SMD 구성 요소. 인쇄로 생산되는 무선소자, 간단한 인쇄회로기판에 인덕터 설치

인쇄회로기판 제조를 위한 “철 레이저” 기술(ULT) 문자 그대로 몇 년 만에 아마추어 무선계에 널리 퍼졌고 인쇄 회로 기판을 상당히 얻을 수 있습니다. 고품질. 손으로 그린 인쇄 회로 기판은 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하지 않습니다.

고주파 회로용 인쇄 인덕터 제조에는 패턴 정확도에 대한 특별한 요구 사항이 적용됩니다. 코일 도체의 가장자리는 품질 계수에 영향을 미치므로 가능한 한 부드러워야 합니다. 다중 회전 나선형 코일을 수동으로 그리는 것은 매우 문제가 많은데, 여기서는 ULT가 그 말을 할 수 있을 것입니다.

쌀. 1

쌀. 2

그래서 모든 것이 정상입니다. 발사하자 컴퓨터 프로그램 SPRINT-LAYOUT(예: 버전 5.0) 프로그램 설정에서 설정하십시오.

그리드 스케일 - 1.25mm;

선 너비 - 0.8mm;

보드 크기 - 42.5x42.5mm;

"패치"의 외경은 1.5mm입니다.

"패치"의 구멍 직경은 0.5mm입니다.

보드의 중심을 찾아 코일 도체 템플릿을 그립니다(그림 1).CONDUCTOR 도구를 사용하여 좌표 그리드를 따라 코일을 비틀어 넣습니다. 우편(필요한 템플릿의 경우 미러 이미지, 그러나 나중에 인쇄할 때 얻을 수 있습니다). 코일의 시작과 끝 부분에 "패치"를 설치하여 코일과 회로 요소를 연결합니다.

인쇄 설정에서는 시트의 인쇄 수, 인쇄 간 거리를 설정하고, 스풀을 다른 방향으로 "비틀어야" 하는 경우 디자인의 거울 인쇄를 설정합니다. 부드러운 종이나 특수 필름에 인쇄해야 하며, 인쇄 시 프린터 설정을 최대 토너 공급량으로 설정해야 합니다.

다음으로 표준 ULT를 따릅니다. 호일 유리 섬유를 준비하고 호일 표면을 청소한 다음 아세톤 등으로 탈지합니다. 토너가 포함된 템플릿을 호일에 바르고 토너가 호일에 단단히 부착될 때까지 종이를 통해 뜨거운 다리미로 다림질합니다.

그런 다음 종이를 흐르는 수돗물(차가운 물 또는 실온)에 담그고 조심스럽게 "펠렛"으로 제거하여 보드의 호일에 토너를 남겨둡니다. 보드를 에칭한 다음 아세톤과 같은 용매를 사용하여 보드에서 토너를 제거합니다. 고품질 "인쇄된" 인덕터의 투명한 도체가 보드에 남아 있습니다.

ULT를 사용하여 나선형으로 회전하는 인쇄 코일은 품질이 약간 더 나쁩니다. 이는 이미지 픽셀의 정사각형 모양으로 인해 나선형 코일 도체의 가장자리가 들쭉날쭉합니다. 사실, 이러한 불규칙성은 매우 작으며 일반적으로 릴의 품질은 수동 작업보다 여전히 높습니다.

SPRINT-LAYOUT 버전 5.0 프로그램을 다시 엽니다. 툴킷에서 다각형과 나선을 그리는 도구인 SPECIAL FORM을 선택합니다. 나선형 탭을 선택합니다. 설치하다:

시작 반경(START RADIUS) -2mm;

회전 간 거리(DISTANCE) - 1.5mm;

도체 폭(TRACK WIDTH) -0.8mm;

예를 들어 턴 수(TURNS)는 20입니다.

이러한 코일이 차지하는 보드의 크기는 65x65mm입니다(그림 2).

인쇄된 코일은 일반적으로 작은 커패시터를 사용하여 대역 통과 필터(BPF)에 함께 결합됩니다. 그러나 유도 결합도 가능하며, 코일 평면 사이의 거리를 변경하거나 한쪽을 다른 쪽과 비교하여 편심 회전시켜 그 정도를 변경할 수 있습니다. 서로에 대한 코일의 고정 장착이 가능합니다.

유전체 스트럿을 사용하여 구축합니다.

코일의 인덕턴스는 권선을 단축하거나 인쇄된 도체를 끊거나 부분적으로 제거하여 조정할 수 있습니다. 이렇게 하면 회로 튜닝 빈도가 증가합니다. 권선 사이에 소용량 SMD형 커패시터를 납땜하면 주파수를 줄일 수 있습니다.

사행형, 직선형, 곡선형, 콤필터 등 형태의 VHF 코일 제조 ULT를 사용하면 최종 제품에 우아함이 더해지고 일반적으로 품질 요소가 증가합니다(인쇄된 도체의 "매끄러운" 가장자리로 인해). 그러나 생산 중에는 기판 재료(유리 섬유)의 품질을 기억해야 합니다. , 이는 주파수가 증가함에 따라 절연체 특성을 잃습니다. 등가 회로에서 유전체의 손실 저항은 인쇄 코일과 병렬로 연결되어야 하며 이 저항은 낮을수록 작동 주파수가 높아지고 유전체의 품질이 저하됩니다. .

실제로 호일 유리 섬유는 최대 2m 범위(최대 약 150MHz)의 인쇄 공진 회로 제조에 완전히 사용될 수 있습니다. 특수 고주파 등급의 유리 섬유는 70cm 범위(최대 약 470~500MHz)에서 사용할 수 있습니다. 더 높은 주파수에서는 포일 코팅된 RF 불소수지(Teflon), 세라믹 또는 유리를 사용해야 합니다.

인쇄된 인덕터는 포일의 얇은 두께와 코일의 "권선" 피치로 인해 획득되는 턴간 커패시턴스의 감소로 인해 품질 계수가 증가합니다. 평면의 인쇄 코일 주위에 접지된 포일의 폐쇄 프레임은 다른 코일 및 인쇄 도체로부터 보호막 역할을 하지만 주변이 낮은 RF 전압(공통 와이어에 연결됨)에 있고 코일의 매개변수에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그 중심은 높이 아래에 있습니다.

문학

1. G. 파나센코. 프린팅 릴 제조. - 라디오, 1987, No. 5, P. 62.

격동의 전자시대에서 전자제품의 가장 큰 장점은 작은 크기, 신뢰성, 설치 및 분해(분해 장비)의 용이성, 낮은 에너지 소비 및 편리한 사용성( 영어로부터- 사용의 용이성). 이러한 모든 장점은 기술 없이는 결코 가능하지 않습니다. 표면 실장– SMT 기술 ( 에스표면 중이모 티기술), 물론 SMD 구성 요소가 없습니다.

SMD 구성 요소 란 무엇입니까?

SMD 구성 요소는 절대적으로 모든 현대 전자 제품에 사용됩니다. SMD( 에스표면 중탑재 디장치), 영어로 번역하면 "표면 장착 장치"를 의미합니다. 우리의 경우 표면은 무선 요소용 관통 구멍이 없는 인쇄 회로 기판입니다.

이 경우 SMD 구성 요소는 보드 구멍에 삽입되지 않습니다. 이는 인쇄 회로 기판 표면에 직접 위치한 접촉 트랙에 납땜됩니다. 아래 사진은 이전에 SMD 부품이 있었던 휴대폰 보드의 주석색 접촉 패드를 보여줍니다.

SMD 부품의 장점

SMD 부품의 가장 큰 장점은 크기가 작다는 것입니다. 아래 사진은 간단한 저항과 다음을 보여줍니다.

SMD 부품의 크기가 작기 때문에 개발자는 다음과 같은 위치에 배치할 수 있습니다. 많은 분량단순한 출력 무선소자보다 단위 면적당 구성요소 수가 더 많습니다. 결과적으로 설치 밀도가 증가하고 결과적으로 치수가 감소합니다. 전자 기기. SMD 부품의 무게는 동일한 단순 출력 무선 소자의 무게보다 몇 배 가벼우므로 무선 장비의 무게도 몇 배 더 가벼워집니다.

SMD 부품은 납땜 제거가 훨씬 쉽습니다. 이를 위해서는 헤어드라이어가 필요합니다. SMD를 올바르게 납땜하는 방법에 대한 기사에서 SMD 구성 요소의 납땜을 제거하고 납땜하는 방법을 읽을 수 있습니다. 봉인하는 것이 훨씬 더 어렵습니다. 공장에서는 특수 로봇이 이를 인쇄 회로 기판 위에 배치합니다. 무선 아마추어와 무선 장비 수리공을 제외하고는 생산 과정에서 수동으로 납땜하는 사람이 없습니다.

다층 보드

SMD 구성 요소가 포함된 장비는 매우 조밀하게 설치되므로 보드에 더 많은 트랙이 있어야 합니다. 모든 트랙이 한 표면에 맞지 않으므로 인쇄 회로 기판이 만들어집니다. 다층.장비가 복잡하고 SMD 구성 요소가 많으면 보드에 더 많은 레이어가 포함됩니다. 짧은 층으로 만든 다층 케이크와 같습니다. SMD 구성 요소를 연결하는 인쇄된 트랙은 보드 내부에 직접 위치하며 어떤 방식으로도 볼 수 없습니다. 다층 기판의 예로는 휴대폰 기판, 컴퓨터 또는 노트북 기판( 마더보드, 비디오 카드, 램등).

아래 사진에서 파란색 보드는 아이폰 3g, 녹색 보드는 컴퓨터 마더보드입니다.

모든 무선 장비 수리공은 다층 기판이 과열되면 거품이 나면서 부풀어 오른다는 것을 알고 있습니다. 이 경우 층간 연결이 끊어지고 보드를 사용할 수 없게 됩니다. 따라서 SMD 부품을 교체할 때 가장 중요한 것은 올바른 온도입니다.

일부 보드는 인쇄 회로 기판의 양면을 사용하며 이해하는 바와 같이 장착 밀도가 두 배가됩니다. 이는 SMT 기술의 또 다른 장점입니다. 예, SMD 부품 생산에 필요한 재료가 훨씬 적고 수백만 개를 대량 생산하는 데 드는 비용이 문자 그대로 1페니라는 사실도 고려해 볼 가치가 있습니다.

SMD 부품의 주요 유형

우리 제품에 사용되는 주요 SMD 요소를 살펴 보겠습니다. 현대 장치. 저항기, 커패시터, 저값 인덕터 및 기타 구성 요소는 일반적인 작은 직사각형 또는 오히려 평행 육면체처럼 보입니다.))

회로가 없는 보드에서는 그것이 저항인지, 커패시터인지, 심지어 코일인지 알 수 없습니다. 원하는대로 중국어 마크. 대형 SMD 요소에는 여전히 코드나 숫자를 넣어 식별과 가치를 결정합니다. 아래 사진에서 이러한 요소는 빨간색 직사각형으로 표시되어 있습니다. 다이어그램이 없으면 해당 요소가 속한 무선 요소의 유형과 등급을 알 수 없습니다.

SMD 구성 요소의 표준 크기는 다를 수 있습니다. 다음은 저항기와 커패시터의 표준 크기에 대한 설명입니다. 예를 들어 노란색 직사각형 SMD 커패시터가 있습니다. 탄탈륨 또는 간단히 탄탈륨이라고도 합니다.

SMD의 모습은 다음과 같습니다.

다음과 같은 유형의 SMD 트랜지스터도 있습니다.

높은 명칭을 가진 SMD 버전에서는 다음과 같습니다.

물론, 마이크로 전자공학 시대에 마이크로 회로 없이 어떻게 살 수 있습니까? 많은 SMD 유형의 칩 패키지가 있지만 주로 두 그룹으로 나눕니다.

1) 핀이 인쇄 회로 기판과 평행하고 양쪽 또는 둘레를 따라 위치하는 미세 회로.

2) 핀이 미세 회로 자체 아래에 위치하는 미세 회로.이것은 BGA라고 불리는 특수한 종류의 마이크로 회로입니다. 볼 그리드 배열- 공의 배열). 이러한 미세 회로의 단자는 동일한 크기의 단순한 솔더 볼입니다.

아래 사진은 볼 핀으로 구성된 BGA 칩과 그 뒷면을 보여줍니다.

BGA 칩은 BGA 칩 아래에 수천 개의 볼이 있을 수 있기 때문에 인쇄 회로 기판의 공간을 크게 절약하므로 제조업체에 편리합니다. 이는 제조업체의 삶을 훨씬 더 쉽게 만들어 주지만 수리공의 삶을 더 쉽게 만들지는 않습니다.

요약

디자인에 무엇을 사용해야 합니까? 손이 흔들리지 않고 작은 라디오 버그를 만들고 싶다면 선택은 분명합니다. 그러나 여전히 아마추어 무선 설계에서는 치수가 큰 역할을 하지 않으며 대규모 무선 요소를 납땜하는 것이 훨씬 쉽고 편리합니다. 일부 라디오 아마추어는 두 가지를 모두 사용합니다. 매일 점점 더 많은 새로운 초소형 회로와 SMD 구성 요소가 개발되고 있습니다. 더 작고, 더 얇고, 더 안정적입니다. 미래는 확실히 마이크로전자공학에 속합니다.

이 기사의 목적은 PCB 설계자가 저지르는 일반적인 실수를 논의하고, 이러한 실수가 품질 성능에 미치는 영향을 설명하고, 발생하는 문제를 해결하기 위한 권장 사항을 제공하는 것입니다.

일반 고려 사항

아날로그 회로와 디지털 회로의 큰 차이로 인해 회로의 아날로그 부분은 나머지 부분과 분리되어야 하며 배선 시 특별한 방법과 규칙을 따라야 합니다. 인쇄 회로 기판의 비이상적 특성으로 인해 발생하는 효과는 고주파 아날로그 회로에서 특히 두드러집니다. 일반적인 견해이 문서에 설명된 는 오디오 주파수 범위에서도 작동하는 장치의 품질 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

인쇄 회로 기판 - 회로 부품

드문 경우지만 아날로그 회로 PCB를 라우팅하여 이로 인한 영향이 회로 작동에 영향을 미치지 않도록 할 수 있습니다. 동시에 장치의 아날로그 회로 특성이 모델 및 프로토타입의 특성과 동일하도록 이러한 영향을 최소화할 수 있습니다.

공들여 나열한 것

디지털 회로 개발자는 점퍼를 추가하거나 반대로 불필요한 도체를 제거하고 프로그래밍 가능 칩의 작동을 변경하는 등 제조된 보드의 작은 오류를 수정하여 매우 빠르게 다음 개발로 이동할 수 있습니다. 아날로그 회로에서는 그렇지 않습니다. 이 문서에서 설명하는 일반적인 오류 중 일부는 점퍼를 추가하거나 과도한 컨덕터를 제거하여 수정할 수 없습니다. 이는 전체 인쇄 회로 기판을 작동 불가능하게 만들 수 있으며 그렇게 할 것입니다.

이러한 수정 방법을 사용하는 디지털 회로 설계자는 설계를 생산에 제출하기 전에 이 기사에 제시된 자료를 잘 읽고 이해하는 것이 매우 중요합니다. 설계에 약간의 주의를 기울이고 가능한 옵션에 대해 논의하면 PCB가 폐기되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 회로의 작은 아날로그 부분에서 발생하는 총 오류 비용도 줄일 수 있습니다. 오류를 찾아서 수정하면 수백 시간의 손실이 발생할 수 있습니다. 프로토타입을 사용하면 이 시간을 하루 이하로 줄일 수 있습니다. 모든 아날로그 회로를 브레드보드에 추가하세요.

소음 및 간섭의 원인

잡음과 간섭은 회로의 품질을 제한하는 주요 요소입니다. 간섭은 소스에서 방출되거나 회로 요소에서 유도될 수 있습니다. 아날로그 회로는 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함한 고속 디지털 구성 요소와 함께 인쇄 회로 기판에 위치하는 경우가 많습니다.

고주파 로직 신호는 상당한 무선 주파수 간섭(RFI)을 발생시킵니다. 소음 방출원의 수는 엄청납니다: 주요 전원 공급 장치 디지털 시스템, 휴대폰, 라디오 및 텔레비전, 램프 전원 공급 장치 일광, 개인용 컴퓨터, 번개 방전 등 아날로그 회로가 오디오 주파수 범위에서 작동하더라도 무선 주파수 간섭으로 인해 출력 신호에 눈에 띄는 노이즈가 발생할 수 있습니다.

인쇄된 보드의 카테고리

PCB 디자인의 선택은 전체 장치의 기계적 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 인쇄 회로 기판 제조에는 다양한 품질 수준의 재료가 사용됩니다. PCB 제조업체가 근처에 있으면 개발자에게 가장 적합하고 편리합니다. 이 경우 인쇄회로기판 재료의 주요 매개변수인 저항률과 유전율을 제어하기가 쉽습니다. 불행하게도 이것만으로는 충분하지 않으며 가연성, 고온 안정성 및 흡습성 계수와 같은 다른 매개변수에 대한 지식이 필요한 경우가 많습니다. 이러한 매개변수는 인쇄 회로 기판 생산에 사용되는 부품 제조업체만 알 수 있습니다.

적층형 재료는 지수 FR(내염성) 및 G로 지정됩니다. 지수 FR-1의 재료는 가연성이 가장 높고 FR-5가 가장 낮습니다. 인덱스 G10 및 G11이 있는 재료에는 특별한 특성이 있습니다. 인쇄 회로 기판의 재료는 표에 나와 있습니다. 1.

FR-1 카테고리 PCB를 사용하지 마십시오. 고전력 구성 요소로 인해 열 손상을 입은 FR-1 PCB의 예가 많이 있습니다. 이 범주의 인쇄 회로 기판은 판지와 더 유사합니다.

FR-4는 산업용 장비 제조에 자주 사용되는 반면 FR-2는 가전 제품 제조에 사용됩니다. 이 두 범주는 업계에서 표준화되어 있으며 FR-2 및 FR-4 PCB는 대부분의 응용 분야에 적합한 경우가 많습니다. 그러나 때로는 이러한 카테고리의 불완전한 특성으로 인해 다른 재료를 사용해야 하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 초고주파 애플리케이션의 경우 불소수지와 심지어 세라믹도 인쇄 회로 기판 재료로 사용됩니다. 그러나 PCB 재료가 더 이색적일수록 가격이 더 높아질 수 있습니다.

PCB 재료를 선택할 때 흡습성에 특별한 주의를 기울이십시오. 이 매개변수는 보드의 원하는 특성(표면 저항, 누출, 고전압 절연 특성(파괴 및 스파크) 및 기계적 강도)에 강한 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 또한 주의하세요 작동 온도. 고주파수로 전환되는 대형 디지털 집적 회로 근처와 같이 예상치 못한 장소에서 핫스팟이 발생할 수 있습니다. 이러한 영역이 아날로그 구성 요소 바로 아래에 있으면 온도 상승이 아날로그 회로 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

1 번 테이블

	구성 요소, 설명
	종이, 페놀성 조성물: 실온에서 압착 및 스탬핑, 높은 흡습성 계수
	종이, 페놀성 조성물: 가전제품의 단면 인쇄 회로 기판에 적용 가능, 낮은 흡습성 계수
	종이, 에폭시 조성 : 기계적, 전기적 특성이 우수한 디자인
	유리섬유, 에폭시 조성: 우수한 기계적, 전기적 특성
	유리섬유, 에폭시 조성: 고온에서 고강도, 불연성
	유리섬유, 에폭시 조성: 높은 절연성, 유리섬유의 최고 강도, 낮은 흡습성 계수
	유리섬유, 에폭시 조성: 고온에서 높은 굽힘 강도, 높은 내용매성

PCB 재료가 선택되면 PCB 포일의 두께를 결정해야 합니다. 이 매개변수는 주로 흐르는 전류의 최대값을 기준으로 선택됩니다. 가능하면 매우 얇은 호일을 사용하지 마십시오.

인쇄된 보드 레이어 수

전반적인 회로 복잡성과 품질 요구 사항에 따라 설계자는 PCB의 레이어 수를 결정해야 합니다.

단일 레이어 PCB

매우 간단한 전자 회로는 저렴한 호일 재료(FR-1 또는 FR-2)를 사용하여 단면 기판에 만들어지며 종종 양면 기판과 유사한 점퍼가 많이 있습니다. 인쇄 회로 기판을 만드는 이 방법은 저주파 회로에만 권장됩니다. 아래에 설명된 이유로 인해 단면 인쇄 회로 기판은 간섭에 매우 취약합니다. 좋은 단면 PCB는 여러 가지 이유로 설계하기가 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 좋은 보드이 유형이 발생하지만 개발을 위해서는 사전에 많은 생각이 필요합니다.

이중층 PCB

다음 단계에는 양면 인쇄 회로 기판이 있는데, 대부분의 경우 FR-4를 기판 재료로 사용하지만 FR-2도 때때로 발견됩니다. FR-4를 사용하는 것이 더 바람직합니다. 프린트 배선판이 재료는 구멍을 더 많이 만듭니다. 최고의 품질. 양면 인쇄 회로 기판의 회로는 배선하기가 훨씬 쉽습니다. 두 레이어에서는 교차 경로를 라우팅하는 것이 더 쉽습니다. 그러나 아날로그 회로의 경우 트레이스를 교차하는 것은 권장되지 않습니다. 가능하다면 맨 아래 레이어(하단)를 지면 폴리곤에 할당하고 나머지 신호는 맨 위 레이어(맨 위)로 라우팅해야 합니다. 매립지를 지구 버스로 사용하면 다음과 같은 몇 가지 이점이 있습니다.

공통 와이어는 회로에서 가장 자주 연결되는 와이어입니다. 따라서 배선을 단순화하기 위해 "많은" 공통 배선을 사용하는 것이 합리적입니다.
보드의 기계적 강도가 증가합니다.
공통 와이어에 대한 모든 연결의 저항이 감소하여 소음과 간섭이 줄어듭니다.
각 회로 회로의 분산 용량을 증가시켜 방사 노이즈를 억제합니다.
스크린인 폴리곤은 폴리곤 측면에 위치한 소스에서 방출되는 간섭을 억제합니다.

모든 장점에도 불구하고 양면 PCB는 특히 신호가 낮거나 고속 회로에 적합하지 않습니다. 일반적으로 인쇄회로기판의 두께, 즉 금속화 층 사이의 거리는 1.5mm인데, 이는 위에 주어진 2층 인쇄 회로 기판의 일부 장점을 완전히 실현하기에는 너무 큽니다. 예를 들어, 간격이 너무 크기 때문에 분산 용량이 너무 작습니다.

다층 PCB

중요한 회로 설계에는 다층 인쇄 회로 기판(MPB)이 필요합니다. 사용 이유는 분명합니다.

전원 버스의 분배는 일반 전선 버스와 마찬가지로 편리합니다. 별도의 레이어에 있는 다각형이 전원 버스로 사용되는 경우 비아를 사용하여 각 회로 요소에 전원을 공급하는 것은 매우 간단합니다.
신호 레이어에는 전원 버스가 없어 신호 도체 배선이 용이합니다.
접지와 전력 다각형 사이에 분산 커패시턴스가 나타나 고주파 노이즈를 줄입니다.

다층 인쇄 회로 기판을 사용하는 이러한 이유 외에도 덜 분명한 다른 이유가 있습니다.

Marconi 시대부터 알려진 반사 효과(이미지 평면 효과) 덕분에 전자기(EMI) 및 무선 주파수(RFI) 간섭을 더 효과적으로 억제합니다. 도체가 평평한 도체 표면 가까이에 배치되면 대부분의 고주파수 복귀 전류는 도체 바로 아래 평면을 따라 흐릅니다. 이 전류의 방향은 도체의 전류 방향과 반대입니다. 따라서 평면에서 도체의 반사는 신호 전송 라인을 생성합니다. 도체와 평면의 전류는 크기가 같고 방향이 반대이므로 방사 간섭이 어느 정도 감소합니다. 반사 효과는 깨지지 않은 솔리드 폴리곤(지면 폴리곤과 파워 폴리곤 모두 가능)에서만 효과적으로 작동합니다. 무결성이 손실되면 간섭 억제 기능이 저하됩니다.
소규모 생산을 위한 전체 비용 절감. 다층 PCB는 제조 비용이 더 비싸지만 잠재적 방사선은 단일 및 이중층 PCB보다 낮습니다. 따라서 경우에 따라 다층 기판만 사용하면 추가 테스트 및 테스트 없이 설계 중에 설정된 방출 요구 사항을 충족할 수 있습니다. MPP를 사용하면 이중층 보드에 비해 방사 간섭 수준을 20dB까지 줄일 수 있습니다.

레이어 순서

경험이 부족한 설계자는 PCB 레이어의 최적 순서에 대해 종종 혼란을 겪습니다. 2개의 신호 레이어와 2개의 폴리곤 레이어(그라운드 레이어와 파워 레이어)를 포함하는 4레이어 챔버를 예로 들어 보겠습니다. 가장 좋은 레이어 순서는 무엇입니까? 스크린 역할을 할 폴리곤 사이에 신호 레이어가 있습니까? 아니면 신호 레이어의 간섭을 줄이기 위해 폴리곤 레이어를 내부에 만들어야 할까요?

이 문제를 해결할 때 구성 요소가 어쨌든 외부 레이어에 위치하고 핀에 신호를 공급하는 버스가 때때로 모든 레이어를 통과하기 때문에 레이어의 위치는 그다지 중요하지 않은 경우가 많다는 점을 기억하는 것이 중요합니다. 따라서 모든 화면 효과는 단지 타협일 뿐입니다. 이 경우 전력 폴리곤과 지면 폴리곤 사이에 큰 분산 용량을 생성하여 내부 레이어에 배치하는 것이 좋습니다.

신호 레이어를 외부에 배치하는 또 다른 이점은 테스트용 신호를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 연결을 수정할 수도 있다는 것입니다. 내부 레이어에 있는 도체의 연결을 변경한 적이 있는 사람이라면 누구나 이 기회를 높이 평가할 것입니다.

4개 이상의 레이어로 구성된 PCB의 경우 일반적인 규칙은 접지와 전력 다각형 사이에 고속 신호 도체를 배치하고 저주파 신호 도체를 외부 레이어로 라우팅하는 것입니다.

접지

좋은 접지는 풍부한 다단계 시스템의 일반적인 요구 사항입니다. 그리고 디자인 개발의 첫 단계부터 기획되어야 한다.

기본 규칙: 토지 분할.

지구를 아날로그 부분과 디지털 부분으로 나누는 것은 가장 간단하면서도 가장 효과적인 방법소음 억제. 다층 인쇄 회로 기판의 하나 이상의 레이어는 일반적으로 접지 다각형 레이어 전용입니다. 개발자가 경험이 많지 않거나 부주의한 경우 아날로그 부품의 접지가 이러한 다각형에 직접 연결됩니다. 아날로그 전류 반환은 디지털 반환 전류와 동일한 회로를 사용합니다. 자동 분배기는 거의 동일한 방식으로 작동하며 모든 토지를 하나로 통합합니다.

아날로그 접지와 디지털 접지를 결합한 단일 접지 다각형을 가진 기존에 개발된 인쇄회로기판을 처리할 경우 먼저 기판의 접지를 물리적으로 분리해야 합니다(이 작업 후에는 기판 작동이 거의 불가능해집니다). 그런 다음 아날로그 회로 부품의 아날로그 접지(아날로그 접지가 형성됨) 및 디지털 회로 부품의 디지털 접지(디지털 접지가 형성됨)에 대한 모든 연결이 이루어집니다. 그 후에야 디지털과 아날로그 접지가 소스에서 결합됩니다.

토지 형성에 대한 기타 규칙:

전원 버스와 접지 버스는 동일한 전위에 있어야 합니다. 교류이는 디커플링 커패시터와 분산 커패시턴스의 사용을 의미합니다.
아날로그 및 디지털 다각형이 겹치지 않도록 하십시오. 아날로그 전원 레일과 다각형을 아날로그 접지 다각형 위에 배치합니다(디지털 전원 레일과 유사). 어떤 위치에서든 아날로그 영역과 디지털 영역 사이에 중첩이 있는 경우 중첩 영역 사이에 분산된 정전 용량으로 인해 AC 커플링이 생성되고 디지털 구성 요소의 노이즈가 아날로그 회로로 전달됩니다. 이러한 중복은 매립지의 격리를 무효화합니다.
분리는 아날로그 접지를 디지털 접지로부터 전기적으로 분리하는 것을 의미하지 않습니다. 이들은 일부, 바람직하게는 하나의 저임피던스 노드에서 함께 연결되어야 합니다. 올바른 접지 시스템에는 접지가 하나만 있습니다. 이는 AC 전원 시스템의 접지 핀 또는 AC 전원 시스템의 공통 접지 핀입니다. 직류 전압(예: 배터리). 이 회로의 모든 신호 및 전력 전류는 시스템 접지 역할을 하는 한 지점에서 이 접지로 반환되어야 합니다. 그러한 지점이 장치 본체의 단자일 수 있다. 회로의 공통 단자를 섀시의 여러 지점에 연결할 때 접지 루프가 형성될 수 있다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 토지 통합의 단일 공통 지점을 만드는 것은 시스템 설계의 가장 어려운 측면 중 하나입니다.
가능하다면 리턴 전류를 전달하기 위한 별도의 커넥터 핀을 사용하십시오. 리턴 전류는 시스템 접지점에서만 결합되어야 합니다. 커넥터 접점의 노후화와 결합 부품의 빈번한 분리로 인해 접점 저항이 증가하므로 보다 안정적인 작동을 위해서는 특정 수의 추가 핀이 있는 커넥터를 사용해야 합니다. 복잡한 디지털 인쇄 회로 기판에는 여러 레이어가 있고 수백 또는 수천 개의 도체가 포함되어 있습니다. 다른 컨덕터를 추가해도 문제가 발생하는 경우는 거의 없지만 커넥터 핀을 추가하면 문제가 발생합니다. 이것이 불가능할 경우 특별한 예방 조치를 취하면서 보드의 각 전원 경로에 대해 두 개의 복귀 전류 도체를 생성해야 합니다.
타이어 분리가 중요해요 디지털 신호회로의 아날로그 구성 요소가 있는 인쇄 회로 기판의 위치에서. 여기에는 다각형에 의한 격리(차폐), 짧은 아날로그 신호 경로 생성, 인접한 고속 디지털 및 미션 크리티컬 아날로그 신호 버스와 수동 구성요소의 주의 깊은 배치가 포함됩니다. 디지털 신호 버스는 아날로그 구성 요소가 있는 영역 주위로 라우팅되어야 하며 버스, 아날로그 접지 및 아날로그 전원 영역과 겹치지 않아야 합니다. 이것이 완료되지 않으면 설계에는 의도하지 않은 새로운 요소, 즉 방사가 고임피던스 아날로그 구성 요소 및 도체에 영향을 미치는 안테나가 포함됩니다.

거의 모든 클록 신호는 트레이스와 다각형 사이의 작은 커패시턴스라도 상당한 결합을 생성할 수 있을 만큼 충분히 높은 주파수 신호입니다. 문제를 일으킬 수 있는 것은 기본 클록 주파수뿐만 아니라 더 높은 고조파도 있다는 점을 기억해야 합니다.

아날로그 접지 영역에서 아날로그와 디지털 신호를 결합해야 하는 경우는 단 하나뿐입니다. 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환기는 아날로그 및 디지털 접지 핀이 있는 하우징에 내장되어 있습니다. 이전 논의를 고려하면 디지털 접지 핀과 아날로그 접지 핀이 각각 디지털 및 아날로그 접지 버스에 연결되어야 한다고 가정할 수 있습니다. 그러나 이 경우 이는 사실이 아니다.

핀 이름(아날로그 또는 디지털)은 변환기의 내부 구조, 내부 연결만을 나타냅니다. 회로에서 이러한 핀은 아날로그 접지 버스에 연결되어야 합니다. 연결은 집적 회로 내부에서도 이루어질 수 있지만 이러한 연결의 낮은 저항을 달성하는 것은 토폴로지 제한으로 인해 매우 어렵습니다. 따라서 컨버터를 사용하는 경우 아날로그 및 디지털 접지 핀이 외부에 연결되어 있다고 가정합니다. 이것이 완료되지 않으면 마이크로 회로의 매개변수가 사양에 제공된 매개변수보다 훨씬 더 나빠질 것입니다.

컨버터의 디지털 요소는 아날로그 접지 및 아날로그 전력 회로에 디지털 노이즈를 유입시켜 회로의 품질 특성을 저하시킬 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 변환기를 설계할 때 디지털 부품이 가능한 한 적은 전력을 소비하도록 이러한 부정적인 영향을 고려합니다. 동시에 스위칭으로 인한 간섭 논리 요소감소하고 있습니다. 변환기의 디지털 핀에 과부하가 걸리지 않으면 일반적으로 내부 스위칭으로 인해 특별한 문제가 발생하지 않습니다. ADC 또는 DAC가 포함된 PCB를 설계할 때는 변환기의 디지털 전원 공급 장치를 아날로그 접지로 분리하는 방법을 신중하게 고려해야 합니다.

수동 부품의 주파수 특성

을 위한 올바른 작동아날로그 회로는 매우 중요합니다 올바른 선택수동 구성 요소. 수동 부품의 고주파 특성과 기판 스케치에서의 예비 배치 및 레이아웃을 신중하게 고려하여 설계를 시작하십시오.

많은 설계자들은 아날로그 회로에 사용될 때 수동 부품의 주파수 제한을 완전히 무시합니다. 이러한 구성 요소는 주파수 범위가 제한되어 있으며 지정된 주파수 범위 밖에서 작동하면 예측할 수 없는 결과가 발생할 수 있습니다. 어떤 사람들은 이 논의가 고속 아날로그 회로에만 관련되어 있다고 생각할 수도 있습니다. 그러나 이는 사실과는 거리가 멀습니다. 고주파 신호는 방사 또는 도체를 통한 직접 통신을 통해 저주파 회로의 수동 부품에 강한 영향을 미칩니다. 예를 들어 연산 증폭기의 간단한 저역 통과 필터는 입력에서 고주파수에 노출되면 쉽게 고역 통과 필터가 될 수 있습니다.

저항기

일반적으로 사용되는 저항에는 1) 권선, 2) 탄소 복합재, 3) 필름 등 세 가지 유형이 있습니다. 권선 저항기는 고저항 금속으로 만들어진 와이어 코일이기 때문에 어떻게 인덕턴스로 변환될 수 있는지 이해하는 데 많은 상상력이 필요하지 않습니다. 대부분의 전자 장치 개발자들은 금속 필름으로 만들어졌지만 코일이기도 한 필름 저항기의 내부 구조에 대해 전혀 모릅니다. 따라서 필름 저항기는 권선 저항기보다 인덕턴스가 낮습니다. 저항이 2kOhm 이하인 필름 저항기는 고주파 회로에 자유롭게 사용할 수 있습니다. 저항 단자는 서로 평행하므로 그 사이에 눈에 띄는 용량 결합이 있습니다. 값이 높은 저항기의 경우 단자 간 커패시턴스는 고주파수에서 총 임피던스를 감소시킵니다.

커패시터

커패시터의 고주파 특성은 그림 6의 등가회로로 나타낼 수 있습니다.

아날로그 회로의 커패시터는 디커플링 및 필터링 구성 요소로 사용됩니다.

10μF 전해 커패시터의 저항은 10kHz에서 1.6Ω, 100MHz에서 160μΩ입니다. 그렇습니까?

전해콘덴서 사용시 주의사항 올바른 연결. 양극 단자는 보다 양의 일정한 전위에 연결되어야 합니다. 잘못 연결하면 전해 콘덴서에 DC 전류가 흘러 콘덴서 자체는 물론 회로 일부도 손상될 수 있습니다.

드문 경우지만 회로의 두 지점 사이의 DC 전위차로 인해 부호가 변경될 수 있습니다. 이를 위해서는 내부 구조가 직렬로 연결된 두 개의 극성 커패시터와 동일한 비극성 전해 커패시터를 사용해야 합니다.

인덕턴스

인쇄 회로 기판

인쇄 회로 기판 자체는 비록 명확하지는 않지만 위에서 설명한 수동 부품의 특성을 가지고 있습니다.

인쇄 회로 기판의 도체 패턴은 간섭의 원인이자 수신자가 될 수 있습니다. 배선을 잘 하면 방사선원에 대한 아날로그 회로의 민감도가 줄어듭니다.

인쇄 회로 기판은 구성 요소의 도체와 리드가 일종의 안테나를 형성하기 때문에 방사선에 취약합니다. 안테나 이론은 연구하기 다소 복잡한 주제이므로 이 기사에서는 다루지 않습니다. 그러나 여기에는 몇 가지 기본 사항이 제공됩니다.

약간의 안테나 이론

~에 DC또는 저주파활성 구성 요소가 우세합니다. 주파수가 증가함에 따라 반응성 구성 요소가 점점 더 중요해집니다. 1kHz ~ 10kHz 범위에서는 유도성 구성 요소가 적용되기 시작하고 도체는 더 이상 저임피던스 커넥터가 아니라 인덕터 역할을 합니다.

일반적으로 인쇄 회로 기판의 트레이스는 길이 1cm당 6nH에서 12nH 사이의 값을 갖습니다. 예를 들어, 10cm 도체의 저항은 57mOhm이고 인덕턴스는 cm당 8nH입니다. 100kHz의 주파수에서 리액턴스는 50mOhm이 되고 더 높은 주파수에서는 도체가 저항성 도체가 아닌 인덕턴스가 됩니다. .

휩 안테나의 규칙은 파장의 약 1/20에서 필드와 눈에 띄게 상호 작용하기 시작하고 파장의 1/4의 막대 길이에서 최대 상호 작용이 발생한다는 것입니다. 따라서 이전 단락의 예에서 나온 10cm 도체는 150MHz 이상의 주파수에서 꽤 좋은 안테나가 되기 시작할 것입니다. 발전기는 비록 클럭 주파수디지털 회로는 150MHz 이상의 주파수에서는 작동하지 않을 수 있으며 신호에는 항상 더 높은 고조파가 포함되어 있습니다. 인쇄 회로 기판에 상당한 길이의 핀 핀이 있는 구성 요소가 포함되어 있는 경우 해당 핀은 안테나 역할도 할 수 있습니다.

또 다른 주요 안테나 유형은 루프 안테나입니다. 직선 도체의 인덕턴스는 구부러져 아크의 일부가 될 때 크게 증가합니다. 인덕턴스가 증가하면 안테나가 자기장 라인과 상호 작용하기 시작하는 주파수가 낮아집니다.

루프 안테나 이론을 합리적으로 이해하고 있는 숙련된 PCB 설계자는 중요한 신호에 대한 루프를 설계하지 않는다는 것을 알고 있습니다. 그러나 일부 설계자는 이에 대해 생각하지 않으며 회로의 리턴 및 신호 전류 도체가 루프입니다.

신호 반사 및 매칭 이론은 안테나 이론에 가깝습니다.

PCB 도체가 90° 각도로 회전하면 신호 반사가 발생할 수 있습니다. 이는 주로 전류 경로 폭의 변화로 인해 발생합니다. 모서리의 정점에서는 트레이스 폭이 1.414배 증가하여 전송선 특성, 특히 분산 커패시턴스와 트레이스 자체 인덕턴스의 불일치가 발생합니다. 인쇄 회로 기판의 트레이스를 90° 회전해야 하는 경우가 많습니다. 많은 최신 CAD 패키지를 사용하면 그려진 경로의 모서리를 매끄럽게 하거나 호 형태로 경로를 그릴 수 있습니다. 그림 9는 코너 모양을 개선하기 위한 두 단계를 보여줍니다. 마지막 예에서만 일정한 경로 폭을 유지하고 반사를 최소화합니다.

숙련된 PCB 설계자를 위한 팁: 스무딩 프로세스는 눈물방울 모양의 핀을 만들고 다각형을 채우기 전 작업의 마지막 단계로 남겨두세요. 그렇지 않으면 더 복잡한 계산으로 인해 CAD 패키지를 매끄럽게 만드는 데 시간이 더 오래 걸립니다.

서로 다른 레이어의 PCB 도체가 교차할 때 용량성 결합이 발생합니다. 때때로 이로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 인접한 층에 서로 위에 배치된 도체는 긴 필름 커패시터를 생성합니다.

예를 들어, 인쇄 회로 기판에는 다음과 같은 매개변수가 있을 수 있습니다.
- 4개 층; 신호 및 접지 폴리곤 레이어가 인접해 있으며,
- 층간 간격 - 0.2 mm,
- 도체 폭 - 0.75mm,
- 도체 길이 - 7.5mm.

FR-4의 일반적인 ER 유전 상수는 4.5입니다.

이 두 버스 사이의 커패시턴스 값은 1.1pF입니다. 이렇게 작은 용량이라도 일부 애플리케이션에서는 허용되지 않습니다.

출력 신호의 진폭은 연산 증폭기 주파수 범위의 상한에 가까운 주파수에서 두 배가 됩니다. 이는 특히 안테나 작동 주파수(180MHz 이상)에서 진동을 유발할 수 있습니다.

이 효과는 수많은 문제를 야기하지만 이를 해결하는 방법은 다양합니다. 그 중 가장 분명한 것은 도체의 길이를 줄이는 것입니다. 또 다른 방법은 너비를 줄이는 것입니다. 신호를 반전 입력에 연결하기 위해 이 폭의 도체를 사용할 이유가 없습니다. 이 도체를 통해 흐르는 전류는 매우 적습니다. 트레이스 길이를 2.5mm로, 너비를 0.2mm로 줄이면 커패시턴스가 0.1pF로 감소하며 이러한 커패시턴스는 더 이상 주파수 응답이 크게 증가하지 않습니다. 또 다른 해결책은 반전 입력 아래에 있는 다각형의 일부와 그에 연결되는 도체를 제거하는 것입니다.

PCB 도체의 폭은 무한정 줄일 수 없습니다. 한계 너비는 다음과 같이 정의됩니다. 기술적 과정, 호일의 두께. 두 도체가 서로 가까이 지나가면 두 도체 사이에 용량성 및 유도성 결합이 형성됩니다.

차동 라인이나 마이크로스트립 라인의 경우를 제외하고 신호 컨덕터는 서로 평행하게 배선되어서는 안 됩니다. 도체 사이의 간격은 도체 너비의 3배 이상이어야 합니다.

아날로그 회로의 트레이스 간 커패시턴스는 큰 저항 값(수 메그옴)에 문제를 일으킬 수 있습니다. 연산 증폭기의 반전 입력과 비반전 입력 사이의 상대적으로 큰 용량 결합으로 인해 회로가 쉽게 진동할 수 있습니다.

예를 들어, d=0.4mm 및 h=1.5mm(상당히 일반적인 값)인 경우 홀의 인덕턴스는 1.1nH입니다.

회로에 큰 저항이 있는 경우 보드 청소에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 인쇄회로기판 제조의 최종 작업 중에 남아 있는 플럭스와 오염 물질을 제거해야 합니다. 안에 최근에인쇄 회로 기판을 설치할 때 수용성 플럭스가 사용되는 경우가 많습니다. 덜 해롭기 때문에 물로 쉽게 제거됩니다. 그러나 동시에 깨끗하지 않은 물로 보드를 세척하면 유전 특성을 악화시키는 추가 오염이 발생할 수 있습니다. 따라서 깨끗한 증류수로 고임피던스 회로 기판을 청소하는 것이 매우 중요합니다.

신호 분리

이미 언급한 바와 같이 간섭은 전원 공급 회로를 통해 회로의 아날로그 부분에 침투할 수 있습니다. 이러한 간섭을 줄이기 위해 디커플링(차단) 커패시터를 사용하여 전원 버스의 로컬 임피던스를 줄입니다.

아날로그와 디지털 부품이 모두 포함된 인쇄 회로 기판을 배치해야 하는 경우 최소한 다음 사항에 대한 약간의 이해가 필요합니다. 전기적 특성논리적 요소.

논리 요소의 일반적인 출력단에는 전원 회로와 접지 회로 사이뿐만 아니라 서로 직렬로 연결된 두 개의 트랜지스터가 포함됩니다.

이 트랜지스터는 이상적으로 역위상으로 엄격하게 작동합니다. 그 중 하나가 열려 있으면 동시에 두 번째가 닫혀 출력에서 논리 1 또는 논리 0 신호를 생성합니다. 정상상태 논리상태에서는 논리소자의 전력소모가 작다.

출력 단계가 하나의 논리 상태에서 다른 논리 상태로 전환되면 상황이 극적으로 변합니다. 이 경우 짧은 시간 동안 두 트랜지스터가 동시에 열릴 수 있으며 출력단의 공급 전류가 크게 증가합니다. 이는 직렬 연결된 두 개의 트랜지스터를 통해 전원 버스에서 접지 버스로의 전류 경로 저항이 증가하기 때문입니다. 감소합니다. 전력 소비가 급격히 증가했다가 감소하여 공급 전압이 국부적으로 변경되고 전류가 단기간에 급격하게 변경됩니다. 이러한 전류 변화로 인해 무선 주파수 에너지가 방출됩니다. 상대적으로 단순한 인쇄 회로 기판에도 수십 또는 수백 개의 논리 요소 출력 단계가 고려될 수 있으므로 동시 작동의 전체 효과는 매우 클 수 있습니다.

이러한 전류 서지가 발생하는 주파수 범위를 정확하게 예측하는 것은 불가능합니다. 발생 빈도는 논리 소자의 스위칭 트랜지스터의 전파 지연을 비롯한 여러 요인에 따라 달라지기 때문입니다. 지연은 생산 과정에서 발생하는 여러 가지 무작위 이유에 따라 달라집니다. 스위칭 잡음은 전체 범위에 걸쳐 고조파 성분이 광대역으로 분포되어 있습니다. 디지털 노이즈를 억제하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 그 적용 방법은 노이즈의 스펙트럼 분포에 따라 달라집니다.

표 2는 일반적인 커패시터 유형의 최대 작동 주파수를 보여줍니다.

표 2

표를 보면 1MHz 미만의 주파수에는 탄탈륨 전해 커패시터가 사용되고, 더 높은 주파수에서는 세라믹 커패시터를 사용해야 한다는 것이 분명합니다. 커패시터에는 자체 공진이 있으며 잘못된 선택은 도움이 될 뿐만 아니라 문제를 악화시킬 수도 있다는 점을 기억해야 합니다. 그림 15는 두 가지 공통 커패시터, 즉 10μF 탄탈륨 전해질과 0.01μF 세라믹의 일반적인 자기 공명을 보여줍니다.

실제 사양은 제조업체마다 다를 수 있으며 심지어 동일한 제조업체 내에서도 배치마다 다를 수 있습니다. 그것을 이해하는 것이 중요합니다. 효율적인 작업커패시터가 억제하는 주파수는 자체 공진 주파수보다 낮은 범위에 있어야 합니다. 그렇지 않으면 리액턴스의 특성이 유도성이 되어 커패시터가 더 이상 효과적으로 작동하지 않게 됩니다.

0.1μF 커패시터 하나가 모든 주파수를 억제한다고 착각하지 마십시오. 작은 커패시터(10nF 이하)는 더 높은 주파수에서 더 효율적으로 작동할 수 있습니다.

IC 전력 디커플링

고주파 잡음을 억제하기 위해 집적 회로의 전원 공급 장치를 분리하는 작업은 전원 핀과 접지 핀 사이에 연결된 하나 이상의 커패시터를 사용하는 것으로 구성됩니다. 리드를 커패시터에 연결하는 도체가 짧은 것이 중요합니다. 그렇지 않은 경우 도체의 자체 인덕턴스가 중요한 역할을 하며 디커플링 커패시터 사용의 이점이 무효화됩니다.

디커플링 커패시터는 개수에 관계없이 각 칩 패키지에 연결되어야 합니다. 연산 증폭기케이스 내부에 위치 - 1, 2 또는 4. 연산 증폭기에 전원이 공급되는 경우 양극 전원 공급 장치그렇다면 디커플링 커패시터가 각 전원 핀에 위치해야 한다는 것은 말할 필요도 없습니다. 커패시턴스 값은 회로에 존재하는 잡음 및 간섭 유형에 따라 신중하게 선택해야 합니다.

특히 어려운 경우에는 전원 출력과 직렬로 연결된 인덕턴스를 추가해야 할 수도 있습니다. 인덕턴스는 커패시터 뒤가 아닌 앞에 위치해야 합니다.

또 다른 저렴한 방법은 인덕턴스를 낮은 저항(10~100Ω)의 저항기로 교체하는 것입니다. 이 경우 저항은 디커플링 커패시터와 함께 저역 통과 필터를 형성합니다. 이 방법은 연산 증폭기의 전원 공급 범위를 줄여 전력 소비에 더욱 의존하게 됩니다.

일반적으로 전원 회로의 저주파 잡음을 억제하려면 전원 입력 커넥터에 하나 이상의 알루미늄 또는 탄탈륨 전해 커패시터를 사용하는 것으로 충분합니다. 추가 세라믹 커패시터는 다른 보드의 고주파 간섭을 억제합니다.

입력 및 출력 신호 분리

입력 및 출력 핀을 직접 연결하면 많은 노이즈 문제가 발생합니다. 수동 부품의 고주파수 제한으로 인해 고주파수 잡음에 노출될 때 회로의 반응은 예측하기 어려울 수 있습니다.

유도된 잡음의 주파수 범위가 회로의 주파수 범위와 상당히 다른 상황에서 해결책은 간단하고 명백합니다. 고주파 간섭을 억제하기 위해 수동 RC 필터를 배치하는 것입니다. 그러나 패시브 필터를 사용할 때는 주의해야 합니다. 패시브 필터의 특성(패시브 구성요소의 비이상적인 주파수 특성으로 인해)은 차단 주파수(f3db)보다 100~1000배 높은 주파수에서 특성을 잃습니다. 서로 다른 주파수 범위에 맞게 조정된 직렬 연결 필터를 사용할 경우 더 높은 주파수 필터가 간섭 소스에 가장 가까워야 합니다. 페라이트 링 인덕터는 잡음을 억제하는 데에도 사용할 수 있습니다. 특정 주파수까지 저항의 유도 특성을 유지하며, 그 이상에서는 저항이 활성화됩니다.

아날로그 회로의 간섭은 너무 커서 제거가 불가능할 수 있습니다. 적어도, 감소)는 화면을 통해서만 가능합니다. 효과적으로 작동하려면 가장 많은 문제를 일으키는 주파수가 회로에 들어갈 수 없도록 주의 깊게 설계해야 합니다. 이는 스크린에 스크린되는 방사선 파장의 1/20보다 큰 구멍이나 컷아웃이 있어서는 안 된다는 것을 의미합니다. PCB 설계 초기부터 제안된 쉴드에 충분한 공간을 할당하는 것이 좋습니다. 실드를 사용하는 경우 회로에 대한 모든 연결에 선택적으로 페라이트 링(또는 비드)을 사용할 수 있습니다.

연산 증폭기 케이스

일반적으로 1개, 2개 또는 4개의 연산 증폭기가 하나의 패키지에 배치됩니다.

단일 연산 증폭기에는 오프셋 전압 조정과 같은 추가 입력이 있는 경우도 많습니다. 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기에는 반전 및 비반전 입력 및 출력만 있습니다. 따라서 추가적인 조정이 필요한 경우에는 단일 연산 증폭기를 사용해야 합니다. 추가 출력을 사용할 때는 구조상 보조 입력이므로 제조업체의 권장 사항에 따라 주의 깊게 제어해야 한다는 점을 기억해야 합니다.

단일 연산 증폭기에서 출력은 입력의 반대쪽에 위치합니다. 이는 긴 도체로 인해 고주파수에서 증폭기를 작동하기 어렵게 만들 수 있습니다. 피드백. 이를 극복하는 한 가지 방법은 증폭기와 피드백 구성 요소를 PCB의 다른 면에 배치하는 것입니다. 그러나 이로 인해지면 다각형에 최소한 두 개의 추가 구멍과 절단이 발생합니다. 때로는 두 번째 증폭기를 사용하지 않더라도(해당 핀을 올바르게 연결해야 함) 이 문제를 해결하기 위해 듀얼 연산 증폭기를 사용할 가치가 있습니다.

듀얼 연산 증폭기는 특히 스테레오 증폭기에서 일반적이며 쿼드 연산 증폭기는 다단계 필터 회로에 사용됩니다. 그러나 여기에는 상당히 중요한 단점이 있습니다. 현대 기술이 동일한 실리콘 칩의 증폭기 신호 간에 적절한 절연을 제공하더라도 여전히 신호 간 혼선이 존재합니다. 그러한 간섭의 양을 매우 줄여야 하는 경우에는 단일 연산 증폭기를 사용해야 합니다. 누화는 듀얼 또는 쿼드 앰프를 사용할 때만 발생하는 것이 아닙니다. 그 소스는 서로 다른 채널의 수동 구성 요소에 매우 근접해 있을 수 있습니다.

위의 것 외에도 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기를 사용하면 더 밀집된 설치가 가능합니다. 개별 증폭기는 서로 거울상처럼 보입니다.
절반 공급 전압 드라이버의 도체가 집적 회로 하우징 바로 아래에 위치하므로 길이를 줄일 수 있다는 사실에 주의할 필요가 있습니다. 이 예는 해야 할 일이 아니라 수행해야 할 일을 보여줍니다. 예를 들어, 평균 레벨 전압은 4개 증폭기 모두에서 동일할 수 있습니다. 수동 구성 요소의 크기는 그에 따라 조정될 수 있습니다. 예를 들어 프레임 크기 0402 평면 구성 요소는 표준 SO 패키지의 핀 간격과 일치합니다. 이를 통해 고주파 응용 분야에서 도체 길이를 매우 짧게 유지할 수 있습니다.

DIP 패키지에 연산 증폭기를 배치하고 리드선이 있는 수동 부품을 배치하는 경우 이를 장착하기 위해 인쇄 회로 기판에 비아를 제공해야 합니다. 이러한 구성 요소는 현재 인쇄 회로 기판의 크기에 대한 특별한 요구 사항이 없을 때 사용됩니다. 일반적으로 가격이 저렴하지만, 부품 리드용 구멍을 추가로 뚫기 때문에 제조 과정에서 인쇄 회로 기판의 비용이 증가합니다.

또한 외부 부품을 사용할 경우 보드의 크기와 도체의 길이가 늘어나 회로가 고주파수에서 작동할 수 없게 됩니다. 비아에는 자체 인덕턴스가 있어 회로의 동적 특성도 제한됩니다. 따라서 고주파 회로를 구현하거나 고속 논리 회로에 가까이 위치한 아날로그 회로에는 오버헤드 부품을 권장하지 않습니다.

도체의 길이를 줄이려는 일부 설계자는 저항기를 수직으로 배치합니다. 언뜻보기에는 경로 길이가 단축되는 것처럼 보일 수 있습니다. 그러나 이로 인해 저항기를 통과하는 전류 경로가 증가하고 저항기 자체가 루프(인덕턴스의 회전)를 나타냅니다. 방출 및 수신 능력은 여러 번 증가합니다.

표면 장착에는 각 구성 요소 리드에 구멍이 필요하지 않습니다. 그러나 회로를 테스트할 때 문제가 발생하며, 특히 작은 부품을 사용할 때 비아를 테스트 지점으로 사용해야 합니다.

사용되지 않은 OP-AMP 섹션

회로에서 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기를 사용할 때 일부 섹션은 사용되지 않은 채로 남아 있을 수 있으므로 이 경우 올바르게 연결해야 합니다. 잘못 연결하면 동일한 패키지에 사용되는 연산 증폭기에서 전력 소비 증가, 열 증가, 소음 증가로 이어질 수 있습니다. 사용하지 않는 연산 증폭기의 핀은 다음과 같이 연결할 수 있습니다. 증폭기의 출력은 반전 입력에 연결됩니다.

결론

아날로그 회로를 설계하고 배선할 때 다음 기본 사항을 기억하고 항상 염두에 두십시오.

PCB를 부품으로 생각하세요 전기 다이어그램;
소음과 간섭의 원인을 인식하고 이해해야 합니다.
모델 및 레이아웃 회로.

인쇄 회로 기판:

고품질 재료(예: FR-4)로만 인쇄 회로 기판을 사용하십시오.
다층 인쇄 회로 기판에 만들어진 회로는 이중층 기판에 만들어진 회로보다 외부 간섭에 20dB 덜 민감합니다.
서로 다른 토지와 피드에 대해 분리되고 겹치지 않는 다각형을 사용합니다.
PCB의 내부 레이어에 접지 및 전원 다각형을 배치합니다.

구성요소:

패시브 구성요소와 보드 트레이스로 인해 발생하는 주파수 제한에 유의하세요.
고속 회로에서 수동 부품의 수직 배치를 피하십시오.
고주파 회로의 경우 표면 실장용으로 설계된 부품을 사용하십시오.
도체는 짧을수록 좋습니다.
더 긴 도체 길이가 필요한 경우 폭을 줄이십시오.
활성 구성요소의 사용되지 않은 핀은 올바르게 연결되어야 합니다.

배선:

아날로그 회로를 전원 커넥터 근처에 배치하십시오.
보드의 아날로그 영역을 통해 논리 신호를 전송하는 도체를 라우팅하지 마십시오. 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
연산 증폭기 단락의 반전 입력에 적합한 도체를 만드십시오.
연산 증폭기의 반전 입력과 비반전 입력의 도체가 장거리에 걸쳐 서로 평행하게 위치하지 않는지 확인하십시오.
추가 비아를 사용하지 마십시오. 왜냐하면... 자체 인덕턴스는 추가적인 문제를 일으킬 수 있습니다.
도체를 직각으로 배선하지 말고 가능하면 모서리 상단을 매끄럽게 만드십시오.

교환:

전원 공급 회로의 노이즈를 억제하려면 올바른 유형의 커패시터를 사용하십시오.
저주파 간섭 및 소음을 억제하려면 전원 입력 커넥터에 탄탈륨 커패시터를 사용하십시오.
고주파 간섭 및 소음을 억제하려면 전원 입력 커넥터에 세라믹 커패시터를 사용하십시오.
마이크로 회로의 각 전원 핀에 세라믹 커패시터를 사용하십시오. 필요한 경우 서로 다른 용도로 여러 개의 커패시터를 사용하십시오. 주파수 범위;
회로에서 여기가 발생하면 커패시턴스 값이 더 큰 것이 아닌 더 낮은 커패시턴스 값을 가진 커패시터를 사용해야 합니다.
어려운 경우에는 전원 회로에 저항이나 인덕턴스가 낮은 직렬 연결된 저항기를 사용하십시오.
아날로그 전력 디커플링 커패시터는 디지털 접지가 아닌 아날로그 접지에만 연결해야 합니다.

다층 PCB

중요한 회로 설계에는 다층 인쇄 회로 기판(MPB)이 필요합니다. 사용 이유는 분명합니다.

전원 버스의 분배는 일반 전선 버스와 마찬가지로 편리합니다. 별도의 레이어에 있는 폴리곤을 전원 버스로 사용하는 경우 비아를 사용하여 각 회로 요소에 전원을 공급하는 것은 매우 간단합니다.
신호 레이어에는 전원 버스가 없어 신호 배선이 용이합니다.
접지와 전력 다각형 사이에 분산 커패시턴스가 나타나 고주파 노이즈를 줄입니다.

다층 인쇄 회로 기판을 사용하는 이러한 이유 외에도 덜 분명한 다른 이유가 있습니다.

더 나은 전자기 억제 ( EMI) 및 무선 주파수( RFI) 반사 효과로 인한 간섭 ( 이미지 평면 효과), Marconi 시대에 알려져 있습니다. 도체가 평평한 도체 표면 가까이에 배치되면 대부분의 고주파수 복귀 전류는 도체 바로 아래 평면을 따라 흐릅니다. 이 전류의 방향은 도체의 전류 방향과 반대입니다. 따라서 평면에서 도체의 반사는 신호 전송 라인을 생성합니다. 도체와 평면의 전류는 크기가 같고 방향이 반대이므로 방사 간섭이 어느 정도 감소합니다. 반사 효과는 깨지지 않은 솔리드 폴리곤(지면 폴리곤과 파워 폴리곤 모두 가능)에서만 효과적으로 작동합니다. 무결성이 손실되면 간섭 억제 기능이 저하됩니다.
소규모 생산을 위한 전체 비용 절감. 다층 PCB는 제조 비용이 더 비싸지만 잠재적 방사선은 단일 및 이중층 PCB보다 낮습니다. 따라서 경우에 따라 다층 기판만 사용하면 추가 테스트 및 테스트 없이 설계 중에 설정된 방출 요구 사항을 충족할 수 있습니다. MPP를 사용하면 이중층 보드에 비해 방사 간섭 수준을 20dB까지 줄일 수 있습니다.

레이어 순서

접지

좋은 접지는 풍부한 다단계 시스템의 일반적인 요구 사항입니다. 그리고 디자인 개발의 첫 단계부터 기획되어야 한다.

기본 규칙: 토지 분할.

접지를 아날로그 부분과 디지털 부분으로 나누는 것은 노이즈 감소의 가장 간단하고 효과적인 방법 중 하나입니다. 다층 인쇄 회로 기판의 하나 이상의 레이어는 일반적으로 접지 다각형 레이어 전용입니다. 개발자가 경험이 많지 않거나 부주의한 경우 아날로그 부품의 접지가 이러한 다각형에 직접 연결됩니다. 아날로그 전류 반환은 디지털 반환 전류와 동일한 회로를 사용합니다. 자동 분배기는 거의 동일한 방식으로 작동하며 모든 토지를 하나로 통합합니다.

토지 형성에 대한 기타 규칙:

그림 4는 다음을 보여줍니다. 가능한 변형전원 공급 장치를 포함하여 보드의 모든 구성 요소 배치. 이는 3개의 별도의 격리된 접지/전력 평면을 사용합니다. 하나는 소스용, 다른 하나는 디지털 회로용, 다른 하나는 아날로그 회로용입니다. 아날로그 및 디지털 부품의 접지 및 전원 회로는 전원 공급 장치에서만 결합됩니다. 고주파 소음은 초크를 통해 전원 회로에서 필터링됩니다. 이 예에서는 아날로그 부품과 디지털 부품의 고주파 신호가 서로 분리되어 있습니다. 이 설계는 구성 요소의 올바른 배치와 회로 분리 규칙 준수를 보장하므로 유리한 결과를 얻을 가능성이 매우 높습니다.

컨버터의 디지털 요소는 아날로그 접지 및 아날로그 전력 회로에 디지털 노이즈를 유입시켜 회로의 품질 특성을 저하시킬 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 변환기를 설계할 때 디지털 부품이 가능한 한 적은 전력을 소비하도록 이러한 부정적인 영향을 고려합니다. 동시에 스위칭 논리 요소의 간섭이 감소됩니다. 변환기의 디지털 핀에 과부하가 걸리지 않으면 일반적으로 내부 스위칭으로 인해 특별한 문제가 발생하지 않습니다. ADC 또는 DAC가 포함된 PCB를 설계할 때는 변환기의 디지털 전원 공급 장치를 아날로그 접지로 분리하는 방법을 신중하게 고려해야 합니다.

수동 부품의 주파수 특성

아날로그 회로의 올바른 작동을 위해서는 수동 부품을 올바르게 선택하는 것이 필수적입니다. 수동 부품의 고주파 특성과 기판 스케치에서의 예비 배치 및 레이아웃을 신중하게 고려하여 설계를 시작하십시오.

저항기

저항기의 고주파 특성은 그림 5의 등가회로로 나타낼 수 있습니다.

커패시터

커패시터의 고주파 특성은 그림 6의 등가회로로 나타낼 수 있습니다.

아날로그 회로의 커패시터는 디커플링 및 필터링 구성 요소로 사용됩니다. 이상적인 커패시터의 경우 리액턴스는 다음 공식으로 결정됩니다.

따라서 10μF 전해 커패시터는 10kHz에서 1.6Ω, 100MHz에서 160μΩ의 저항을 갖습니다. 그렇습니까?

전해 커패시터를 사용할 때는 올바른 연결을 보장하기 위해 주의를 기울여야 합니다. 양극 단자는 보다 양의 일정한 전위에 연결되어야 합니다. 잘못 연결하면 전해 콘덴서에 DC 전류가 흘러 콘덴서 자체는 물론 회로 일부도 손상될 수 있습니다.

인덕턴스

인덕턴스의 고주파 특성은 그림 7의 등가회로로 나타낼 수 있습니다.

인덕턴스 리액턴스는 다음 공식으로 설명됩니다.

따라서 10mH 인덕턴스는 10kHz에서 628Ω의 리액턴스와 100MHz에서 6.28메그옴의 리액턴스를 갖습니다. 오른쪽?

인쇄 회로 기판 자체는 비록 명확하지는 않지만 위에서 설명한 수동 부품의 특성을 가지고 있습니다.

인쇄 회로 기판의 도체 패턴은 간섭의 원인이자 수신자가 될 수 있습니다. 배선을 잘 하면 방사선원에 대한 아날로그 회로의 민감도가 줄어듭니다.

약간의 안테나 이론

직류 또는 저주파에서는 활성 구성 요소가 우세합니다. 주파수가 증가함에 따라 반응성 구성 요소가 점점 더 중요해집니다. 1kHz ~ 10kHz 범위에서는 유도성 구성 요소가 적용되기 시작하고 도체는 더 이상 저임피던스 커넥터가 아니라 인덕터 역할을 합니다.

PCB 도체의 인덕턴스를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

휩 안테나의 규칙은 파장의 약 1/20에서 필드와 눈에 띄게 상호 작용하기 시작하고 파장의 1/4의 막대 길이에서 최대 상호 작용이 발생한다는 것입니다. 따라서 이전 단락의 예에서 나온 10cm 도체는 150MHz 이상의 주파수에서 꽤 좋은 안테나가 되기 시작할 것입니다. 디지털 회로의 클록 생성기가 150MHz 이상의 주파수에서 작동하지 않을 수 있다는 사실에도 불구하고 해당 신호에는 항상 더 높은 고조파가 존재한다는 점을 기억해야 합니다. 인쇄 회로 기판에 상당한 길이의 핀 핀이 있는 구성 요소가 포함되어 있는 경우 해당 핀은 안테나 역할도 할 수 있습니다.

루프 안테나 이론을 합리적으로 이해하고 있는 숙련된 PCB 설계자는 중요한 신호에 대한 루프를 설계하지 않는다는 것을 알고 있습니다. 그러나 일부 설계자는 이에 대해 생각하지 않으며 회로의 리턴 및 신호 전류 도체가 루프입니다. 루프 안테나 생성은 예를 통해 쉽게 시연할 수 있습니다(그림 8). 또한 슬롯 안테나 생성이 여기에 표시됩니다.

세 가지 경우를 고려해 보겠습니다.

옵션 A는 잘못된 디자인의 예입니다. 아날로그 접지 다각형을 전혀 사용하지 않습니다. 루프 회로는 접지 및 신호 도체로 구성됩니다. 전류가 흐르면 전기장과 이에 수직인 자기장이 발생합니다. 이러한 필드는 루프 안테나의 기초를 형성합니다. 루프 안테나 규칙에 따르면 최상의 효율성을 위해서는 각 도체의 길이가 수신된 방사선 파장의 절반과 같아야 합니다. 그러나 파장의 1/20에서도 루프 안테나는 여전히 매우 효과적이라는 점을 잊어서는 안됩니다.

옵션 B는 옵션 A보다 낫지만 다각형에 간격이 있습니다. 아마도 신호 전도체를 라우팅하기 위한 특정 장소를 만들기 위한 것 같습니다. 신호 및 복귀 전류 경로는 슬롯 안테나를 형성합니다. 칩 주변의 컷아웃에 다른 루프가 형성됩니다.

옵션 B는 더 나은 디자인의 예입니다. 신호 및 복귀 전류 경로가 일치하므로 루프 안테나의 효율성이 무효화됩니다. 이 설계에도 칩 주위에 컷아웃이 있지만 반환 전류 경로와 분리되어 있습니다.

신호 반사 및 매칭 이론은 안테나 이론에 가깝습니다.

서로 다른 레이어의 PCB 도체가 교차할 때 용량성 결합이 발생합니다. 때때로 이로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. 인접한 층에 서로 위에 배치된 도체는 긴 필름 커패시터를 생성합니다. 이러한 커패시터의 용량은 그림 10에 표시된 공식을 사용하여 계산됩니다.

예를 들어, 인쇄 회로 기판에는 다음과 같은 매개변수가 있을 수 있습니다.

4개의 층; 신호 및 접지 폴리곤 레이어가 인접해 있습니다.
층간 간격 - 0.2mm
도체 폭 - 0.75mm
도체 길이 - 7.5mm

FR-4의 일반적인 ER 유전 상수는 4.5입니다.

연산 증폭기의 주파수 범위의 상한에 가까운 주파수에서 출력 신호의 진폭이 두 배로 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 이는 특히 안테나 작동 주파수(180MHz 이상)에서 진동을 유발할 수 있습니다.

PCB 도체의 폭은 무한정 줄일 수 없습니다. 최대 너비는 기술 프로세스와 포일 두께에 따라 결정됩니다. 두 도체가 서로 가깝게 지나가면 두 도체 사이에 용량성 및 유도성 결합이 형성됩니다(그림 12).

예를 들어, d=0.4mm 및 h=1.5mm(상당히 일반적인 값)인 경우 홀의 인덕턴스는 1.1nH입니다.

회로에 큰 저항이 있는 경우 보드 청소에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 인쇄회로기판 제조의 최종 작업 중에 남아 있는 플럭스와 오염 물질을 제거해야 합니다. 최근에는 인쇄회로기판을 설치할 때 수용성 플럭스를 사용하는 경우가 많다. 덜 해롭기 때문에 물로 쉽게 제거됩니다. 그러나 동시에 깨끗하지 않은 물로 보드를 세척하면 유전 특성을 악화시키는 추가 오염이 발생할 수 있습니다. 따라서 깨끗한 증류수로 고임피던스 회로 기판을 청소하는 것이 매우 중요합니다.

신호 분리

아날로그와 디지털 부품이 모두 포함된 인쇄 회로 기판을 배치해야 하는 경우 논리 요소의 전기적 특성에 대해 최소한 어느 정도 이해해야 합니다.

논리 소자의 일반적인 출력단에는 전원 회로와 접지 회로 사이뿐만 아니라 서로 직렬로 연결된 두 개의 트랜지스터가 포함됩니다(그림 14).

표 2는 일반적인 커패시터 유형의 최대 작동 주파수를 보여줍니다.

표 2

실제 사양은 제조업체마다 다를 수 있으며 심지어 동일한 제조업체 내에서도 배치마다 다를 수 있습니다. 커패시터가 효과적으로 작동하려면 억제하는 주파수가 자체 공진 주파수보다 낮은 범위에 있어야 한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 리액턴스의 특성이 유도성이 되어 커패시터가 더 이상 효과적으로 작동하지 않게 됩니다.

IC 전력 디커플링

디커플링 커패시터는 패키지 내부에 1개, 2개, 4개의 연산 증폭기가 있는지 여부에 관계없이 각 칩 패키지에 연결되어야 합니다. 연산 증폭기가 이중으로 제공되는 경우 디커플링 커패시터는 말할 필요도 없이 각 전원 핀. 커패시턴스 값은 회로에 존재하는 잡음 및 간섭 유형에 따라 신중하게 선택해야 합니다.

특히 어려운 경우에는 전원 출력과 직렬로 연결된 인덕턴스를 추가해야 할 수도 있습니다. 인덕턴스는 커패시터 뒤가 아닌 앞에 위치해야 합니다.

입력 및 출력 신호 분리

유도된 잡음의 주파수 범위가 회로의 주파수 범위와 상당히 다른 상황에서 해결책은 간단하고 명백합니다. 고주파 간섭을 억제하기 위해 수동 RC 필터를 배치하는 것입니다. 그러나 패시브 필터를 사용할 때는 주의해야 합니다. 패시브 필터의 특성(패시브 구성 요소의 비이상적인 주파수 특성으로 인해)은 차단 주파수(f 3db)보다 100~1000배 높은 주파수에서 특성을 잃습니다. 서로 다른 주파수 범위에 맞게 조정된 직렬 연결 필터를 사용할 경우 더 높은 주파수 필터가 간섭 소스에 가장 가까워야 합니다. 페라이트 링 인덕터는 잡음을 억제하는 데에도 사용할 수 있습니다. 특정 주파수까지 저항의 유도 특성을 유지하며, 그 이상에서는 저항이 활성화됩니다.

아날로그 회로의 간섭은 너무 커서 스크린을 사용해야만 제거(또는 최소한 감소)가 가능합니다. 효과적으로 작동하려면 가장 많은 문제를 일으키는 주파수가 회로에 들어갈 수 없도록 주의 깊게 설계해야 합니다. 이는 스크린에 스크린되는 방사선 파장의 1/20보다 큰 구멍이나 컷아웃이 있어서는 안 된다는 것을 의미합니다. PCB 설계 초기부터 제안된 쉴드에 충분한 공간을 할당하는 것이 좋습니다. 실드를 사용하는 경우 회로에 대한 모든 연결에 선택적으로 페라이트 링(또는 비드)을 사용할 수 있습니다.

연산 증폭기 하우징

일반적으로 1개, 2개 또는 4개의 연산 증폭기가 하나의 패키지에 배치됩니다(그림 16).

단일 연산 증폭기에서 출력은 입력의 반대쪽에 위치합니다. 이는 긴 피드백 라인으로 인해 고주파수에서 증폭기를 작동하기 어렵게 만들 수 있습니다. 이를 극복하는 한 가지 방법은 증폭기와 피드백 구성 요소를 PCB의 다른 면에 배치하는 것입니다. 그러나 이로 인해지면 다각형에 최소한 두 개의 추가 구멍과 절단이 발생합니다. 때로는 두 번째 증폭기를 사용하지 않더라도(해당 핀을 올바르게 연결해야 함) 이 문제를 해결하기 위해 듀얼 연산 증폭기를 사용할 가치가 있습니다. 그림 17은 반전 연결을 위한 피드백 회로 도체의 길이 감소를 보여줍니다.

위의 것 외에도 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기를 사용하면 더 밀집된 설치가 가능합니다. 개별 증폭기는 서로 거울상처럼 보입니다(그림 18).

그림 17과 18에는 중간 레벨 드라이버와 같은 정상적인 작동에 필요한 모든 연결이 표시되어 있지 않습니다. 단극 전원 공급 장치. 그림 19는 쿼드 증폭기를 사용할 때 이러한 셰이퍼의 다이어그램을 보여줍니다.

다이어그램은 세 개의 독립적인 반전 단계를 구현하는 데 필요한 모든 연결을 보여줍니다. 절반 공급 전압 드라이버의 도체가 집적 회로 하우징 바로 아래에 위치하므로 길이를 줄일 수 있다는 사실에 주의할 필요가 있습니다. 이 예는 해야 할 일이 아니라 수행해야 할 일을 보여줍니다. 예를 들어, 평균 레벨 전압은 4개 증폭기 모두에서 동일할 수 있습니다. 수동 구성 요소의 크기는 그에 따라 조정될 수 있습니다. 예를 들어 프레임 크기 0402 평면 구성 요소는 표준 SO 패키지의 핀 간격과 일치합니다. 이를 통해 고주파 응용 분야에서 도체 길이를 매우 짧게 유지할 수 있습니다.

사용되지 않은 섹션

회로에서 듀얼 및 쿼드 연산 증폭기를 사용할 때 일부 섹션은 사용되지 않은 채로 남아 있을 수 있으므로 이 경우 올바르게 연결해야 합니다. 잘못 연결하면 동일한 패키지에 사용되는 연산 증폭기에서 전력 소비 증가, 열 증가, 소음 증가로 이어질 수 있습니다. 사용하지 않는 연산 증폭기의 핀은 그림 3과 같이 연결할 수 있습니다. 20a. 추가 구성 요소(그림 20b)와 핀을 연결하면 설정 중에 이 연산 증폭기를 쉽게 사용할 수 있습니다.

결론

아날로그 회로를 설계하고 배선할 때 다음 기본 사항을 기억하고 항상 염두에 두십시오.

흔하다:

PCB를 전기 회로 부품으로 생각하십시오.
소음과 간섭의 원인에 대한 인식과 이해가 있어야 합니다.
모델 및 레이아웃 회로

인쇄 회로 기판:

고품질 재료(예: FR-4)로만 만들어진 PCB를 사용하십시오.
다층 인쇄 회로 기판에 만들어진 회로는 2층 기판에 만들어진 회로보다 외부 간섭에 20dB 덜 민감합니다.
서로 다른 토지와 피드에 대해 분리되고 겹치지 않는 다각형을 사용합니다.
PCB의 내부 레이어에 접지 및 전원 다각형을 배치합니다.

구성요소:

패시브 구성 요소 및 보드 트레이스로 인해 발생하는 주파수 제한에 유의하세요.
고속 회로에서 수동 부품의 수직 배치를 피하십시오.
고주파 회로의 경우 표면 실장 부품을 사용하십시오.
도체는 짧을수록 좋습니다
더 긴 길이의 도체가 필요한 경우 너비를 줄이십시오.
활성 구성요소의 사용되지 않은 핀은 올바르게 연결되어야 합니다.

배선:

아날로그 회로를 전원 커넥터 근처에 배치
보드의 아날로그 영역을 통해 논리 신호를 전달하는 와이어를 라우팅하지 마십시오. 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.
연산 증폭기 단락의 반전 입력에 적합한 도체를 만드십시오.
연산 증폭기의 반전 및 비반전 입력의 도체가 장거리에 걸쳐 서로 평행하지 않은지 확인하십시오.
추가 비아를 사용하지 마십시오. 왜냐하면... 자체 인덕턴스는 추가적인 문제를 일으킬 수 있습니다.
도체를 직각으로 배선하지 말고 가능하면 모서리를 부드럽게 하십시오.

교환:

전원 회로의 노이즈를 억제하려면 올바른 유형의 커패시터를 사용하십시오.
저주파 간섭 및 잡음을 억제하려면 전원 입력 커넥터에 탄탈륨 커패시터를 사용하십시오.
고주파 간섭 및 노이즈를 억제하기 위해 전원 입력 커넥터에 세라믹 커패시터를 사용합니다.
마이크로 회로의 각 전원 핀에 세라믹 커패시터를 사용하십시오. 필요한 경우 다양한 주파수 범위에 대해 여러 커패시터를 사용하십시오.
회로에서 여자가 발생하면 커패시턴스 값이 더 큰 것이 아닌 더 낮은 커패시턴스 값을 가진 커패시터를 사용해야 합니다.
어려운 경우에는 전원 회로에 저항이나 인덕턴스가 낮은 직렬 연결된 저항기를 사용하십시오.
아날로그 전력 디커플링 커패시터는 디지털 접지가 아닌 아날로그 접지에만 연결해야 합니다.

브루스 카터
모두를 위한 연산 증폭기, 17장
회로 기판 레이아웃 기술
설계 참조, 텍사스 인스트루먼트, 2002