U numeru di diseggiani digitali è esperti di cuncepimentu di circuiti digitale in u campu di l'ingegneria hè in constantemente crescente, chì riflette a tendenza di sviluppu di l'industria. Ancu s'ellu l'enfasi di u disignu digitale hà purtatu grandi sviluppi in i prudutti elettronichi, esisti sempre, è ci saranu sempre qualchi disinni di circuiti chì interfaccianu cù ambienti analogici o reali. Strategie di cablaggio in u campu analogicu è digitale anu parechje similitudine, ma quandu vulete ottene risultati megliu, per via di e so diverse strategie di cablaggio, u disignu simplice di cablaggio di circuitu ùn hè più a suluzione ottima.

Questu articulu discute e similitudini basi è e differenze trà i cablaggi analogici è digitali in quantu à i condensatori di bypass, l'alimentazione, u disignu di terra, l'errori di tensione è l'interferenza elettromagnetica (EMI) causata da u filatu PCB.

U numeru di diseggiani digitali è esperti di cuncepimentu di circuiti digitale in u campu di l'ingegneria hè in constantemente crescente, chì riflette a tendenza di sviluppu di l'industria. Ancu s'ellu l'enfasi di u disignu digitale hà purtatu grandi sviluppi in i prudutti elettronichi, esisti sempre, è ci saranu sempre qualchi disinni di circuiti chì interfaccianu cù ambienti analogici o reali. Strategie di cablaggio in u campu analogicu è digitale anu parechje similitudine, ma quandu vulete ottene risultati megliu, per via di e so diverse strategie di cablaggio, u disignu simplice di cablaggio di circuitu ùn hè più a suluzione ottima.

Questu articulu discute e similitudini basi è e differenze trà i cablaggi analogici è digitali in quantu à i condensatori di bypass, l'alimentazione, u disignu di terra, l'errori di tensione è l'interferenza elettromagnetica (EMI) causata da u filatu PCB.

Adding bypass or decoupling capacitors in u circuit board è u locu di sti capacitors nantu à u bordu sò sensu cumunu per disinni digitale è analogicu. Ma curiosamente, i mutivi sò diffirenti.

In u cuncepimentu di cablaggio analogicu, i condensatori di bypass sò generalmente usati per bypassà i segnali d'alta frequenza nantu à l'alimentazione. Se i condensatori di bypass ùn sò micca aghjuntu, questi signali d'alta frequenza ponu entre in chips analogichi sensibili attraversu i pins di l'alimentazione. In generale, a freccia di sti signali d'alta frequenza supera a capacità di i dispositi analogichi per suppressione i segnali d'alta frequenza. Se u condensatore di bypass ùn hè micca usatu in u circuitu analogicu, u rumore pò esse introduttu in u percorsu di u signale, è in i casi più serii, pò ancu causà vibrazione.

In u disignu di PCB analogicu è digitale, i condensatori di bypass o di decoupling (0.1uF) deve esse posti u più vicinu à u dispusitivu. U condensatore di decoupling di l'alimentazione (10uF) deve esse piazzatu à l'entrata di a linea di alimentazione di u circuit board. In tutti i casi, i pins di sti capacitors deve esse curtu.

Nantu à u circuitu in a Figura 2, diverse rotte sò usate per indirizzà i fili di putenza è di terra. A causa di sta cooperazione impropria, i cumpunenti elettronichi è i circuiti nantu à u circuitu sò più probabili di esse sottumessi à interferenza elettromagnetica.

In u pannellu unicu di a Figura 3, i fili di putenza è di terra à i cumpunenti nantu à u circuitu sò vicinu à l'altri. U rapportu currispundente di a linea di alimentazione è a linea di terra in questa scheda di circuitu hè apprupriatu cum'è mostra in a Figura 2. A probabilità di cumpunenti elettronichi è circuiti in u circuitu di circuitu sò sottumessi à interferenza elettromagnetica (EMI) hè ridutta da 679/12.8 volte o. circa 54 volte.
　　
Per i dispositi digitali, cum'è i cuntrolli è i prucessori, i condensatori di decoupling sò ancu necessarii, ma per diverse ragioni. Una funzione di sti condensatori hè di agisce cum'è un bancu di carica "miniatura".

In i circuiti digitali, una grande quantità di corrente hè generalmente necessaria per fà u cambiamentu di u statu di a porta. Siccomu i currenti transitori di cunversione sò generati nantu à u chip durante u cambiamentu è u flussu à traversu u circuitu, hè vantaghju per avè carichi "spare" supplementari. Se ùn ci hè micca abbastanza carica quandu eseguisce l'azzione di cambiamentu, a tensione di alimentazione cambierà assai. Troppu cambiamentu di tensione pruvucarà u livellu di u signale digitale per entre in un statu incertu, è pò causà a macchina statale in u dispositivu digitale per uperà incorrectamente.

U currente di cunversione chì scorri à traversu a traccia di u circuitu farà cambià a tensione, è a traccia di u circuitu hà inductance parassita. A formula seguente pò esse usata per calculà u cambiamentu di tensione: V = LdI/dt. Frà elli: V = cambiamentu di tensione, L = induttanza di traccia di circuitu, dI = cambiamentu di corrente attraversu a traccia, dt = tempu di cambiamentu di corrente.
　　
Per quessa, per parechje ragioni, hè megliu applicà i condensatori di bypass (o decoupling) à l'alimentazione o à i pins di l'alimentazione di i dispositi attivi.

U cordone di alimentazione è u filu di terra deve esse inseme

A pusizioni di u cordone d'alimentazione è u filu di terra sò bè ​​cumminati per riduce a pussibilità di interferenza elettromagnetica. Se a linea di energia è a linea di terra ùn sò micca adattati, un ciclu di u sistema serà cuncepitu è ​​​​prubabilmente u rumore serà generatu.

Un esempiu di un disegnu di PCB induve a linea di energia è a linea di terra ùn sò micca adattati bè hè mostratu in a Figura 2. In questa scheda di circuitu, l'area di loop designata hè 697cm². Utilizendu u metudu mostratu in a Figura 3, a pussibilità di u sonu radiatu nantu à o fora di u circuitu chì induce a tensione in u ciclu pò esse ridutta assai.

A diffarenza trà e strategie di cablaggio analogicu è digitale

▍U pianu di terra hè un prublema

A cunniscenza basica di u cablaggio di i circuiti hè applicabile à i circuiti analogici è digitali. Una regula basica hè di utilizà un pianu di terra ininterrotta. Stu sensu cumunu reduce l'effettu dI / dt (cambiamentu di u currente cù u tempu) in i circuiti digitali, chì cambia u potenziale di terra è face u rumore per entre in circuiti analogichi.

I tecnichi di cablaggio per i circuiti digitali è analogichi sò basicamente listessi, cù una eccezzioni. Per i circuiti analogichi, ci hè un altru puntu da nutà, vale à dì, mantene e linee di signali digitale è i loops in u pianu di terra u più luntanu da i circuiti analogichi pussibule. Questu pò esse rializatu da cunnette u pianu di terra analogicu à a cunnessione di terra di u sistema per separatamente, o mette u circuitu analogicu à l'estremità di u circuitu, chì hè a fine di a linea. Questu hè fattu per mantene l'interferenza esterna in a strada di u signale à u minimu.

Ùn ci hè bisognu di fà questu per i circuiti digitale, chì ponu tollerà assai rumore in u pianu di terra senza prublemi.

A figura 4 (a manca) isola l'azzione di commutazione digitale da u circuitu analogicu è separa e parti digitale è analogica di u circuitu. (Right) L'alta frequenza è a freccia bassa deve esse siparati quant'è pussibule, è i cumpunenti d'alta freccia deve esse vicinu à i connettori di u circuitu.

Figura 5 Layout dui tracce vicini nant'à u PCB, hè facile à furmà capacitance parasitic. A causa di l'esistenza di stu tipu di capacità, un cambiamentu di tensione rapidu nantu à una traccia pò generà un signalu attuale nantu à l'altra traccia.

Figura 6 Se ùn fate micca attente à a piazza di e tracce, i tracce in u PCB ponu pruduce inductance di linea è inductance mutuale. Questa inductance parassita hè assai dannusu à l'operazione di circuiti cumpresi circuiti di commutazione digitale.

▍Locu di cumpunenti

Cumu l'esitatu sopra, in ogni disignu di PCB, a parte di u rumore di u circuitu è ​​a parte "silenzia" (parte senza rumore) deve esse siparati. In generale, i circuiti digitali sò "ricchi" di rumore è sò insensibili à u rumore (perchè i circuiti digitali anu una tolleranza di rumore di tensione più grande); à u cuntrariu, a tolleranza di u rumore di tensione di i circuiti analogichi hè assai più chjuca.

Di i dui, i circuiti analogichi sò i più sensibili à u rumore di cambià. In u cablaggio di un sistema di signali misti, sti dui circuiti devenu esse separati, cum'è mostra in Figura 4.
　　
▍Cupunenti parassiti generati da u disignu di PCB

Dui elementi parassiti basi chì ponu causà prublemi sò facilmente furmati in u disignu di PCB: capacità parassita è induttanza parassita.

Quandu si cuncepisce un circuitu, pusendu duie tracce vicinu l'una à l'altru genererà una capacità parasita. Pudete fà questu: nantu à dui strati diffirenti, mette una traccia nantu à l'altra traccia; o nantu à a stessa strata, mette una traccia vicinu à l'altra traccia, cum'è mostra in Figura 5.
　　
In questi dui cunfigurazioni di traccia, i cambiamenti di tensione in u tempu (dV / dt) nantu à una traccia pò causà corrente in l'altra traccia. Se l'altra traccia hè alta impedenza, u currente generatu da u campu elettricu serà cunvertitu in tensione.
　　
I transitori di tensione veloci sò più spessu in u latu digitale di u disignu di u signale analogicu. Sì i tracce cù transitori di tensione veloce sò vicinu à tracce analogiche d'alta impedenza, stu errore affettarà seriamente a precisione di u circuitu analogicu. In questu ambiente, i circuiti analogichi anu dui svantaghji: a so toleranza di u sonu hè assai più bassu di quella di i circuiti digitale; è tracce d'alta impedenza sò più cumuni.
　　
Utilizà una di e duie tecniche seguenti pò riduce stu fenomenu. A tecnica più cumunimenti utilizata hè di cambià a dimensione trà e tracce secondu l'equazioni di capacità. A dimensione più efficace per cambià hè a distanza trà e duie tracce. Hè da nutà chì a variàbile d hè in u denominatore di l'equazioni di capacità. Quandu d aumenta, a reattanza capacitiva diminuisce. Una altra variabile chì pò esse cambiata hè a durata di e duie tracce. In questu casu, a lunghezza L diminuisce, è a reattanza capacitiva trà e duie tracce ancu diminuite.
　　
Una altra tecnica hè di mette un filu di terra trà sti dui tracce. U filu di terra hè di bassa impedenza, è aghjunghje una altra traccia cusì debilitarà u campu elettricu di interferenza, cum'è mostra in a Figura 5.
　　
U principiu di l'induttanza parasita in u circuitu hè simile à quellu di a capacità parasita. Hè ancu di mette dui tracce. Nantu à dui strati diffirenti, mette una traccia nantu à l'altra traccia; o nantu à a stessa strata, mette una traccia vicinu à l'altru, cum'è mostra in Figura 6.

In sti dui cunfigurazioni di cablaggio, u cambiamentu attuale (dI / dt) di una traccia cù u tempu, per via di l'induttanza di sta traccia, generarà tensione nantu à a stessa traccia; è per via di l'esistenza di inductance mutuale, serà Un currente proporzionale hè generatu nantu à l'altru traccia. Se u cambiamentu di tensione nantu à a prima traccia hè abbastanza grande, l'interferenza pò riduce a tolleranza di tensione di u circuitu digitale è causanu errori. Stu fenominu ùn hè micca solu in i circuiti digitale, ma stu fenomenu hè più cumuni in i circuiti digitale per via di i grandi correnti di commutazione istantanea in i circuiti digitali.
　　
Per eliminà u rumore potenziale da e fonti di interferenza elettromagnetica, hè megliu separà e linee analogiche "tranquille" da i porti I / O rumorosi. Per pruvà à ottene una rete di putenza è di terra à bassa impedenza, l'induttanza di i fili di circuiti digitale deve esse minimizzata, è l'accoppiamentu capacitivu di circuiti analogichi deve esse minimizatu.
　　
03

Cunclusioni

Dopu chì a gamma digitale è analogica sò determinate, un routing attentu hè essenziale per un PCB successu. A strategia di cablaggio hè di solitu presentata à tutti cum'è una regula di u pulgaru, perchè hè difficiule di pruvà l'ultimu successu di u pruduttu in un ambiente di laboratoriu. Dunque, malgradu a similarità in e strategie di cablaggio di circuiti digitali è analogichi, e sferenze in e so strategie di cablaggio deve esse ricunnisciute è pigliate seriu.