Mühəndislik sahəsində rəqəmsal dizaynerlərin və rəqəmsal elektron lövhələrin dizaynı üzrə mütəxəssislərin sayı durmadan artır ki, bu da sənayenin inkişaf tendensiyasını əks etdirir. Rəqəmsal dizayna vurğu elektron məhsullarda böyük inkişaflara səbəb olsa da, o, hələ də mövcuddur və həmişə analoq və ya real mühitlərlə əlaqə quran bəzi dövrə dizaynları olacaqdır. Analoq və rəqəmsal sahələrdə naqilləşdirmə strategiyaları bəzi oxşarlıqlara malikdir, lakin daha yaxşı nəticələr əldə etmək istədiyiniz zaman, onların müxtəlif naqil strategiyalarına görə sadə dövrə naqillərinin dizaynı artıq optimal həll yolu deyil.

Bu məqalədə analoq və rəqəmsal naqillər arasında bypass kondansatörləri, enerji təchizatı, torpaq dizaynı, gərginlik səhvləri və PCB naqillərinin yaratdığı elektromaqnit müdaxiləsi (EMI) baxımından əsas oxşarlıqlar və fərqlər müzakirə olunur.

Mühəndislik sahəsində rəqəmsal dizaynerlərin və rəqəmsal elektron lövhələrin dizaynı üzrə mütəxəssislərin sayı durmadan artır ki, bu da sənayenin inkişaf tendensiyasını əks etdirir. Rəqəmsal dizayna vurğu elektron məhsullarda böyük inkişaflara səbəb olsa da, o, hələ də mövcuddur və həmişə analoq və ya real mühitlərlə əlaqə quran bəzi dövrə dizaynları olacaqdır. Analoq və rəqəmsal sahələrdə naqilləşdirmə strategiyaları bəzi oxşarlıqlara malikdir, lakin daha yaxşı nəticələr əldə etmək istədiyiniz zaman, onların müxtəlif naqil strategiyalarına görə sadə dövrə naqillərinin dizaynı artıq optimal həll yolu deyil.

Bu məqalədə analoq və rəqəmsal naqillər arasında bypass kondansatörləri, enerji təchizatı, torpaq dizaynı, gərginlik səhvləri və PCB naqillərinin yaratdığı elektromaqnit müdaxiləsi (EMI) baxımından əsas oxşarlıqlar və fərqlər müzakirə olunur.

Dövrə lövhəsinə bypass və ya ayırıcı kondansatörlərin əlavə edilməsi və bu kondansatörlərin lövhədə yerləşməsi rəqəmsal və analoq dizaynlar üçün ümumi mənadır. Amma maraqlısı odur ki, səbəblər fərqlidir.

Analoq naqil dizaynında bypass kondansatörləri adətən enerji təchizatında yüksək tezlikli siqnalları keçmək üçün istifadə olunur. Əgər bypass kondansatörləri əlavə edilməzsə, bu yüksək tezlikli siqnallar enerji təchizatı sancaqları vasitəsilə həssas analoq çiplərə daxil ola bilər. Ümumiyyətlə, bu yüksək tezlikli siqnalların tezliyi analoq cihazların yüksək tezlikli siqnalları boğmaq qabiliyyətini üstələyir. Əgər bypass kondansatörü analoq dövrədə istifadə edilməzsə, siqnal yolunda səs-küy yarana bilər və daha ciddi hallarda hətta vibrasiyaya səbəb ola bilər.

Analoq və rəqəmsal PCB dizaynında bypass və ya ayırıcı kondansatörlər (0,1 uF) cihaza mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Elektrik təchizatı ayırıcı kondansatör (10uF) dövrə lövhəsinin elektrik xəttinin girişində yerləşdirilməlidir. Bütün hallarda bu kondansatörlərin sancaqları qısa olmalıdır.

Şəkil 2-dəki dövrə lövhəsində güc və torpaq naqillərini istiqamətləndirmək üçün müxtəlif marşrutlar istifadə olunur. Bu düzgün olmayan əməkdaşlığa görə, elektron lövhədəki elektron komponentlər və sxemlər elektromaqnit müdaxiləsinə daha çox məruz qalır.

Şəkil 3-ün tək panelində dövrə lövhəsindəki komponentlərə güc və torpaq naqilləri bir-birinə yaxındır. Bu dövrə lövhəsindəki elektrik xətti ilə torpaq xəttinin uyğunluq nisbəti Şəkil 2-də göstərildiyi kimi uyğundur. Elektron lövhədəki elektron komponentlərin və sxemlərin elektromaqnit müdaxiləsinə (EMİ) məruz qalma ehtimalı 679/12,8 dəfə və ya təxminən 54 dəfə.
　　
Nəzarətçilər və prosessorlar kimi rəqəmsal qurğular üçün, ayırıcı kondansatörlər də tələb olunur, lakin müxtəlif səbəblərə görə. Bu kondansatörlərin funksiyalarından biri “miniatür” yük bankı kimi çıxış etməkdir.

Rəqəmsal sxemlərdə, adətən, qapı vəziyyətinin dəyişdirilməsini yerinə yetirmək üçün böyük miqdarda cərəyan tələb olunur. Kommutasiya zamanı çipdə keçid cərəyanları yarandığından və dövrə lövhəsi vasitəsilə axdığından əlavə “ehtiyat” yüklərin olması faydalıdır. Kommutasiya hərəkətini yerinə yetirərkən kifayət qədər yük yoxdursa, enerji təchizatı gərginliyi çox dəyişəcək. Çox gərginlik dəyişməsi rəqəmsal siqnal səviyyəsinin qeyri-müəyyən vəziyyətə düşməsinə səbəb olacaq və rəqəmsal cihazdakı dövlət maşınının səhv işləməsinə səbəb ola bilər.

Dövrə lövhəsindən keçən keçid cərəyanı gərginliyin dəyişməsinə səbəb olacaq və dövrə lövhəsi izi parazit endüktansa malikdir. Gərginliyin dəyişməsini hesablamaq üçün aşağıdakı düsturdan istifadə etmək olar: V = LdI/dt. Onların arasında: V = gərginliyin dəyişməsi, L = dövrə lövhəsinin iz endüktansı, dI = izdən keçən cərəyan dəyişməsi, dt = cərəyan dəyişmə vaxtı.
　　
Buna görə də, bir çox səbəblərə görə, enerji təchizatı və ya aktiv cihazların enerji təchizatı pinlərində bypass (və ya ayırma) kondansatörlərini tətbiq etmək daha yaxşıdır.

Elektrik kabeli və torpaq naqili birlikdə çəkilməlidir

Elektromaqnit müdaxiləsi ehtimalını azaltmaq üçün elektrik kabelinin və torpaq naqilinin mövqeyi yaxşı uyğunlaşdırılıb. Elektrik xətti və yer xətti düzgün uyğun gəlmirsə, sistem dövrəsi hazırlanacaq və çox güman ki, səs-küy yaranacaq.

Elektrik xətti ilə torpaq xəttinin düzgün uyğunlaşdırılmadığı bir PCB dizayn nümunəsi Şəkil 2-də göstərilmişdir. Bu dövrə lövhəsində dizayn edilmiş döngə sahəsi 697 sm²-dir. Şəkil 3-də göstərilən metoddan istifadə edərək, dövrədə gərginliyi induksiya edən dövrə lövhəsində və ya kənarda şüalanmış səs-küyün ehtimalı çox azaldıla bilər.

Analoq və rəqəmsal naqil strategiyaları arasındakı fərq

▍Yer müstəvisi problemdir

Elektron lövhənin naqilləri ilə bağlı əsas biliklər həm analoq, həm də rəqəmsal sxemlərə şamil edilir. Əsas qayda, fasiləsiz yer təyyarəsindən istifadə etməkdir. Bu sağlam düşüncə rəqəmsal sxemlərdə yerin potensialını dəyişdirən və analoq sxemlərə səs-küyün daxil olmasına səbəb olan dI/dt (zamanla cərəyanın dəyişməsi) təsirini azaldır.

Rəqəmsal və analoq sxemlər üçün naqillərin çəkilməsi üsulları bir istisna olmaqla, əsasən eynidir. Analoq sxemlər üçün qeyd edilməli başqa bir məqam var, yəni yer müstəvisində rəqəmsal siqnal xətlərini və döngələrini analoq sxemlərdən mümkün qədər uzaq tutun. Buna analoq yer müstəvisini sistemin torpaq bağlantısına ayrıca birləşdirmək və ya analoq dövrəni xəttin sonu olan dövrə lövhəsinin uzaq ucuna yerləşdirməklə nail olmaq olar. Bu, siqnal yolunda xarici müdaxiləni minimuma endirmək üçün edilir.

Problemsiz yer müstəvisində çox səs-küyə dözə bilən rəqəmsal sxemlər üçün bunu etməyə ehtiyac yoxdur.

Şəkil 4 (solda) rəqəmsal keçid hərəkətini analoq dövrədən təcrid edir və dövrənin rəqəmsal və analoq hissələrini ayırır. (Sağda) Yüksək tezlikli və aşağı tezlikli mümkün qədər ayrılmalı və yüksək tezlikli komponentlər dövrə lövhəsinin konnektorlarına yaxın olmalıdır.

Şəkil 5 PCB-də iki yaxın izi yerləşdirin, parazitar tutum yaratmaq asandır. Bu cür tutumun mövcudluğuna görə, bir izdə sürətli gərginlik dəyişməsi digər izdə cərəyan siqnalı yarada bilər.

Şəkil 6 İzlərin yerləşdirilməsinə diqqət yetirməsəniz, PCB-dəki izlər xətt endüktansı və qarşılıqlı endüktans yarada bilər. Bu parazitar endüktans rəqəmsal kommutasiya sxemləri də daxil olmaqla dövrələrin işləməsi üçün çox zərərlidir.

▍Komponent yeri

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, hər bir PCB dizaynında dövrənin səs-küy hissəsi və "sakit" hissəsi (səs-küy olmayan hissə) ayrılmalıdır. Ümumiyyətlə, rəqəmsal sxemlər səs-küylə “zəngindir” və səs-küyə qarşı həssasdırlar (çünki rəqəmsal sxemlər daha böyük gərginlikli səs-küyə dözümlüdür); əksinə, analoq sxemlərin gərginlik səs-küyünə dözümlülüyü çox kiçikdir.

İkisindən analoq sxemlər keçid səs-küyünə ən həssasdır. Qarışıq siqnal sisteminin naqillərində bu iki dövrə Şəkil 4-də göstərildiyi kimi ayrılmalıdır.
　　
▍PCB dizaynı ilə yaradılan parazitar komponentlər

Problemlərə səbəb ola biləcək iki əsas parazit element PCB dizaynında asanlıqla formalaşır: parazitar tutum və parazitar endüktans.

Bir dövrə lövhəsini tərtib edərkən, iki izi bir-birinə yaxın yerləşdirmək parazitar tutum yaradacaqdır. Bunu edə bilərsiniz: İki fərqli təbəqədə bir izi digər izin üzərinə qoyun; və ya eyni təbəqədə Şəkil 5-də göstərildiyi kimi bir izi digər izin yanına qoyun.
　　
Bu iki iz konfiqurasiyasında bir izdə zamanla gərginliyin dəyişməsi (dV/dt) digər izdə cərəyana səbəb ola bilər. Digər iz yüksək empedansdırsa, elektrik sahəsinin yaratdığı cərəyan gərginliyə çevriləcəkdir.
　　
Sürətli gərginlik keçidləri ən çox analoq siqnal dizaynının rəqəmsal tərəfində baş verir. Sürətli gərginlik keçidləri olan izlər yüksək empedanslı analoq izlərə yaxın olarsa, bu xəta analoq sxemin düzgünlüyünə ciddi təsir göstərəcəkdir. Bu mühitdə analoq sxemlərin iki çatışmazlığı var: onların səs-küyə dözümlülüyü rəqəmsal sxemlərdən xeyli aşağıdır; və yüksək empedans izlərinə daha çox rast gəlinir.
　　
Aşağıdakı iki üsuldan birinin istifadəsi bu fenomeni azalda bilər. Ən çox istifadə edilən texnika, tutum tənliyinə uyğun olaraq izlər arasındakı ölçüsü dəyişdirməkdir. Dəyişdiriləcək ən təsirli ölçü iki iz arasındakı məsafədir. Qeyd etmək lazımdır ki, d dəyişəni kapasitans tənliyinin məxrəcindədir. d artdıqca kapasitiv reaksiya azalacaq. Dəyişdirilə bilən digər dəyişən iki izin uzunluğudur. Bu halda, L uzunluğu azalır və iki iz arasındakı kapasitiv reaksiya da azalacaq.
　　
Başqa bir texnika, bu iki iz arasında torpaq teli çəkməkdir. Torpaq teli aşağı empedanslıdır və buna bənzər başqa bir iz əlavə etmək Şəkil 5-də göstərildiyi kimi müdaxilə elektrik sahəsini zəiflədəcək.
　　
Devre lövhəsində parazit endüktans prinsipi parazit tutumuna bənzəyir. Həm də iki iz qoymaqdır. İki fərqli təbəqədə bir izi digər izin üstünə qoyun; və ya eyni təbəqədə Şəkil 6-da göstərildiyi kimi bir izi digərinin yanına qoyun.

Bu iki naqil konfiqurasiyasında, bu izin induktivliyinə görə zamanla bir izin cari dəyişməsi (dI/dt) eyni izdə gərginlik yaradacaq; və qarşılıqlı endüktansın mövcudluğuna görə, digər izdə proporsional cərəyan yaranır. Birinci izdəki gərginlik dəyişikliyi kifayət qədər böyükdürsə, müdaxilə rəqəmsal dövrənin gərginlik tolerantlığını azalda bilər və səhvlərə səbəb ola bilər. Bu hadisə təkcə rəqəmsal sxemlərdə baş vermir, lakin rəqəmsal sxemlərdə böyük ani keçid cərəyanları olduğundan bu fenomen rəqəmsal sxemlərdə daha çox rast gəlinir.
　　
Elektromaqnit müdaxilə mənbələrindən potensial səs-küyü aradan qaldırmaq üçün ən yaxşısı səs-küylü giriş/çıxış portlarından “sakit” analoq xətləri ayırmaqdır. Aşağı empedanslı güc və torpaq şəbəkəsinə nail olmağa çalışmaq üçün rəqəmsal dövrə naqillərinin endüktansı minimuma endirilməli və analoq sxemlərin tutumlu birləşməsi minimuma endirilməlidir.
　　
03

Nəticə

Rəqəmsal və analoq diapazonlar müəyyən edildikdən sonra, uğurlu PCB üçün diqqətli marşrutlaşdırma vacibdir. Naqilləşdirmə strategiyası adətən hər kəsə bir qayda olaraq təqdim olunur, çünki laboratoriya mühitində məhsulun son uğurunu yoxlamaq çətindir. Buna görə də, rəqəmsal və analoq sxemlərin naqil strategiyalarında oxşarlıqlara baxmayaraq, onların naqil strategiyalarındakı fərqlər tanınmalı və ciddi qəbul edilməlidir.