يتزايد عدد المصممين الرقميين وخبراء تصميم لوحات الدوائر الرقمية في المجال الهندسي ، مما يعكس اتجاه تطوير الصناعة. على الرغم من أن التركيز على التصميم الرقمي قد أحدث تطورات كبيرة في المنتجات الإلكترونية ، إلا أنه لا يزال موجودًا ، وسيكون هناك دائمًا بعض تصميمات الدوائر التي تتفاعل مع بيئات تمثيلية أو حقيقية. استراتيجيات الأسلاك في الحقول التناظرية والرقمية لها بعض أوجه التشابه ، ولكن عندما تريد الحصول على نتائج أفضل ، بسبب استراتيجيات الأسلاك المختلفة الخاصة بها ، لم يعد تصميم الأسلاك في الدوائر البسيطة هو الحل الأمثل.
تناقش هذه المقالة أوجه التشابه والاختلاف الأساسي بين الأسلاك التناظرية والرقمية من حيث المكثفات الالتفافية ، وإمدادات الطاقة ، وتصميم الأرض ، وأخطاء الجهد ، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) الناجم عن الأسلاك PCB.
يتزايد عدد المصممين الرقميين وخبراء تصميم لوحات الدوائر الرقمية في المجال الهندسي ، مما يعكس اتجاه تطوير الصناعة. على الرغم من أن التركيز على التصميم الرقمي قد أحدث تطورات كبيرة في المنتجات الإلكترونية ، إلا أنه لا يزال موجودًا ، وسيكون هناك دائمًا بعض تصميمات الدوائر التي تتفاعل مع بيئات تمثيلية أو حقيقية. استراتيجيات الأسلاك في الحقول التناظرية والرقمية لها بعض أوجه التشابه ، ولكن عندما تريد الحصول على نتائج أفضل ، بسبب استراتيجيات الأسلاك المختلفة الخاصة بها ، لم يعد تصميم الأسلاك في الدوائر البسيطة هو الحل الأمثل.
تناقش هذه المقالة أوجه التشابه والاختلاف الأساسي بين الأسلاك التناظرية والرقمية من حيث المكثفات الالتفافية ، وإمدادات الطاقة ، وتصميم الأرض ، وأخطاء الجهد ، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) الناجم عن الأسلاك PCB.
تعد إضافة المكثفات الالتفافية أو فك الارتباط على لوحة الدوائر وموقع هذه المكثفات على السبورة بشكل عام للتصميمات الرقمية والتناظرية. ولكن من المثير للاهتمام أن الأسباب مختلفة.
في تصميم الأسلاك التناظرية ، عادة ما تستخدم المكثفات الالتفافية لتجاوز إشارات التردد العالي على مصدر الطاقة. إذا لم تتم إضافة المكثفات الالتفافية ، فقد تدخل هذه الإشارات عالية التردد في رقائق التناظرية الحساسة من خلال دبابيس إمدادات الطاقة. بشكل عام ، يتجاوز تواتر هذه الإشارات عالية التردد قدرة الأجهزة التناظرية على قمع الإشارات عالية التردد. إذا لم يتم استخدام مكثف الالتفاف في الدائرة التناظرية ، فقد يتم إدخال الضوضاء في مسار الإشارة ، وفي الحالات الأكثر خطورة ، قد يسبب الاهتزاز.
في تصميم PCB التناظرية والرقمية ، يجب وضع المكثفات الالتفافية أو فك الارتباط (0.1 فولت) في أقرب وقت ممكن من الجهاز. يجب وضع مكثف مزود الطاقة (10UF) عند مدخل خط الطاقة للوحة الدوائر. في جميع الحالات ، يجب أن تكون دبابيس هذه المكثفات قصيرة.
على لوحة الدائرة في الشكل 2 ، يتم استخدام طرق مختلفة لتوجيه الأسلاك السلطة والأرض. بسبب هذا التعاون غير السليم ، من المرجح أن تخضع المكونات والدوائر الإلكترونية على لوحة الدوائر للتداخل الكهرومغناطيسي.
في اللوحة الفردية من الشكل 3 ، تكون الأسلاك السلطة والأرضية للمكونات الموجودة على لوحة الدائرة قريبة من بعضها البعض. نسبة المطابقة لخط الطاقة والخط الأرضي في لوحة الدائرة هذه مناسبة كما هو موضح في الشكل 2. يتم تقليل احتمال المكونات الإلكترونية والدوائر في لوحة الدائرة التي تتعرض للتداخل الكهرومغناطيسي (EMI) بمقدار 679/12.8 مرة أو حوالي 54 مرة.
بالنسبة للأجهزة الرقمية مثل وحدات التحكم والمعالجات ، هناك حاجة أيضًا إلى مكثفات فك الارتباط ، ولكن لأسباب مختلفة. تتمثل إحدى وظائف هذه المكثفات في أن تكون بمثابة بنك "مصغرة".
في الدوائر الرقمية ، عادة ما يكون هناك حاجة إلى كمية كبيرة من التيار لإجراء تبديل حالة البوابة. نظرًا لأن تبديل التيارات العابرة يتم إنشاؤها على الشريحة أثناء التبديل والتدفق عبر لوحة الدوائر ، فمن المفيد الحصول على رسوم "احتياطية" إضافية. إذا لم يكن هناك رسوم كافية عند تنفيذ إجراء التبديل ، فسيتغير جهد مزود الطاقة بشكل كبير. سيؤدي تغيير الكثير من الجهد إلى دخول مستوى الإشارة الرقمية إلى حالة غير مؤكدة ، وقد يتسبب في تشغيل جهاز الحالة في الجهاز الرقمي بشكل غير صحيح.
سيؤدي التيار التبديل الذي يتدفق عبر تتبع لوحة الدائرة إلى تغيير الجهد ، وتتبع لوحة الدائرة لديه حث طفيلي. يمكن استخدام الصيغة التالية لحساب تغيير الجهد: v = ldi/dt. من بينها: V = تغيير الجهد ، L = حث تتبع لوحة الدائرة ، DI = التغيير الحالي من خلال التتبع ، DT = وقت التغيير الحالي.
لذلك ، لأسباب عديدة ، من الأفضل تطبيق المكثفات الالتفافية (أو فك التشفير) على مصدر الطاقة أو في دبابيس إمدادات الطاقة للأجهزة النشطة.
يجب توجيه سلك الطاقة والسلك الأرضي معًا
تتم مطابقة موضع سلك الطاقة والسلك الأرضي جيدًا لتقليل إمكانية التداخل الكهرومغناطيسي. إذا لم يتم مطابقة خط الطاقة والخط الأرضي بشكل صحيح ، فسيتم تصميم حلقة النظام ومن المحتمل أن يتم إنشاء الضوضاء.
مثال على تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور حيث لا يتم عرض خط الطاقة وخط الأرض بشكل صحيح في الشكل 2. على لوحة الدائرة هذه ، تبلغ مساحة الحلقة المصممة 697 سم مربع. باستخدام الطريقة الموضحة في الشكل 3 ، يمكن تقليل إمكانية وجود ضوضاء مشعة داخل أو إيقاف تشغيل لوحة الدائرة التي تحفز الجهد في الحلقة بشكل كبير.
الفرق بين استراتيجيات الأسلاك التناظرية والرقمية
▍ الطائرة الأرضية مشكلة
تنطبق المعرفة الأساسية لأسلاك لوحة الدوائر على كل من الدوائر التناظرية والرقمية. قاعدة أساسية تتمثل في استخدام طائرة أرضية دون انقطاع. هذا الحس السليم يقلل من تأثير DI/DT (التغيير في التيار مع مرور الوقت) في الدوائر الرقمية ، مما يغير الإمكانات الأرضية ويؤدي إلى دخول الضوضاء دوائر تمثيلية.
تقنيات الأسلاك للدوائر الرقمية والتناظرية هي نفسها في الأساس ، مع استثناء واحد. بالنسبة للدوائر التناظرية ، هناك نقطة أخرى يجب الإشارة إليها ، أي الحفاظ على خطوط الإشارة الرقمية والحلقات في المستوى الأرضي بعيدًا عن الدوائر التناظرية قدر الإمكان. يمكن تحقيق ذلك عن طريق توصيل مستوى الأرض التناظرية بالاتصال الأرضي للنظام بشكل منفصل ، أو وضع الدائرة التناظرية في الطرف البعيد من لوحة الدائرة ، وهي نهاية الخط. يتم ذلك للحفاظ على التداخل الخارجي على مسار الإشارة إلى الحد الأدنى.
ليست هناك حاجة للقيام بذلك للدوائر الرقمية ، والتي يمكن أن تتسامح مع الكثير من الضوضاء على المستوى الأرضي دون مشاكل.
الشكل 4 (يسار) يعزل إجراء التبديل الرقمي عن الدائرة التناظرية ويفصل الأجزاء الرقمية والانتشانة للدائرة. (يمين) يجب فصل التردد العالي والتردد المنخفض قدر الإمكان ، ويجب أن تكون مكونات التردد العالية قريبة من موصلات لوحة الدوائر.
الشكل 5 تخطيط اثنين من آثار قريبة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، من السهل تشكيل السعة الطفيلية. نظرًا لوجود هذا النوع من السعة ، يمكن أن يؤدي تغيير الجهد السريع في أثر واحد إلى توليد إشارة حالية على التتبع الآخر.
الشكل 6 إذا لم تنتبه إلى وضع الآثار ، فقد تنتج الآثار الموجودة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحث والتحث المتبادل. هذا الحث الطفيلي ضار للغاية لتشغيل الدوائر بما في ذلك دوائر التبديل الرقمية.
موقع المكون
كما ذكر أعلاه ، في كل تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يجب فصل جزء الضوضاء من الدائرة والجزء "الهادئ" (الجزء غير الضوضاء). بشكل عام ، تكون الدوائر الرقمية "غنية" بالضوضاء وغير حساسة للضوضاء (لأن الدوائر الرقمية لها تحمل ضوضاء الجهد الأكبر) ؛ على العكس من ذلك ، فإن تحمل ضوضاء الجهد للدوائر التناظرية أصغر بكثير.
من بين الاثنين ، الدوائر التناظرية هي الأكثر حساسية لتبديل الضوضاء. في أسلاك نظام الإشارات المختلطة ، يجب فصل هاتين الدائمين ، كما هو مبين في الشكل 4.
components parasitic التي تم إنشاؤها بواسطة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
يمكن تشكيل عنصرين طفيليين أساسيين قد يتسببان في مشاكل في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور: السعة الطفيلية والحث الطفيلي.
عند تصميم لوحة دوائر ، فإن وضع تتبعان بالقرب من بعضهما البعض سيولد السعة الطفيلية. يمكنك القيام بذلك: على طبقتين مختلفتين ، ضع تتبعًا واحدًا فوق التتبع الآخر ؛ أو على نفس الطبقة ، ضع تتبعًا واحدًا بجوار التتبع الآخر ، كما هو مبين في الشكل 5.
في هذين التكوين التتبع ، قد تتسبب التغييرات في الجهد مع مرور الوقت (DV/DT) على تتبع واحد إلى التيار في التتبع الآخر. إذا كان التتبع الآخر هو مقاومة عالية ، فسيتم تحويل التيار الناتج عن الحقل الكهربائي إلى الجهد.
غالبًا ما تحدث عابرة الجهد السريع على الجانب الرقمي من تصميم الإشارة التناظرية. إذا كانت الآثار ذات عابرة الجهد السريع على مقربة من آثار التناظرية عالية التأثير ، فإن هذا الخطأ سيؤثر بشكل خطير على دقة الدائرة التناظرية. في هذه البيئة ، فإن الدوائر التناظرية لها عيوبان: تحمل الضوضاء أقل بكثير من الدوائر الرقمية ؛ وآثار المعاوقة العالية أكثر شيوعا.
يمكن أن يؤدي استخدام واحدة من التقنيتين التاليتين إلى تقليل هذه الظاهرة. التقنية الأكثر استخدامًا هي تغيير الحجم بين الآثار وفقًا لمعادلة السعة. الحجم الأكثر فعالية للتغيير هو المسافة بين المتبعين. تجدر الإشارة إلى أن المتغير D موجود في مقام معادلة السعة. مع زيادة D ، ستنخفض التفاعل بالسعة. متغير آخر يمكن تغييره هو طول المتبعين. في هذه الحالة ، يتناقص الطول L ، وستنخفض التفاعل السعوي بين المتبعين.
تقنية أخرى هي وضع سلك أرضي بين هذين المتبعين. السلك الأرضي هو مقاومة منخفضة ، وإضافة أثر آخر مثل هذا سيضعف الحقل الكهربائي التداخل ، كما هو مبين في الشكل 5.
مبدأ الحث الطفيلي في لوحة الدوائر يشبه مثيل السعة الطفيلية. كما أنه وضع تتبعان. على طبقتين مختلفتين ، ضع أثرًا واحدًا فوق التتبع الآخر ؛ أو على نفس الطبقة ، ضع تتبعًا بجوار الآخر ، كما هو موضح في الشكل 6.
في هذين تكوين الأسلاك ، فإن التغيير الحالي (DI/DT) للتتبع مع مرور الوقت ، بسبب محاثة هذا التتبع ، سيولد الجهد على نفس التتبع ؛ وبسبب وجود الحث المتبادل ، سيتم إنشاء تيار نسبي على التتبع الآخر. إذا كان التغير الجهد في التتبع الأول كبيرًا بدرجة كافية ، فقد يقلل التداخل من تحمل الجهد للدائرة الرقمية ويسبب أخطاء. لا تحدث هذه الظاهرة في الدوائر الرقمية فحسب ، ولكن هذه الظاهرة أكثر شيوعًا في الدوائر الرقمية بسبب التيارات الكبيرة الفورية في الدوائر الرقمية.
للتخلص من الضوضاء المحتملة من مصادر التداخل الكهرومغناطيسي ، من الأفضل فصل الخطوط التناظرية "الهادئة" عن منافذ الإدخال/الإخراج الصاخبة. لمحاولة تحقيق قوة طاقة منخفضة التبعية والشبكة الأرضية ، يجب تقليل محاثة أسلاك الدوائر الرقمية ، ويجب تقليل الاقتران السعة للدوائر التناظرية.
03
خاتمة
بعد تحديد النطاقات الرقمية والتناظرية ، يعد التوجيه الدقيق ضروريًا لثنائي الفينيل متعدد الكلور الناجح. عادة ما يتم تقديم استراتيجية الأسلاك للجميع كقاعدة عامة ، لأنه من الصعب اختبار النجاح النهائي للمنتج في بيئة المختبر. لذلك ، على الرغم من أوجه التشابه في استراتيجيات الأسلاك للدوائر الرقمية والتناظرية ، يجب الاعتراف بالاختلافات في استراتيجيات الأسلاك الخاصة بهم واتخاذها على محمل الجد.