Mae nifer y dylunwyr digidol ac arbenigwyr dylunio bwrdd cylched digidol yn y maes peirianneg yn cynyddu'n gyson, sy'n adlewyrchu tuedd 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 rhyngwynebu ag amgylcheddau analog neu real. Mae gan strategaethau gwifrau yn y meysydd analog a digidol rai tebygrwydd, ond pan fyddwch am gael canlyniadau gwell, oherwydd eu gwahanol strategaethau gwifrau, nid yw dyluniad gwifrau cylched syml bellach yn ateb gorau posibl.

Mae'r erthygl hon yn trafod y tebygrwydd a'r gwahaniaethau sylfaenol rhwng gwifrau analog a digidol o ran cynwysorau ffordd osgoi, cyflenwadau pŵer, dyluniad 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 tuedd 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 rhyngwynebu ag amgylcheddau analog neu real. Mae gan strategaethau gwifrau yn y meysydd analog a digidol rai tebygrwydd, ond pan fyddwch am gael canlyniadau gwell, oherwydd eu gwahanol strategaethau gwifrau, nid yw dyluniad gwifrau cylched syml bellach yn ateb gorau posibl.

Mae'r erthygl hon yn trafod y tebygrwydd a'r gwahaniaethau sylfaenol rhwng gwifrau analog a digidol o ran cynwysorau ffordd osgoi, cyflenwadau pŵer, dyluniad daear, gwallau foltedd, ac ymyrraeth electromagnetig (EMI) a achosir gan wifrau PCB.

Mae ychwanegu cynwysorau ffordd osgoi neu ddatgysylltu 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 dylunio gwifrau analog, mae cynwysyddion ffordd osgoi yn cael eu defnyddio fel arfer i osgoi signalau amledd uchel ar y cyflenwad pŵer. Os na ychwanegir cynwysorau ffordd osgoi, gall y signalau amledd uchel hyn fynd i mewn i sglodion analog sensitif trwy'r pinnau cyflenwad pŵer. 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 dylunio PCB analog a digidol, dylid gosod cynwysorau ffordd osgoi neu ddatgysylltu (0.1uF) mor agos â phosibl at y ddyfais. 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 o Ffigur 3, mae'r pŵer a'r gwifrau daear i'r cydrannau ar y bwrdd cylched yn agos at ei gilydd. Mae cymhareb gyfatebol y llinell bŵer a'r llinell ddaear yn y bwrdd cylched hwn yn briodol fel y dangosir yn Ffigur 2. Mae'r tebygolrwydd y bydd cydrannau electronig a chylchedau yn y bwrdd cylched yn destun ymyrraeth electromagnetig (EMI) yn cael ei leihau 679/12.8 gwaith neu tua 54 o weithiau.
　　
Ar gyfer dyfeisiau digidol fel rheolwyr a phroseswyr, mae angen cynwysyddion datgysylltu hefyd, ond am resymau gwahanol. Un o swyddogaethau'r cynwysyddion hyn yw gweithredu fel banc taliadau “bach”.

Mewn cylchedau digidol, fel arfer mae angen llawer iawn o gerrynt i berfformio newid cyflwr giât. Gan fod newid cerrynt dros dro yn cael ei gynhyrchu 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 berfformio'r weithred newid, bydd foltedd y cyflenwad pŵer yn newid yn fawr. Bydd gormod o newid foltedd yn achosi lefel y signal digidol i fynd i mewn i gyflwr ansicr, a gall achosi i'r peiriant cyflwr 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 cyflenwad pŵer dyfeisiau gweithredol.

Dylai'r llinyn pŵer a'r wifren ddaear gael eu cyfeirio at ei gilydd

Mae lleoliad y llinyn pŵer a'r wifren ddaear yn cydweddu'n dda i leihau'r posibilrwydd o ymyrraeth electromagnetig. Os nad yw'r llinell bŵer a'r llinell ddaear yn cyfateb yn iawn, bydd dolen system yn cael ei dylunio a bydd sŵn yn debygol o gael ei gynhyrchu.

Dangosir enghraifft o ddyluniad PCB lle nad yw'r llinell bŵer a'r llinell ddaear yn cyfateb yn iawn yn Ffigur 2. Ar y bwrdd cylched hwn, arwynebedd y 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 achosi 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 effaith dI/dt (newid cerrynt gydag amser) mewn cylchedau digidol, sy'n newid y potensial daear ac yn achosi sŵn i 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 phosib. Gellir cyflawni hyn trwy gysylltu'r awyren ddaear analog i gysylltiad daear y system ar wahân, neu osod y gylched analog ar ben pellaf y bwrdd cylched, sef diwedd y llinell. Gwneir hyn i gadw'r ymyrraeth allanol ar y llwybr signal i'r lleiaf posibl.

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 weithred newid digidol o'r gylched analog ac yn gwahanu rhannau digidol ac analog y gylched. (Dde) Dylid gwahanu'r amledd uchel a'r amledd isel gymaint ag y bo modd, a dylai'r cydrannau amledd uchel fod yn agos at gysylltwyr y bwrdd cylched.

Ffigur 5 Gosodiad 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 cerrynt 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 ac anwythiad cydfuddiannol. Mae'r anwythiad parasitig hwn yn niweidiol iawn i weithrediad cylchedau gan gynnwys cylchedau newid digidol.

▍ Lleoliad y gydran

Fel y soniwyd uchod, ym mhob dyluniad PCB, dylid gwahanu rhan sŵn y gylched a'r rhan "tawel" (rhan di-sŵn). Yn gyffredinol, mae cylchedau digidol yn “gyfoethog” mewn 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 swn newid. Wrth wifro system signal cymysg, dylid gwahanu'r ddau gylched hyn, fel y dangosir yn Ffigur 4.
　　
▍ Cydrannau parasitig a gynhyrchir gan ddyluniad PCB

Mae dwy elfen barasitig sylfaenol a allai achosi problemau yn cael eu ffurfio'n hawdd mewn dylunio 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 olion ar ben yr olion arall; neu ar yr un haen, rhowch un olion wrth ymyl yr olion arall, fel y dangosir yn Ffigur 5.
　　
Yn y ddau gyfluniad olrhain hyn, gall newidiadau mewn foltedd dros amser (dV/dt) ar un olin 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 trawsnewidiadau foltedd cyflym yn digwydd amlaf ar ochr ddigidol y dyluniad signal analog. Os yw'r olion â throsglwyddiadau 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 ddau anfantais: mae eu goddefgarwch sŵn yn llawer is na chylchedau 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'w newid yw'r pellter rhwng y ddau olrhain. 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 olin. Yn yr achos hwn, mae'r hyd L yn lleihau, a bydd yr adweithedd capacitive rhwng y ddau olrhain 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 hyn 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. Y mae hefyd i osod allan ddau olion. Ar ddwy haen wahanol, gosodwch un olion ar ben yr olion arall; neu ar yr un haen, rhowch un olion wrth ymyl y llall, fel y dangosir yn Ffigur 6.

Yn y ddau gyfluniad gwifrau hyn, bydd y newid cyfredol (dI/dt) o olrhain gydag amser, oherwydd anwythiad yr olrhain hwn, yn cynhyrchu foltedd ar yr un olrhain; ac oherwydd bodolaeth inductance cydfuddiannol, bydd yn Mae 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 cerrynt 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 I/O swnllyd. Er mwyn ceisio cyflawni rhwydwaith pŵer a daear rhwystriant isel, dylid lleihau anwythiad gwifrau cylched digidol, a dylid lleihau cyplu capacitive cylchedau analog.
　　
03

Casgliad

Ar ôl pennu'r ystodau digidol ac analog, mae llwybro gofalus yn hanfodol i PCB llwyddiannus. Mae strategaeth gwifrau fel arfer yn cael ei chyflwyno i bawb fel rheol, oherwydd mae'n anodd profi llwyddiant y cynnyrch yn y pen draw 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.