Sa disenyo sa PCB, nganong dako kaayo ang kalainan tali sa analog circuit ug digital circuit?

Ang gidaghanon sa mga digital nga tigdesinyo ug mga eksperto sa disenyo sa digital circuit board sa natad sa inhenyero kanunay nga nagkadaghan, nga nagpakita sa uso sa pag-uswag sa industriya. Bisan kung ang paghatag gibug-aton sa digital nga disenyo nagdala sa dagkong mga kalamboan sa elektronik nga mga produkto, kini anaa gihapon, ug adunay kanunay nga pipila ka mga disenyo sa sirkito nga nag-interface sa analog o tinuod nga mga palibot. Ang mga estratehiya sa pag-wire sa analog ug digital nga mga natad adunay pipila ka mga kaamgiran, apan kung gusto nimo nga makakuha og mas maayo nga mga resulta, tungod sa ilang lain-laing mga estratehiya sa mga kable, ang yano nga disenyo sa mga kable sa sirkito dili na ang kamalaumon nga solusyon.

Gihisgotan sa kini nga artikulo ang mga sukaranan nga pagkaparehas ug kalainan tali sa analog ug digital nga mga kable sa termino sa mga bypass capacitor, suplay sa kuryente, disenyo sa yuta, mga sayup sa boltahe, ug electromagnetic interference (EMI) tungod sa mga kable sa PCB.

Ang pagdugang sa bypass o decoupling nga mga capacitor sa circuit board ug ang lokasyon niini nga mga capacitor sa board mao ang sentido komon alang sa digital ug analog nga mga disenyo. Apan makapainteres, lahi ang mga hinungdan.

Sa disenyo sa mga kable sa analog, ang mga bypass capacitor kasagarang gigamit sa pag-bypass sa mga signal sa high-frequency sa suplay sa kuryente. Kung dili idugang ang mga bypass capacitor, kini nga mga high-frequency nga signal mahimong mosulod sa sensitibo nga mga analog chips pinaagi sa mga pin sa suplay sa kuryente. Sa kinatibuk-an nga pagsulti, ang kasubsob niining mga high-frequency nga mga signal milabaw sa abilidad sa mga analog device sa pagsumpo sa mga high-frequency nga signal. Kung ang bypass capacitor wala gigamit sa analog circuit, ang kasaba mahimo nga ipaila sa agianan sa signal, ug sa mas grabe nga mga kaso, mahimo pa gani kini nga hinungdan sa vibration.

Sa analog ug digital nga disenyo sa PCB, ang bypass o decoupling capacitors (0.1uF) kinahanglang ibutang nga duol sa device kutob sa mahimo. Ang power supply decoupling capacitor (10uF) kinahanglang ibutang sa entrada sa linya sa kuryente sa circuit board. Sa tanan nga mga kaso, ang mga lagdok niini nga mga capacitor kinahanglan nga mubo.

Sa circuit board sa Figure 2, lain-laing mga rota ang gigamit sa rota sa kuryente ug ground wires. Tungod sa kini nga dili husto nga kooperasyon, ang mga elektronik nga sangkap ug mga sirkito sa circuit board mas lagmit nga mapailalom sa electromagnetic interference.

Sa single panel sa Figure 3, ang power ug ground wires sa mga component sa circuit board duol sa usag usa. Ang katugbang nga ratio sa linya sa kuryente ug sa ground line niini nga circuit board angayan sama sa gipakita sa Figure 2. Ang kalagmitan sa mga electronic nga sangkap ug mga sirkito sa circuit board nga gipailalom sa electromagnetic interference (EMI) gipakunhod sa 679/12.8 ka beses o mga 54 ka beses.
　　
Alang sa mga digital nga aparato sama sa mga controller ug mga processor, gikinahanglan usab ang mga decoupling capacitor, apan sa lainlaing mga hinungdan. Ang usa ka gimbuhaton niini nga mga capacitor mao ang paglihok ingon usa ka "miniature" nga bangko nga bayad.

Sa digital nga mga sirkito, ang usa ka dako nga kantidad sa kasamtangan nga kasagaran gikinahanglan sa pagbuhat sa ganghaan estado switching. Tungod kay ang pagbalhin sa mga lumalabay nga mga sulog namugna sa chip sa panahon sa pagbalhin ug pag-agos sa circuit board, mas maayo nga adunay dugang nga "mga ekstra" nga bayad. Kung wala’y igong bayad sa paghimo sa paglihok nga aksyon, ang boltahe sa suplay sa kuryente magbag-o pag-ayo. Ang sobra nga pagbag-o sa boltahe mahimong hinungdan nga ang lebel sa digital signal mosulod sa usa ka dili sigurado nga kahimtang, ug mahimong hinungdan nga ang makina sa estado sa digital nga aparato dili molihok.

Ang switching kasamtangan nga nag-agos sa circuit board trace makapausab sa boltahe, ug ang circuit board trace adunay parasitic inductance. Ang mosunod nga pormula mahimong gamiton sa pagkalkulo sa kausaban sa boltahe: V = LdI/dt. Lakip niini: V = pagbag-o sa boltahe, L = circuit board trace inductance, dI = pagbag-o karon pinaagi sa pagsubay, dt = karon nga oras sa pagbag-o.
　　
Busa, sa daghang mga rason, mas maayo nga mag-aplay sa bypass (o decoupling) nga mga capacitor sa power supply o sa power supply pins sa mga aktibong device.

Ang kable sa kuryente ug ground wire kinahanglan nga magkadungan

Ang posisyon sa power cord ug sa ground wire maayo nga gipares aron makunhuran ang posibilidad sa electromagnetic interference. Kung ang linya sa kuryente ug ang linya sa yuta dili husto nga magkatugma, usa ka loop sa sistema ang gidisenyo ug lagmit nga mamugna ang kasaba.

Usa ka pananglitan sa usa ka disenyo sa PCB diin ang linya sa kuryente ug linya sa yuta dili hustong pagkapareha gipakita sa Figure 2. Niini nga circuit board, ang gidesinyo nga loop area kay 697cm². Gamit ang pamaagi nga gipakita sa Figure 3, ang posibilidad sa radiated noise sa o sa gawas sa circuit board nga nag-aghat sa boltahe sa loop mahimong makunhuran pag-ayo.

Ang kalainan tali sa analog ug digital nga mga estratehiya sa wiring

▍ Problema ang ground plane

Ang sukaranan nga kahibalo sa mga wiring sa circuit board magamit sa parehas nga analog ug digital nga mga sirkito. Usa ka sukaranan nga lagda mao ang paggamit sa usa ka walay hunong nga eroplano sa yuta. Kini nga sentido komon makapamenos sa dI/dt (pagbag-o sa kasamtangan sa panahon) nga epekto sa mga digital nga sirkito, nga nagbag-o sa potensyal sa yuta ug nagpahinabog kasaba nga mosulod sa mga analog circuit.

Ang mga pamaagi sa pag-wire alang sa digital ug analog nga mga sirkito parehas ra, nga adunay usa ka eksepsiyon. Alang sa mga analog nga sirkito, adunay laing punto nga matikdan, nga mao, itago ang mga linya sa digital signal ug mga galong sa ground plane nga layo sa mga analog circuit kutob sa mahimo. Mahimo kini nga makab-ot pinaagi sa pagkonektar sa analog ground plane sa sistema sa koneksyon sa yuta nga gilain, o pagbutang sa analog circuit sa layo nga tumoy sa circuit board, nga mao ang katapusan sa linya. Gihimo kini aron mapadayon ang panggawas nga interference sa agianan sa signal sa labing gamay.

Dili kinahanglan nga buhaton kini alang sa mga digital nga sirkito, nga makatugot sa daghang kasaba sa eroplano nga wala’y mga problema.

Ang Figure 4 (wala) nag-isolate sa digital switching action gikan sa analog circuit ug nagbulag sa digital ug analog nga mga bahin sa circuit. (Tuo) Ang taas nga frequency ug ubos nga frequency kinahanglan nga bulagon kutob sa mahimo, ug ang taas nga frequency nga mga sangkap kinahanglan nga duol sa circuit board connectors.

Figure 5 Layout duha ka suod nga pagsubay sa PCB, kini mao ang sayon sa pagporma parasitic capacitance. Tungod sa paglungtad niini nga matang sa kapasidad, ang usa ka paspas nga pagbag-o sa boltahe sa usa ka pagsubay mahimong makamugna og usa ka kasamtangan nga signal sa pikas nga pagsubay.

Figure 6 Kung dili nimo hatagan ug pagtagad ang pagbutang sa mga bakas, ang mga bakas sa PCB mahimong magpatunghag line inductance ug mutual inductance. Kini nga parasitic inductance makadaot kaayo sa operasyon sa mga sirkito lakip na ang digital switching circuits.

▍Lokasyon sa component

Sama sa gihisgutan sa ibabaw, sa matag disenyo sa PCB, ang kasaba nga bahin sa sirkito ug ang "hilom" nga bahin (dili-saba nga bahin) kinahanglang ibulag. Sa kinatibuk-an, ang mga digital nga sirkito "dato" sa kasaba ug dili sensitibo sa kasaba (tungod kay ang mga digital nga sirkito adunay mas dako nga boltahe nga pagtugot sa kasaba); sa sukwahi, ang boltahe kasaba tolerance sa analog circuits mao ang mas gamay.

Sa duha, ang mga analog circuit mao ang labing sensitibo sa pagbalhin sa kasaba. Sa mga wiring sa usa ka mixed-signal system, kining duha ka mga sirkito kinahanglan nga magbulag, sama sa gipakita sa Figure 4.
　　
▍Parasitic nga mga sangkap nga namugna sa disenyo sa PCB

Duha ka sukaranan nga mga elemento sa parasitiko nga mahimong hinungdan sa mga problema dali nga maporma sa disenyo sa PCB: parasitic capacitance ug parasitic inductance.

Kung nagdesinyo sa usa ka circuit board, ang pagbutang sa duha nga mga bakas nga duol sa usag usa makamugna og parasitic capacitance. Mahimo nimo kini: Sa duha ka lain-laing mga lut-od, ibutang ang usa ka trace ibabaw sa laing trace; o sa samang layer, ibutang ang usa ka trace sunod sa laing trace, sama sa gipakita sa Figure 5.
　　
Niining duha ka mga pagsubay sa pagsubay, ang mga pagbag-o sa boltahe sa paglabay sa panahon (dV/dt) sa usa ka pagsubay mahimong hinungdan sa kasamtangan sa pikas nga pagsubay. Kung ang uban nga pagsubay kay taas nga impedance, ang kasamtangan nga namugna sa electric field mahimong boltahe.
　　
Ang paspas nga boltahe nga mga transient kasagaran mahitabo sa digital nga bahin sa disenyo sa analog signal. Kung ang mga pagsubay nga adunay paspas nga mga transient sa boltahe hapit sa taas nga impedance nga mga pagsubay sa analog, kini nga sayup seryoso nga makaapekto sa katukma sa analog circuit. Niini nga palibot, ang analog circuits adunay duha ka disadvantages: ang ilang noise tolerance mas ubos kay sa digital circuits; ug ang taas nga impedance nga mga pagsubay mas komon.
　　
Ang paggamit sa usa sa mosunod nga duha ka mga teknik makapakunhod niini nga panghitabo. Ang labing sagad nga gigamit nga teknik mao ang pagbag-o sa gidak-on tali sa mga pagsubay sumala sa equation sa kapasidad. Ang labing epektibo nga gidak-on nga usbon mao ang gilay-on tali sa duha ka mga pagsubay. Kinahanglan nga matikdan nga ang variable d naa sa denominator sa capacitance equation. Sa pagtaas sa d, ang capacitive reactance mokunhod. Ang laing variable nga mahimong usbon mao ang gitas-on sa duha ka mga pagsubay. Sa kini nga kaso, ang gitas-on L mikunhod, ug ang capacitive reactance tali sa duha ka mga pagsubay usab mokunhod.
　　
Ang laing teknik mao ang pagbutang og ground wire tali niining duha ka mga timaan. Ang ground wire gamay nga impedance, ug ang pagdugang sa usa ka pagsubay nga sama niini makapahuyang sa interference electric field, ingon sa gipakita sa Figure 5.
　　
Ang prinsipyo sa parasitic inductance sa circuit board susama sa parasitic capacitance. Kini usab sa pagbutang sa duha ka mga pagsubay. Sa duha ka lain-laing mga lut-od, ibutang ang usa ka pagsubay sa ibabaw sa laing pagsubay; o sa samang layer, ibutang ang usa ka trace sunod sa lain, sama sa gipakita sa Figure 6.

Niining duha ka mga wiring configurations, ang kasamtangan nga pagbag-o (dI/dt) sa usa ka pagsubay sa panahon, tungod sa inductance niini nga pagsubay, makamugna og boltahe sa samang pagsubay; ug tungod sa paglungtad sa mutual inductance, kini usa ka proporsyonal nga kasamtangan nga namugna sa laing pagsubay. Kung ang pagbag-o sa boltahe sa una nga pagsubay dako kaayo, ang interference mahimong makunhuran ang pagtugot sa boltahe sa digital circuit ug hinungdan sa mga sayup. Kini nga panghitabo dili lamang mahitabo sa digital nga mga sirkito, apan kini nga panghitabo mas komon sa digital nga mga sirkito tungod sa dako nga instantaneous switching currents sa digital circuits.
　　
Aron mawagtang ang potensyal nga kasaba gikan sa electromagnetic interference nga mga tinubdan, labing maayo nga ibulag ang "hilom" nga mga linya sa analog gikan sa saba nga I/O port. Aron maningkamot nga makab-ot ang usa ka ubos nga impedance nga gahum ug ground network, ang inductance sa digital circuit wires kinahanglan nga maminusan, ug ang capacitive coupling sa analog circuits kinahanglan nga maminusan.
　　
03

Panapos

Human matino ang digital ug analog range, ang mabinantayon nga pag-ruta kinahanglanon sa usa ka malampuson nga PCB. Ang estratehiya sa mga kable kasagaran gipaila sa tanan ingon nga usa ka lagda sa kumagko, tungod kay lisud ang pagsulay sa katapusang kalampusan sa produkto sa usa ka palibot sa laboratoryo. Busa, bisan pa sa mga pagkaparehas sa mga estratehiya sa mga kable sa digital ug analog nga mga sirkito, ang mga kalainan sa ilang mga estratehiya sa mga kable kinahanglang ilhon ug seryosohon.