Монтаж котушок індуктивності на простих друкованих платах. Радіоелементи, виготовлені способом друкування. Одношарові друковані плати

У малогабаритній УКХ апаратурі відносно багато місця на платі займають контурні котушки І ВЧ дроселі. Часто саме вони визначають габаритну висоту монтажної плати. У некото яких випадках може виявитися доцільним застосування розміру ня плоских котушок - друкованих і дротяних. Основою для друкованих ВЧ котушок найчастіше служить спе циальная високочастотна Кераміка. Технологія вироб ництва таких котушок непридатна для аматорських умов. Однак, як показує практика, до частот 80-100 МГц цілком задовільні результати можуть бути отримані при використанні котушок, виготовлених з фольгованого склотекстоліти способом травлення. Застосування для друкованих котушок фольгіроваіного фторопласта дозволяє відсунути частотний межа до 200-300 МГц. Плоскі дротяні котушки володіють задовольни котельної механічною міцністю, щодо невеликі шой власною ємністю, простотою виготовлення і можуть застосовуватися на частотах до 10 МГц. Істотний ве збільшення індуктивності і добротності плоских друкованих та дротяних котушок може бути отримано, якщо з одного або обох сторін на котушку накласти ферритові пластини. Змінюючи відстань між ка тушкою і пластиною (набором немагнітних прокладок або іншим шляхом), можна змінювати індуктивність котушки. Можна регулювати індуктивність до деяких законів яких межах за допомогою прапорця з немагнітного ме талію (міді або алюмінію), що переміщається поблизу котушки паралельно їй. Дротові котушки зручно наклеювати непосредст венно на плату або на окрему пластину, що прикріплюються мую до плати. Друковані котушки можуть бути довільної форми. «Заземлювати» на платі випливає висновок зовніш ного витка - в цьому випадку він грає роль екрану. Можна додатково екранувати друковану котушку ще одним зовнішнім незамкнутим витком, що з'єднують мим із загальним проводом пристрою. Приклади виконання котушок показані на фото.

Розрахувати котушки з достатньою для радіоаматора точністю можна за допомогою номограм. Порядок розрахунку друкованих та дротяних котушок аналогічний, різниця полягає в тому, що ширині друкованої доріжки друкованої котушки відповідає діаметр по міді проводи дротяної котушки, а ширині зазору між доріжками - подвійна товщина ізоляції проводу.

Конструктивні розміри котушок показані на рис. 1, а і б. Номограми для розрахунку зображені на рис. 2 і 3. Як приклад нижче розглянуто розрахунок круглої друкованої котушки (без сердечника) індуктивністю 0,64 мкг. Найбільший зовнішній діаметр D котушки вибираємо рівним 20 мм, найменший внутрішній d \u003d 8 мм. Необхідно знайти число витків w, ширину друкованої доріжки S і відстань Sr між центрами С1 і С2 півкіл котушки. Номограма для розрахунку круглих котушок представлена \u200b\u200bна рис. 2. Рахуємо: D + d \u003d 20 + 8 \u003d 28 мм \u003d \u003d 2,8 см: D / d \u003d 20: 8 \u003d 2,5. На шкалах "D + d" і "D / d" знаходимо відповідні точки і з'єднуємо їх прямою (на рис. 2 - штрихова лінія). Через точку перетину цієї прямої з неоціфрованной допоміжної лінією і точку на шкалі «L», відповідну заданій індуктивності L \u003d 0,64 мкГн, проводимо пряму до перетину зі шкалою «w», по якій і відраховуємо шукане число витків - 6,5. Значення D + d, D / d або L на шкалах номограми можна збільшити (умень шити) в 10 або 100 разів, при цьому значення w будуть зі відповідально змінюватися в корінь з 10 і корінь з 100 раз. Ширину S, мм, друкованого провідника обчислюємо за формулою: S\u003e \u003d Sr \u003d (D - d) / 4w; діаметр по ізоляції проводу дротяної котушки - dіз \u003d (D - d) / 2w. Отриманий результат округляємо до найближчого біль шего значення ряду 0,5; 0,75; 1.0; 1.25; 1,5 мм і т. Д. Sr \u003d (20-8) / 4х6,5 \u003d 0,46; S \u003d 0,5 мм. При малих значеннях Sr слід приймати Sr \u003d S Для прово лочних котушок dіз округляємо до найближчого стандарт ного діаметра дроту по ізоляції. Малюнок котушки наносять на фольгований скло текстоліт циркулем, в який встановлений рейсфедер, наповнений хімічно стійкою фарбою. Верхні підлозі кола (див. Рис. 1а) проводять з центру С1, а нижні - з С2. Відстань Sr слід витримувати з якомога більшою точністю. Після висихання кра скі котушку труять, як зазвичай, в розчині хлорного заліза. Друковані котушки квадратної форми розраховують за номограми, показаної на рис. 3. Більш точні ре зультат розрахунку плоских котушок можна отримати аналітично, користуючись формулами, за якими побудовані номограми. Ці формули наведені на рис. 2 і 3. Розмірність величин у формулах відповідає вка занной на номограмах. Значення функцій "фе" (D / d і f (а / А) зведені в табл. 1 і 2. Дротяні плоскі котушки намотують на розбірному каркасі між двома щічками, укріпленими на стрижні. Діаметр сердечника каркаса повинен бути дорівнює внутрішньому діаметру котушки, а відстань між щічками - діаметру дроту по ізоляції. У процесі намотування провід змочують клеєм БФ ~ 2. Щічки повинні бути виготовлені з матеріалу, що має погану адгезію до клею (фторопласт, вініфлекс). Каркас розбирають після закінчення сушіння клею. Изго лення котушки клеять або безпосередньо до плати, або до пластині з фериту, укріпленої на платі. Котушки, зображені в заголовку статті, мають такі данні вимірювань: кругла друкована (D \u003d 40 мм) - індуктивність 1,4 мкГн, добротність 95; квадратна (А \u003d 30 мм) - 0,9 мкГн і 180, дротові верхня (D \u003d 15 мм, дріт ПЕВ-1 0,18) - 7,5 мкГн і 48; середня (D \u003d 11,9 мм, дріт ПЕВ-2 0,1) - 9,5 мкГн і 48 і нижня (D \u003d 9мм, провід ПЕЛ 0,05) - 37 мкГн і 43

двосторонні друковані плати, Незважаючи на всі свої переваги, не є кращими, особливо для малосигнальних або високошвидкісних схем. У загальному випадку, товщина друкованої плати, тобто відстань між шарами металізації, дорівнює 1,5 мм, що занадто багато для повної реалізації деяких переваг двошарової друкованої плати, наведених вище. Розподілена ємність, наприклад, занадто мала через такого великого інтервалу.

Багатошарові друковані плати

Для відповідальних схемотехнических розробок потрібні багатошарові друковані плати (МПП). Деякі причини їх застосування очевидні:

така ж зручна, як і для шини загального проводу, розводка шин харчування; якщо в якості шин харчування використовуються полігони на окремому шарі, то досить просто за допомогою перехідних отворів здійснити підведення живлення до кожного елементу схеми
сигнальні шари звільняються від шин живлення, що полегшує розведення сигнальних провідників
між полігонами землі і харчування з'являється розподілена ємність, яка зменшує високочастотний шум

Крім цих причин застосування багатошарових друкованих плат існують інші, менш очевидні:

краще придушення електромагнітних ( EMI) І радіочастотних ( RFI) Перешкод завдяки ефекту відображення ( image plane effect), Відомому ще за часів Марконі. Коли провідник розміщується близько до плоскої провідної поверхні, велика частина зворотних високочастотних струмів буде протікати по площині безпосередньо під провідником. Напрямок цих струмів буде протилежно напрямку струмів в провіднику. Таким чином, відображення провідника в площині створює лінію передачі сигналу. Оскільки струми в провіднику і в площині рівні за величиною і протилежні за напрямком, створюється деяке зменшення випромінюваних перешкод. Ефект віддзеркалення ефективно працює тільки при нерозривні суцільних полігонах (ними можуть бути як полігони землі, так і полігони харчування). Будь-яке порушення цілісності буде приводити до зменшення придушення перешкод.
зниження загальної вартості при дрібносерійному виробництві. Незважаючи на те, що виготовлення багатошарових друкованих плат обходиться дорожче, їх можливе випромінювання менше, ніж у одно- і двошарових плат. Отже, в деяких випадках застосування лише багатошарових плат дозволить виконати вимоги по випромінюванню, поставлені при розробці, і не проводити додаткових випробувань і тестувань. Застосування МПП може знизити рівень випромінюваних перешкод на 20 дБ у порівнянні з двошаровими платами.

Порядок проходження шарів

У недосвідчених розробників часто виникає деяке замішання з приводу оптимального порядку проходження шарів друкованої плати. Візьмемо для прикладу 4-шарову палату, яка містить два сигнальних шару і два полігонних шару - шар землі і шар харчування. Який порядок проходження шарів кращий? Сигнальні шари між полігонами, які будуть служити екранами? Або ж зробити полігонні шари внутрішніми, щоб зменшити взаємовплив сигнальних шарів?

При вирішенні цього питання важливо пам'ятати, що часто розташування шарів не має особливого значення, оскільки все одно компоненти розташовуються на зовнішніх шарах, а шини, що підводять сигнали до їх висновків, часом проходять через всі шари. Тому будь-які екранні ефекти являють собою лише компроміс. В даному випадку краще подбати про створення великої розподіленої ємності між полігонами харчування і землі, розташувавши їх у внутрішніх шарах.

Іншою перевагою розташування сигнальних шарів зовні є доступність сигналів для тестування, а також можливість модифікації зв'язків. Той, хто хоч раз змінював з'єднання провідників, розташованих у внутрішніх шарах, оцінить цю можливість.

Для друкованих плат з більш, ніж чотирма шарами, існує загальне правило розташовувати високошвидкісні сигнальні провідники між полігонами землі і харчування, а низькочастотних відводити зовнішні шари.

заземлення

Хороше заземлення - загальна вимога насиченою, багаторівневої системи. І воно повинне плануватися з першого кроку дизайнерської розробки.

Основне правило: вони посідати Край.

Поділ землі на аналогову і цифрову частини - один з найпростіших і найбільш ефективних методів придушення шуму. Один або більше шарів багатошарової друкованої плати зазвичай відводиться під шар земляних полігонів. Якщо розробник не дуже досвідчений або неуважний, то земля аналогової частини буде безпосередньо з'єднана з цими полігонами, тобто аналоговий поворотний ток буде використовувати таку ж ланцюг, що і цифровий поворотний струм. Авторазводчікі працюють приблизно так само і об'єднують всі землі разом.

Якщо переробці піддається раніше розроблена друкована плата з єдиним земляним полігоном, що об'єднує аналогову і цифрову землі, то необхідно спочатку фізично розділити землі на платі (після цієї операції робота плати стає практично неможливою). Після цього прозводить все підключення до аналогового земляному полігону компонентів аналогової схеми (формується аналогова земля) і до цифрового земляному полігону компонентів цифрової схеми (формується цифрова земля). І лише після цього в джерелі проводиться об'єднання цифрової та аналогової землі.

Інші правила формування землі:

Майже всі сигнали тактових частот є досить високочастотними сигналами, тому навіть невеликі ємності між трасами і полігонами можуть створювати значні зв'язку. Необхідно пам'ятати, що не тільки основна тактова частота може викликати проблему, але і її вищі гармоніки.

На малюнку 4 показаний можливий варіант розміщення всіх компонентів на платі, включаючи джерело живлення. Тут використовуються три відокремлених один від одного і ізольованих полігону землі / харчування: один для джерела, один для цифрової схеми і один для аналогової. Ланцюги землі і харчування аналогової і цифрової частин об'єднуються тільки в джерелі живлення. Високочастоних шум фільтрується в ланцюгах харчування дросселями. У цьому прикладі високочастотні сигнали аналогового та цифрового частин віднесені друг від друга. Такий дизайн має дуже високу ймовірність на успішний результат, оскільки забезпечено гарний розміщення компонентів і дотримання правил поділу ланцюгів.

Є лише один випадок, коли необхідно об'єднання аналогових і цифрових сигналів над областю полігону аналогової землі. Аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі розміщуються в корпусах з висновками аналогової і цифрової землі. Беручи до уваги попередні міркування, можна припустити, що висновок цифровий землі і висновок аналогової землі повинні бути підключені до шин цифровий і аналогової землі відповідно. Однак в даному випадку це не вірно.

Назви висновків (аналоговий або цифровий) відносяться лише до внутрішньої структурі перетворювача, до його внутрішнім з'єднанням. У схемі ці висновки повинні бути підключені до шини аналогової землі. З'єднання може бути виконано і всередині інтегральної схеми, Проте отримати низький опір такого з'єднання досить складно через топологічних обмежень. Тому при використанні перетворювачів передбачається зовнішнє з'єднання висновків аналогової і цифрової землі. Якщо цього не зробити, то параметри мікросхеми будуть значно гірше наведених в специфікації.

Необхідно враховувати те, що цифрова елементи перетворювача можуть погіршувати якісні характеристики схеми, привносячи цифрові перешкоди в ланцюзі аналогової землі і аналогового харчування. При розробці перетворювачів враховується цей негативний вплив так, щоб цифрова частина споживала якомога менше потужності. При цьому перешкоди від перемикань логічних елементів зменшуються. Якщо цифрові висновки перетворювача не сильно навантажені, то внутрішні перемикання зазвичай не викликають особливих проблем. При розробці друкованої плати, що містить АЦП або ЦАП, необхідно належним чином поставитися до розв'язки цифрового харчування перетворювача на аналогову землю.

частотні характеристики пасивних компонентів

для правильної роботи аналогових схем вельми важливий правильний вибір пасивних компонентів. Починайте дизайнерську розробку з уважного розгляду високочастотних характеристик пасивних компонентів і попереднього розміщення і компонування їх на ескізі плати.

Велике число розробників абсолютно ігнорують частотні обмеження пасивних компонентів при використанні в аналогової схемотехніки. Ці компоненти мають обмежені частотні діапазони і їх робота поза специфікованої частотної області може призвести до непередбачуваних результатів. Хтось може подумати, що це обговорення стосується тільки високошвидкісних аналогових схем. Однак, це далеко не так - високочастотні сигнали досить сильно впливають на пасивні компоненти низькочастотних схем за допомогою випромінювання або прямого зв'язку по провідниках. Наприклад, простий низькочастотний фільтр на операційному підсилювачі може легко перетворюватися в високочастотний фільтр при впливі на його вхід високої частоти.

резистори

Високочастотні характеристики резисторів можуть бути представлені еквівалентною схемою, наведеною на малюнку 5.

Зазвичай застосовуються резистори трьох типів: 1) дротові, 2) вуглецеві композитні і 3) плівкові. Не треба мати багато уяви, щоб зрозуміти, як дротяний резистор може перетворюватися в індуктивність, оскільки він являє собою котушку з проводом з високоомного металу. Більшість розробників електронних пристроїв не мають поняття про внутрішню структуру плівкових резисторів, які також представляють собою котушку, правда, з металевої плівки. Тому плівкові резистори також володіють індуктивністю, яка менше, ніж у дротяних резисторів. Плівкові резистори з опором не більше 2 кОм можна вільно використовувати в високочастотних схемах. Висновки резисторів паралельні один одному, тому між ними існує помітна ємнісний зв'язок. Для резисторів з великим опором межвиводная ємність буде зменшувати повний імпеданс на високих частотах.

конденсатори

Високочастотні характеристики конденсаторів можуть бути представлені еквівалентною схемою, наведеною на малюнку 6.

Конденсатори в аналогових схемах використовуються в якості елементів розв'язки і фільтруючих компонентів. Для ідеального конденсатора реактивний опір визначається за такою формулою:

Отже, електролітичний конденсатор ємністю 10 мкФ буде володіти опором 1,6 Ом на частоті 10 кГц і 160 мкОм на частоті 100 МГц. Чи так це?

При використанні електролітичних конденсаторів необхідно стежити за правильним підключенням. Позитивний висновок повинен бути підключений до більш позитивному постійному потенціалу. Неправильне підключення призводить до протікання через електролітичний конденсатор постійного струму, що може вивести з ладу не тільки сам конденсатор, а й частина схеми.

У рідкісних випадках різниця потенціалів по постійному струму між двома точками в схемі може змінювати свій знак. Це вимагає застосування неполярних електролітичних конденсаторів, внутрішня структура яких еквівалентна двом полярним конденсаторів, сполученим послідовно.

індуктивності

Високочастотні характеристики индуктивностей можуть бути представлені еквівалентною схемою, наведеною на малюнку 7.

Реактивний опір індуктивності описується наступною формулою:

Отже, індуктивність 10 мГн буде володіти реактивним опором 628 Ом на частоті 10 кГц, а на частоті 100 МГц - опором 6,28 МОм. Вірно?

Сама друкована плата має характеристики розглянутих вище пасивних компонентів, правда, не настільки очевидними.

Малюнок провідників на друкованій платі може бути як джерелом, так і приймачем перешкод. Хороша розводка провідників зменшує чутливість аналогової схеми до випромінювання джерел.

Друкована плата сприйнятлива до випромінювання, оскільки провідники і висновки компонентів утворюють своєрідні антени. Теорія антен є досить складний предмет для вивчення і не розглядається в цій статті. Тим не менш, деякі основи тут наводяться.

Дещо з теорії антен

на постійному струмі або низьких частотах переважає активна складова. При підвищенні частоти реактивна складова стає все більш і більш значущою. У діапазоні від 1 кГц до 10 кГц индуктивная складова починає впливати, і провідник більш не є низькоомним соединителем, а скоріше виступає як котушка індуктивності.

Формула для розрахунку індуктивності провідника друкованої плати виглядає наступним чином:

Зазвичай, траси на друкованій платі мають значеннями від 6 нГн до 12 нГн на сантиметр довжини. Наприклад, 10-сантиметровий провідник має опір 57 мОм і індуктивністю 8 нГн на см. На частоті 100 кГц реактивний опір стає рівним 50 мОм, а на більш високих частотах провідник буде являти собою скоріше індуктивність, ніж активний опір.

Правило штирьовий антени говорить, що вона починає відчутно взаємодіяти з полем при своїй довжині близько 1/20 від довжини хвилі, а максимальне взаємодія відбувається при довжині штиря, що дорівнює 1/4 від довжини хвилі. Тому 10-сантиметровий провідник з прикладу в попередньому параграфі почне ставати досить хорошою антеною на частотах вище 150 МГц. Необхідно пам'ятати, що незважаючи на те, що генератор тактової частоти цифровий схеми може і не працювати на частоті вище 150 МГц, в його сигналі завжди присутні вищі гармоніки. Якщо на друкованій платі присутні компоненти з штирові висновками значної довжини, то такі висновки також можуть служити антенами.

Інший основний тип антен - петльові антени. Індуктивність прямого провідника сильно збільшується, коли він згинається і стає частиною дуги. Подальше збільшення індуктивність знижує частоту, на якій починає відбуватися взаємодія антени з лініями поля.

Досвідчені дизайнери друкованих плат, досить добре розбираються в теорії петльових антен, знають, що не можна створювати петлі для критичних сигналів. Деякі розробники, проте, не замислюються про це, і провідники поворотного і сигнального струму в їх схемах є петлі. Створення петльових антен легко показати на прикладі (рис. 8). Крім того, тут показано і створення щілинний антени.

Розглянемо три випадки:

Варіант A - приклад поганого дизайну. У ньому зовсім не використовується полігон аналогової землі. Петлевой контур формується земляним і сигнальним провідником. При проходженні струму виникають електричне та перпендикулярний йому магнітне поля. Ці поля утворюють основу петлевий антени. Правило петлевий антени говорить, що для найбільшої ефективності довжина кожного провідника повинна дорівнювати половині довжини хвилі випромінювання, що приймається. Однак, слід не забувати, що навіть при 1/20 від довжини хвилі петлевая антена все ще залишається досить ефективною.

Варіант Б краще варіанту A, але тут присутня розрив в полігоні, ймовірно, для створення певного місця для розведення сигнальних провідників. Шляхи сигнального і поворотного струмів утворюють щілинну антену. Інші петлі утворюються в вирізах навколо мікросхем.

Варіант В - приклад кращого дизайну. Шляхи сигнального і поворотного струму збігаються, зводячи нанівець ефективність петлевий антени. Зауважте, що в цьому варіанті також присутні вирізи навколо мікросхем, але вони відділені від шляху поворотного струму.

Теорія відображення і узгодження сигналів знаходиться близько до теорії антен.

Коли провідник друкованої плати повертає на кут 90 ° може виникнути відображення сигналу. Це відбувається, головним чином, через зміни ширини колії проходження струму. У вершині кута ширина траси збільшується в 1.414 рази, що призводить до неузгодженості характеристик лінії передачі, особливо розподіленої ємності і власної індуктивності траси. Досить часто необхідно повернути на друкованій платі трасу на 90 °. Багато сучасних CAD-пакети дозволяють згладжувати кути проведених трас або проводити траси у вигляді дуги. На малюнку 9 показані два кроки поліпшення форми кута. Тільки останній приклад підтримує постійної ширину траси і мінімізує відображення.

Рада для досвідчених розвідників друкованих плат: залишайте процедуру згладжування на останній етап робіт перед створенням краплеподібних висновків і заливкою полігонів. Інакше, CAD-пакет буде виробляти згладжування довше через більш складних обчислень.

Наприклад, друкована плата може мати наступними параметрами:

4 шари; сигнальний і шар полігону землі - суміжні
міжшарового інтервал - 0,2 мм
ширина провідника - 0,75 мм
довжина провідника - 7,5 мм

Типове значення діелектричної постійної ER для FR-4 дорівнює 4.5.

Видно, що відбувається подвоєння амплітуди вихідного сигналу на частотах, близьких до верхньої межі частотного діапазону ОУ. Це, в свою чергу, може привести до генерації, особливо на робочих частотах антени (вище 180 МГц).

Цей ефект породжує численні проблеми, для вирішення яких, тим не менше, існує багато способів. Найбільш очевидний з них - зменшення довжини провідників. Інший спосіб - зменшення їх ширини. Немає причини застосування провідника такої ширини для підводки сигналу до інвертується входу, тому що по цьому провіднику протікає дуже невеликий струм. Зменшення довжини траси до 2,5 мм, а ширина до 0,2 мм призведе до зменшення ємності до 0,1 пФ, а така ємність вже не призведе до настільки значного підйому частотної характеристики. Ще один спосіб вирішення - видалення частини полігону під інвертується входом і провідником, відповідним до нього.

Ширину провідників друкованої плати неможливо нескінченно зменшити. Гранична ширина визначається як технологічним процесом, Так і товщиною фольги. Якщо два провідника проходять близько один до одного, то між ними утворюється місткість і індуктивний зв'язок (рис. 12).

Сигнальні провідники не повинні розлучатися паралельно один одному, крім випадків розведення диференціальних або мікросмужкових ліній. Зазор між провідниками повинен бути мінімум в три рази більше ширини провідників.

Ємність між трасами в аналогових схемах може створити труднощі при великих опорах резисторів (кілька МОм). Щодо велика місткість зв'язок між інвертує і неінвертірующего входами операційного підсилювача легко може привести до самозбудження схеми.

Наприклад, при d \u003d 0,4 мм і h \u003d 1,5 мм (досить поширені величини) індуктивність отвори дорівнює 1,1 нГн.

Пам'ятайте, що, якщо в схемі присутні великі опору, то особливу увагу слід приділити очищенню плати. На заключних операціях виготовлення друкованої плати повинні віддалятися залишки флюсу і забруднень. В останнім часом при монтажі друкованих плат досить часто застосовуються водорозчинні флюси. Будучи менш шкідливими, вони легко видаляються водою. Але при цьому відмивання плати недостатньо чистою водою може привести до додаткових забруднень, які погіршують діелектричні характеристики. Отже, дуже важливо проводити відмивання друкованої плати з високоімпедансних схемою свіжої дистильованої водою.

розв'язка сигналів

Як уже зазначалося, перешкоди можуть проникати в аналогову частину схеми через ланцюга харчування. Для зменшення таких перешкод застосовуються розв'язують (блокувальні) конденсатори, що зменшують локальний імпеданс шин харчування.

Якщо необхідно розвести друковану плату, на якій є і аналогова, і цифрова частини, то необхідно мати хоча б невелике уявлення про електричні характеристики логічних елементів.

Типовий вихідний каскад логічного елемента містить два транзистора, послідовно з'єднані між собою, а також між ланцюгами харчування і землі (рис. 14).

Ці транзистори в ідеальному випадку працюють строго в протифазі, тобто коли один з них відкритий, то в цей же момент часу другий закритий, формуючи на виході або сигнал логічної одиниці, або логічного нуля. У сталому логічному стані споживана потужність логічного елемента невелика.

Ситуація кардинально змінюється, коли вихідний каскад перемикається з одного логічного стану в інше. У цьому випадку протягом короткого проміжку часу обидва транзистора можуть бути відкриті одночасно, а струм живлення вихідного каскаду сильно збільшується, оскільки зменшується опір ділянки шляху струму від шина харчування до шини землі через два послідовно з'єднаних транзистора. Споживана потужність стрибкоподібно зростає, а потім також убуває, що призводить до локальної зміни напруги харчування і виникнення різкого, короткочасного зміни струму. Такі зміни струму призводять до випромінювання радіочастотної енергії. Навіть на порівняно простий друкованій платі може бути десятки або сотні розглянутих вихідних каскадів логічних елементів, тому сумарний ефект від їх одночасної роботи може бути дуже великим.

Неможливо точно передбачити діапазон частот, в якому будуть знаходитися ці викиди струму, оскільки частота їх виникнення залежить від безлічі причин, в тому числі і від затримки поширення перемикань транзисторів логічного елемента. Затримка, в свою чергу, також залежить від безлічі випадкових причин, що виникають в процесі виробництва. Шум від перемикань має широкосмугове розподіл гармонійних складових у всьому діапазоні. Для придушення цифрового шуму існує кілька способів, застосування яких залежить від спектрального розподілу шуму.

У таблиці 2 представлені максимальні робочі частоти для поширених типів конденсаторів.

Таблиця 2

Реальні характеристики можуть відрізнятися у різних виробників і навіть від партії до партії у одного виробника. Важливо розуміти, що для ефективної роботи конденсатора придушуються їм частоти повинні знаходитися в більш низькому діапазоні, ніж частота власного резонансу. В іншому випадку характер реактивного опору буде індуктивним, а конденсатор перестане ефективно працювати.

Не варто помилятися щодо того, що один 0,1 мкФ конденсатор буде придушувати всі частоти. Невеликі конденсатори (10 нФ і менш) можуть працювати більш ефективно на більш високих частотах.

Розв'язка харчування ІС

Розв'язка харчування інтегральних схем з метою придушення високочастотного шуму полягає в застосуванні одного або декількох конденсаторів, підключених між висновками харчування і землі. Важливо, щоб провідники, що з'єднують висновки з конденсаторами, були короткими. Якщо це не так, то власна індуктивність провідників буде відігравати помітну роль і зводити нанівець вигоди від застосування розв'язують конденсаторів.

Розв'язує конденсатор повинен бути підключений до кожного корпусу мікросхеми, незалежно від того, скільки операційних підсилювачів знаходиться всередині корпусу - 1, 2 або 4. Якщо ОУ харчується двохполярним харчуванням, То, само собою зрозуміло, що розв'язують конденсатори повинні розташовуватися у кожного виведення харчування. Значення ємності повинно бути ретельно вибрано в залежності від типу шуму і перешкод, присутніх в схемі.

В особливо складних випадках може виникнути необхідність додавання індуктивності, включеної послідовно з виведенням харчування. Індуктивність повинна розташовуватися до, а не після конденсаторів.

Іншим, більш дешевим способом є заміна індуктивності резистором з малим опором (10 ... 100 Ом). При цьому разом з розв'язуючим конденсатором резистор утворює низькочастотний фільтр. Цей спосіб зменшує діапазон харчування операційного підсилювача, який до того ж стає більш залежним від споживаної потужності.

Зазвичай для придушення низькочастотних перешкод в ланцюгах харчування буває досить застосувати один або кілька алюмінієвих або танталових електролітичних конденсаторів у вхідного роз'єму живлення. Додатковий керамічний конденсатор буде придушувати високочастотні перешкоди від інших плат.

Розв'язка вхідних і вихідних сигналів

Безліч шумових проблем є результатом безпосереднього з'єднання вхідних і вихідних висновків. В результаті високочастотних обмежень пасивних компонентів реакція схеми на вплив високочастотного шуму може бути досить непередбачуваною.

У ситуациии, коли частотний діапазон наведеного шуму в значній мірі відрізняється від частотного діапазону роботи схеми, рішення просто і очевидно - розміщення пасивного RC-фільтра для придушення високочастотних перешкод. Однак, при застосуванні пасивного фільтра треба бути обережним: його характеристики (через неідеальність частотних характеристик пасивних компонентів) втрачають свої властивості на частотах, в 100 ... 1000 разів перевищують частоту зрізу (f 3db). При використанні послідовно з'єднаних фільтрів, налаштованих на різні частотні діапазони, більш високочастотний фільтр повинен бути найближчим до джерела перешкод. Індуктивності на феритових кільцях також можуть застосовуватися для зменшення шуму; вони зберігають індуктивний характер опору до деякої певної частоти, А вище їх опір стає активним.

Наведення на аналогову схему можуть бути настільки великими, що позбутися (або, принаймні, зменшити) від них можливе лише за допомогою застосування екранів. Для ефективної роботи вони повинні бути ретельно спроектовані так, щоб частоти, що створюють найбільші проблеми, не змогли потрапити в схему. Це означає, що екран не повинен мати отвори або вирізи з розмірами, більшими, ніж 1/20 довжини хвилі екраніруемого випромінювання. Гарна ідея відводити достатню місце під передбачуваний екран з самого початку проектування друкованої плати. При використанні екрану можна додатково використовувати ферритові кільця (або намистинки) для всіх підключень до схеми.

Корпуси операційних підсилювачів

В одному корпусі зазвичай розміщуються один, два або чотири операційних підсилювача (рис. 16).

Одиночний ОУ часто також має додаткові входи, Наприклад, для регулювання напруги зсуву. Здвоєні і зчетверені ОУ мають лише інвертується і неінвертуючий входи і вихід. Тому при необхідності мати додаткові регулювання треба застосовувати поодинокі операційні підсилювачі. При використанні додаткових висновків необхідно пам'ятати, що за своєю структурою вони є допоміжними входами, тому управління ними повинно осущуствляться акуратно і відповідно до рекомендацій виробника.

Здвоєні ОУ особливо часто використовуються в стереофонічних підсилювачах, а зчетверені - в схемах багатокаскадних фільтрів. Однак, в цьому є досить значний мінус. Незважаючи на те що сучасна технологія забезпечує пристойну ізоляцію між сигналами підсилювачів, розташованих на одному кремнієвому кристалі, між ними все ж існують деякі перехресні перешкоди. Якщо необхомімо мати дуже малу величину таких перешкод, то необхідно використовувати поодинокі операційні підсилювачі. Перехресні перешкоди виникають не тільки при використанні здвоєних або зчетверених підсилювачів. Їх джерелом може служити дуже близьке розташування пасивних компонентів різних каналів.

Здвоєні і зчетверені ОУ, крім вищесказаного, дозволяють здійснити більш щільний монтаж. Окремі підсилювачі як би дзеркально розташовані один щодо одного (рис. 18).

На малюнках 17 і 18 показані не всі підключення, необхідні для нормальної роботи, наприклад, формувач середнього рівня при однополярний харчуванні. На малюнку 19 наведена схема такого формувача при використанні зчетвереної підсилювача.

На схемі показані всі необхідні підключення для реалізації трьох незалежних инвертирующих каскадів. Необхідно звернути увагу на те, що провідники формувача половини напруги живлення розташовуються безпосередньо під корпусом інтегральної схеми, що дозволяє зменшити їх довжину. Цей приклад ілюструє не те, як має бути, а то, що має бути зроблено. Напруга середнього рівня, наприклад, могло б бути єдиним для всіх чотирьох підсилювачів. Пасивні компоненти можуть бути відповідного розміру. Наприклад, планарні компоненти типорозміру 0402 відповідають відстані між висновками стандартного корпусу SO. Це дозволяє зробити довжину провідників дуже короткою для високочастотних додатків.

При розміщенні операційних підсилювачів в корпусах типу DIP і пасивних компонентів з дротяними висновками потрібна наявність на друкованій платі перехідних отворів для їх монтажу. Такі компоненти в даний час використовуються, коли немає особливих вимог до розмірів друкованої плати; зазвичай вони коштують дешевше, але вартість друкованої плати в процесі виготовлення зростає через сверловки додаткових отворів під висновки компонентів.

Крім того, при використанні навісних компонентів збільшуються розміри плати і довжини провідників, що не дозволяє працювати схемою на високих частотах. Перехідні отвори мають власної індуктивністю, що також накладає обмеження на динамічні характеристики схеми. Тому навісні компоненти не рекомендується застосовувати для реалізації високочастотних схем або для аналогових схем, розміщених поблизу з високошвидкісними логічними схемами.

Деякі розробники, намагаючись зменшити довжину провідників, розміщують резистори вертикально. З першого погляду може здатися що, це скорочує довжину траси. Однак при цьому збільшується шлях проходження струму по резистору, а сам резистор являє собою петлю (виток індуктивності). Випромінююча і приймаюча здатність зростає багаторазово.

При поверхневому монтажі не потрібно розміщення отвору під кожен висновок компонента. Однак виникають проблеми при тестування схеми, і доводиться використовувати перехідні отвори в якості контрольних точок, особливо при застосуванні компонентів малого типорозміру.

Невикористані секції оу

При використанні здвоєних і зчетверених операційних підсилювачів в схемі деякі їх секції можуть залишитися невикористаними і повинні бути в цьому випадку коректно підключені. Помилкове підключення може призвести до збільшення споживаної потужності, більшого нагрівання і більшого шуму використовуваних в цьому ж корпусі ОУ. Висновки неіспользумих операційних підсилювачів можуть бути підключені так, як зображено на рис. 20а. Підключення висновків з додатковими компонентами (рис. 20б) дозволить легко використовувати цей ОУ при налагодженні.

висновок

Пам'ятайте такі основні моменти і постійно дотримуйтесь їх при проектуванні і розводці аналогових схем.

загальні:

думайте про друкарську плату як про компонент електричної схеми
майте уявлення і розуміння про джерела шуму і перешкод
моделюйте і макетує схеми

Друкована плата:

використовуйте друковані плати тільки з якісного матеріалу (наприклад, FR-4)
схеми, виконані на багатошарових друкованих платах, на 20 дБ менше восприимчивее до зовнішніх перешкод, ніж схеми, виконані на двошарових платах
використовуйте розділені, неперекривающіеся полігони для різних земель і годувань
розташовуйте полігони землі і харчування на внутрішніх шарах друкованої плати.

компоненти:

усвідомлюйте частотні обмеження, що вносяться пасивними компонентами і провідниками плати
намагайтеся уникати вертикального розміщення пасивних компонентів в високошвидкісних схемах
для високочастотних схем використовуйте компоненти, призначені для поверхневого монтажу
провідники повинні бути чим коротше, тим краще
якщо потрібна велика довжина провідника, то зменшуйте його ширину
невикористовувані висновки активних компонентів повинні бути правильно підключені

розведення:

розміщуйте аналогову схему поблизу роз'єму живлення
ніколи не розводьте провідники, передають логічні сигнали, через аналогову область плати, і навпаки
провідники, які підходять до інвертується входу ОП, робіть короткими
упевніться, що провідники инвертирующего і неинвертирующего входів ОУ не володіємо паралельно один одному на великій відстані
намагайтеся уникати застосування зайвих перехідних отворів, тому що їх власна індуктивність може привести до виникнення додаткових проблем
не розводьте провідники під прямими кутами і згладжуйте вершини кутів, якщо це можливо

розв'язка:

використовуйте правильні типи конденсаторів для придушення перешкод в ланцюгах харчування
для придушення низькочастотних перешкод і шумів використовуйте танталові конденсатори у вхідного роз'єму живлення
для придушення високочастотних перешкод і шумів використовуйте керамічні конденсатори біля вхідного роз'єму живлення
використовуйте керамічні конденсатори у кожного виведення харчування мікросхеми; якщо необхідно, використовуйте кілька конденсаторів для різних частотних діапазонів
якщо в схемі відбувається збудження, то необхідно використовувати конденсатори з меншим значенням ємності, а не великим
у важких випадках в ланцюгах харчування використовуйте послідовно включені резистори малого опору або індуктивності
розв'язують конденсатори аналогового харчування повинні підключатися тільки до аналогової землі, а не до цифрової

Bruce Carter
Op Amps For Everyone, chapter 17
Circuit Board Layout Techniques
Design Reference, Texas Instruments, 2002

Дещо з теорії антен

На постійному струмі або низьких частотах переважає активна складова. При підвищенні частоти реактивна складова стає все більш і більш значущою. У діапазоні від 1 кГц до 10 кГц индуктивная складова починає впливати, і провідник більш не є низькоомним соединителем, а скоріше виступає як котушка індуктивності.

Формула для розрахунку індуктивності провідника друкованої плати виглядає наступним чином:

Зазвичай, траси на друкованій платі мають значеннями від 6 нГн до 12 нГн на сантиметр довжини. Наприклад, 10-сантиметровий провідник має опір 57 мОм і індуктивністю 8 нГн на см. На частоті 100 кГц реактивний опір стає рівним 50 мОм, а на більш високих частотах провідник буде являти собою скоріше індуктивність, ніж активний опір.

Варіант A - приклад поганого дизайну. У ньому зовсім не використовується полігон аналогової землі. Петлевой контур формується земляним і сигнальним провідником. При проходженні струму виникають електричне та перпендикулярний йому магнітне поля. Ці поля утворюють основу петлевий антени. Правило петлевий антени говорить, що для найбільшої ефективності довжина кожного провідника повинна дорівнювати половині довжини хвилі випромінювання, що приймається. Однак, не слід забувати, що навіть при 1/20 від довжини хвилі петлевая антена все ще залишається досить ефективною.

Теорія відображення і узгодження сигналів знаходиться близько до теорії антен.

Між провідниками друкованої плати, що знаходяться на різних шарах, виникає ємнісний зв'язок, коли вони перетинаються. Іноді це може створити проблему. Провідники, що знаходяться один над одним на суміжних шарах, створюють довгий плівковий конденсатор. Ємність такого конденсатора розраховується за формулою, наведеною на малюнку 10.

Наприклад, друкована плата може мати наступними параметрами:
- 4 шари; сигнальний і шар полігону землі - суміжні,
- міжшарового інтервал - 0,2 мм,
- ширина провідника - 0,75 мм,
- довжина провідника - 7,5 мм.

Типове значення діелектричної постійної ER для FR-4 дорівнює 4.5.

Підставивши всі значення в формулу, отримаємо значення ємності між цими двома шинами, рівне 1,1 пФ. Навіть така, здавалося б, невелика ємність для деяких додатків є неприпустимою. Малюнок 11 ілюструє ефект від ємності в 1 пФ, що виникає при підключенні її до інвертується входу високочастотного операційного підсилювача.

Видно, що відбувається подвоєння амплітуди вихідного сигналу на частотах, близьких до верхньої межі частотного діапазону ОУ. Це, в свою чергу, може привести до генерації, особливо на робочих частотах антени (вище 180 МГц).

Цей ефект породжує численні проблеми, для вирішення яких, тим не менше, існує багато способів. Найбільш очевидний з них - зменшення довжини провідників. Інший спосіб - зменшення їх ширини. Немає причини застосування провідника такої ширини для підводки сигналу до інвертується входу, тому що по цьому провіднику протікає дуже невеликий струм. Зменшення довжини траси до 2,5 мм, а ширина до 0,2 мм призведе до зменшення ємності до 0,1 пФ, а така ємність вже не призведе до настільки значного підйому частотної характеристики. Ще один спосіб вирішення проблеми - видалення частини полігону під інвертується входом і під провідником, відповідним до нього.

Сигнальні провідники не повинні розлучатися паралельно один одному, за винятком випадку розводки диференціальних або мікросмужкових ліній. Зазор між провідниками повинен бути мінімум в три рази більше ширини провідників.

Пам'ятайте, що, якщо в схемі присутні великі опору, то особливу увагу слід приділити очищенню плати. На заключних операціях виготовлення друкованої плати повинні віддалятися залишки флюсу і забруднень. Останнім часом при монтажі друкованих плат досить часто застосовуються водорозчинні флюси. Будучи менш шкідливими, вони легко видаляються водою. Але при цьому відмивання плати недостатньо чистою водою може привести до додаткових забруднень, які погіршують діелектричні характеристики. Отже, дуже важливо проводити відмивання друкованої плати з високоімпедансних схемою свіжої дистильованої водою.

РОЗВ'ЯЗКА СИГНАЛОВ

Типовий вихідний каскад логічного елемента містить два транзистора, послідовно з'єднані і розташовані між ланцюгами харчування і землі (рис. 14).

Ці транзистори в ідеальному випадку працюють строго в протифазі, тобто коли один з них відкритий, то в цей же момент часу другий закритий, формуючи на виході або сигнал логічної одиниці, або логічного нуля. У сталому логічному стані споживана потужність логічного елемента невелика.

Ситуація кардинально змінюється, коли вихідний каскад перемикається з одного логічного стану в інше. У цьому випадку протягом короткого проміжку часу обидва транзистора можуть бути відкриті одночасно, а струм живлення вихідного каскаду сильно збільшується, оскільки зменшується опір ділянки шляху струму від шини харчування до шини землі через два послідовно з'єднаних транзистора. Споживана потужність стрибкоподібно зростає, а потім швидко убуває, що призводить до локальної зміни напруги харчування і виникнення різкого, короткочасного зміни струму. Такі зміни струму призводять до випромінювання радіочастотної енергії. Навіть на порівняно простий друкованій платі можуть бути десятки або сотні розглянутих вихідних каскадів логічних елементів, тому сумарний ефект від їх одночасної роботи може бути дуже великим.

У таблиці 2 представлені максимальні робочі частоти для поширених типів конденсаторів.

Таблиця 2

З таблиці очевидно, що танталові електролітичні конденсатори застосовуються для частот нижче 1 МГц, на більш високих частотах повинні застосовуватися керамічні конденсатори. Необхідно пам'ятати, що конденсатори мають власний резонанс, і їх неправильний вибір може не тільки не допомогти, а й посилити проблему. На малюнку 15 показані типові власні резонанси двох конденсаторів загального застосування - 10 мкФ танталового електролітичного і 0,01 мкФ керамічного.

Реальні характеристики можуть відрізнятися у різних виробників і навіть від партії до партії у одного виробника. Важливо розуміти, що для ефективної роботи конденсатора придушуються їм частоти повинні знаходитися в більш низькому діапазоні, ніж частота власного резонансу. В іншому випадку характер реактивного опору буде індуктивним, а конденсатор перестане ефективно працювати.

Розв'язка харчування ІС

Принцип розв'язки харчування інтегральних схем з метою придушення високочастотного шуму полягає в застосуванні одного або декількох конденсаторів, підключених між висновками харчування і землі. Важливо, щоб провідники, що з'єднують висновки з конденсаторами, були короткими. Якщо це не так, то власна індуктивність провідників буде відігравати помітну роль і зводити нанівець вигоди від застосування розв'язують конденсаторів.

Розв'язує конденсатор повинен бути підключений до кожного корпусу мікросхеми, незалежно від того, скільки операційних підсилювачів знаходиться всередині корпусу - 1, 2 або 4. Якщо ОУ харчується двохполярним харчуванням, то, само собою зрозуміло, що розв'язують конденсатори повинні розташовуватися у кожного виведення харчування. Значення ємності повинно бути ретельно вибрано в залежності від типу шумів і перешкод, присутніх в схемі.

РОЗВ'ЯЗКА вхідних І ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ

У ситуациии, коли частотний діапазон наведеного шуму в значній мірі відрізняється від частотного діапазону роботи схеми, рішення просто і очевидно - розміщення пасивного RC-фільтра для придушення високочастотних перешкод. Однак при застосуванні пасивного фільтра треба бути обережним: його характеристики (через неідеальність частотних характеристик пасивних компонентів) втрачають свої властивості на частотах, в 100 ... 1000 разів перевищують частоту зрізу (f 3db). При використанні послідовно з'єднаних фільтрів, налаштованих на різні частотні діапазони, більш високочастотний фільтр повинен бути найближчим до джерела перешкод. Також для придушення шуму можуть застосовуватися індуктивності на феритових кільцях; вони зберігають індуктивний характер опору до деякої певної частоти, а вище їх опір стає активним.

Наведення на аналогову схему можуть бути настільки великими, що позбутися від них (або, принаймні, зменшити) можливо тільки за допомогою застосування екранів. Для ефективної роботи вони повинні бути ретельно спроектовані так, щоб частоти, що створюють найбільші проблеми, не змогли потрапити в схему. Це означає, що екран не повинен мати отвори або вирізи з розмірами, більшими, ніж 1/20 довжини хвилі екраніруемого випромінювання. Гарна ідея відводити достатню місце під передбачуваний екран з самого початку проектування друкованої плати. При використанні екрану можна додатково використовувати ферритові кільця (або намистинки) для всіх підключень до схеми.

КОРПУСУ ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ

В одному корпусі зазвичай розміщуються один, два або чотири операційних підсилювача (рис. 16).

Одиночний ОУ часто також має додаткові входи, наприклад, для регулювання напруги зсуву. Здвоєні і зчетверені ОУ мають лише інвертується і неінвертуючий входи і вихід. Тому при необхідності мати додаткові регулювання треба застосовувати поодинокі операційні підсилювачі. При використанні додаткових висновків необхідно пам'ятати, що за своєю структурою вони є допоміжними входами, тому управління ними має здійснюватися акуратно і відповідно до рекомендацій виробника.

В одиночному ОУ вихід розташовується на протилежній стороні від входів. Це може створити труднощі при роботі підсилювача на високих частотах через протяжних провідників зворотного зв'язку. Один із шляхів подолання цього полягає в розміщенні підсилювача і компонентів зворотного зв'язку на різних сторонах друкованої плати. Це, однак, призводить до появи як мінімум двох додаткових отверстіяй і вирізів в полігоні землі. Іноді варто використовувати здвоєний ОУ для вирішення цієї проблеми, навіть якщо другий підсилювач не використовується (при цьому його висновки повинні бути підключені належним чином). Малюнок 17 ілюструє зменшення довжини провідників ланцюга зворотного зв'язку для инвертирующего включення.

Здвоєні ОУ особливо часто використовуються в стереофонічних підсилювачах, а зчетверені - в схемах багатокаскадних фільтрів. Однак в цьому є досить значний мінус. Незважаючи на те, що сучасна технологія забезпечує пристойну ізоляцію між сигналами підсилювачів, розташованих на одному кремнієвому кристалі, між ними все ж існують деякі перехресні перешкоди. Якщо необхомімо мати дуже малу величину таких перешкод, то необхідно використовувати поодинокі операційні підсилювачі. Перехресні перешкоди виникають не тільки при використанні здвоєних або зчетверених підсилювачів. Їх джерелом може служити дуже близьке розташування пасивних компонентів різних каналів.

Здвоєні і зчетверені ОУ, крім вищесказаного, дозволяють здійснити більш щільний монтаж. Окремі підсилювачі як би дзеркально розташовані один щодо одного (рис. 18).

На малюнках 17 і 18 показані не всі підключення, необхідні для нормальної роботи, наприклад, формувач середнього рівня при однополярному харчуванні. На малюнку 19 наведена схема такого формувача при використанні зчетвереної підсилювача.

На схемі показані всі необхідні підключення для реалізації трьох незалежних инвертирующих каскадів. Необхідно звернути увагу на те, що провідники формувача половини напруги живлення розташовуються безпосередньо під корпусом інтегральної схеми, що дозволяє зменшити їх довжину. Цей приклад ілюструє не те, як повинні бути виконані підключення, а то, що має бути зроблено з розміщенням компонентів і трасуванням. Напруга середнього рівня, наприклад, могло б бути єдиним для всіх чотирьох підсилювачів. Пасивні компоненти можуть бути відповідного розміру. Наприклад, планарні компоненти типорозміру 0402 відповідають відстані між висновками стандартного корпусу SO. Це дозволяє зробити довжину провідників для високочастотних додатків дуже короткою.

ОБ'ЄМНИЙ І ПОВЕРХНЕВИЙ МОНТАЖ

Крім того, при використанні навісних компонентів збільшуються розміри плати і довжини провідників, що не дозволяє схемою працювати на високих частотах. Перехідні отвори мають власної індуктивністю, що також накладає обмеження на динамічні характеристики схеми. Тому навісні компоненти не рекомендується застосовувати для реалізації високочастотних схем або для аналогових схем, розміщених поруч з високошвидкісними логічними схемами.

Клеми СЕКЦІЇ ОУ

ВИСНОВОК

Пам'ятайте такі основні моменти і постійно дотримуйтесь їх при проектуванні і розводці аналогових схем.

загальні:

Думайте про друкарську плату як про компонент електричної схеми;
. майте уявлення і розуміння про джерела шуму і перешкод;
. моделюйте і макетує схеми.

Друкована плата:

Використовуйте друковані плати тільки з якісного матеріалу (наприклад, FR-4);
. схеми, виконані на багатошарових друкованих платах, на 20 дБ менше сприйнятливі до зовнішніх перешкод, ніж схеми, виконані на двошарових платах;
. використовуйте розділені, неперекривающіеся полігони для різних земель і годувань;
. розташовуйте полігони землі і харчування на внутрішніх шарах друкованої плати.

компоненти:

Усвідомлюйте частотні обмеження, що вносяться пасивними компонентами і провідниками плати;
. намагайтеся уникати вертикального розміщення пасивних компонентів в високошвидкісних схемах;
. для високочастотних схем використовуйте компоненти, призначені для поверхневого монтажу;
. провідники повинні бути чим коротше, тим краще;
. якщо потрібна велика довжина провідника, то зменшуйте його ширину;
. невикористовувані висновки активних компонентів повинні бути правильно підключені.

розведення:

Розміщуйте аналогову схему поблизу роз'єму живлення;
. ніколи не розводьте провідники, передають логічні сигнали, через аналогову область плати, і навпаки;
. провідники, які підходять до інвертується входу ОП, робіть короткими;
. упевніться, що провідники инвертирующего і неинвертирующего входів ОУ не володіємо паралельно один одному на великій відстані;
. намагайтеся уникати застосування зайвих перехідних отворів, тому що їх власна індуктивність може привести до виникнення додаткових проблем;
. не розводьте провідники під прямими кутами і згладжуйте вершини кутів, якщо це можливо.

розв'язка:

Використовуйте правильні типи конденсаторів для придушення перешкод в ланцюгах харчування;
. для придушення низькочастотних перешкод і шумів використовуйте танталові конденсатори у вхідного роз'єму живлення;
. для придушення високочастотних перешкод і шумів використовуйте керамічні конденсатори біля вхідного роз'єму живлення;
. використовуйте керамічні конденсатори у кожного виведення харчування мікросхеми; якщо необхідно, використовуйте кілька конденсаторів для різних частотних діапазонів;
. якщо в схемі відбувається збудження, то необхідно використовувати конденсатори з меншим значенням ємності, а не великим;
. у важких випадках в ланцюгах харчування використовуйте послідовно включені резистори малого опору або індуктивності;
. розв'язують конденсатори аналогового харчування повинні підключатися тільки до аналогової землі, а не до цифрової.

Bruce Carter
Op Amps For Everyone, chapter 17
Circuit Board Layout Techniques
Design Reference, Texas Instruments, 2002

Дякуємо сайт elart.narod.ru за наданий переклад

"Прасувальні-лазерна" технологія виготовлення друкованих плат (УЛТ) буквально за пару років значного поширення набула в радіоаматорських колах і дозволяє отримувати друковані плати досить високої якості. Друковані плати з "ручний прорисовкой" вимагають великих витрат часу і не застраховані від помилок.

Особливі вимоги до точності малюнка пред'являються при виготовленні друкованих котушок індуктивності для високочастотних ланцюгів. Кромки провідників котушок повинні бути максимально рівними, так як це впливає на їх добротність. Виконати вручну малюнок многовитковой спіральної котушки вельми проблематично, і тут УЛТ цілком може сказати "своє слово".

Мал. 1

Мал. 2

Отже, все по-порядку. запускаємо комп'ютерну програму SPRINT-LAYOUT, наприклад, версії 5.0. Встановлюємо в налаштуваннях програми:

Масштаб координатної сітки - 1,25 мм;

Ширину лінії - 0,8 мм;

Розміри плати - 42,5x42,5 мм;

Зовнішній діаметр "п'ятачка" - 1,5 мм;

Діаметр отвору в "п'ятачку" - 0,5 мм.

Знаходимо центр плати і малюємо шаблон провідника котушки (рис.1)по координатної сітки за допомогою інструменту ПРОВОДНИК, закручуючи котушку в потрібну сторону (для шаблону необхідно дзеркальне зображення, але його можна отримати і пізніше, при друку). На початок і в кінець котушки встановлюємо по "п'ятачку" для з'єднання котушки з елементами схеми.

В налаштуваннях для друку встановлюємо кількість відбитків на аркуші, відстань між відбитками і, якщо необхідно "закрутити" котушку в іншу сторону, дзеркальну друк малюнка. Друкувати слід на гладкому папері або спеціальній плівці, встановивши в налаштуваннях принтера максимальну подачу тонера при друці.

Далі прямуємо за стандартною УЛТ. Готуємо фольгований склотекстоліт, зачищаємо поверхню фольги і знежирюємо, наприклад, ацетоном. Докладаємо шаблон тонером до фользі і пропрасовуємо гарячою праскою через лист паперу до надійного зчеплення тонера з фольгою.

Після під струменем води з-під крана (холодної або кімнатної температури) розмочуємо папір і обережно "катишкамі" видаляємо її, залишаючи тонер на фользі плати. Виробляємо травлення плати і подальше видалення тонера з неї розчинником, наприклад, ацетоном. На платі залишається чіткий провідник "друкованої" котушки індуктивності високої якості.

Друковані котушки зі спіральними витками по УЛТ виходять трохи гіршої якості. Справа тут в квадратній формі пікселів зображення, тому краю провідника спіральної котушки виходять зубчастими. Правда, ці нерівності досить дрібні, і якість котушки, в загальному, все одно вище, ніж при ручному виконанні.

Знову відкриваємо програму SPRINT-LAYOUT версії 5.0. В інструментарії вибираємо SPECIAL FORM - інструмент для малювання багатокутників і спіралей. Вибираємо закладку SPIRAL. встановлюємо:

Початковий радіус (START RADIUS) -2 мм;

Відстань між витками (DISTANCE) -1,5 мм;

Ширину провідника (TRACK WIDTH) -0,8 мм;

Кількість витків (TURNS), наприклад, - 20.

Розмір плати, займаної такою котушкою, становить 65x65 мм (рис.2).

Друковані котушки зазвичай пов'язують між собою в смугових фільтрах (ПФ) за допомогою конденсаторів малої ємності. Однак можлива і їх індуктивний зв'язок, ступінь якої можна змінювати, змінюючи відстань між площинами котушок або ексцентрично повертаючи одну відносно іншої. Фіксоване кріплення котушок відносно один одного можна здій

ществить за допомогою діелектричних стійок-розпірок.

Підстроювання індуктивності котушок можна виробляти замиканням витків, розривом друкованого провідника або його частковим видаленням. Це призведе до підвищення частоти настройки контуру. Зниження частоти можна домогтися, припаивая між витками конденсатори невеликої ємності SMD-типів.

Виготовлення котушок УКХ діапазону у вигляді меандру, прямих і вигнутих ліній, гребінчастих фільтрів і т.п. із застосуванням УЛТ також додає в кінцевий продукт витонченості і, як правило, збільшує їх добротність (за рахунок "гладких" країв друкованих провідників). Однак при виготовленні слід пам'ятати про якість матеріалу підкладки (склотекстоліти), який з ростом частоти втрачає свої властивості ізолятора. в еквівалентних схемах опір втрат в діелектрику слід включати паралельно друкованим котушок, і це опір буде тим менше, чим вище робоча частота і гірше якість діелектрика.

На практиці фольгований склотекстоліт можна повноцінно застосовувати для виготовлення друкованих резонансних ланцюгів до 2-метрового діапазону включно (приблизно до 150 МГц). Спеціальні високочастотні сорти склотекстоліти можна використовувати в діапазоні 70 см (приблизно до 470 ... 500 МГц). На більш високих частотах слід застосовувати фольгований РЧ-фторопласт (тефлон), кераміку або скло.

Друкована котушка індуктивності має підвищену добротність за рахунок зменшення междувітковой ємності, одержуваної, з одного боку, внаслідок малої товщини фольги, з іншого, кроку "намотування" котушки. Замкнута рамка з заземленою фольги навколо друкованої котушки в її площині служить екраном від інших котушок і друкованих провідників, але мало впливає на параметри котушки, якщо її периферія знаходиться під малим РЧ-напругою (з'єднана із загальним проводом), а центр - під високим.

література

1. Г.Панасенко. Виготовлення друкованих котушок. - Радіо, 1987, №5, С.62.

Наміром цієї статті є обговорення поширених помилок, що здійснюються розробниками друкованих плат, опис впливу цих помилок на якісні показники та рекомендації щодо розв'язання проблем, що виникли.

ЗАГАЛЬНІ МІРКУВАННЯ

Через суттєвих відмінностей аналогової схемотехніки від цифрової, аналогова частина схеми повинна бути відокремлена від іншої частини, а при її розведенні слід вжити особливих методи і правила. Ефекти, що виникають із-за неідеальної характеристик друкованих плат, стають особливо помітними в високочастотних аналогових схемах, але погрішив загального вигляду, описані в цій статті, можуть впливати на якісні характеристики пристроїв, що працюють навіть в звуковому діапазоні частот.

Друкована плата - компонент схеми

Лише в рідкісних випадках друкована плата аналогової схеми може бути розлучена так, щоб внесені нею впливу не чинили ніякого впливу на роботу схеми. У той же час, будь-який такий вплив може бути мінімізовано так, щоб характеристики аналогової схеми пристрою були такими ж, як і характеристики моделі і прототипу.

макетування

Розробники цифрових схем можуть скорегувати невеликі помилки на виготовленої платі, доповнюючи її перемичками або, навпаки, видаляючи зайві провідники, вносячи зміни в роботу програмованих мікросхем і т.п., переходячи дуже скоро до наступної розробки. Для аналогової схеми справа йде не так. Деякі з поширених помилок, обговорюваних у цій статті, не можуть бути виправлені доповненням перемичок або видаленням зайвих провідників. Вони можуть і будуть приводити в неробочий стан друковану плату цілком.

Дуже важливо для розробника цифрових схем, що використовує такі способи виправлення, прочитати і зрозуміти матеріал, викладений в цій статті, завчасно, до передачі проекту в виробництво. Трохи уваги, приділений при розробці, і обговорення можливих варіантів допоможуть не тільки запобігти перетворенню друкованої плати в брухт, а й зменшити вартість через грубих помилок в невеликій аналогової частини схеми. Пошук помилок і їх виправлення може привести до втрат сотень годин. Макетування може скоротити цей час до одного дня або менш. Макетує всі свої аналогові схеми.

Джерела шуму і перешкод

Шум і перешкоди є основнимм елементами, що обмежують якісні характеристики схем. Перешкоди можуть як випромінюватися джерелами, так і наводитися на елементи схеми. Аналогова схема часто розташовується на друкованій платі разом з швидкодіючими цифровими компонентами, включаючи цифрові сигнал-процесори (DSP).

Високочастотні логічні сигнали створюють значні радіочастотні перешкоди (RFI). Кількість джерел випромінювання шуму величезне: ключові джерела живлення цифрових систем, мобільні телефони, Радіо і телебачення, джерела живлення ламп денного світла, персональні комп'ютери, Грозові розряди і т.д. Навіть якщо аналогова схема працює в звуковому частотному діапазоні, радіочастотні перешкоди можуть створювати помітний шум у вихідному сигналі.

КАТЕГОРІЇ ДРУКОВАНИХ ПЛАТ

Вибір конструкції друкованої плати є важливим фактором, що визначає механічні характеристики при використанні пристрою в цілому. Для виготовлення друкованих плат використовуються матеріали різного рівня якості. Найбільш підходящим і зручним для розробника буде, якщо виробник друкованих плат знаходиться неподалік. У цьому випадку легко здійснити контроль питомої опору і діелектричної постійної - основних параметрів матеріалу друкованої плати. На жаль, цього може не вистачити і часто необхідне знання інших параметрів, таких як займистість, високотемпературна стабільність і коефіцієнт гігроскопічності. Ці установки також може знати тільки виробник компонентів, що використовуються при виробництві друкованих плат.

Шаруваті матеріали позначаються індексами FR (flame resistant, опірність до займання) і G. Матеріал з індексом FR-1 має найбільшу горючестью, а FR-5 - найменшою. Матеріали з індексами G10 і G11 мають особливі характеристики. Матеріали друкованих плат наведені в табл. 1.

Не використовуйте друковану плату категорії FR-1. Є багато прикладів використання друкованих плат FR-1, на яких є ушкодження від теплового впливу потужних компонентів. Друковані плати цієї категорії більш схожі на картон.

FR-4 часто використовується при виготовленні промислового обладнання, в той час, як FR-2 використовується у виробництві побутової техніки. Ці дві категорії стандартизовані в промисловості, а друковані плати FR-2 і FR-4 часто підходять для більшості додатків. Але іноді неідеальність характеристик цих категорій змушує використовувати інші матеріали. Наприклад, для дуже високочастотних додатків в якості матеріалу друкованих плат використовуються фторопласт і навіть кераміка. Однак, чим екзотичніше матеріал друкованої плати, тим вище може бути ціна.

При виборі матеріалу друкованої плати звертайте особливу увагу на його гігроскопічність, оскільки цей параметр может надати сильний негативний ефект на бажані характеристики плати - поверхневий опір, витоку, високовольтні ізоляційні властивості (пробої і іскріння) і механічна міцність. Також звертайте увагу на робочу температуру. Ділянки з високою температурою можуть зустрічатися в несподіваних місцях, наприклад, поруч з великим цифровим інтегральними схемами, перемикання яких відбуваються на високій частоті. Якщо такі ділянки розташовані безпосередньо під аналоговими компонентами, підвищення температури може позначитися на зміні характеристик аналогової схеми.

Таблиця 1

	Компоненти, коментарі
	папір, фенольна композиція: пресування і штампування при кімнатній температурі, високий коефіцієнт гігроскопічності
	папір, фенольна композиція: можна застосовувати для односторонніх друкованих плат побутової техніки, невисокий коефіцієнт гігроскопічності
	папір, епоксидна композиція: розробки з хорошими механічними і електричними характеристиками
	склотканина, епоксидна композиція: прекрасні механічні та електричні властивості
	склотканина, епоксидна композиція: висока міцність при підвищених температурах, відсутність займання
	склотканина, епоксидна композиція: високі ізоляційні властивості, найбільш висока міцність склотканини, низький коефіцієнт гігроскопічності
	склотканина, епоксидна композиція: висока міцність на вигин при підвищених температурах, висока опірність розчинників

Після того, як матеріал друкованої плати обраний, необхідно визначити товщину фольги друкованої плати. Цей параметр в першу чергу вибирається виходячи з максимальної величини струму, що протікає. По можливості, намагайтеся уникати застосування дуже тонкої фольги.

КІЛЬКІСТЬ ШАРІВ друкованої ПЛАТИ

Залежно від цілому схеми і якісних вимог розробник повинен визначити кількість шарів друкованої плати.

Одношарові друковані плати

Дуже прості електронні схеми виконуються на односторонніх платах з використанням дешевих фольгованих матеріалів (FR-1 або FR-2) і часто мають багато перемичок, нагадуючи двосторонні плати. Такий спосіб створення друкованих плат рекомендується тільки для низькочастотних схем. З причин, які будуть описані нижче, односторонні друковані плати в великій мірі сприйнятливі до наведенням. Хорошу односторонню друковану плату досить складно розробити через багатьох причин. Проте хороші плати такого типу зустрічаються, але при їх розробці потрібно дуже багато обмірковувати заздалегідь.

Двошарові друковані плати

На наступному рівні стоять двосторонні друковані плати, які в більшості випадків використовують в якості матеріалу підкладки FR-4, хоча іноді зустрічається і FR-2. Застосування FR-4 більш переважно, оскільки в друкованих платах з цього матеріалу отвори виходять більш кращої якості. Схеми на двосторонніх друкованих платах розлучаються набагато легше, тому що в двох шарах простіше здійснити розводку пересічних трас. Однак для аналогових схем перетин трас виконувати не рекомендується. Де можливо, нижній шар (bottom) необхідно відводити під полігон землі, а решта сигнали розводити в верхньому шарі (top). Використання полігону в якості земляний шини дає кілька переваг:

загальний провід є найбільш часто підключається в схемі проводом; тому резонно мати "багато" загального проводу для спрощення розведення.
збільшується механічна міцність плати.
зменшується опір всіх підключень до загального проводу, що, в свою чергу, зменшує шум і наведення.
збільшується розподілена ємність для кожної ланцюга схеми, допомагаючи придушувати випромінюється шум.
полігон, який є екраном, пригнічує наведення, що випромінюються джерелами, розташованими з боку полігону.

Двосторонні друковані плати, незважаючи на всі свої переваги, не є кращими, особливо для малосигнальних або високошвидкісних схем. У загальному випадку, товщина друкованої плати, тобто відстань між шарами металізації, дорівнює 1,5 мм, що занадто багато для повної реалізації деяких переваг двошарової друкованої плати, наведених вище. Розподілена ємність, наприклад, занадто мала через такого великого інтервалу.

Багатошарові друковані плати

така ж зручна, як і для шини загального проводу, розводка шин харчування; якщо в якості шин харчування використовуються полігони на окремому шарі, то досить просто за допомогою перехідних отворів здійснити підведення живлення до кожного елементу схеми;
сигнальні шари звільняються від шин живлення, що полегшує розведення сигнальних провідників;
між полігонами землі і харчування з'являється розподілена ємність, яка зменшує високочастотний шум.

Крім цих причин застосування багатошарових друкованих плат існують інші, менш очевидні:

краще придушення електромагнітних (EMI) і радіочастотних (RFI) перешкод завдяки ефекту відображення (image plane effect), відомому ще за часів Марконі. Коли провідник розміщується близько до плоскої провідної поверхні, велика частина зворотних високочастотних струмів буде протікати по площині безпосередньо під провідником. Напрямок цих струмів буде протилежно напрямку струмів в провіднику. Таким чином, відображення провідника в площині створює лінію передачі сигналу. Оскільки струми в провіднику і в площині рівні за величиною і протилежні за напрямком, створюється деяке зменшення випромінюваних перешкод. Ефект віддзеркалення ефективно працює тільки при нерозривні суцільних полігонах (ними можуть бути як полігони землі, так і полігони харчування). Будь-яке порушення цілісності буде приводити до зменшення придушення перешкод.
зниження загальної вартості при дрібносерійному виробництві. Незважаючи на те, що виготовлення багатошарових друкованих плат обходиться дорожче, їх можливе випромінювання менше, ніж у одно- і двошарових плат. Отже, в деяких випадках застосування лише багатошарових плат дозволить виконати вимоги по випромінюванню, поставлені при розробці, і не проводити додаткових випробувань і тестувань. Застосування МПП може знизити рівень випромінюваних перешкод на 20 дБ у порівнянні з двошаровими платами.

Порядок проходження шарів

ЗАЗЕМЛЕННЯ

Основне правило: поділ землі.

Інші правила формування землі:

Шини харчування і землі повинні знаходиться під одним потенціалом по змінному струмі, що має на увазі використання конденсаторів розв'язки і розподіленої ємності.
Не допускайте перекриттів аналогових і цифрових полігонів. Розташовуйте шини та полігони аналогового харчування над полігоном аналогової землі (аналогічно для шин цифрового харчування). Якщо в будь-якому місці існує перекриття аналогового і цифрового полігону, розподілена ємність між перекриваються ділянками буде створювати зв'язок по змінному струмі, і наведення від роботи цифрових компонентів потраплять в аналогову схему. Такі перекриття анулюють ізоляцію полігонів.
Поділ не означає електричної ізоляції аналогової від цифрової землі. Вони повинні з'єднуватися разом в якомусь, бажано одному, нізкоімпедансном вузлі. Правильна, з точки зору землі, система має тільки одну землю, яка є висновком заземлення для систем з живленням від мережевого змінної напруги або загальним висновком для систем з живленням від постійної напруги (Наприклад, акумулятора). Всі сигнальні струми і струми харчування в цій схемі повинні повертатися до цієї землі в одну точку, яка буде служити системної землею. Такою точкою може бути висновок корпусу пристрою. Важливо розуміти, що при приєднанні загального висновку схеми до кількох точках корпусу можуть утворюватися земляні контури. Створення єдиної спільної точки об'єднання земель є одним з найбільш важких аспектів системного дизайну.
По можливості розділяйте висновки роз'ємів, призначені для передачі зворотних струмів - поворотні струми повинні об'єднуватися тільки в точці системної землі. Старіння контактів роз'ємів, а також часта розстикування їх відповідних частин призводить до збільшення опору контактів, отже, для більш надійної роботи необхідно використання роз'ємів з деякою кількістю додаткових висновків. Складні цифрові друковані плати мають багато шарів і містять сотні або тисячі провідників. Додавання ще одного провідника рідко створює проблему на відміну від додаються додаткових висновків роз'ємів. Якщо це не вдається зробити, то необхідно створювати два провідника поворотного струму для кожної силового ланцюга на платі, дотримуючись особливих застережних заходів.
Важливо відокремлювати шини цифрових сигналів від місць на друкованій платі, де розташовані аналогові компоненти схеми. Це передбачає ізоляцію (екранування) полігонами, створення коротких трас аналогових сигналів і уважне розміщення пасивних компонентів при наявності поруч розташованих шин високошвидкісних цифрових і відповідальних аналогових сигналів. Шини цифрових сигналів повинні розлучатися навколо ділянок з аналоговими компонентами і не перекриватися з шинами і полігонами аналогової землі і аналогового харчування. Якщо цього не робити, то розробка буде містити новий непередбачений елемент - антену, випромінювання якої буде впливати на високоімпедансних аналогові компоненти і провідники.

Назви висновків (аналоговий або цифровий) відносяться лише до внутрішньої структурі перетворювача, до його внутрішнім з'єднанням. У схемі ці висновки повинні бути підключені до шини аналогової землі. З'єднання може бути виконано і всередині інтегральної схеми, однак отримати низький опір такого з'єднання досить складно через топологічних обмежень. Тому при використанні перетворювачів передбачається зовнішнє з'єднання висновків аналогової і цифрової землі. Якщо цього не зробити, то параметри мікросхеми будуть значно гірше наведених в специфікації.

ЧАСТОТНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАСИВНИХ КОМПОНЕНТІВ

Для правильної роботи аналогових схем вельми важливим є правильний вибір пасивних компонентів. Починайте дизайнерську розробку з уважного розгляду високочастотних характеристик пасивних компонентів і попереднього розміщення і компонування їх на ескізі плати.

резистори

Зазвичай застосовуються резистори трьох типів: 1) дротові, 2) вуглецеві композитні і 3) плівкові. Не треба мати багато уяви, щоб зрозуміти, як дротяний резистор може перетворюватися в індуктивність, оскільки він являє собою котушку з проводом з високоомного металу. більшість розробників електронних пристроїв не мають поняття про внутрішню структуру плівкових резисторів, які також представляють собою котушку, правда, з металевої плівки. Тому плівкові резистори також володіють індуктивністю, яка менше, ніж у дротяних резисторів. Плівкові резистори з опором не більше 2 кОм можна вільно використовувати в високочастотних схемах. Висновки резисторів паралельні один одному, тому між ними існує помітна ємнісний зв'язок. Для резисторів з великим опором межвиводная ємність буде зменшувати повний імпеданс на високих частотах.

конденсатори

Конденсатори в аналогових схемах використовуються в якості елементів розв'язки і фільтруючих компонентів.

Електролітичний конденсатор ємністю 10 мкФ володіє опором 1,6 Ом на частоті 10 кГц і 160 мкОм на частоті 100 МГц. Чи так це?

індуктивності

Друкована плата

Дещо з теорії антен

Теорія відображення і узгодження сигналів знаходиться близько до теорії антен.

Наприклад, друкована плата може мати наступними параметрами:
- 4 шари; сигнальний і шар полігону землі - суміжні,
- міжшарового інтервал - 0,2 мм,
- ширина провідника - 0,75 мм,
- довжина провідника - 7,5 мм.

Типове значення діелектричної постійної ER для FR-4 дорівнює 4.5.

Значення ємності між цими двома шинами, так само 1,1 пФ. Навіть така, здавалося б, невелика ємність для деяких додатків є неприпустимою.

Відбувається подвоєння амплітуди вихідного сигналу на частотах, близьких до верхньої межі частотного діапазону ОУ. Це, в свою чергу, може привести до генерації, особливо на робочих частотах антени (вище 180 МГц).

Ширину провідників друкованої плати неможливо нескінченно зменшити. Гранична ширина визначається як технологічним процесом, так і товщиною фольги. Якщо два провідника проходять близько один до одного, то між ними утворюється місткість і індуктивний зв'язок.

Наприклад, при d \u003d 0,4 мм і h \u003d 1,5 мм (досить поширені величини) індуктивність отвори дорівнює 1,1 нГн.

Пам'ятайте, що, якщо в схемі присутні великі опору, то особливу увагу слід приділити очищенню плати. На заключних операціях виготовлення друкованої плати повинні віддалятися залишки флюсу і забруднень. Останнім часом при монтажі друкованих плат досить часто застосовуються водорозчинні флюси. Будучи менш шкідливими, вони легко видаляються водою. Але при цьому відмивання плати недостатньо чистою водою може привести до додаткових забруднень, які погіршують діелектричні характеристики. Отже, дуже важливо проводити відмивання друкованої плати з високоімпедансних схемою свіжої дистильованої водою.

РОЗВ'ЯЗКА СИГНАЛОВ

Типовий вихідний каскад логічного елемента містить два транзистора, послідовно з'єднані між собою, а також між ланцюгами харчування і землі.

У таблиці 2 представлені максимальні робочі частоти для поширених типів конденсаторів.

Таблиця 2

Розв'язка харчування ІС

Розв'язує конденсатор повинен бути підключений до кожного корпусу мікросхеми, незалежно від того, скільки операційних підсилювачів знаходиться всередині корпусу - 1, 2 або 4. Якщо ОУ харчується двохполярним харчуванням, то, само собою зрозуміло, що розв'язують конденсатори повинні розташовуватися у кожного виведення харчування. Значення ємності повинно бути ретельно вибрано в залежності від типу шуму і перешкод, присутніх в схемі.

РОЗВ'ЯЗКА вхідних І ВИХІДНИХ СИГНАЛІВ

У ситуациии, коли частотний діапазон наведеного шуму в значній мірі відрізняється від частотного діапазону роботи схеми, рішення просто і очевидно - розміщення пасивного RC-фільтра для придушення високочастотних перешкод. Однак, при застосуванні пасивного фільтра треба бути обережним: його характеристики (через неідеальність частотних характеристик пасивних компонентів) втрачають свої властивості на частотах, в 100 ... 1000 разів перевищують частоту зрізу (f3db). При використанні послідовно з'єднаних фільтрів, налаштованих на різні частотні діапазони, більш високочастотний фільтр повинен бути найближчим до джерела перешкод. Індуктивності на феритових кільцях також можуть застосовуватися для зменшення шуму; вони зберігають індуктивний характер опору до деякої певної частоти, а вище їх опір стає активним.

КОРПУСУ ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧІВ

В одному корпусі зазвичай розміщуються один, два або чотири операційних підсилювача.

Одиночний ОУ часто також має додаткові входи, наприклад, для регулювання напруги зсуву. Здвоєні і зчетверені ОУ мають лише інвертується і неінвертуючий входи і вихід. Тому при необхідності мати додаткові регулювання треба застосовувати поодинокі операційні підсилювачі. При використанні додаткових висновків необхідно пам'ятати, що за своєю структурою вони є допоміжними входами, тому управління ними повинно осущуствляться акуратно і відповідно до рекомендацій виробника.

Здвоєні ОУ особливо часто використовуються в стереофонічних підсилювачах, а зчетверені - в схемах багатокаскадних фільтрів. Однак, в цьому є досить значний мінус. Незважаючи на те, що сучасна технологія забезпечує пристойну ізоляцію між сигналами підсилювачів, розташованих на одному кремнієвому кристалі, між ними все ж існують деякі перехресні перешкоди. Якщо необхомімо мати дуже малу величину таких перешкод, то необхідно використовувати поодинокі операційні підсилювачі. Перехресні перешкоди виникають не тільки при використанні здвоєних або зчетверених підсилювачів. Їх джерелом може служити дуже близьке розташування пасивних компонентів різних каналів.

Здвоєні і зчетверені ОУ, крім вищесказаного, дозволяють здійснити більш щільний монтаж. Окремі підсилювачі як би дзеркально розташовані один щодо одного.
Необхідно звернути увагу на те, що провідники формувача половини напруги живлення розташовуються безпосередньо під корпусом інтегральної схеми, що дозволяє зменшити їх довжину. Цей приклад ілюструє не те, як має бути, а то, що має бути зроблено. Напруга середнього рівня, наприклад, могло б бути єдиним для всіх чотирьох підсилювачів. Пасивні компоненти можуть бути відповідного розміру. Наприклад, планарні компоненти типорозміру 0402 відповідають відстані між висновками стандартного корпусу SO. Це дозволяє зробити довжину провідників дуже короткою для високочастотних додатків.

Клеми СЕКЦІЇ ОУ

При використанні здвоєних і зчетверених операційних підсилювачів в схемі деякі їх секції можуть залишитися невикористаними і повинні бути в цьому випадку коректно підключені. Помилкове підключення може призвести до збільшення споживаної потужності, більшого нагрівання і більшого шуму використовуваних в цьому ж корпусі ОУ. Висновки неіспользумих операційних підсилювачів можуть бути підключені так: вихід підсилювача підключений до інвертується входу.

ВИСНОВОК

Пам'ятайте такі основні моменти і постійно дотримуйтесь їх при проектуванні і розводці аналогових схем.

думайте про друкарську плату як про компонент електричної схеми;
майте уявлення і розуміння про джерела шуму і перешкод;
моделюйте і макетує схеми.

Друкована плата:

використовуйте друковані плати тільки з якісного матеріалу (наприклад, FR-4);
схеми, виконані на багатошарових друкованих платах, на 20 дБ менше восприимчивее до зовнішніх перешкод, ніж схеми, виконані на двошарових платах;
використовуйте розділені, неперекривающіеся полігони для різних земель і годувань;
розташовуйте полігони землі і харчування на внутрішніх шарах друкованої плати.

компоненти:

усвідомлюйте частотні обмеження, що вносяться пасивними компонентами і провідниками плати;
намагайтеся уникати вертикального розміщення пасивних компонентів в високошвидкісних схемах;
для високочастотних схем використовуйте компоненти, призначені для поверхневого монтажу;
провідники повинні бути чим коротше, тим краще;
якщо потрібна велика довжина провідника, то зменшуйте його ширину;
невикористовувані висновки активних компонентів повинні бути правильно підключені.

розведення:

розміщуйте аналогову схему поблизу роз'єму живлення;
ніколи не розводьте провідники, передають логічні сигнали, через аналогову область плати, і навпаки;
провідники, які підходять до інвертується входу ОП, робіть короткими;
упевніться, що провідники инвертирующего і неинвертирующего входів ОУ не володіємо паралельно один одному на великій відстані;
намагайтеся уникати застосування зайвих перехідних отворів, тому що їх власна індуктивність може привести до виникнення додаткових проблем;
не розводьте провідники під прямими кутами і згладжуйте вершини кутів, якщо це можливо.

розв'язка:

використовуйте правильні типи конденсаторів для придушення перешкод в ланцюгах харчування;
для придушення низькочастотних перешкод і шумів використовуйте танталові конденсатори у вхідного роз'єму живлення;
для придушення високочастотних перешкод і шумів використовуйте керамічні конденсатори біля вхідного роз'єму живлення;
використовуйте керамічні конденсатори у кожного виведення харчування мікросхеми; якщо необхідно, використовуйте кілька конденсаторів для різних частотних діапазонів;
якщо в схемі відбувається збудження, то необхідно використовувати конденсатори з меншим значенням ємності, а не великим;
у важких випадках в ланцюгах харчування використовуйте послідовно включені резистори малого опору або індуктивності;
розв'язують конденсатори аналогового харчування повинні підключатися тільки до аналогової землі, а не до цифрової.