Aluminum Pcb Manufacturer China Custom Pcb Printing China

Aluminum Pcb Manufacturer China Custom Pcb Printing China

[MUSIKKSPILLING]



Hei og velkommen til TI
Precision Lab -serien om PCB

-layoutsteknikker for forsterkere.

I dette foredraget vil vi gi en
introduksjon til op -amp -oppsett

og diskutere noen av de
parasittiske effektene knyttet

til PCB -spor og
hvordan vi skal håndtere dem.

Når det gjelder
analoge kretser,

kan oppsettfasen etter
den skjematiske

designen føles som en ettertanke.

Enda verre, fristelsen til å
hoppe helt over prototypetrinnet

kan være
sterk, spesielt når

tidsfrister er stramme.

Men det er viktig å huske
at en ikke-ideell layout kan

ha katastrofale
konsekvenser for et prosjekt

og oppveie mange timers
forsiktig kretsdesign.

Så det er vel verdt tiden å gå
gjennom gode layoutteknikker

og bekrefte ens
design med prototyper.

Riktig op -amp -oppsett
innebærer mange gode fremgangsmåter.

Heldigvis overlapper mange
av disse konseptene

med de mer
generelle teknikkene som

brukes i analoge brettoppsett.

Så å lære det ene
forsterker vanligvis det andre.

I denne presentasjonen vil
vi se

på viktigheten av korte
spor og reduksjon

av tilhørende
parasittiske impedanser.

Deretter diskuterer vi
parallelle spor

og deres potensielle problemer.

Til slutt dekker vi
følsomheten til banen

fra op -forsterkerens inverterende
inngang til utgangsnoden.

Dette er et emne som
er spesielt for op

amp -oppsett, og ikke
analoge oppsett, generelt.

For hver teknikk vil vi også
undersøke minst ett eksempeloppsett

for å se hvordan teorien
kan brukes i praksis.

Det første
rådet for op amp -oppsett

er at spor skal
holdes så korte som mulig.

Lengre spor kan introdusere
uønsket parasittmotstand,

kapasitans og induktans.

Disse effektene er
vanligvis uønskede

og kan ha
negative konsekvenser

for signalintegriteten.

Utvidelse av et spor vil
redusere parasittmotstanden,

selv om det kan komme på
bekostning av økt parasittisk

kapasitans hvis det
er spor eller metallisk kjerne

på et tilstøtende lag.

Vi dekker formlene
for parasittisk kapasitans

senere i denne presentasjonen.

Vær foreløpig oppmerksom på at
spor generelt blir bredere

når de forventes å bære
større strømnivåer.

For PCB -spor er den assosierte
parasittmotstanden

gitt ved formelen
R er lik rho ganger L

over små t
ganger W multiplisert

med mengden 1 pluss alfa
ganger mengden kapital

T minus 25 grader
Celsius, hvor

R er den totale motstanden, rho
er resistiviteten til metallsporet

, L og W
er sporets lengde og bredde

i den
rekkefølgen, små bokstaver

er tykkelsen
på sporet, alfa

er
kurvens temperaturkoeffisient,

og hovedstaden T er
temperaturen i Celsius.

For denne og andre
nyttige PCB -formler,

sjekk onlineversjonen av
TI's Analog Engineer's Pocket

Reference Guide.

La oss nå se
på et enkelt eksempel.

Til venstre er det en
åtte-pinners, to-kanals op-forsterker.

Området i rødt er
det øverste metallaget.

Området i blått er
det nederste metallaget.

Det lilla området viser
hvor disse lagene

overlapper med
grunnplanet på både

det første og andre laget.

Den inverterende
inngangsnoden til kanal B

er notert som B i minus.

Kan du oppdage et
potensielt problem her?

Du har kanskje lagt merke til at dette
sporet er merkbart lengre

enn de andre sporene og
introduserer parasittisk impedans

i kretsen.

Avhengig av kretsen
og noden som er involvert, kan

dette


påvirke ytelsen til kretsen eller ikke.

Imidlertid blir den inverterende
inngangen vanligvis

tenkt på som en sensitiv node.

Så det er en god idé å forkorte
dette sporet, hvis det er mulig.

Til høyre kan du se
at problemet med det lange sporet

kan løses ved å
omplassere Rf -komponenten slik

at løpet nå har en
kortere vei til pinnen.

En annen viktig
layoutteknikk

er å unngå parallelle
spor når det er mulig.

Husk at spor
på en PCB er metalliske.

Og parallelle metallplater
med en isolator i mellom

danner en kondensator.

Så når to spor
går parallelt,

enten på samme plan
eller på tilstøtende fly

, skaper de en
parasittisk kapasitans.

Dette kan føre til
uønsket kobling av signaler

fra et spor til et annet.

For parallelle spor
på samme lag er

den assosierte
parasittiske

kapasitansen gitt ved
formelen C er lik ktl

over d hvor C er den
totale kapasitansen,

k er permittiviteten
til ledig plass,

t og l er tykkelsen
og lengden på

sporene, og d er
avstanden mellom sporets nære

kanter.

På samme måte, når to spor
er på tilstøtende bokstaver

, danner de en kapasitans
beskrevet med formelen

C er lik epsilon sub r
ganger wl over h der C

er den totale kapasitansen, k
er permittiviteten til ledig plass,

epsilon sub r er dielektrikumet
konstant for det isolerende PCB

-materialet ofte, fr4, w og
l er henholdsvis bredden og lengden

på sporene,
og h er avstanden

mellom flyene.

Disse og andre formler
for PCB -parasittiske effekter

finnes i Analog
Engineer's Pocket Reference

Guide.

På samme måte kan et spor danne
en parasittisk kapasitans

med et parallelt metallisk
lag som helles på det samme laget

eller på et tilstøtende lag.

For eksempel, hvis
laget under en signalbane

er et solid jordplan,


kan det dannes en parasittisk kapasitans fra
signalbanen til bakken.

Ofte er denne
effekten ubetydelig.

Men for veldig lange spor
eller sensitive noder kan

det være et problem.

En ting til å merke seg er
at parallelle spor kan

oppleve induktiv kobling.

En endring av strøm i en ledning
genererer et magnetfelt.

Og dette
magnetfeltet kan igjen

generere strøm
i ledende sløyfer i nærheten.

Dette er en konsekvens
av Faradays lov.

Og effekten er sterkere
når avstandene som

er involvert er kortere, noe
som betyr at parallelle spor kan

være utsatt for dette problemet.

Vær oppmerksom på at dette er
en større bekymring

for høyhastighets signaler.

Så du må være forsiktig og
unngå å plassere analoge spor

i dine digitale spor.

Dette emnet vil bli
utvidet i presentasjonen med tittelen

Op Amp PC Layout
Grounding and Bypass.

La oss nå gå tilbake til
det første eksemplet.

Vi la først merke til at den
inverterende inngangen til kanal B,

også kjent som
summeringsnoden, har en lang bane.

Når vi vet hva vi nå vet,
er det potensial

for et ekstra problem her.

Du har kanskje lagt merke til at
de markerte sporene

går parallelt.

Siden sporene
er metalliske,

fungerer de som kapasitive plater og kan
tillate uønsket signalkobling.

Dette er generelt dårlig
for to signaler.

Men det er spesielt
farlig når sporene

går til in minus
og output pins,

som vi vil dekke
i neste tema.

Akkurat som spørsmålet om
det lange i minus -sporet

ble løst ved å flytte
Rf -komponenten, kan det også

løse problemet med A ut
og B i minusspor som går

parallelt, dessverre
er det ikke alltid

mulig eller praktisk
å omorganisere komponenter

i en slik måte.

Noen ganger gjør plassbegrensninger det


vanskelig å implementere slike layoutstrategier.

I tilfeller der parallelle spor
er noe uunngåelig, kan

en annen
tilnærming brukes.

Her er et eksempel på
en alternativ løsning.

Først skilles sporene
så mye som mulig.

Deretter får bakken
på det øverste laget

i rødt
løpe mellom sporene.

Bakken hell fungerer som et
skjold for å forhindre kobling

mellom signalsporene.

For ytterligere
beskyttelse kan

bakkevias også plasseres
her for å sikre

at spenningen på dette
punktet i grunnplanet

er felles for spenningen
til grunnplanet

på bunnlaget i blått.

Således, for tilfeller der det
må brukes parallelle spor, er

jordskjerming med
et jordplan og

vias et levedyktig alternativ.

Som nevnt i det
forrige eksemplet, er

noe som er
spesielt for op -amp -oppsett

viktigheten
av in -minus -pinnen.

In -minus -pinnen,
eller summeringsnoden,

styrer den negative
tilbakemeldingen for forsterkeren.

Hvis signalet
og tilbakemeldingsbanen

støter på store impedanser,
vil fasen i tilbakemeldingsbanen

skifte overdrevent.

Dette kan tenkes som
en forsinkelse i signalbanen.

Etter hvert som effekten blir
verre, vil

utgangen vise lengre og
lengre responstid

med større overskridelse.

Til slutt vil
faseskiftet være så dårlig

at forsterkerens tilbakemelding
vil bli positiv i stedet

for negativ,
og utgangen vil begynne

å svinge ukontrollert.

Dette uønskede resultatet
omtales som ustabilitet

og forklares mye mer
detaljert i TI Precision Lab

-serien om op amp -stabilitet.

For å forhindre ustabilitet er
det viktig

at den sensitive
signalbanen fra

utpinnen til in -minus -pinnen holdes
så ren for parasittiske effekter

som mulig.

Utgangsstiften er generelt i
stand til å drive litt lastkapasitans

, mens
inngangspinnen som en veldig lav

inngangskapasitans, av natur.

Vanligvis er forsterkerens


inngangskapasitans i størrelsesorden
noen få picofarads.

Så in -minus -pinnen er mer
følsom enn utgangspinnen.

Og det er spesielt viktig
at parasittkapasitansen

holdes utenfor den inverterende inngangen.

For å gjøre dette, hold sporene
til minus -pinnen kort,

og unngå å plassere
vias langs stien.

Plasser også alle passive, diskrete
komponenter nær tappen.

Om nødvendig kan du velge
å fjerne grunnplanet

på lagene under i minuspinne.

Vær oppmerksom på at på grunn av
den store båndbredden

er høyhastighetsforsterkere mer
utsatt for ustabilitet

fra parasittisk impedans
enn de fleste forsterkere.

På dette lysbildet kan du se hvordan
en liten parasittisk kapasitans

på summeringsnoden kan
skape en stor

overskridelsesrespons på utgangen.

Vær imidlertid oppmerksom på
at OPA818

har en veldig høy båndbredde.

Og de fleste forsterkere vil
ikke være så følsomme.

Dette er imidlertid et godt eksempel for
å illustrere viktigheten

av å holde denne noden ren.

La oss vurdere et annet eksempel
med en åtte-pinners to-kanals

op-forsterker.

Som du kan se
, kommer inngangen

fra venstre til den
ikke-inverterende inngangspinnen

eller i pluss.

Og utgangen mates tilbake
til den inverterende inngangspinnen,

eller i minus.

Ta deg tid til å
se på oppsettet.

Ser du noen tegn
på potensielle problemer?



Du har kanskje lagt merke til at
banen fra pad en av Rf

-komponenten til minus
-pinnen er relativt lang.

Veien fra ut til
i minus er sensitiv.

Og det er viktig å holde
sporene inn i minus -pinnen så

kort som mulig.

I dette tilfellet
samhandler metallsporet med

metallplanet på bunnlaget for
å danne en kapasitans

fra sporet til bakken.

Dette betyr at det er
en avvikende kapasitans

på minus -pinnen.

Denne parasittiske
kapasitansen vil vanligvis

være i størrelsesorden
picofarads og er

mindre sannsynlig å være et
problem på utgangsstiften.

Imidlertid vil minus
-pinnen ha en naturlig

inngangskapasitans i
størrelsesorden noen få picofarad.

Så en villkommen kapasitans kan
være et betydelig tillegg.

Dette kan føre til
stabilitetsproblemer,

spesielt når du designer
med høyhastighets op-forsterkere.

Til høyre er en forbedret
versjon av oppsettet.

Legg merke til at Rf -komponenten
har blitt flyttet

nærmere den inverterende inngangspinnen.

Selv om sporet
fra utgangspinnen er lengre

, er sporet som går inn i
minuspinnen nå mye kortere.

Dette reduserer


parasittkapasitansen drastisk i minuspinne.

I tillegg er
grunnplanet på det andre

laget fjernet
under minus -sporet.

Dette bidrar også til å fjerne
parasittisk

kapasitans i minus.

Imidlertid kan det bare være
nødvendig for svært følsomme

kretser.

Det er forskjellige
teknikker som brukes

for å lage gode op-amp-oppsett.

Og mange av dem overlapper generelt med et
godt analogt oppsett.

I denne presentasjonen
dekket vi de som

har å gjøre med parasittisk
impedans på signalspor.

Oppsummert, sørg for at du bruker
korte spor når det er mulig.

Unngå også å plassere
spor parallelt.

Eller skjerm sporene når du
setter dem parallelt

er uunngåelig.

Til slutt minimerer du den
parasittiske kapasitansen

på op-amp summeringsnoden
, spesielt

sett i minuspinnen.

Vi vil utvide disse
ideene i Op Amp metal core pcb Layout

Grounding and Bypass hvor vi
vil se på separering av

analoge og digitale
signaler, jording

og bypass -kondensatorer.

Det er alt for nå.

Takk for at du så på.