Колькасць лічбавых дызайнераў і экспертаў па дызайне лічбавых друкаваных плат у галіне машынабудавання пастаянна расце, што адлюстроўвае тэндэнцыю развіцця галіны.Хоць акцэнт на лічбавым дызайне прывёў да сур'ёзных распрацовак у электронных прадуктах, ён усё яшчэ існуе, і заўсёды будуць некаторыя схемы, якія ўзаемадзейнічаюць з аналагавым або рэальным асяроддзем.Стратэгіі праводкі ў аналагавай і лічбавай галінах маюць некаторае падабенства, але калі вы хочаце атрымаць лепшыя вынікі, з-за іх розных стратэгій праводкі, простая схема праводкі больш не з'яўляецца аптымальным рашэннем.
У гэтым артыкуле абмяркоўваюцца асноўныя падабенствы і адрозненні паміж аналагавай і лічбавай праводкай з пункту гледжання абыходных кандэнсатараў, крыніц харчавання, канструкцыі зазямлення, памылак напружання і электрамагнітных перашкод (EMI), выкліканых праводкай друкаванай платы.
Колькасць лічбавых дызайнераў і экспертаў па дызайне лічбавых друкаваных плат у галіне машынабудавання пастаянна расце, што адлюстроўвае тэндэнцыю развіцця галіны.Хоць акцэнт на лічбавым дызайне прывёў да сур'ёзных распрацовак у электронных прадуктах, ён усё яшчэ існуе, і заўсёды будуць некаторыя схемы, якія ўзаемадзейнічаюць з аналагавым або рэальным асяроддзем.Стратэгіі праводкі ў аналагавай і лічбавай галінах маюць некаторае падабенства, але калі вы хочаце атрымаць лепшыя вынікі, з-за іх розных стратэгій праводкі, простая схема праводкі больш не з'яўляецца аптымальным рашэннем.
У гэтым артыкуле абмяркоўваюцца асноўныя падабенствы і адрозненні паміж аналагавай і лічбавай праводкай з пункту гледжання абыходных кандэнсатараў, крыніц харчавання, канструкцыі зазямлення, памылак напружання і электрамагнітных перашкод (EMI), выкліканых праводкай друкаванай платы.
Даданне абыходных або развязваючых кандэнсатараў на друкаванай плаце і размяшчэнне гэтых кандэнсатараў на плаце з'яўляюцца здаровым сэнсам для лічбавых і аналагавых канструкцый.Але што цікава, прычыны розныя.
У канструкцыі аналагавай праводкі абыходныя кандэнсатары звычайна выкарыстоўваюцца для абыходу высокачашчынных сігналаў на крыніцы харчавання.Калі абыходныя кандэнсатары не дададзены, гэтыя высокачашчынныя сігналы могуць паступаць у адчувальныя аналагавыя мікрасхемы праз кантакты крыніцы харчавання.Наогул кажучы, частата гэтых высокачашчынных сігналаў перавышае здольнасць аналагавых прылад падаўляць высокачашчынныя сігналы.Калі байпасны кандэнсатар не выкарыстоўваецца ў аналагавай ланцугу, на шляху сігналу могуць узнікаць шумы, а ў больш сур'ёзных выпадках гэта можа нават выклікаць вібрацыю.
У аналагавай і лічбавай канструкцыі друкаванай платы кандэнсатары шунтавання або развязкі (0,1 мкФ) варта размяшчаць як мага бліжэй да прылады.Раздзяляльны кандэнсатар крыніцы харчавання (10 мкФ) павінен быць размешчаны на ўваходзе лініі электраперадачы друкаванай платы.Ва ўсіх выпадках высновы гэтых кандэнсатараў павінны быць кароткімі.
На друкаванай плаце на малюнку 2 выкарыстоўваюцца розныя маршруты для пракладкі правадоў харчавання і зазямлення.З-за гэтага няправільнага супрацоўніцтва электронныя кампаненты і схемы на друкаванай плаце часцей падвяргаюцца электрамагнітным перашкодам.
У адной панэлі на малюнку 3 драты харчавання і зазямлення да кампанентаў на друкаванай плаце размешчаны блізка адзін да аднаго.Суадносіны лініі харчавання і зазямлення ў гэтай друкаванай плаце адпаведныя, як паказана на малюнку 2. Верагоднасць таго, што электронныя кампаненты і схемы ў друкаванай плаце будуць падвяргацца электрамагнітным перашкодам (EMI), зніжаецца ў 679/12,8 разоў або каля 54 разоў.
Для лічбавых прылад, такіх як кантролеры і працэсары, таксама патрабуюцца развязвальныя кандэнсатары, але па іншых прычынах.Адна з функцый гэтых кандэнсатараў - выступаць у якасці "мініяцюрнага" банка зарада.
У лічбавых схемах для пераключэння стану затвора звычайна патрабуецца вялікая колькасць току.Паколькі пераходныя токі пераключэння генеруюцца на мікрасхеме падчас пераключэння і праходзяць праз друкаваную плату, выгадна мець дадатковыя «запасныя» зарады.Калі падчас пераключэння недастаткова зарада, напружанне крыніцы харчавання моцна зменіцца.Занадта вялікая змена напружання прывядзе да таго, што ўзровень лічбавага сігналу пяройдзе ў нявызначаны стан і можа прывесці да няправільнай працы канечнага аўтамата ў лічбавай прыладзе.
Ток пераключэння, які праходзіць па ланцугу друкаванай платы, прывядзе да змены напружання, а ланцуг друкаванай платы мае паразітную індуктыўнасць.Для разліку змены напружання можна выкарыстоўваць наступную формулу: V = LdI/dt.Сярод іх: V = змяненне напружання, L = індуктыўнасць трасы друкаванай платы, dI = змяненне току праз трасу, dt = час змены току.
Такім чынам, па многіх прычынах лепш ужываць абыходныя (або развязвальныя) кандэнсатары на блоку харчавання або на высновах блока харчавання актыўных прылад.
Сеткавы шнур і провад зазямлення павінны быць пракладзены разам
Размяшчэнне шнура сілкавання і провада зазямлення дакладна супастаўлена, каб паменшыць магчымасць электрамагнітных перашкод.Калі лінія электраперадачы і лінія зазямлення не падабраныя належным чынам, будзе спраектаваны сістэмны контур і, верагодна, будзе стварацца шум.
Прыклад канструкцыі друкаванай платы, у якой лінія харчавання і лінія зазямлення не супадаюць належным чынам, паказаны на малюнку 2. На гэтай друкаванай плаце разлічаная плошча шлейфа складае 697 см².З дапамогай метаду, паказанага на малюнку 3, можна значна знізіць верагоднасць выпраменьвання шуму на друкаванай плаце або па-за ёй, які выклікае напружанне ў контуры.
Розніца паміж аналагавай і лічбавай стратэгіямі праводкі
▍Плоскасць зямлі з'яўляецца праблемай
Базавыя веды аб праводцы друкаванай платы дастасавальныя як да аналагавых, так і да лічбавых схем.Асноўнае эмпірычнае правіла - выкарыстоўваць бесперапынную плоскасць зямлі.Гэты здаровы сэнс памяншае эфект dI/dt (змена току з часам) у лічбавых схемах, які змяняе патэнцыял зазямлення і выклікае шум у аналагавых схемах.
Метады праводкі для лічбавых і аналагавых схем у асноўным аднолькавыя, за адным выключэннем.Што тычыцца аналагавых схем, трэба адзначыць яшчэ адзін момант, гэта значыць, трымайце лініі і шлейфы лічбавага сігналу ў плоскасці зазямлення як мага далей ад аналагавых схем.Гэта можа быць дасягнута асобным падключэннем аналагавай плоскасці зазямлення да злучэння зазямлення сістэмы або размяшчэннем аналагавай схемы на далёкім канцы друкаванай платы, які з'яўляецца канцом лініі.Гэта робіцца для таго, каб знешнія перашкоды на шляху сігналу былі мінімальнымі.
Няма неабходнасці рабіць гэта для лічбавых схем, якія могуць без праблем пераносіць шмат шумоў на зямлі.
Малюнак 4 (злева) ізалюе дзеянне лічбавага пераключэння ад аналагавай схемы і падзяляе лічбавую і аналагавую часткі схемы.(Справа) Высокачашчынны і нізкачашчынны сігналы павінны быць як мага больш падзеленыя, а высокачашчынныя кампаненты павінны знаходзіцца бліжэй да раздымаў друкаванай платы.
Малюнак 5 Макет двух блізкіх слядоў на друкаванай плаце, лёгка сфармаваць паразітную ёмістасць.З-за існавання такога тыпу ёмістасці хуткая змена напружання на адной трасе можа выклікаць сігнал току на другой трасе.
Малюнак 6. Калі вы не звяртаеце ўвагі на размяшчэнне слядоў, сляды на друкаванай плаце могуць выклікаць індуктыўнасць лініі і ўзаемную індуктыўнасць.Гэтая паразітная індуктыўнасць вельмі шкодная для працы схем, у тым ліку лічбавых схем пераключэння.
▍Размяшчэнне кампанентаў
Як згадвалася вышэй, у кожнай канструкцыі друкаванай платы шумавая частка ланцуга і «ціхая» частка (бесшумная частка) павінны быць падзеленыя.Наогул кажучы, лічбавыя схемы «багатыя» шумам і неадчувальныя да шуму (паколькі лічбавыя схемы маюць большы дапушчальны перашкод напружання);наадварот, перашкодатрываласць аналагавых схем значна меншая.
З гэтых двух аналагавыя схемы найбольш адчувальныя да шуму пераключэння.У праводцы сістэмы са змешаным сігналам гэтыя дзве ланцугі павінны быць падзеленыя, як паказана на малюнку 4.
▍Паразітныя кампаненты, створаныя дызайнам друкаванай платы
Два асноўныя паразітныя элементы, якія могуць выклікаць праблемы, лёгка ствараюцца ў канструкцыі друкаванай платы: паразітная ёмістасць і паразітная індуктыўнасць.
Пры распрацоўцы друкаванай платы размяшчэнне дзвюх дарожак блізка адна да адной прывядзе да стварэння паразітнай ёмістасці.Вы можаце зрабіць гэта: на двух розных пластах пакладзеце адзін след на другі;або на тым самым пласце размесціце адну лінію побач з другой, як паказана на малюнку 5.
У гэтых дзвюх канфігурацыях трас змены напружання з цягам часу (dV/dt) на адной трасе могуць выклікаць ток на другой трасе.Калі іншы след мае высокі імпеданс, ток, які ствараецца электрычным полем, будзе пераўтвораны ў напружанне.
Хуткія пераходы напружання часцей за ўсё адбываюцца на лічбавым баку распрацоўкі аналагавага сігналу.Калі трасы з хуткімі пераходамі напружання блізкія да высокаімпедансных аналагавых трас, гэтая памылка сур'ёзна паўплывае на дакладнасць аналагавай схемы.У такім асяроддзі аналагавыя схемы маюць два недахопы: іх перашкодатрываласць значна ніжэйшая, чым у лічбавых схем;і сляды з высокім імпедансам сустракаюцца часцей.
Выкарыстанне аднаго з наступных двух метадаў можа паменшыць гэтую з'яву.Найбольш часта выкарыстоўваная методыка - гэта змяненне памеру паміж трасамі ў адпаведнасці з ураўненнем ёмістасці.Найбольш эфектыўны памер для змены - гэта адлегласць паміж двума слядамі.Варта адзначыць, што зменная d знаходзіцца ў назоўніку ўраўнення ёмістасці.Калі d павялічваецца, ёмістнае супраціўленне будзе памяншацца.Яшчэ адна зменная, якую можна змяніць, - гэта даўжыня дзвюх трас.У гэтым выпадку даўжыня L памяншаецца, і ёмістнае супраціўленне паміж дзвюма дарожкамі таксама памяншаецца.
Іншы метад заключаецца ў пракладцы провада зазямлення паміж гэтымі двума слядамі.Правад зазямлення мае нізкі імпеданс, і даданне яшчэ адной падобнай трасы аслабіць электрычнае поле перашкод, як паказана на малюнку 5.
Прынцып паразітнай індуктыўнасці ў друкаванай плаце аналагічны прынцыпу паразітнай ёмістасці.Таксама варта выкласці дзве следкі.На двух розных пластах пакладзеце адзін след на другі;або на тым самым слоі размесціце адну лінію побач з другой, як паказана на малюнку 6.
У гэтых дзвюх канфігурацыях праводкі змяненне току (dI/dt) трасы з часам з-за індуктыўнасці гэтай трасы будзе ствараць напружанне на той самай трасе;і з-за існавання ўзаемнай індуктыўнасці, гэта будзе Прапарцыянальны ток генеруецца на іншым следзе.Калі змяненне напружання на першай трасе досыць вялікае, перашкоды могуць знізіць допуск напружання лічбавай схемы і выклікаць памылкі.Гэта з'ява сустракаецца не толькі ў лічбавых схемах, але гэта з'ява часцей сустракаецца ў лічбавых схемах з-за вялікіх імгненных токаў пераключэння ў лічбавых схемах.
Каб ліквідаваць патэнцыйныя шумы ад крыніц электрамагнітных перашкод, лепш аддзяліць «ціхія» аналагавыя лініі ад шумных партоў уводу/вываду.Каб паспрабаваць стварыць сетку харчавання і зазямлення з нізкім супрацівам, індуктыўнасць правадоў лічбавай схемы павінна быць зведзена да мінімуму, а ёмістная сувязь аналагавых ланцугоў павінна быць зведзена да мінімуму.
03
Заключэнне
Пасля таго, як лічбавы і аналагавы дыяпазоны вызначаны, дбайная маршрутызацыя важная для паспяховай друкаванай платы.Стратэгія падключэння звычайна знаёміцца з усімі як правіла, таму што цяжка праверыць канчатковы поспех прадукту ў лабараторных умовах.Такім чынам, нягледзячы на падабенства ў стратэгіях падключэння лічбавых і аналагавых схем, адрозненні ў іх стратэгіях падключэння неабходна прызнаць і паставіцца сур'ёзна.