printed circuit board manufacturers near me china printed circuit board manufacturers near me china

Hallo en welkom bij de TI

Precision Lab-serie over PCB-

lay-outtechnieken voor opamps.

In deze lezing bespreken we

enkele veelgestelde vragen en best

practices met betrekking tot gemengde

signalen, aarding en bypass-

condensatoren voor opamp-lay-outs.

In de eerste video

van deze serie hebben

we gekeken naar parasitaire

impedanties van opamp-sporen,

inclusief hun oorzaken,

effecten en oplossingen.

We zullen nu enkele

van de bredere problemen

met opamp rigid flex pcb manufacturer, szeastwin.evlla.com,-lay-outs bekijken.

We beginnen met het bespreken van

het belang van het scheiden van

analoge en digitale signalen

om ongewenste koppeling

in versterkercircuits te voorkomen.

Van daaruit bespreken we enkele

tips voor een goede aarding.

Aarding op

zich is een uitgebreid onderwerp

met nogal wat diepgang.

We zullen ons hier echter concentreren op enkele

van de belangrijkste

grondingspraktijken.

Ten slotte zullen we het

gebruik van bypass-condensatoren

op de voedingspinnen beschouwen, een

techniek die bekend is

maar niet altijd goed wordt begrepen.

In de vorige video hebben

we de kwetsbaarheden

van parallelle sporen voor

ongewenste signaalkoppeling behandeld.

Twee

parallelle signaalsporen

kunnen bijvoorbeeld de twee metalen

platen van een condensator vormen

en een

capacitieve koppeling mogelijk maken.

Evenzo kunnen twee

parallelle signaalsporen inductieve

koppeling ervaren volgens de wet van Faraday.

Deze mogelijkheden

zijn

nog zorgwekkender wanneer digitale

en analoge signalen

dicht bij elkaar worden geplaatst.

De snelle en scherpe veranderingen

van digitale spanningsniveaus

samen met hun

snelle stroompulsen

kunnen problemen veroorzaken voor

gevoeligere analoge circuits.

Dit geldt niet alleen

voor analoge signalen,

maar ook voor

stroomsporen en vlakken.

Daarom is het belangrijk

om de signaalsporen, vermogenssporen

en stroomretourpaden

van analoge en digitale circuits

zoveel mogelijk gescheiden te houden.

De sporen gescheiden houden

kan eenvoudig zijn,

maar ervoor zorgen dat de huidige

terugkeerpaden elkaar niet kruisen,

kan een grotere uitdaging zijn.

Om deze reden is

de eenvoudigste

oplossing meestal om

het bord te verdelen

in analoge en

digitale secties.

Deze eenvoudige strategie zorgt ervoor dat de

analoge schakelingen gescheiden worden gehouden

van de digitale schakelingen.

Het is belangrijk op te merken

dat dit niet

twee onafhankelijke grondvlakken betekent.

Hoewel de terugkeer

van stroompaden

voor analoge en digitale

signalen gescheiden moet zijn, moet u

ervoor zorgen dat de analoge

en digitale aarde nog steeds

met elkaar verbonden zijn met een

solide massavlak.

Er mag slechts

één grondknooppunt zijn.

We zullen

binnenkort dieper ingaan op aarding.

Hier is een voorbeeld van een

bord in ontwikkeling.

In het midden van het bord bevindt zich

een analoog naar digitaal omzetter,

of ADC.

De ADC heeft analoge

signalen die

van links worden ingevoerd en

digitale signalen

die van rechts uitgaan.

Bovenste laag signalen zijn in

rood en onderste laag signalen

zijn in blauw.

Merk op dat

alle analoge signalen

met de bijbehorende

componenten en sporen

aan de

linkerkant van het bord worden bewaard.

En alle digitale

signalen blijven aan de rechterkant.

Dit is een goede manier om

ongewenste signaalkoppeling te verminderen.

Bij het scheiden van analoge en

digitale delen van het bord, is

de natuurlijke vervolgvraag

wat er moet gebeuren

met het grondknooppunt?

Aarding is een ingewikkeld onderwerp

met veel goede praktijken

om te volgen, en een

slechte aarding kan

leiden tot allerlei

prestatieproblemen

die moeilijk te diagnosticeren zijn.

Het is dus een onderwerp dat

niet mag worden genegeerd.

Gelukkig zijn er een paar

eenvoudige technieken

die kunnen worden gebruikt

om veel problemen te voorkomen.

Ten eerste is het een goed idee

om ten minste één solide grondvlak te hebben in

plaats van een

reeks grondsporen.

Hierdoor kunnen huidige retourpaden

gemakkelijker routes vinden

met minder parasitaire impedantie

en wordt het risico

op stroomlusproblemen verminderd.

Op dezelfde manier is het

belangrijk om het

grondvlak zo ononderbroken mogelijk

te houden om dit voordeel te maximaliseren.

Zoals eerder vermeld, moeten de

analoge en digitale secties

van het bord

worden gepartitioneerd

zodat de retourstroompaden

op het grondvlak

elkaar niet kruisen,

waardoor ongewenste

ruiskoppeling van het

digitale circuit

naar het analoge circuit wordt veroorzaakt.

Tegelijkertijd helpt

het hebben van hetzelfde aardingsvlak

voor de analoge en

digitale circuits

om een universele

aardspanning voor het systeem te garanderen.

Dus houd het

grondvlak aangesloten,

maar vermeng de

analoge en digitale circuits niet.

In het voorbeeld op

deze dia

ziet u een probleem dat wordt veroorzaakt

door een slechte aarding.

Aan de linkerkant is

het bord ontworpen

om de analoge en

digitale circuits gescheiden te houden.

Dit is goed en helpt

om kruising

van analoge en digitale sporen,

leveringen en stroomretourpaden te voorkomen

.

Het bord

heeft echter twee volledig

gesplitste grondvlakken

die niet met elkaar zijn verbonden.

Vanwege deze splitsing

van de grondknooppunten, zal

stroom die probeert

terug te keren naar de ene kant van het bord

van de

andere een extern retourpad vinden.

Zo kan het zijn dat het huidige

retourpad van de

ADC een lange weg moet afleggen

via een externe voeding.

Dit resulteert in veel

parasitaire impedantie, die de

signaalintegriteit kan verpesten

en ook

een onvoorspelbaar

spanningsverschil tussen de

aardknooppunten kan creëren.

Aan de rechterkant demonstreert het PCB-ontwerp

de juiste

verdeling van de kaart.

De analoge en digitale

secties zijn gescheiden,

maar er is een

gemeenschappelijke massaverbinding.

Dit is niet de enige manier

om een gemeenschappelijke basis te leggen,

maar het is een eenvoudige

en effectieve methode.

Een techniek die kan worden

gebruikt om dit resultaat te garanderen,

is om het bord in eerste instantie te routeren

met twee afzonderlijke

grondvlakken, één voor digitale signalen

en één voor analoge signalen.

Zodra de

routing is voltooid, kunnen

de

grondvlakken worden aangesloten.

Op deze manier worden de analoge

en digitale

secties gescheiden gehouden terwijl

ze een gemeenschappelijke aarde hebben.

Zorg er ten slotte voor dat u

via’s plaatst om grondvlakken te verbinden

met andere

grondporiën en sporen.

Als verschillende punten

op het aardknooppunt van elkaar

worden gescheiden door een lang pad

of helemaal worden losgekoppeld,

kunnen ze

spanningsverschillen ontwikkelen.

Met andere woorden, niet

elk punt met het label

aarde zal

daadwerkelijk op 0 volt staan,

net zoals wanneer de

grondvlakken worden gesplitst.

Ground-via’s hielpen om de

grond aan elkaar te binden en op een meerlagig bord

op een consistente spanning te houden

.

Om deze reden is het

vooral belangrijk

om een aarding te plaatsen in de buurt van

elke componentpin of -aansluiting

die met aarde is verbonden.

Laten we eens kijken naar

enkele

aardingstechnieken in de praktijk.

Hier hebben we een opamp-

layout in ontwikkeling.

De in rood aangegeven opamp-pinnen

bevinden zich op de bovenste laag

en zijn omgeven door een

solide grondvlak.

Op de onderste laag in blauw

is nog een solide grondvlak.

De hier getoonde signalen

zijn allemaal analoog

en er is geen digitale

communicatie aanwezig.

Merk op hoe het

onderste grondvlak

zo solide en

ononderbroken mogelijk wordt gehouden.

Met uitzondering

van een enkel spoor, zijn

alle andere sporen en

componenten beperkt tot de toplaag.

Dit maakt het gemakkelijker

voor retourstroompaden

om de onderste laag te doorkruisen

zonder onnodig lange paden te hoeven

nemen

die gevoelig kunnen zijn voor

ruiskoppeling of parasitaire impedantie.

Merk ook op dat

er verschillende componenten zijn

met via’s naar aarde.

Deze via’s verbinden de

grondpen van de componenten

met het omringende

grondvlak op de bovenste laag

en het grondvlak

op de onderste laag.

Dit helpt ervoor te zorgen dat alle

delen van het

aardknooppunt daadwerkelijk

dezelfde spanning hebben.

Zodra de lay-out

bijna voltooid is, kan

de ontwerper ervoor kiezen om

ook stiksels toe te voegen.

Stitching via’s zijn via’s

die met regelmatige tussenpozen

over het bord worden geplaatst en die

helpen om het

grondknooppunt aan elkaar te binden.

Het laatste onderwerp

dat in deze video

aan de orde komt, is dat van bypass-condensatoren.

Bypass-condensatoren worden in de

buurt van opamp-voedingspinnen geplaatst

en zijn verbonden van

de voeding naar de aarde.

Veel ingenieurs weten dat

bypass-condensatoren belangrijk zijn,

maar niet waarom ze belangrijk zijn.

Versterkers zijn ontworpen met het oog op

schone voedingen met lage impedantie

.

In de praktijk zijn

de voedingsspanningen

echter niet altijd zo schoon of

zo laagohmig als gewenst.

Bij lage frequenties hebben

versterkers goede voedingsonderdrukkingsverhoudingen

, vaak

afgekort in datasheets

als PSRR.

Met andere woorden, de

output van de versterker

wordt niet sterk beïnvloed

door een verandering in de voeding,

aangenomen dat de output

in zijn lineaire werkgebied

tussen de voedingsspanningen blijft.

De natuurlijke PSRR

zijn echter van een versterker die

met de frequentie daalt, waardoor

ruis met een hogere frequentie op de voeding

gemakkelijker

de uitvoer van de opamp beïnvloedt.

Om dit

ongewenste resultaat tegen te gaan,

kunnen bypass-condensatoren

tussen de

voedingspinnen en aarde worden geplaatst.

Hierdoor kan de ruis

die bij de versterker aankomt

, een pad met lage impedantie

naar aarde vinden met een hoge frequentie.

De bypass-condensator

helpt de versterker ook om

met tijdelijke stromen om te gaan.

Tijdens bedrijf

kan het

nodig zijn dat de versterker een plotseling

veranderende stroom naar de belasting levert.

Bij afwezigheid van

bypass-condensatoren zal

deze stroomstoot

van een van de voedingen moeten komen.

De stroom komt

van de voedingsspanning,

gaat door de

opamp en de belasting

en keert dan terug naar de voeding.

Als de voeding ver weg is

van de versterker, wat

het geval kan zijn in

complexere lay-outs,

kan het pad van de

voedingsstroom naar de

versterker een inductief

effect hebben, zoals weergegeven

in het circuit aan de linkerkant.

Veranderingen in de

voedingsstroom kunnen leiden

tot veranderingen in de

voedingsspanning die door de versterker wordt gezien.

Dit kan nadelige gevolgen hebben

voor het uitgangssignaal.

Het plaatsen van een bypass-condensator

helpt dit probleem op te lossen

door een kort

retourpad voor de uitgangsstroom te bieden,

zoals weergegeven in het

circuit aan de rechterkant.

In gevallen

waarin de versterker een tijdelijke stroom nodig heeft, kan

de bypass-

condensator deze tijdelijke

stroom en een snel retourpad

van aarde naar de voedingspin van de

versterker leveren.

Zo wordt het inductieve

voedingspad vermeden

en kunnen de voeding en

uitgang van de versterker stabieler blijven.

Onthoud dat

om dit effect te krijgen,

u

uw bypass-condensator

zo dicht mogelijk bij de voedingspin van de versterker moet

plaatsen.

Als de bypass-condensator

ver van de op-amp-

voedingspin wordt geplaatst, heeft

deze een lang spoor

met parasitaire

inductantie naar de op-amp,

waardoor het doel

van de bypass-condensator teniet wordt gedaan.

U moet er ook voor

zorgen dat het voedingsspoor

door de condensator loopt

voordat het de versterker bereikt.

Nogmaals, als de bypass-

condensator

niet tussen de

voeding en de versterker wordt geplaatst,

wordt het doel van de

condensator teniet gedaan.

Soms worden twee bypass-condensatoren

met verschillende

capaciteit gebruikt.

De kleinere condensator

kan fungeren om

snelle transiënte stromen te leveren,

terwijl de grotere condensator

een

grotere ruisband zal filteren.

Het gebruik van twee bypass-

condensatoren

vermindert ook de equivalente

parasitaire weerstand

van de echte condensatoren.

Als er meerdere

condensatoren nodig zijn,

plaatst u de condensator met

de kleinste capaciteit het

dichtst bij de

pin van het apparaat.

In het vorige

voorbeeld hebben we gekeken

naar een eenvoudige opamp-layout

en de aardingsopstelling.

Dezelfde voorbeeldlay-

out laat ook zien

hoe bypass-condensatoren moeten worden geplaatst.

Kijk eens naar de VCC- en

VEE-pinnen van de opamp.

Merk op dat er

ontkoppelcondensatoren aanwezig

zijn en dat deze

zo dicht mogelijk bij de voedingspinnen

geplaatst zijn.

Nogmaals, wanneer twee condensatoren

op dezelfde voedingspin worden geplaatst

, moeten de kleinere

condensatoren

zich dichter bij de pin bevinden dan

de grotere condensator.

Gemeenschappelijke

waarden voor bypass-condensatoren

omvatten bijvoorbeeld één microfarad

en 100 nanofarad,

waarbij 100 nanofarad

vaak de minimale ontkoppelingscapaciteit is die wordt

aanbevolen

in het gegevensblad.

Als zowel één microfarad- als

100 nanofarad-

condensator in de buurt van

dezelfde voedingspin worden geplaatst,

moet de 100 nanofarad-

condensator dichterbij worden geplaatst.

Het is ook belangrijk op te merken

dat het spoor van de

voedingsbron door

de condensatoren

loopt voordat het in de

voedingspinnen van de versterker zelf gaat.

Dit is belangrijk om

ervoor te zorgen dat de bypass-condensatoren naar behoren

functioneren.

Onthoud ten slotte dat

voedingspinnen die

op aarde zijn aangesloten, zoals de V-

min-pin in een enkele

voedingsconfiguratie,

geen bypass-condensatoren nodig hebben.

Samengevat, sterke

op-amp-lay-outs

omvatten meer dan alleen het

correct routeren van enkele sporen.

In deze presentatie hebben

we het belang

besproken van het scheiden van analoge

en digitale signalen, het

gebruik van de juiste aarding en het

plaatsen van bypass-condensatoren.

Hoewel het geen uitputtende lijst

van opamp-lay-outtechnieken is, zou

de lijst met onderwerpen die in

deze reeks presentaties

worden behandeld, u een

solide basis en vertrouwen moeten bieden

voor uw op-amp

PCB-lay-outontwerpen.

Dat is het voor nu.

Bedankt voor het kijken.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *