veľkosť indukčnosti takýchto cievok závisí od počtu závitov cievky, vzdialenosti medzi nimi a ich priemeru. Na zvýšenie indukčnosti tlačených cievok sú vyrobené viacvrstvové, pričom jedna cievka je oddelená od druhej izolačnou vrstvou laku a konce cievok sú navzájom spojené v sérii. V niektorých prípadoch sa zvýšenie indukčnosti dosiahne zavedením magnetodielektrických jadier do stredu špirály alebo nanesením vrstvy magnetickej farby v poli cievky. Na plošných spojoch môžete vytvárať aj premenlivú indukčnosť, pre ktorú je nad tlačenou cievkou inštalovaná medená alebo hliníková platňa, ktorú je možné posúvať.

Pre zvýšenie kvalitatívneho faktora cievok sa k nim galvanicky pridáva vrstva striebra s hrúbkou 20...50 mikrónov.

Potlačené transformátory a tlmivky sa vyrábajú nanášaním jednotlivých špirálových cievok na pružnú základňu vyrobenú z fluoroplastu, lakovanej tkaniny, pečeného papiera alebo iných izolačných materiálov. Vytlačené vinutia sú navzájom spojené do série a umiestnené v špeciálnom puzdre alebo vtlačené do plastového obalu.

Tlačené spínače a konektory môžu byť vyrobené buď priamo na doske plošných spojov rádiového prijímača, alebo na samostatných doskách. Tlačený prepínač, dokonca aj s najväčšou zložitosťou, je lacnejší ako ten, ktorý je vyrobený akoukoľvek inou metódou. Pre zvýšenie odolnosti vytlačených spínacích kontaktov proti oderu sú potiahnuté striebrom, čo zaisťuje spoľahlivú prevádzku až do niekoľko stotisíc zopnutí. Pre zabezpečenie zvýšenej odolnosti sú medené kontakty spínačov potiahnuté vrstvou ródia s hrúbkou 6...10 mikrónov.

Potlačené prvky sú v prípade potreby tienené nanesením vrstvy izolačného laku na povrch vzoru, ktorý je následne pokrytý vrstvou magnetického materiálu. Tienenie vodičov nie je súvislé, ale sieťové alebo štrbinové.

Zámerom tohto článku je diskutovať o bežných chybách, ktorých sa dopúšťajú dizajnéri plošných spojov, opísať vplyv týchto chýb na kvalitný výkon a poskytnúť odporúčania na riešenie vzniknutých problémov.

VŠEOBECNÉ ÚVAHY

Vzhľadom na značné rozdiely medzi analógovými a digitálnymi obvodmi musí byť analógová časť obvodu oddelená od zvyšku a pri jeho zapájaní je potrebné dodržiavať špeciálne metódy a pravidlá. Účinky neideálneho výkonu PCB sú obzvlášť viditeľné vo vysokofrekvenčných analógových obvodoch, ale všeobecný typ chýb popísaný v tomto článku môže ovplyvniť výkon zariadení pracujúcich aj v rozsahu zvukových frekvencií.

Doska plošných spojov - súčiastka obvodu

Len v ojedinelých prípadoch môže byť PCB analógového obvodu smerovaná tak, aby vplyvy, ktoré prináša, nemali žiadny vplyv na činnosť obvodu. Zároveň je možné minimalizovať akýkoľvek takýto vplyv, takže charakteristiky analógových obvodov zariadenia sú rovnaké ako charakteristiky modelu a prototypu.

Rozloženie

Vývojári digitálnych obvodov môžu opraviť drobné chyby na vyrobenej doske tak, že na ňu pridajú prepojky alebo naopak odstránia nepotrebné vodiče, urobia zmeny v činnosti programovateľných čipov a pod., čím sa veľmi rýchlo posunú k ďalšiemu vývoju. Toto nie je prípad analógového obvodu. Niektoré bežné chyby uvedené v tomto článku nemožno opraviť pridaním prepojok alebo odstránením prebytočných vodičov. Môžu a budú znefunkčniť celú dosku plošných spojov.

Pre dizajnéra digitálnych obvodov, ktorí používajú takéto korekčné metódy, je veľmi dôležité, aby si prečítal a pochopil materiál uvedený v tomto článku v dostatočnom predstihu pred odoslaním návrhu do výroby. Malá pozornosť dizajnu a diskusia o možných možnostiach nielen zabráni tomu, aby sa PCB stala šrotom, ale tiež zníži náklady na hrubé chyby v malej analógovej časti obvodu. Hľadanie chýb a ich oprava môže viesť k stovkám stratených hodín. Prototypovanie môže tento čas skrátiť na jeden deň alebo menej. Breadboard všetky vaše analógové obvody.

Zdroje hluku a rušenia

Šum a rušenie sú hlavné prvky, ktoré obmedzujú kvalitu obvodov. Rušenie môže byť buď emitované zdrojmi alebo indukované na prvkoch obvodu. Analógové obvody sú často umiestnené na doske s plošnými spojmi spolu s vysokorýchlostnými digitálnymi komponentmi vrátane digitálnych signálových procesorov (DSP).

Vysokofrekvenčné logické signály generujú významné rádiofrekvenčné rušenie (RFI). Počet zdrojov emisie hluku je enormný: kľúčové napájacie zdroje pre digitálne systémy, mobilné telefóny, rozhlas a televíziu, napájacie zdroje pre žiarivky, osobné počítače, blesky atď. Aj keď analógový obvod pracuje v rozsahu zvukových frekvencií, vysokofrekvenčné rušenie môže vo výstupnom signáli vytvárať znateľný šum.

KATEGÓRIE TLAČENÝCH DOSKY

Výber dizajnu PCB je dôležitým faktorom pri určovaní mechanického výkonu celého zariadenia. Na výrobu dosiek plošných spojov sa používajú materiály rôznej úrovne kvality. Pre vývojára bude najvhodnejšie a najpohodlnejšie, ak sa v blízkosti nachádza výrobca PCB. V tomto prípade je ľahké riadiť rezistivitu a dielektrickú konštantu - hlavné parametre materiálu dosky s plošnými spojmi. Bohužiaľ to nestačí a často je potrebná znalosť ďalších parametrov, ako je horľavosť, vysokoteplotná stabilita a koeficient hygroskopickosti. Tieto parametre môže poznať iba výrobca komponentov používaných pri výrobe dosiek plošných spojov.

Vrstvené materiály sú označované indexmi FR (flame resistant) a G. Najvyššiu horľavosť má materiál s indexom FR-1 a najmenej FR-5. Materiály s indexmi G10 a G11 majú špeciálne vlastnosti. Materiály dosiek plošných spojov sú uvedené v tabuľke. 1.

Nepoužívajte PCB kategórie FR-1. Existuje mnoho príkladov dosiek plošných spojov FR-1, ktoré utrpeli tepelné poškodenie z vysoko výkonných komponentov. Dosky plošných spojov v tejto kategórii sa viac podobajú lepenke.

FR-4 sa často používa pri výrobe priemyselných zariadení, zatiaľ čo FR-2 sa používa pri výrobe domácich spotrebičov. Tieto dve kategórie sú v priemysle štandardizované a dosky plošných spojov FR-2 a FR-4 sú často vhodné pre väčšinu aplikácií. Niekedy si však nedokonalé vlastnosti týchto kategórií vynútia použitie iných materiálov. Napríklad pre veľmi vysokofrekvenčné aplikácie sa ako materiály dosiek plošných spojov používajú fluoroplasty a dokonca aj keramika. Čím je však materiál DPS exotickejší, tým môže byť cena vyššia.

Pri výbere materiálu DPS venujte zvláštnu pozornosť jeho hygroskopickosti, pretože tento parameter môže mať silný negatívny vplyv na požadované vlastnosti dosky - povrchovú odolnosť, netesnosť, vysokonapäťové izolačné vlastnosti (rozpad a iskrenie) a mechanickú pevnosť. Venujte pozornosť aj prevádzkovej teplote. Horúce miesta sa môžu vyskytnúť na neočakávaných miestach, napríklad v blízkosti veľkých digitálnych integrovaných obvodov, ktoré spínajú vysoké frekvencie. Ak sa takéto oblasti nachádzajú priamo pod analógovými komponentmi, zvýšené teploty môžu ovplyvniť výkon analógového obvodu.

stôl 1

	Komponenty, komentáre
	papier, fenolové zloženie: lisovanie a razenie pri izbovej teplote, vysoký koeficient hygroskopickosti
	papier, fenolové zloženie: použiteľné pre jednostranné dosky plošných spojov domácich spotrebičov, nízky koeficient hygroskopickosti
	papier, epoxidové zloženie: prevedenie s dobrými mechanickými a elektrickými vlastnosťami
	sklolaminát, epoxidové zloženie: vynikajúce mechanické a elektrické vlastnosti
	sklolaminát, epoxidové zloženie: vysoká pevnosť pri zvýšených teplotách, nehorľavý
	sklolaminát, epoxidové zloženie: vysoké izolačné vlastnosti, najvyššia pevnosť sklolaminátu, nízky koeficient hygroskopickosti
	sklolaminát, epoxidové zloženie: vysoká pevnosť v ohybe pri zvýšených teplotách, vysoká odolnosť voči rozpúšťadlám

Po výbere materiálu DPS je potrebné určiť hrúbku fólie DPS. Tento parameter je primárne vybraný na základe maximálnej hodnoty pretekajúceho prúdu. Ak je to možné, snažte sa vyhnúť použitiu veľmi tenkej fólie.

POČET VRSTVÍ DOSKY

V závislosti od celkovej zložitosti obvodu a požiadaviek na kvalitu musí projektant určiť počet vrstiev DPS.

Jednovrstvové PCB

Veľmi jednoduché elektronické obvody sa vyrábajú na jednostranných doskách s použitím lacných fóliových materiálov (FR-1 alebo FR-2) a často majú veľa prepojok, pripomínajúcich obojstranné dosky. Tento spôsob vytvárania dosiek plošných spojov sa odporúča len pre nízkofrekvenčné obvody. Z dôvodov, ktoré budú popísané nižšie, sú jednostranné dosky plošných spojov vysoko náchylné na rušenie. Kvalitnú jednostrannú dosku plošných spojov je z mnohých dôvodov dosť ťažké navrhnúť. Napriek tomu existujú dobré dosky tohto typu, pri ich navrhovaní však treba veľa myslieť vopred.

Dvojvrstvové PCB

Na ďalšej úrovni sú obojstranné dosky plošných spojov, ktoré vo väčšine prípadov používajú ako podkladový materiál FR-4, hoci niekedy sa nájde aj FR-2. Použitie FR-4 je vhodnejšie, pretože otvory v doskách plošných spojov vyrobené z tohto materiálu sú kvalitnejšie. Obvody na obojstranných doskách plošných spojov sa zapájajú oveľa jednoduchšie, pretože V dvoch vrstvách je jednoduchšie smerovať križujúce sa trasy. Pre analógové obvody sa však kríženie stôp neodporúča. Ak je to možné, spodná vrstva (spodná) by mala byť pridelená zemnému polygónu a zvyšné signály by mali byť smerované do hornej vrstvy (horná). Použitie skládky ako zemného autobusu poskytuje niekoľko výhod:

spoločný vodič je najčastejšie pripojený vodič v obvode; preto je rozumné mať „veľa“ spoločného vodiča na zjednodušenie zapojenia.
zvyšuje sa mechanická pevnosť dosky.
odpor všetkých pripojení k spoločnému vodiču klesá, čo zase znižuje hluk a rušenie.
Rozložená kapacita každého obvodu je zvýšená, čo pomáha potlačiť vyžarovaný šum.
polygón, ktorý je clonou, potláča rušenie emitované zdrojmi umiestnenými na strane polygónu.

Obojstranné dosky plošných spojov, napriek všetkým svojim výhodám, nie sú najlepšie, najmä pre obvody s nízkym signálom alebo vysokorýchlostné. Vo všeobecnosti platí, že hrúbka dosky plošných spojov, t.j. vzdialenosť medzi vrstvami pokovovania je 1,5 mm, čo je príliš veľa na to, aby sa plne využili niektoré z výhod dvojvrstvovej dosky plošných spojov uvedených vyššie. Rozložená kapacita je napríklad príliš malá kvôli takému veľkému intervalu.

Viacvrstvové PCB

Pre návrh kritických obvodov sú potrebné viacvrstvové dosky s plošnými spojmi (MPB). Niektoré dôvody ich použitia sú zrejmé:

Distribúcia napájacích zberníc je rovnako pohodlná ako pri bežnej drôtovej zbernici; ak sa polygóny na samostatnej vrstve používajú ako napájacie zbernice, potom je celkom jednoduché napájať každý prvok obvodu pomocou priechodov;
signálové vrstvy sú oslobodené od napájacích zberníc, čo uľahčuje zapojenie signálových vodičov;
Medzi zemným a napájacím polygónom sa objavuje rozložená kapacita, čo znižuje vysokofrekvenčný šum.

Okrem týchto dôvodov pre použitie viacvrstvových dosiek plošných spojov existujú aj ďalšie, menej zrejmé:

lepšie potlačenie elektromagnetického (EMI) a rádiofrekvenčného (RFI) rušenia vďaka efektu odrazu (efekt obrazovej roviny), známemu už v časoch Marconiho. Keď je vodič umiestnený blízko rovného vodivého povrchu, väčšina vysokofrekvenčných spätných prúdov bude tiecť pozdĺž roviny priamo pod vodičom. Smer týchto prúdov bude opačný ako smer prúdov vo vodiči. Odrazom vodiča v rovine sa teda vytvorí vedenie na prenos signálu. Pretože prúdy vo vodiči a v rovine majú rovnakú veľkosť a opačný smer, dochádza k určitému zníženiu vyžarovaného rušenia. Efekt odrazu funguje efektívne len s neprerušenými plnými polygónmi (môžu to byť aj zemné polygóny aj mocenské polygóny). Akákoľvek strata integrity bude mať za následok znížené potlačenie rušenia.
zníženie celkových nákladov na výrobu v malom meradle. Aj keď sú viacvrstvové PCB drahšie na výrobu, ich potenciálne žiarenie je nižšie ako vyžarovanie jednovrstvových a dvojvrstvových PCB. Preto v niektorých prípadoch použitie iba viacvrstvových dosiek umožní splniť emisné požiadavky stanovené pri návrhu, bez dodatočného testovania a testovania. Použitím MPP je možné znížiť úroveň vyžarovaného rušenia o 20 dB v porovnaní s dvojvrstvovými doskami.

Poradie vrstiev

Neskúsení dizajnéri majú často nejasnosti ohľadom optimálneho poradia vrstiev DPS. Vezmime si napríklad 4-vrstvovú komoru obsahujúcu dve signálne vrstvy a dve polygónové vrstvy - základnú vrstvu a výkonovú vrstvu. Aké je najlepšie poradie vrstiev? Signálne vrstvy medzi polygónmi, ktoré budú slúžiť ako obrazovky? Alebo by sme mali urobiť polygónové vrstvy vnútorné, aby sme znížili rušenie signálových vrstiev?

Pri riešení tohto problému je dôležité si uvedomiť, že často nezáleží na umiestnení vrstiev, pretože komponenty sú aj tak umiestnené na vonkajších vrstvách a zbernice, ktoré dodávajú signály na ich kolíky, niekedy prechádzajú cez všetky vrstvy. Preto sú akékoľvek efekty obrazovky len kompromisom. V tomto prípade je lepšie postarať sa o vytvorenie veľkej distribuovanej kapacity medzi napájacími a pozemnými polygónmi a umiestniť ich do vnútorných vrstiev.

Ďalšou výhodou umiestnenia signálových vrstiev vonku je dostupnosť signálov na testovanie, ako aj možnosť úpravy spojení. Každý, kto niekedy menil spoje vodičov umiestnených vo vnútorných vrstvách, ocení túto príležitosť.

Pre DPS s viac ako štyrmi vrstvami je všeobecným pravidlom umiestniť vysokorýchlostné signálové vodiče medzi zemný a napájací polygón a smerovať nízkofrekvenčné signálové vodiče do vonkajších vrstiev.

UZEMNENIE

Dobré uzemnenie je všeobecnou požiadavkou pre bohatý, viacúrovňový systém. A mal by byť naplánovaný od prvého kroku vývoja dizajnu.

Základné pravidlo: rozdelenie pôdy.

Rozdelenie zeme na analógovú a digitálnu časť je jednou z najjednoduchších a najefektívnejších metód redukcie hluku. Jedna alebo viac vrstiev viacvrstvovej dosky s plošnými spojmi je zvyčajne venovaných vrstve zemných polygónov. Ak vývojár nie je veľmi skúsený alebo nepozorný, zem analógovej časti bude priamo napojená na tieto polygóny, t.j. analógový spätný prúd bude používať rovnaký obvod ako digitálny spätný prúd. Autodistribútori pracujú takmer rovnakým spôsobom a spájajú všetky krajiny dohromady.

Ak už predtým vyvinutá doska s plošnými spojmi s jedným uzemňovacím polygónom kombinujúcim analógové a digitálne uzemnenie podlieha spracovaniu, potom je potrebné najprv fyzicky oddeliť uzemnenie na doske (po tejto operácii je obsluha dosky takmer nemožná). Potom sa vytvoria všetky spojenia s analógovou zemou komponentov analógového obvodu (vytvorí sa analógová zem) a s digitálnou zemou komponentov digitálneho obvodu (vytvorí sa digitálna zem). A až potom sa pri zdroji skombinuje digitálne a analógové uzemnenie.

Ďalšie pravidlá pre tvorbu pôdy:

Napájacia a uzemňovacia zbernica musia mať rovnaký striedavý potenciál, čo znamená použitie oddeľovacích kondenzátorov a distribuovanej kapacity.
Vyhnite sa prekrývaniu analógových a digitálnych polygónov. Umiestnite analógové napájacie koľajnice a polygóny nad analógový zemný polygón (podobne ako digitálne napájacie koľajnice). Ak dôjde k prekrytiu medzi analógovými a digitálnymi oblasťami na akomkoľvek mieste, rozložená kapacita medzi prekrývajúcimi sa oblasťami vytvorí AC väzbu a šum z digitálnych komponentov sa prenesie do analógového obvodu. Takéto prekrytia znehodnotia izoláciu skládok.
Oddelenie neznamená elektrické oddelenie analógovej zeme od digitálnej. Musia byť spolu spojené v nejakom, najlepšie v jednom nízkoimpedančnom uzle. Správny uzemňovací systém má len jedno uzemnenie, ktorým je uzemňovací kolík pre systémy napájané striedavým prúdom alebo spoločné uzemnenie pre systémy napájané jednosmerným prúdom (napríklad batéria). Všetky signálové a napájacie prúdy v tomto obvode sa musia vrátiť na túto zem v jednom bode, ktorý bude slúžiť ako uzemnenie systému. Takýmto bodom môže byť koncovka tela zariadenia. Je dôležité pochopiť, že pri pripájaní spoločnej svorky obvodu k niekoľkým bodom na podvozku sa môžu vytvoriť zemné slučky. Vytvorenie jedného spoločného bodu sceľovania pozemkov je jedným z najťažších aspektov návrhu systému.
Vždy, keď je to možné, samostatné kolíky konektora určené na prenášanie spätných prúdov – spätné prúdy by sa mali kombinovať iba v uzemňovacom bode systému. Starnutie kontaktov konektora, ako aj časté odpájanie ich protiľahlých častí vedie k zvýšeniu prechodového odporu, preto je pre spoľahlivejšiu prevádzku potrebné použiť konektory s určitým počtom prídavných pinov. Komplexné digitálne dosky plošných spojov majú veľa vrstiev a obsahujú stovky alebo tisíce vodičov. Pridanie ďalšieho vodiča zriedka spôsobuje problém, ale pridanie ďalších kolíkov konektora áno. Ak to nie je možné, potom je potrebné vytvoriť dva spätné prúdové vodiče pre každú silovú cestu na doske, pričom je potrebné dodržiavať špeciálne opatrenia.
Je dôležité oddeliť digitálne signálové zbernice od miest na DPS, kde sú umiestnené analógové komponenty obvodu. To zahŕňa izoláciu (tienenie) polygónmi, vytváranie krátkych analógových signálových ciest a starostlivé umiestnenie pasívnych komponentov so susednými vysokorýchlostnými digitálnymi a kritickými analógovými signálovými zbernicami. Digitálne signálové vedenia by mali byť vedené okolo oblastí s analógovými komponentmi a nemali by sa prekrývať s analógovými uzemňovacími a analógovými napájacími zbernicami a oblasťami. Ak sa tak nestane, potom návrh bude obsahovať nový nezamýšľaný prvok - anténu, ktorej žiarenie ovplyvní vysokoimpedančné analógové komponenty a vodiče.

Takmer všetky hodinové signály sú dostatočne vysokofrekvenčné signály, že aj malé kapacity medzi stopami a polygónmi môžu vytvárať významné väzby. Treba mať na pamäti, že problém môže spôsobiť nielen základná hodinová frekvencia, ale aj jej vyššie harmonické.

Existuje len jeden prípad, keď je potrebné kombinovať analógové a digitálne signály cez analógovú pozemnú oblasť. Analógovo-digitálne a digitálno-analógové prevodníky sú umiestnené v krytoch s analógovými a digitálnymi uzemňovacími kolíkmi. Berúc do úvahy predchádzajúcu diskusiu, možno predpokladať, že digitálny uzemňovací kolík a analógový uzemňovací kolík by mali byť pripojené k digitálnej a analógovej uzemňovacej zbernici. V tomto prípade to však nie je pravda.

Názvy pinov (analógové alebo digitálne) sa vzťahujú len na vnútornú štruktúru prevodníka, na jeho vnútorné prepojenia. V obvode musia byť tieto kolíky pripojené k analógovej uzemňovacej zbernici. Zapojenie je možné realizovať aj vo vnútri integrovaného obvodu, avšak dosiahnutie nízkeho odporu takéhoto zapojenia je pomerne náročné z dôvodu topologických obmedzení. Preto pri použití prevodníkov sa predpokladá, že analógové a digitálne uzemňovacie kolíky sú pripojené externe. Ak sa tak nestane, parametre mikroobvodu budú výrazne horšie ako parametre uvedené v špecifikácii.

Je potrebné vziať do úvahy, že digitálne prvky prevodníka môžu zhoršiť kvalitatívne charakteristiky obvodu zavedením digitálneho šumu do analógových uzemňovacích a analógových výkonových obvodov. Pri návrhu meničov sa s týmto negatívnym vplyvom počíta, aby digitálna časť spotrebovala čo najmenej energie. Zároveň sa znižuje rušenie spínacími logickými prvkami. Ak digitálne piny prevodníka nie sú silne zaťažené, vnútorné prepínanie zvyčajne nespôsobuje žiadne zvláštne problémy. Pri navrhovaní dosky plošných spojov obsahujúcej ADC alebo DAC je potrebné dôkladne zvážiť oddelenie digitálneho napájacieho zdroja prevodníka od analógovej zeme.

FREKVENČNÁ CHARAKTERISTIKA PASÍVNYCH KOMPONENTOV

Správny výber pasívnych komponentov je nevyhnutný pre správnu činnosť analógových obvodov. Začnite svoj návrh starostlivým zvážením vysokofrekvenčných charakteristík pasívnych komponentov a ich predbežného umiestnenia a rozloženia na náčrte dosky.

Veľký počet dizajnérov úplne ignoruje frekvenčné obmedzenia pasívnych komponentov pri použití v analógových obvodoch. Tieto komponenty majú obmedzené frekvenčné rozsahy a ich prevádzka mimo špecifikovaného frekvenčného rozsahu môže viesť k nepredvídateľným výsledkom. Niektorí si môžu myslieť, že táto diskusia sa týka iba vysokorýchlostných analógových obvodov. To však zďaleka nie je pravda – vysokofrekvenčné signály majú silný vplyv na pasívne súčiastky nízkofrekvenčných obvodov prostredníctvom žiarenia alebo priamej komunikácie cez vodiče. Napríklad jednoduchý dolnopriepustný filter na operačnom zosilňovači sa môže ľahko stať hornopriepustným filtrom, keď je na svojom vstupe vystavený vysokej frekvencii.

Rezistory

Bežne sa používajú tri typy rezistorov: 1) drôtový, 2) uhlíkový kompozit a 3) film. Netreba veľa fantázie, aby sme pochopili, ako sa dá drôtový odpor premeniť na indukčnosť, keďže je to cievka drôtu vyrobená z vysoko odolného kovu. Väčšina vývojárov elektronických zariadení nemá poňatia o vnútornej štruktúre filmových rezistorov, ktoré sú tiež cievkou, aj keď sú vyrobené z kovového filmu. Preto majú filmové rezistory tiež indukčnosť, ktorá je menšia ako indukčnosť drôtových rezistorov. Filmové rezistory s odporom nie väčším ako 2 kOhm môžu byť voľne použité vo vysokofrekvenčných obvodoch. Vývody rezistorov sú navzájom paralelné, takže je medzi nimi znateľná kapacitná väzba. Pri vysokohodnotných rezistoroch kapacita medzi svorkami a svorkami zníži celkovú impedanciu pri vysokých frekvenciách.

Kondenzátory

Vysokofrekvenčné charakteristiky kondenzátorov môžu byť reprezentované ekvivalentným obvodom znázorneným na obrázku 6.

Kondenzátory v analógových obvodoch sa používajú ako oddeľovacie a filtračné komponenty.

Elektrolytický kondenzátor 10 µF má odpor 1,6 ohmov pri 10 kHz a 160 µohmov pri 100 MHz. Je to tak?

Pri použití elektrolytických kondenzátorov je potrebné dbať na správne pripojenie. Kladná svorka musí byť pripojená k pozitívnejšiemu konštantnému potenciálu. Nesprávne zapojenie spôsobuje, že cez elektrolytický kondenzátor preteká jednosmerný prúd, ktorý môže poškodiť nielen samotný kondenzátor, ale aj časť obvodu.

V zriedkavých prípadoch môže rozdiel DC potenciálu medzi dvoma bodmi v obvode zmeniť svoje znamienko. To si vyžaduje použitie nepolárnych elektrolytických kondenzátorov, ktorých vnútorná štruktúra je ekvivalentná dvom polárnym kondenzátorom zapojeným do série.

Indukčnosť

Vytlačená obvodová doska

Samotná doska s plošnými spojmi má vlastnosti pasívnych komponentov diskutovaných vyššie, aj keď nie také zrejmé.

Vzor vodičov na doske s plošnými spojmi môže byť zdrojom aj prijímačom rušenia. Dobré zapojenie znižuje citlivosť analógového obvodu na zdroje žiarenia.

Doska plošných spojov je náchylná na žiarenie, pretože vodiče a vodiče komponentov tvoria akúsi anténu. Anténna teória je pomerne zložitým predmetom štúdia a tento článok ju nepokrýva. Niektoré základy sú tu však uvedené.

Trochu teórie antény

Pri jednosmernom prúde alebo nízkych frekvenciách prevažuje aktívna zložka. So zvyšujúcou sa frekvenciou sa reaktívna zložka stáva čoraz významnejšou. V rozsahu od 1 kHz do 10 kHz začína pôsobiť indukčná zložka a vodič už nie je nízkoimpedančný konektor, ale pôsobí skôr ako tlmivka.

Typicky majú stopy na doske s plošnými spojmi hodnoty od 6 nH do 12 nH na centimeter dĺžky. Napríklad 10 cm vodič má odpor 57 mOhm a indukčnosť 8 nH na cm. Pri frekvencii 100 kHz bude reaktancia 50 mOhm a pri vyšších frekvenciách bude vodič skôr indukčný ako odporový. .

Pravidlom pre bičovú anténu je, že začína zreteľne interagovať s poľom pri približne 1/20 vlnovej dĺžky a maximálna interakcia nastáva pri dĺžke tyče 1/4 vlnovej dĺžky. Preto sa z 10 cm vodiča z príkladu v predchádzajúcom odseku začne pri frekvenciách nad 150 MHz stávať celkom dobrá anténa. Je potrebné mať na pamäti, že napriek skutočnosti, že generátor hodín digitálneho obvodu nemusí pracovať pri frekvenciách nad 150 MHz, v jeho signáli sú vždy prítomné vyššie harmonické. Ak doska plošných spojov obsahuje súčiastky s kolíkmi značnej dĺžky, potom môžu takéto kolíky slúžiť aj ako antény.

Ďalším hlavným typom antény je slučková anténa. Indukčnosť priameho vodiča sa výrazne zvyšuje, keď sa ohýba a stáva sa súčasťou oblúka. Zvýšenie indukčnosti znižuje frekvenciu, pri ktorej anténa začína interagovať so siločiarami.

Skúsení dizajnéri PCB s primeraným porozumením teórie slučkovej antény vedia, že nemajú navrhovať slučky pre kritické signály. Niektorí dizajnéri však na to nemyslia a vodiče spätného a signálneho prúdu v ich obvodoch sú slučky.

Teória odrazu a prispôsobenia signálu je blízka teórii antén.

Pri otočení vodiča PCB o uhol 90° môže dôjsť k odrazu signálu. Je to spôsobené najmä zmenami šírky aktuálnej cesty. Na vrchole rohu sa šírka stopy zväčší 1,414-krát, čo vedie k nesúladu v charakteristikách prenosového vedenia, najmä v rozloženej kapacite a vlastnej indukčnosti stopy. Pomerne často je potrebné otočiť stopu na doske plošných spojov o 90°. Mnoho moderných CAD balíkov umožňuje vyhladiť rohy nakreslených trás alebo vykresliť trasy vo forme oblúka. Obrázok 9 zobrazuje dva kroky na zlepšenie tvaru rohu. Iba posledný príklad zachováva konštantnú šírku dráhy a minimalizuje odrazy.

Tip pre skúsených dizajnérov DPS: nechajte proces vyhladzovania na poslednú fázu práce pred vytvorením špendlíkov v tvare slzy a vypĺňaním polygónov. V opačnom prípade bude vyhladzovanie CAD balíka trvať dlhšie kvôli zložitejším výpočtom.

Ku kapacitnej väzbe dochádza medzi vodičmi DPS na rôznych vrstvách, keď sa pretínajú. Niekedy to môže spôsobiť problém. Vodiče umiestnené nad sebou na susedných vrstvách vytvárajú dlhý filmový kondenzátor.

Napríklad doska s plošnými spojmi môže mať nasledujúce parametre:
- 4 vrstvy; signálová a pozemná polygónová vrstva susedia,
- medzivrstvová vzdialenosť - 0,2 mm,
- šírka vodiča - 0,75 mm,
- dĺžka vodiča - 7,5 mm.

Typická ER dielektrická konštanta pre FR-4 je 4,5.

Hodnota kapacity medzi týmito dvoma zbernicami je 1,1 pF. Aj takáto zdanlivo malá kapacita je pre niektoré aplikácie neprijateľná.

Amplitúda výstupného signálu sa zdvojnásobí pri frekvenciách blízkych hornej hranici frekvenčného rozsahu operačného zosilňovača. To môže viesť k oscilácii, najmä pri prevádzkových frekvenciách antény (nad 180 MHz).

Tento efekt vyvoláva množstvo problémov, ktoré však existuje mnoho spôsobov, ako ich vyriešiť. Najzrejmejším z nich je skrátenie dĺžky vodičov. Ďalším spôsobom je zmenšiť ich šírku. Nie je dôvod použiť vodič tejto šírky na pripojenie signálu na invertujúci vstup, pretože Týmto vodičom preteká veľmi malý prúd. Zníženie dĺžky stopy na 2,5 mm a šírky na 0,2 mm povedie k zníženiu kapacity na 0,1 pF a takáto kapacita už nepovedie k takému výraznému zvýšeniu frekvenčnej odozvy. Ďalším riešením je odstránenie časti polygónu pod invertujúcim vstupom a vodiča, ktorý k nemu ide.

Šírka vodičov DPS sa nedá zmenšovať donekonečna. Maximálna šírka je určená tak technologickým postupom, ako aj hrúbkou fólie. Ak dva vodiče prechádzajú blízko seba, vytvorí sa medzi nimi kapacitná a indukčná väzba.

Signálové vodiče by nemali byť vedené navzájom paralelne, s výnimkou diferenciálnych alebo mikropáskových vedení. Medzera medzi vodičmi by mala byť aspoň trojnásobkom šírky vodičov.

Kapacita medzi stopami v analógových obvodoch môže spôsobiť problémy s veľkými hodnotami odporu (niekoľko megaohmov). Relatívne veľká kapacitná väzba medzi invertujúcim a neinvertujúcim vstupom operačného zosilňovača môže ľahko spôsobiť osciláciu obvodu.

Napríklad pri d=0,4 mm ah=1,5 mm (celkom bežné hodnoty) je indukčnosť otvoru 1,1 nH.

Pamätajte, že ak sú v obvode veľké odpory, potom by sa mala venovať osobitná pozornosť čisteniu dosky. Počas finálnych operácií výroby dosky s plošnými spojmi sa musia odstrániť všetky zvyšné tavidlá a nečistoty. V poslednej dobe sa pri inštalácii dosiek plošných spojov často používajú tavivá rozpustné vo vode. Keďže sú menej škodlivé, ľahko sa odstraňujú vodou. Zároveň však umývanie dosky nedostatočne čistou vodou môže viesť k ďalšej kontaminácii, ktorá zhoršuje dielektrické vlastnosti. Preto je veľmi dôležité vyčistiť dosku plošných spojov s vysokou impedanciou čerstvou destilovanou vodou.

IZOLÁCIA SIGNÁLU

Ako už bolo uvedené, rušenie môže preniknúť do analógovej časti obvodu cez napájacie obvody. Na zníženie takéhoto rušenia sa používajú oddeľovacie (blokovacie) kondenzátory na zníženie lokálnej impedancie napájacích zberníc.

Ak potrebujete rozložiť dosku s plošnými spojmi, ktorá má analógové aj digitálne časti, musíte aspoň trochu rozumieť elektrickým charakteristikám logických prvkov.

Typický výstupný stupeň logického prvku obsahuje dva tranzistory zapojené do série navzájom, ako aj medzi napájacím a uzemňovacím obvodom.

Tieto tranzistory ideálne fungujú striktne v protifáze, t.j. keď je jeden z nich otvorený, potom je v tom istom čase druhý zatvorený, pričom na výstupe generuje signál buď logickej jednotky alebo logickej nuly. V ustálenom logickom stave je spotreba energie logického prvku malá.

Situácia sa dramaticky zmení, keď sa výstupný stupeň prepne z jedného logického stavu do druhého. V tomto prípade môžu byť na krátku dobu otvorené oba tranzistory súčasne a napájací prúd výstupného stupňa sa výrazne zvýši, pretože odpor prúdovej cesty z napájacej zbernice k uzemňovacej zbernici cez dva sériovo zapojené tranzistory klesá. Spotreba energie sa prudko zvýši a následne aj zníži, čo vedie k lokálnej zmene napájacieho napätia a vzniku prudkej, krátkodobej zmeny prúdu. Tieto zmeny prúdu vedú k emisii rádiofrekvenčnej energie. Aj na relatívne jednoduchej doske plošných spojov môžu byť desiatky alebo stovky uvažovaných výstupných stupňov logických prvkov, takže celkový efekt ich súčasnej prevádzky môže byť veľmi veľký.

Nie je možné presne predpovedať frekvenčný rozsah, v ktorom sa tieto prúdové rázy vyskytnú, pretože frekvencia ich výskytu závisí od mnohých faktorov, vrátane oneskorenia šírenia spínacích tranzistorov logického prvku. Oneskorenie zase závisí aj od mnohých náhodných príčin, ktoré vznikajú počas výrobného procesu. Spínací šum má širokopásmové rozloženie harmonických zložiek v celom rozsahu. Existuje niekoľko metód na potlačenie digitálneho šumu, ktorých aplikácia závisí od spektrálneho rozloženia šumu.

Tabuľka 2 ukazuje maximálne prevádzkové frekvencie pre bežné typy kondenzátorov.

tabuľka 2

Z tabuľky je zrejmé, že pre frekvencie pod 1 MHz sa používajú tantalové elektrolytické kondenzátory, pri vyšších frekvenciách by sa mali použiť keramické kondenzátory. Je potrebné mať na pamäti, že kondenzátory majú svoju vlastnú rezonanciu a ich nesprávna voľba môže nielen pomôcť, ale aj zhoršiť problém. Obrázok 15 ukazuje typické vlastné rezonancie dvoch bežných kondenzátorov - 10 μF tantalového elektrolytického a 0,01 μF keramického.

Skutočné špecifikácie sa môžu líšiť medzi rôznymi výrobcami a dokonca aj od šarže k šarži v rámci toho istého výrobcu. Je dôležité pochopiť, že na to, aby kondenzátor fungoval efektívne, frekvencie, ktoré potláča, musia byť v nižšom rozsahu ako jeho vlastná rezonančná frekvencia. V opačnom prípade bude povaha reaktancie indukčná a kondenzátor už nebude fungovať efektívne.

Nenechajte sa pomýliť, že jeden 0,1 µF kondenzátor potlačí všetky frekvencie. Malé kondenzátory (10 nF alebo menej) môžu pracovať efektívnejšie pri vyšších frekvenciách.

Odpojenie napájania IC

Odpojenie napájania integrovaných obvodov na potlačenie vysokofrekvenčného šumu spočíva v použití jedného alebo viacerých kondenzátorov zapojených medzi napájací a uzemňovací kolík. Je dôležité, aby vodiče spájajúce vodiče s kondenzátormi boli krátke. Ak tomu tak nie je, potom samoindukčnosť vodičov bude hrať významnú úlohu a neguje výhody použitia oddeľovacích kondenzátorov.

Ku každému čipu musí byť pripojený oddeľovací kondenzátor bez ohľadu na to, či sú vo vnútri puzdra 1, 2 alebo 4 operačné zosilňovače. Ak je operačný zosilňovač napájaný duálne, potom je samozrejmé, že oddeľovacie kondenzátory by mali byť umiestnené na každý napájací kolík. Hodnota kapacity musí byť starostlivo vybraná v závislosti od typu šumu a rušenia prítomného v obvode.

V obzvlášť zložitých prípadoch môže byť potrebné pridať indukčnosť zapojenú do série s výstupným výkonom. Indukčnosť by mala byť umiestnená pred, nie za kondenzátormi.

Ďalším, lacnejším spôsobom je výmena indukčnosti za odpor s nízkym odporom (10...100 Ohmov). V tomto prípade spolu s oddeľovacím kondenzátorom tvorí rezistor dolnopriepustný filter. Táto metóda znižuje rozsah napájania operačného zosilňovača, ktorý sa tiež stáva viac závislým od spotreby energie.

Na potlačenie nízkofrekvenčného šumu vo výkonových obvodoch zvyčajne stačí použiť jeden alebo viac hliníkových alebo tantalových elektrolytických kondenzátorov na napájacom vstupnom konektore. Prídavný keramický kondenzátor potlačí vysokofrekvenčné rušenie z iných dosiek.

IZOLOVANIE VSTUPNÝCH A VÝSTUPNÝCH SIGNÁLOV

Mnoho problémov so šumom vyplýva z priameho pripojenia vstupných a výstupných kolíkov. V dôsledku vysokofrekvenčných obmedzení pasívnych komponentov môže byť odozva obvodu pri vystavení vysokofrekvenčnému šumu dosť nepredvídateľná.

V situácii, kedy je frekvenčný rozsah indukovaného šumu výrazne odlišný od frekvenčného rozsahu obvodu, je riešenie jednoduché a zrejmé - umiestnenie pasívneho RC filtra na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia. Pri použití pasívneho filtra si však treba dávať pozor: jeho charakteristiky (v dôsledku neideálnych frekvenčných charakteristík pasívnych súčiastok) strácajú svoje vlastnosti pri frekvenciách 100...1000 krát vyšších ako je medzná frekvencia (f3db). Pri použití sériovo zapojených filtrov naladených na rôzne frekvenčné rozsahy by mal byť filter s vyššou frekvenciou najbližšie k zdroju rušenia. Feritové prstencové induktory môžu byť tiež použité na potlačenie hluku; zachovávajú si indukčný charakter odporu až do určitej frekvencie a nad ich odpor sa stáva aktívnym.

Rušenie na analógovom obvode môže byť také veľké, že je možné sa ho zbaviť (alebo ho aspoň znížiť) použitím obrazoviek. Aby fungovali efektívne, musia byť starostlivo navrhnuté tak, aby frekvencie, ktoré spôsobujú najväčšie problémy, nemohli vstúpiť do obvodu. To znamená, že clona by nemala mať otvory alebo výrezy väčšie ako 1/20 vlnovej dĺžky tieneného žiarenia. Už od začiatku návrhu DPS je dobré vyčleniť dostatočný priestor pre navrhované tienenie. Pri použití tienenia môžete voliteľne použiť feritové krúžky (alebo guľôčky) pre všetky pripojenia k obvodu.

PREVÁDZKOVÉ KUFRE ZOSILŇOVAČOV

Jeden, dva alebo štyri operačné zosilňovače sú zvyčajne umiestnené v jednom balení.

Jeden operačný zosilňovač má často aj ďalšie vstupy, napríklad na nastavenie offsetového napätia. Duálne a štvorcové operačné zosilňovače majú iba invertujúce a neinvertujúce vstupy a výstupy. Preto v prípade potreby dodatočných úprav je potrebné použiť jednotlivé operačné zosilňovače. Pri použití prídavných výstupov treba pamätať na to, že svojou štruktúrou ide o pomocné vstupy, preto ich treba ovládať opatrne a v súlade s odporúčaniami výrobcu.

V jednom operačnom zosilňovači je výstup umiestnený na opačnej strane vstupov. To môže sťažiť prevádzku zosilňovača pri vysokých frekvenciách kvôli dlhým spätnoväzbovým linkám. Jedným zo spôsobov, ako to prekonať, je umiestniť zosilňovač a komponenty spätnej väzby na rôzne strany dosky plošných spojov. To však vedie k minimálne dvom dodatočným otvorom a zárezom v brúsenom mnohouholníku. Niekedy sa na vyriešenie tohto problému oplatí použiť duálny operačný zosilňovač, aj keď sa druhý zosilňovač nepoužíva (a jeho kolíky musia byť správne pripojené).

Duálne operačné zosilňovače sú bežné najmä v stereo zosilňovačoch a štvornásobné operačné zosilňovače sa používajú vo viacstupňových filtračných obvodoch. Má to však dosť významnú nevýhodu. Aj keď moderná technológia poskytuje slušnú izoláciu medzi signálmi zosilňovača na tom istom kremíkovom čipe, stále medzi nimi dochádza k presluchom. Ak je potrebné mať veľmi malé množstvo takéhoto rušenia, potom je potrebné použiť jednotlivé operačné zosilňovače. Presluchy sa nevyskytujú len pri použití duálnych alebo štvornásobných zosilňovačov. Ich zdrojom môže byť veľmi tesná blízkosť pasívnych komponentov rôznych kanálov.

Duálne a quad operačné zosilňovače, okrem vyššie uvedeného, umožňujú hustejšiu inštaláciu. Jednotlivé zosilňovače sa zdajú byť voči sebe zrkadlové.
Je potrebné dbať na to, že vodiče budiča polovičného napájacieho napätia sú umiestnené priamo pod puzdrom integrovaného obvodu, čo umožňuje zmenšiť ich dĺžku. Tento príklad ilustruje nie to, čo by sa malo, ale čo by sa malo urobiť. Napríklad priemerné napätie na úrovni by mohlo byť rovnaké pre všetky štyri zosilňovače. Pasívne komponenty môžu byť podľa toho dimenzované. Napríklad plošné komponenty s veľkosťou rámu 0402 sa zhodujú s rozstupom kolíkov štandardného puzdra SO. To umožňuje udržiavať veľmi krátke dĺžky vodičov pre vysokofrekvenčné aplikácie.

Pri umiestňovaní operačných zosilňovačov do puzdier DIP a pasívnych komponentov s olovenými vodičmi musia byť na doske s plošnými spojmi umiestnené priechodky, aby sa mohli namontovať. Takéto komponenty sa v súčasnosti používajú vtedy, keď neexistujú žiadne špeciálne požiadavky na rozmery dosky plošných spojov; Zvyčajne sú lacnejšie, ale náklady na dosku s plošnými spojmi sa zvyšujú počas výrobného procesu kvôli vŕtaniu ďalších otvorov pre vodiče komponentov.

Okrem toho sa pri použití externých komponentov zväčšujú rozmery dosky a dĺžka vodičov, čo neumožňuje obvodu pracovať pri vysokých frekvenciách. Prechody majú vlastnú indukčnosť, ktorá tiež obmedzuje dynamické charakteristiky obvodu. Preto sa horné komponenty neodporúčajú na implementáciu vysokofrekvenčných obvodov alebo pre analógové obvody umiestnené v blízkosti vysokorýchlostných logických obvodov.

Niektorí dizajnéri, ktorí sa snažia znížiť dĺžku vodičov, umiestňujú rezistory vertikálne. Na prvý pohľad sa môže zdať, že sa tým skráti dĺžka trasy. Tým sa však zväčšuje dráha prúdu cez odpor a samotný odpor predstavuje slučku (otočku indukčnosti). Schopnosť vysielania a prijímania sa mnohonásobne zvyšuje.

Povrchová montáž nevyžaduje otvor pre každú súčiastku. Problémy však vznikajú pri testovaní obvodu a najmä pri použití malých súčiastok je potrebné použiť priechody ako testovacie body.

NEPOUŽITÉ SEKCIE OP-AMP

Pri použití duálnych a quad operačných zosilňovačov v obvode môžu niektoré sekcie zostať nevyužité a musia byť v tomto prípade správne pripojené. Nesprávne pripojenia môžu viesť k zvýšenej spotrebe energie, väčšiemu teplu a väčšiemu hluku z operačných zosilňovačov používaných v rovnakom balení. Piny nepoužívaných operačných zosilňovačov môžu byť pripojené takto: výstup zosilňovača je pripojený k invertnému vstupu.

ZÁVER

Zapamätajte si nasledujúce základné body a majte ich na pamäti vždy pri navrhovaní a zapájaní analógových obvodov.

predstavte si dosku s plošnými spojmi ako súčasť elektrického obvodu;
mať povedomie o zdrojoch hluku a rušenia a rozumieť im;
modelové a rozvrhnuté obvody.

Vytlačená obvodová doska:

používajte dosky plošných spojov iba z vysokokvalitného materiálu (napríklad FR-4);
obvody vyrobené na viacvrstvových doskách s plošnými spojmi sú o 20 dB menej náchylné na vonkajšie rušenie ako obvody vyrobené na dvojvrstvových doskách;
použiť oddelené, neprekrývajúce sa polygóny pre rôzne územia a kanály;
Umiestnite uzemňovacie a napájacie polygóny na vnútorné vrstvy PCB.

Komponenty:

Uvedomte si frekvenčné obmedzenia zavedené pasívnymi komponentmi a stopami dosky;
snažte sa vyhnúť vertikálnemu umiestneniu pasívnych komponentov vo vysokorýchlostných obvodoch;
Pre vysokofrekvenčné obvody použite komponenty určené na povrchovú montáž;
vodiče by mali byť kratšie, tým lepšie;
ak je potrebná väčšia dĺžka vodiča, znížte jeho šírku;
Nepoužité kolíky aktívnych komponentov musia byť správne pripojené.

Elektrické vedenie:

umiestnite analógový obvod do blízkosti napájacieho konektora;
nikdy nesmerujte vodiče prenášajúce logické signály cez analógovú oblasť dosky a naopak;
urobte vodiče vhodné pre invertujúci vstup operačného zosilňovača, skrat;
uistite sa, že vodiče invertujúcich a neinvertujúcich vstupov operačného zosilňovača nie sú umiestnené paralelne navzájom na veľkú vzdialenosť;
snažte sa vyhnúť používaniu ďalších priechodov, pretože... ich vlastná indukčnosť môže spôsobiť ďalšie problémy;
neveďte vodiče v pravom uhle a ak je to možné, vyhlaďte hornú časť rohov.

Výmena:

používať správne typy kondenzátorov na potlačenie šumu v napájacích obvodoch;
na potlačenie nízkofrekvenčného rušenia a šumu použite tantalové kondenzátory na vstupnom napájacom konektore;
Na potlačenie vysokofrekvenčného rušenia a šumu použite keramické kondenzátory na vstupnom konektore napájania;
použite keramické kondenzátory na každom výkonovom kolíku mikroobvodu; v prípade potreby použite niekoľko kondenzátorov pre rôzne frekvenčné rozsahy;
ak v obvode dôjde k budeniu, potom je potrebné použiť kondenzátory s nižšou hodnotou kapacity a nie väčšou;
v zložitých prípadoch použite v silových obvodoch sériovo zapojené odpory s nízkym odporom alebo indukčnosťou;
Analógové výkonové oddeľovacie kondenzátory by mali byť pripojené iba k analógovej zemi, nie k digitálnej zemi.

Prezretí: 17115

V malom zariadení VHF zaberajú relatívne veľké množstvo miesta na doske slučkové cievky a RF tlmivky. Často určujú celkovú výšku dosky plošných spojov. V niektorých prípadoch môže byť vhodné použiť ploché cievky - tlačené a drôtené. Základom pre tlačené RF cievky je najčastejšie špeciálna vysokofrekvenčná keramika. Technológia výroby takýchto navijakov je nevhodná do amatérskych podmienok. Ako však ukazuje prax, až do frekvencií 80-100 MHz je možné získať celkom uspokojivé výsledky použitím cievok vyrobených z fóliou potiahnutých sklených vlákien leptaním. Použitie fluoroplastovej fólie na tlačové cievky umožňuje posunúť frekvenčnú hranicu na 200-300 MHz. Cievky s plochým drôtom majú uspokojivú mechanickú pevnosť, relatívne malú vlastnú kapacitu, jednoduchú výrobu a možno ich použiť pri frekvenciách do 10 MHz. Výrazné zvýšenie indukčnosti a kvalitatívneho faktora plochých tlačených a drôtených cievok možno dosiahnuť, ak sú feritové platne umiestnené na jednej alebo oboch stranách cievky. Zmenou vzdialenosti medzi cievkou a doskou (pomocou sady nemagnetických rozperiek alebo inak) je možné zmeniť indukčnosť cievky. Indukčnosť môžete nastaviť v určitých medziach pomocou vlajky vyrobenej z nemagnetického kovu (meď alebo hliník), ktorá sa pohybuje v blízkosti cievky paralelne s ňou. Cievky drôtu sa pohodlne lepia priamo na dosku alebo na samostatnú dosku pripevnenú k doske. Tlačové cievky môžu mať akýkoľvek tvar. Výstup vonkajšieho závitu by mal byť „uzemnený“ na doske - v tomto prípade hrá úlohu obrazovky. Tlačenú cievku môžete dodatočne tieniť ďalšou externou otvorenou cievkou pripojenou k spoločnému vodiču zariadenia. Príklady cievok sú uvedené na fotografii.

Pomocou nomogramov môžete vypočítať cievky s dostatočnou presnosťou pre rádioamatéra. Postup výpočtu tlačených a drôtových zvitkov je podobný, rozdiel je v tom, že šírka vytlačenej stopy tlačenej cievky zodpovedá priemeru medi drôtu zvitku drôtu a šírka medzery medzi dráhami zodpovedá dvojnásobku hrúbka izolácie drôtu.

Konštrukčné rozmery cievok sú znázornené na obr. 1, a a b. Nomogramy na výpočet sú na obr. 2 a 3. Ako príklad nižšie uvažujeme výpočet okrúhlej tlačenej cievky (bez jadra) s indukčnosťou 0,64 μH. Najväčší vonkajší priemer D cievky volíme rovný 20 mm, najmenší vnútorný priemer d = 8 mm. Je potrebné nájsť počet závitov w, šírku vytlačenej stopy S a vzdialenosť Sr medzi stredmi C1 a C2 polkruhov cievky. Nomogram na výpočet kruhových cievok je znázornený na obr. 2. Vypočítajte: D + d = 20 + 8 = 28 mm = 2,8 cm: D/d = 20:8 = 2,5. Na stupnici „D+d“ a „D/d“ nájdeme zodpovedajúce body a spojíme ich priamkou (prerušovaná čiara na obr. 2). Cez priesečník tejto priamky s nedigitalizovanou pomocnou čiarou a bodom na stupnici „L“ zodpovedajúcim danej indukčnosti L = 0,64 μH vedieme priamku, až kým sa nepretne so stupnicou „w“, pozdĺž ktorej spočítame potrebný počet závitov - 6,5. Hodnoty D + d, D/d alebo L na stupnici nomogramu sa môžu zvýšiť (znížiť) 10 alebo 100-krát, zatiaľ čo hodnoty w sa zodpovedajúcim spôsobom zmenia o odmocninu z 10 a odmocninu zo 100. krát. Šírka S, mm, tlačeného vodiča sa vypočíta podľa vzorca: S>=Sr = (D - d)/4w; priemer izolácie drôtu cievky drôtu - diz = (D - d)/2w. Získaný výsledok zaokrúhlime na najbližšiu vyššiu hodnotu radu 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5 mm, atď. Sr= (20-8)/4x6,5=0,46; S = 0,5 mm. Pre malé hodnoty Sr by sa malo brať Sr = S Pre cievky drôtu sa diz zaokrúhli na najbližší štandardný priemer izolácie drôtu. Na fóliovaný sklenený textolit sa nanáša vzor cievky pomocou kružidla, do ktorého je nainštalované kresliace pero naplnené chemicky odolnou farbou. Horné polkruhy (pozri obr. 1a) sú nakreslené zo stredu C1 a spodné z C2. Vzdialenosť Sr by sa mala udržiavať čo najpresnejšie. Po zaschnutí farby sa cievka vyleptá ako obvykle v roztoku chloridu železitého. Štvorcové tlačené cievky sa vypočítajú pomocou nomogramu znázorneného na obr. 3. Presnejšie výsledky na výpočet plochých cievok možno získať analyticky pomocou vzorcov použitých na zostavenie nomogramov. Tieto vzorce sú znázornené na obr. 2 a 3. Rozmery množstiev vo vzorcoch zodpovedajú tým, ktoré sú uvedené na nomogramoch. Hodnoty funkcií „phi“ (D/d a f(a/A) sú zhrnuté v tabuľkách 1 a 2. Ploché drôtené cievky sú navinuté na skladacom ráme medzi dvoma lícami namontovanými na tyči. jadro rámu sa musí rovnať vnútornému priemeru cievky a vzdialenosť medzi lícami je priemer drôtu pozdĺž izolácie. Počas procesu navíjania je drôt navlhčený lepidlom BF~2. Líca musia byť vyrobené z materiálu, ktorý má slabú priľnavosť k lepidlu (fluoroplast, viniflex). Rám sa po zaschnutí lepidla rozoberie. Vyrobené cievky sa lepia buď priamo na dosku alebo na feritovú dosku namontovanú na doske. Cievky zobrazené v názve článku majú nasledovné merané parametre: okrúhla potlač (D = 40 mm) - indukčnosť 1,4 μH, faktor kvality 95; štvorec (A = 30 mm) - 0,9 uH a 180, vrchná časť drôtu (D = 15 mm, drôt PEV-1 0,18) - 7,5 uH a 48; stred (D = 11,9 mm, drôt PEV-2 0,1) - 9,5 μH a 48 a spodný (D = 9 mm, drôt PEL 0,05) - 37 μH a 43

Ploché tlačené cievky sa najčastejšie používajú v rozsahu vlnových dĺžok metra a decimetrov, aby sa zmenšila veľkosť zariadenia. Zvyčajne sa vyrábajú s kruhovými, štvorcovými alebo meandrovitými zvitkami, aj keď je to možné aj vo forme mnohouholníka. V poslednej dobe sa s nástupom technológie viacvrstvových dosiek plošných spojov objavujú aj viacvrstvové cievky na doske plošných spojov. Použitie jadra vyrobeného z magnetického materiálu je neúčinné, pretože takéto jadro je odstránené zo závitov cievky a môže zmeniť svoju indukčnosť o 3 - 5%, čo vo väčšine prípadov nestačí. Preto sa tlačené induktory používajú vo väčšine prípadov, keď nie je potrebné nastavenie a hodnota indukčnosti nepresahuje jednotky microhenry.

Na našej webovej stránke môžete použiť online kalkulačku na výpočet cievok na doske plošných spojov

V programe Coil32 sa od verzie 9.6 počítajú ploché tlačené cievky s okrúhlymi a štvorcovými závitmi pomocou všeobecného empirického vzorca:

L- indukčnosť (µH)
D- vonkajší priemer špirály (mm)
d- vnútorný priemer špirály (mm)
N- počet otáčok
D priem- stredný priemer cievky (mm)
φ - faktor plnenia

Koeficienty c 1 - c 4 sú zhrnuté v tabuľke:

Rozstup vinutia na obrázku je označený ako " s". S nezmenenou" s", ak zväčšíte šírku závitu, zvýši sa akostný faktor cievky a jej vlastná kapacita. Zvyčajne, aby sa minimalizovala veľkosť cievky, je šírka tlačeného vodiča vyrobená blízko vzdialenosti medzi vodičmi, takže vo vzorci vplyv " s" veľkosť indukčnosti sa neberie do úvahy. Optimálna hodnota d/D = 0,4 pre okrúhlu cievku a program ju vyberie automaticky. Pre štvorcovú cievku je optimálna hodnota d/D = 0,362 a program ho tiež vyberie automaticky.

Chyba pri výpočte indukčnosti pomocou tohto vzorca nepresahuje 8 %, keď s nie je väčšie ako 3w, t.j. ak medzera medzi pásikmi nie je väčšia ako dvojnásobok šírky pásika.

Indukčný prvok vo forme priameho tlačeného vodiča sa vypočíta pomocou nasledujúceho empirického vzorca:

, Kde:

L- indukčnosť (µH)
l- dĺžka vodiča (mm)
b- šírka vodiča (mm)

Takéto indukčné prvky sa často používajú vo filtroch UHF. Pretože vnútorná kapacita takéhoto indukčného prvku je pomerne veľká, je potrebné mať na pamäti, že je správnejšie ho reprezentovať ako segment dlhého vedenia s distribuovanými parametrami. Pre približné výpočty je však zjednodušenie použitého modelu celkom prijateľné.