Mae nifer y dylunwyr digidol ac arbenigwyr dylunio bwrdd cylched digidol yn y maes peirianneg yn cynyddu'n gyson, sy'n adlewyrchu tueddiad datblygu'r diwydiant. Er bod y pwyslais ar ddylunio digidol wedi arwain at ddatblygiadau mawr mewn cynhyrchion electronig, mae'n dal i fodoli, a bydd rhai dyluniadau cylched bob amser sy'n rhyngweithio ag amgylcheddau analog neu go iawn. Mae gan strategaethau gwifrau yn y meysydd analog a digidol rai tebygrwydd, ond pan fyddwch chi eisiau cael canlyniadau gwell, oherwydd eu gwahanol strategaethau gwifrau, nid dyluniad gwifrau cylched syml yw'r ateb gorau posibl.
Mae'r erthygl hon yn trafod y tebygrwydd a'r gwahaniaethau sylfaenol rhwng gwifrau analog a digidol o ran cynwysyddion ffordd osgoi, cyflenwadau pŵer, dylunio daear, gwallau foltedd, ac ymyrraeth electromagnetig (EMI) a achosir gan wifrau PCB.
Mae nifer y dylunwyr digidol ac arbenigwyr dylunio bwrdd cylched digidol yn y maes peirianneg yn cynyddu'n gyson, sy'n adlewyrchu tueddiad datblygu'r diwydiant. Er bod y pwyslais ar ddylunio digidol wedi arwain at ddatblygiadau mawr mewn cynhyrchion electronig, mae'n dal i fodoli, a bydd rhai dyluniadau cylched bob amser sy'n rhyngweithio ag amgylcheddau analog neu go iawn. Mae gan strategaethau gwifrau yn y meysydd analog a digidol rai tebygrwydd, ond pan fyddwch chi eisiau cael canlyniadau gwell, oherwydd eu gwahanol strategaethau gwifrau, nid dyluniad gwifrau cylched syml yw'r ateb gorau posibl.
Mae'r erthygl hon yn trafod y tebygrwydd a'r gwahaniaethau sylfaenol rhwng gwifrau analog a digidol o ran cynwysyddion ffordd osgoi, cyflenwadau pŵer, dylunio daear, gwallau foltedd, ac ymyrraeth electromagnetig (EMI) a achosir gan wifrau PCB.
Mae ychwanegu ffordd osgoi neu ddatgysylltu cynwysyddion ar y bwrdd cylched a lleoliad y cynwysyddion hyn ar y bwrdd yn synnwyr cyffredin ar gyfer dyluniadau digidol ac analog. Ond yn ddiddorol, mae'r rhesymau'n wahanol.
Mewn dyluniad gwifrau analog, mae cynwysyddion ffordd osgoi fel arfer yn cael eu defnyddio i osgoi signalau amledd uchel ar y cyflenwad pŵer. Os na ychwanegir cynwysyddion ffordd osgoi, gall y signalau amledd uchel hyn fynd i mewn i sglodion analog sensitif trwy'r pinnau cyflenwi pŵer. A siarad yn gyffredinol, mae amlder y signalau amledd uchel hyn yn fwy na gallu dyfeisiau analog i atal signalau amledd uchel. Os na ddefnyddir y cynhwysydd ffordd osgoi yn y gylched analog, gellir cyflwyno sŵn yn y llwybr signal, ac mewn achosion mwy difrifol, gall hyd yn oed achosi dirgryniad.
Mewn dyluniad PCB analog a digidol, dylid gosod cynwysyddion ffordd osgoi neu ddatgysylltu (0.1UF) mor agos at y ddyfais â phosibl. Dylid gosod y cynhwysydd datgysylltu cyflenwad pŵer (10UF) wrth fynedfa llinell bŵer y bwrdd cylched. Ym mhob achos, dylai pinnau'r cynwysyddion hyn fod yn fyr.
Ar y bwrdd cylched yn Ffigur 2, defnyddir gwahanol lwybrau i lwybro'r gwifrau pŵer a daear. Oherwydd y cydweithrediad amhriodol hwn, mae'r cydrannau electronig a'r cylchedau ar y bwrdd cylched yn fwy tebygol o fod yn destun ymyrraeth electromagnetig.
Yn y panel sengl yn Ffigur 3, mae'r gwifrau pŵer a daear i'r cydrannau ar y bwrdd cylched yn agos at ei gilydd. Mae cymhareb paru'r llinell bŵer a'r llinell ddaear yn y bwrdd cylched hwn yn briodol fel y dangosir yn Ffigur 2. Mae'r tebygolrwydd o gydrannau electronig a chylchedau yn y bwrdd cylched sy'n destun ymyrraeth electromagnetig (EMI) yn cael ei leihau 679/12.8 gwaith neu oddeutu 54 gwaith.
Ar gyfer dyfeisiau digidol fel rheolwyr a phroseswyr, mae angen datgysylltu cynwysyddion hefyd, ond am wahanol resymau. Un swyddogaeth gan y cynwysyddion hyn yw gweithredu fel banc gwefr “bach”.
Mewn cylchedau digidol, mae angen llawer iawn o gerrynt fel rheol i berfformio newid cyflwr giât. Gan fod newid ceryntau dros dro yn cael eu cynhyrchu ar y sglodyn wrth newid a llifo trwy'r bwrdd cylched, mae'n fanteisiol cael taliadau “sbâr” ychwanegol. Os nad oes digon o dâl wrth gyflawni'r weithred newid, bydd y foltedd cyflenwad pŵer yn newid yn fawr. Bydd gormod o newid foltedd yn achosi i lefel y signal digidol fynd i mewn i gyflwr ansicr, a gall beri i beiriant y wladwriaeth yn y ddyfais ddigidol weithredu'n anghywir.
Bydd y cerrynt newid sy'n llifo trwy olrhain y bwrdd cylched yn achosi i'r foltedd newid, ac mae gan olrhain y bwrdd cylched anwythiad parasitig. Gellir defnyddio'r fformiwla ganlynol i gyfrifo'r newid foltedd: V = LDI/DT. Yn eu plith: V = newid foltedd, l = inductance olrhain bwrdd cylched, DI = newid cyfredol trwy'r olrhain, dt = amser newid cyfredol.
Felly, am lawer o resymau, mae'n well defnyddio cynwysyddion ffordd osgoi (neu ddatgysylltu) yn y cyflenwad pŵer neu wrth binnau cyflenwi pŵer dyfeisiau gweithredol.
Dylid cyfeirio'r llinyn pŵer a'r wifren ddaear gyda'i gilydd
Mae lleoliad y llinyn pŵer a'r wifren ddaear wedi'u cyfateb yn dda i leihau'r posibilrwydd o ymyrraeth electromagnetig. Os nad yw'r llinell bŵer a'r llinell ddaear wedi'u cyfateb yn iawn, bydd dolen system yn cael ei dylunio a bydd sŵn yn debygol o gael ei chynhyrchu.
Dangosir enghraifft o ddyluniad PCB lle nad yw'r llinell bŵer a'r llinell ddaear yn cael eu cyfateb yn iawn yn Ffigur 2. Ar y bwrdd cylched hwn, yr ardal ddolen a ddyluniwyd yw 697cm². Gan ddefnyddio'r dull a ddangosir yn Ffigur 3, gellir lleihau'r posibilrwydd o sŵn pelydrol ar neu oddi ar y bwrdd cylched sy'n cymell foltedd yn y ddolen yn fawr.
Y gwahaniaeth rhwng strategaethau gwifrau analog a digidol
▍ Mae'r awyren ddaear yn broblem
Mae gwybodaeth sylfaenol gwifrau bwrdd cylched yn berthnasol i gylchedau analog a digidol. Rheol sylfaenol yw defnyddio awyren ddaear ddi -dor. Mae'r synnwyr cyffredin hwn yn lleihau'r effaith DI/DT (newid mewn cerrynt gydag amser) mewn cylchedau digidol, sy'n newid potensial y ddaear ac yn achosi i sŵn fynd i mewn i gylchedau analog.
Mae'r technegau gwifrau ar gyfer cylchedau digidol ac analog yr un peth yn y bôn, gydag un eithriad. Ar gyfer cylchedau analog, mae pwynt arall i'w nodi, hynny yw, cadwch y llinellau signal digidol a'r dolenni yn yr awyren ddaear mor bell i ffwrdd o'r cylchedau analog â phosibl. Gellir cyflawni hyn trwy gysylltu'r awyren ddaear analog â chysylltiad daear y system ar wahân, neu osod y gylched analog ym mhen pellaf y bwrdd cylched, sef diwedd y llinell. Gwneir hyn i gadw'r ymyrraeth allanol ar y llwybr signal i'r lleiafswm.
Nid oes angen gwneud hyn ar gyfer cylchedau digidol, a all oddef llawer o sŵn ar yr awyren ddaear heb broblemau.
Mae Ffigur 4 (chwith) yn ynysu'r gweithredu newid digidol o'r gylched analog ac yn gwahanu rhannau digidol ac analog y gylched. (Dde) Dylai'r amledd uchel ac amledd isel gael eu gwahanu cymaint â phosibl, a dylai'r cydrannau amledd uchel fod yn agos at gysylltwyr y bwrdd cylched.
Ffigur 5 Cynllun dau olion agos ar y PCB, mae'n hawdd ffurfio cynhwysedd parasitig. Oherwydd bodolaeth y math hwn o gynhwysedd, gall newid foltedd cyflym ar un olrhain gynhyrchu signal cyfredol ar yr olrhain arall.
Ffigur 6 Os na fyddwch yn talu sylw i leoliad yr olion, gall yr olion yn y PCB gynhyrchu anwythiad llinell a anwythiad cydfuddiannol. Mae'r anwythiad parasitig hwn yn niweidiol iawn i weithrediad cylchedau gan gynnwys cylchedau newid digidol.
▍ Lleoliad cydran
Fel y soniwyd uchod, ym mhob dyluniad PCB, dylid gwahanu rhan sŵn y gylched a'r rhan “dawel” (rhan nad yw'n sŵn). A siarad yn gyffredinol, mae cylchedau digidol yn “gyfoethog” o ran sŵn ac yn ansensitif i sŵn (oherwydd bod gan gylchedau digidol oddefgarwch sŵn foltedd mwy); I'r gwrthwyneb, mae goddefgarwch sŵn foltedd cylchedau analog yn llawer llai.
O'r ddau, cylchedau analog yw'r rhai mwyaf sensitif i newid sŵn. Wrth weirio system signal cymysg, dylid gwahanu'r ddau gylched hyn, fel y dangosir yn Ffigur 4.
Cydrannau parasitig a gynhyrchir gan ddylunio PCB
Mae'n hawdd ffurfio dwy elfen parasitig sylfaenol a allai achosi problemau wrth ddylunio PCB: cynhwysedd parasitig ac anwythiad parasitig.
Wrth ddylunio bwrdd cylched, bydd gosod dau olion yn agos at ei gilydd yn cynhyrchu cynhwysedd parasitig. Gallwch wneud hyn: ar ddwy haen wahanol, rhowch un olrhain ar ben yr olrhain arall; neu ar yr un haen, rhowch un olrhain wrth ymyl yr olrhain arall, fel y dangosir yn Ffigur 5.
Yn y ddau gyfluniad olrhain hyn, gall newidiadau mewn foltedd dros amser (DV/DT) ar un olrhain achosi cerrynt ar yr olrhain arall. Os yw'r olrhain arall yn rhwystriant uchel, bydd y cerrynt a gynhyrchir gan y maes trydan yn cael ei drawsnewid yn foltedd.
Mae trosglwyddyddion foltedd cyflym yn digwydd amlaf ar ochr ddigidol dyluniad y signal analog. Os yw'r olion â byrhoedlog foltedd cyflym yn agos at olion analog rhwystriant uchel, bydd y gwall hwn yn effeithio'n ddifrifol ar gywirdeb y gylched analog. Yn yr amgylchedd hwn, mae gan gylchedau analog ddwy anfantais: mae eu goddefgarwch sŵn yn llawer is na sail cylchedau digidol; ac mae olion rhwystriant uchel yn fwy cyffredin.
Gall defnyddio un o'r ddwy dechneg ganlynol leihau'r ffenomen hon. Y dechneg a ddefnyddir amlaf yw newid y maint rhwng olion yn ôl yr hafaliad cynhwysedd. Y maint mwyaf effeithiol i newid yw'r pellter rhwng y ddau olion. Dylid nodi bod y newidyn D yn enwadur yr hafaliad cynhwysedd. Wrth i D gynyddu, bydd yr adweithedd capacitive yn lleihau. Newidyn arall y gellir ei newid yw hyd y ddau olion. Yn yr achos hwn, mae'r hyd L yn lleihau, a bydd yr adweithedd capacitive rhwng y ddau olion hefyd yn lleihau.
Techneg arall yw gosod gwifren ddaear rhwng y ddau olion hyn. Mae'r wifren ddaear yn rhwystriant isel, a bydd ychwanegu olrhain arall fel hwn yn gwanhau'r maes trydan ymyrraeth, fel y dangosir yn Ffigur 5.
Mae egwyddor anwythiad parasitig yn y bwrdd cylched yn debyg i egwyddor cynhwysedd parasitig. Mae hefyd i osod dau olion allan. Ar ddwy haen wahanol, rhowch un olrhain ar ben yr olrhain arall; neu ar yr un haen, rhowch un olrhain wrth ymyl y llall, fel y dangosir yn Ffigur 6.
Yn y ddau gyfluniad gwifrau hyn, bydd newid cyfredol (DI/DT) olrhain gydag amser, oherwydd anwythiad yr olrhain hwn, yn cynhyrchu foltedd ar yr un olrhain; ac oherwydd bodolaeth anwythiad cydfuddiannol, bydd cerrynt cyfrannol yn cael ei gynhyrchu ar yr olrhain arall. Os yw'r newid foltedd ar yr olrhain cyntaf yn ddigon mawr, gall ymyrraeth leihau goddefgarwch foltedd y gylched ddigidol ac achosi gwallau. Mae'r ffenomen hon nid yn unig yn digwydd mewn cylchedau digidol, ond mae'r ffenomen hon yn fwy cyffredin mewn cylchedau digidol oherwydd y ceryntau newid mawr ar unwaith mewn cylchedau digidol.
Er mwyn dileu sŵn posibl o ffynonellau ymyrraeth electromagnetig, mae'n well gwahanu llinellau analog “tawel” oddi wrth borthladdoedd swnllyd I/O. Er mwyn ceisio cyflawni pŵer rhwystriant isel a rhwydwaith daear, dylid lleihau anwythiad gwifrau cylched digidol, a dylid lleihau cyplu capacitive cylchedau analog.
03
Nghasgliad
Ar ôl i'r ystodau digidol ac analog gael eu pennu, mae llwybro gofalus yn hanfodol i PCB llwyddiannus. Mae strategaeth weirio fel arfer yn cael ei chyflwyno i bawb fel rheol bawd, oherwydd mae'n anodd profi llwyddiant eithaf y cynnyrch mewn amgylchedd labordy. Felly, er gwaethaf y tebygrwydd yn strategaethau gwifrau cylchedau digidol ac analog, rhaid cydnabod a chymryd y gwahaniaethau yn eu strategaethau gwifrau o ddifrif.
