Die aantal digitale ontwerpers en digitale stroombaanontwerpkundiges in die ingenieursveld neem voortdurend toe, wat die ontwikkelingstendens van die bedryf weerspieël.Alhoewel die klem op digitale ontwerp groot ontwikkelings in elektroniese produkte meegebring het, bestaan dit steeds, en daar sal altyd 'n paar stroombaanontwerpe wees wat met analoog of werklike omgewings koppel.Bedradingstrategieë in die analoog- en digitale velde het 'n paar ooreenkomste, maar as jy beter resultate wil kry, as gevolg van hul verskillende bedradingstrategieë, is eenvoudige stroombaanbedradingsontwerp nie meer die optimale oplossing nie.
Hierdie artikel bespreek die basiese ooreenkomste en verskille tussen analoog en digitale bedrading in terme van verbyvloeikapasitors, kragbronne, grondontwerp, spanningsfoute en elektromagnetiese interferensie (EMI) wat deur PCB-bedrading veroorsaak word.
Die aantal digitale ontwerpers en digitale stroombaanontwerpkundiges in die ingenieursveld neem voortdurend toe, wat die ontwikkelingstendens van die bedryf weerspieël.Alhoewel die klem op digitale ontwerp groot ontwikkelings in elektroniese produkte meegebring het, bestaan dit steeds, en daar sal altyd 'n paar stroombaanontwerpe wees wat met analoog of werklike omgewings koppel.Bedradingstrategieë in die analoog- en digitale velde het 'n paar ooreenkomste, maar as jy beter resultate wil kry, as gevolg van hul verskillende bedradingstrategieë, is eenvoudige stroombaanbedradingsontwerp nie meer die optimale oplossing nie.
Hierdie artikel bespreek die basiese ooreenkomste en verskille tussen analoog en digitale bedrading in terme van verbyvloeikapasitors, kragbronne, grondontwerp, spanningsfoute en elektromagnetiese interferensie (EMI) wat deur PCB-bedrading veroorsaak word.
Die byvoeging van bypass- of ontkoppelkapasitors op die stroombaanbord en die ligging van hierdie kapasitors op die bord is gesonde verstand vir digitale en analoogontwerpe.Maar interessant genoeg is die redes anders.
In analoog bedrading ontwerp word omseilkapasitors gewoonlik gebruik om hoëfrekwensie seine op die kragtoevoer te omseil.As verbyvloeikapasitors nie bygevoeg word nie, kan hierdie hoëfrekwensie seine sensitiewe analoogskyfies deur die kragtoevoerpenne binnedring.Oor die algemeen oorskry die frekwensie van hierdie hoëfrekwensieseine die vermoë van analoogtoestelle om hoëfrekwensieseine te onderdruk.As die bypass-kapasitor nie in die analoogkring gebruik word nie, kan geraas in die seinpad ingebring word, en in meer ernstige gevalle kan dit selfs vibrasie veroorsaak.
In analoog en digitale PCB-ontwerp, moet omseil- of ontkoppelkapasitors (0.1uF) so na as moontlik aan die toestel geplaas word.Die kragtoevoer ontkoppelkapasitor (10uF) moet by die kraglyningang van die stroombaanbord geplaas word.In alle gevalle moet die penne van hierdie kapasitors kort wees.
Op die stroombaanbord in Figuur 2 word verskillende roetes gebruik om die krag- en gronddrade te lei.As gevolg van hierdie onbehoorlike samewerking is die elektroniese komponente en stroombane op die stroombaan meer geneig om onderhewig te wees aan elektromagnetiese interferensie.
In die enkele paneel van Figuur 3 is die krag- en gronddrade na die komponente op die stroombaanbord naby mekaar.Die ooreenstemmende verhouding van die kraglyn en die grondlyn in hierdie stroombaanbord is gepas soos in Figuur 2 getoon. Die waarskynlikheid dat elektroniese komponente en stroombane in die stroombaan aan elektromagnetiese interferensie (EMI) onderwerp word, word verminder met 679/12,8 keer of ongeveer 54 keer.
Vir digitale toestelle soos beheerders en verwerkers word ontkoppelkapasitors ook vereis, maar om verskillende redes.Een funksie van hierdie kapasitors is om as 'n "miniatuur" ladingbank op te tree.
In digitale stroombane word 'n groot hoeveelheid stroom gewoonlik benodig om hektoestandskakeling uit te voer.Aangesien omskakelende verbygaande strome op die skyfie gegenereer word tydens skakeling en deur die stroombaanbord vloei, is dit voordelig om bykomende "spaar" heffings te hê.As daar nie genoeg lading is wanneer die skakelaksie uitgevoer word nie, sal die kragtoevoerspanning baie verander.Te veel spanningsverandering sal veroorsaak dat die digitale seinvlak 'n onsekere toestand betree, en kan veroorsaak dat die toestandmasjien in die digitale toestel verkeerd werk.
Die skakelstroom wat deur die stroombaanspoor vloei, sal veroorsaak dat die spanning verander, en die stroombaanspoor het parasitiese induktansie.Die volgende formule kan gebruik word om die spanningsverandering te bereken: V = LdI/dt.Onder hulle: V = spanningsverandering, L = stroombaanspoorinduktansie, dI = stroomverandering deur die spoor, dt = stroomveranderingstyd.
Daarom, om baie redes, is dit beter om bypass (of ontkoppeling) kapasitors by die kragtoevoer of by die kragtoevoerpenne van aktiewe toestelle toe te pas.
Die kragkoord en gronddraad moet saam gelei word
Die posisie van die kragkoord en die gronddraad is goed gepas om die moontlikheid van elektromagnetiese interferensie te verminder.As die kraglyn en die grondlyn nie behoorlik ooreenstem nie, sal 'n stelsellus ontwerp word en geraas sal waarskynlik gegenereer word.
'n Voorbeeld van 'n PCB-ontwerp waar die kraglyn en grondlyn nie behoorlik ooreenstem nie, word in Figuur 2 getoon. Op hierdie stroombaanbord is die ontwerpte lusarea 697cm².Deur gebruik te maak van die metode wat in Figuur 3 getoon word, kan die moontlikheid van uitgestraalde geraas op of van die stroombaanbord wat spanning in die lus induseer, aansienlik verminder word.
Die verskil tussen analoog en digitale bedradingstrategieë
▍Die grondvlak is 'n probleem
Die basiese kennis van stroombaanbedrading is van toepassing op beide analoog en digitale stroombane.'n Basiese reël is om 'n ononderbroke grondvlak te gebruik.Hierdie gesonde verstand verminder die dI/dt (verandering in stroom met tyd) effek in digitale stroombane, wat die grondpotensiaal verander en veroorsaak dat geraas analoog stroombane binnedring.
Die bedradingstegnieke vir digitale en analoog stroombane is basies dieselfde, met een uitsondering.Vir analoog stroombane is daar nog 'n punt om op te let, dit wil sê, hou die digitale seinlyne en lusse in die grondvlak so ver as moontlik van die analoog stroombane af.Dit kan bereik word deur die analoog grondvlak afsonderlik aan die stelselgrondverbinding te koppel, of die analoogbaan aan die verste punt van die stroombaanbord te plaas, wat die einde van die lyn is.Dit word gedoen om die eksterne steuring op die seinpad tot 'n minimum te beperk.
Dit is nie nodig om dit te doen vir digitale stroombane nie, wat sonder probleme baie geraas op die grondvlak kan verdra.
Figuur 4 (links) isoleer die digitale skakelaksie van die analoog stroombaan en skei die digitale en analoog dele van die stroombaan.(Regs) Die hoë frekwensie en lae frekwensie moet so veel as moontlik geskei word, en die hoë frekwensie komponente moet naby die stroombaan verbindings wees.
Figuur 5 Uitleg twee noue spore op die PCB, dit is maklik om parasitiese kapasitansie te vorm.As gevolg van die bestaan van hierdie soort kapasitansie, kan 'n vinnige spanningsverandering op een spoor 'n stroomsein op die ander spoor genereer.
Figuur 6 As jy nie aandag gee aan die plasing van die spore nie, kan die spore in die PCB lyninduktansie en wedersydse induktansie produseer.Hierdie parasitiese induktansie is baie skadelik vir die werking van stroombane insluitend digitale skakelkringe.
▍Komponentligging
Soos hierbo genoem, moet in elke PCB-ontwerp die geraasdeel van die stroombaan en die "stil" deel (nie-geraasdeel) geskei word.Oor die algemeen is digitale stroombane "ryk" aan geraas en is onsensitief vir geraas (omdat digitale stroombane 'n groter spanningsgeraas-toleransie het);inteendeel, die spanning geraas toleransie van analoog stroombane is baie kleiner.
Van die twee is analoogstroombane die sensitiefste vir skakelgeraas.In die bedrading van 'n gemengde seinstelsel moet hierdie twee stroombane geskei word, soos in Figuur 4 getoon.
▍Parasietiese komponente gegenereer deur PCB-ontwerp
Twee basiese parasitiese elemente wat probleme kan veroorsaak, word maklik in PCB-ontwerp gevorm: parasitiese kapasitansie en parasitiese induktansie.
Wanneer 'n stroombaanbord ontwerp word, sal die plasing van twee spore naby mekaar parasitiese kapasitansie genereer.Jy kan dit doen: Op twee verskillende lae, plaas een spoor bo-op die ander spoor;of op dieselfde laag, plaas een spoor langs die ander spoor, soos in Figuur 5 getoon.
In hierdie twee spoorkonfigurasies kan veranderinge in spanning oor tyd (dV/dt) op een spoor stroom op die ander spoor veroorsaak.As die ander spoor hoë impedansie is, sal die stroom wat deur die elektriese veld gegenereer word in spanning omgeskakel word.
Vinnige spanningsoorgange kom meestal voor aan die digitale kant van die analoog seinontwerp.As die spore met vinnige spanningsoorgange naby aan hoë-impedansie analoogspore is, sal hierdie fout die akkuraatheid van die analoogkring ernstig beïnvloed.In hierdie omgewing het analoogstroombane twee nadele: hul geraastoleransie is baie laer as dié van digitale stroombane;en hoë impedansie spore is meer algemeen.
Die gebruik van een van die volgende twee tegnieke kan hierdie verskynsel verminder.Die mees algemeen gebruikte tegniek is om die grootte tussen spore te verander volgens die kapasitansievergelyking.Die mees effektiewe grootte om te verander is die afstand tussen die twee spore.Daar moet kennis geneem word dat die veranderlike d in die noemer van die kapasitansievergelyking is.Soos d toeneem, sal die kapasitiewe reaktansie afneem.Nog 'n veranderlike wat verander kan word, is die lengte van die twee spore.In hierdie geval neem die lengte L af, en die kapasitiewe reaktansie tussen die twee spore sal ook afneem.
Nog 'n tegniek is om 'n gronddraad tussen hierdie twee spore te lê.Die gronddraad is lae impedansie, en die toevoeging van nog 'n spoor soos hierdie sal die interferensie elektriese veld verswak, soos getoon in Figuur 5.
Die beginsel van parasitiese induktansie in die stroombaanbord is soortgelyk aan dié van parasitiese kapasitansie.Dit is ook om twee spore uit te lê.Op twee verskillende lae, plaas een spoor bo-op die ander spoor;of op dieselfde laag, plaas een spoor langs die ander, soos getoon in Figuur 6.
In hierdie twee bedradingskonfigurasies sal die stroomverandering (dI/dt) van 'n spoor met tyd, as gevolg van die induktansie van hierdie spoor, spanning op dieselfde spoor genereer;en as gevolg van die bestaan van wedersydse induktansie, sal dit 'n Proporsionele stroom word op die ander spoor opgewek.As die spanningsverandering op die eerste spoor groot genoeg is, kan interferensie die spanningstoleransie van die digitale stroombaan verminder en foute veroorsaak.Hierdie verskynsel kom nie net in digitale stroombane voor nie, maar hierdie verskynsel is meer algemeen in digitale stroombane as gevolg van die groot oombliklike skakelstrome in digitale stroombane.
Om potensiële geraas van elektromagnetiese steuringsbronne uit te skakel, is dit die beste om "stil" analooglyne van lawaaierige I/O-poorte te skei.Om te probeer om 'n lae-impedansie krag en grond netwerk te bereik, moet die induktansie van digitale stroombaan drade geminimaliseer word, en die kapasitiewe koppeling van analoog stroombane moet geminimaliseer word.
03
Afsluiting
Nadat die digitale en analoog reekse bepaal is, is noukeurige roetering noodsaaklik vir 'n suksesvolle PCB.Bedradingstrategie word gewoonlik as 'n reël aan almal bekendgestel, want dit is moeilik om die uiteindelike sukses van die produk in 'n laboratoriumomgewing te toets.Daarom, ten spyte van die ooreenkomste in die bedradingstrategieë van digitale en analoog stroombane, moet die verskille in hul bedradingstrategieë erken en ernstig opgeneem word.