La nombro de ciferecaj dizajnistoj kaj spertuloj pri ciferecaj cirkvittabuloj en la inĝenieristiko konstante pliiĝas, kio reflektas la evoluan tendencon de la industrio. Kvankam la emfazo de cifereca dezajno kaŭzis gravajn evoluojn en elektronikaj produktoj, ĝi daŭre ekzistas, kaj ĉiam ekzistos kelkaj cirkvitaj dezajnoj kiuj interagadas kun analogaj aŭ realaj medioj. Strategioj de drataro en la analogaj kaj ciferecaj kampoj havas iujn similecojn, sed kiam vi volas akiri pli bonajn rezultojn, pro iliaj malsamaj kablaj strategioj, simpla cirkvito drata dezajno ne plu estas la optimuma solvo.

Ĉi tiu artikolo diskutas la bazajn similecojn kaj diferencojn inter analoga kaj cifereca drataro laŭ pretervojaj kondensiloj, elektroprovizoj, grunda dezajno, tensioeraroj kaj elektromagneta interfero (EMI) kaŭzita de PCB-dratado.

La nombro de ciferecaj dizajnistoj kaj spertuloj pri ciferecaj cirkvittabuloj en la inĝenieristiko konstante pliiĝas, kio reflektas la evoluan tendencon de la industrio. Kvankam la emfazo de cifereca dezajno kaŭzis gravajn evoluojn en elektronikaj produktoj, ĝi daŭre ekzistas, kaj ĉiam ekzistos kelkaj cirkvitaj dezajnoj kiuj interagadas kun analogaj aŭ realaj medioj. Strategioj de drataro en la analogaj kaj ciferecaj kampoj havas iujn similecojn, sed kiam vi volas akiri pli bonajn rezultojn, pro iliaj malsamaj kablaj strategioj, simpla cirkvito drata dezajno ne plu estas la optimuma solvo.

Ĉi tiu artikolo diskutas la bazajn similecojn kaj diferencojn inter analoga kaj cifereca drataro laŭ pretervojaj kondensiloj, elektroprovizoj, grunda dezajno, tensioeraroj kaj elektromagneta interfero (EMI) kaŭzita de PCB-dratado.

Aldoni pretervojon aŭ malkunligajn kondensilojn sur la cirkvito-tabulo kaj la loko de ĉi tiuj kondensiloj sur la tabulo estas ordinara racio por ciferecaj kaj analogaj dezajnoj. Sed interese, la kialoj estas malsamaj.

En analoga dratarodezajno, pretervojaj kondensiloj kutimas kutime preteriri altfrekvencajn signalojn sur la elektroprovizo. Se pretervojaj kondensiloj ne estas aldonitaj, tiuj altfrekvencaj signaloj povas eniri sentemajn analogajn fritojn tra la elektroprovizstiftoj. Ĝenerale, la ofteco de ĉi tiuj altfrekvencaj signaloj superas la kapablon de analogaj aparatoj por subpremi altfrekvencajn signalojn. Se la pretervoja kondensilo ne estas uzata en la analoga cirkvito, bruo povas esti enkondukita en la signalvojo, kaj en pli gravaj kazoj, ĝi eĉ povas kaŭzi vibradon.

En analoga kaj cifereca PCB-dezajno, preterpasaj aŭ malkunligaj kondensiloj (0.1uF) devus esti metitaj kiel eble plej proksime al la aparato. La elektroprovizo-malkunliga kondensilo (10uF) devus esti metita ĉe la elektra linio-enirejo de la cirkvito. En ĉiuj kazoj, la pingloj de ĉi tiuj kondensiloj devus esti mallongaj.

Sur la cirkvito en Figuro 2, malsamaj vojoj estas uzataj por direkti la potencon kaj grundajn dratojn. Pro ĉi tiu nedeca kunlaboro, la elektronikaj komponantoj kaj cirkvitoj sur la cirkvito estas pli verŝajne submetitaj al elektromagneta interfero.

En la ununura panelo de Figuro 3, la potenco kaj grundaj dratoj al la komponentoj sur la cirkvito estas proksimaj unu al la alia. La kongrua rilatumo de la elektra linio kaj la grunda linio en ĉi tiu cirkvito estas taŭga kiel montrite en Figuro 2. La probablo de elektronikaj komponantoj kaj cirkvitoj en la cirkvito estas submetitaj al elektromagneta interfero (EMI) estas reduktita je 679/12.8 fojojn aŭ ĉirkaŭ 54 fojojn.
　　
Por ciferecaj aparatoj kiel regiloj kaj procesoroj, malkunligaj kondensiloj ankaŭ estas postulataj, sed pro malsamaj kialoj. Unu funkcio de ĉi tiuj kondensiloj devas funkcii kiel "miniatura" ŝargobanko.

En ciferecaj cirkvitoj, granda kvanto de kurento estas kutime postulata por elfari pordegŝtatŝanĝon. Ĉar ŝanĝantaj pasemaj fluoj estas generitaj sur la blato dum ŝanĝado kaj fluas tra la cirkvito, estas avantaĝe havi kromajn "rezervajn" pagendaĵojn. Se ne sufiĉas ŝarĝo dum la ŝanĝa ago, la elektra tensio multe ŝanĝiĝos. Tro da tensioŝanĝo igos la ciferecan signalnivelon eniri necertan staton, kaj povas kaŭzi la ŝtatmaŝinon en la cifereca aparato funkcii malĝuste.

La ŝanĝa kurento fluanta tra la cirkvitplata spuro igos la tension ŝanĝiĝi, kaj la cirkvitplata spuro havas parazitan induktancon. La sekva formulo povas esti uzata por kalkuli la tensioŝanĝon: V = LdI/dt. Inter ili: V = tensioŝanĝo, L = cirkvitplata spura indukto, dI = aktuala ŝanĝo tra la spuro, dt = nuna ŝanĝotempo.
　　
Tial, pro multaj kialoj, estas pli bone apliki preterpasajn (aŭ malkunligajn) kondensiloj ĉe la nutrado aŭ ĉe la nutrado pingloj de aktivaj aparatoj.

La elektra ŝnuro kaj grunda drato devas esti direktitaj kune

La pozicio de la elektra ŝnuro kaj la grunda drato estas bone kongruaj por redukti la eblecon de elektromagneta interfero. Se la kurentkonduktilo kaj la grundlinio ne estas konvene egalitaj, sistembuklo estos dizajnita kaj bruo verŝajne estos generita.

Ekzemplo de PCB-dezajno kie la elektra linio kaj grunda linio ne estas ĝuste kongruaj estas montrita en Figuro 2. Sur ĉi tiu cirkvito, la desegnita bukloareo estas 697cm². Uzante la metodon montritan en Figuro 3, la ebleco de radia bruo sur aŭ for de la cirkvito induktante tension en la buklo povas esti tre reduktita.

La diferenco inter analogaj kaj ciferecaj kablaj strategioj

▍La teraviadilo estas problemo

La baza scio pri drataro de cirkvito estas aplikebla al kaj analogaj kaj ciferecaj cirkvitoj. Baza regulo estas uzi seninterrompan grundaviadilon. Tiu ordinara racio reduktas la dI/dt (ŝanĝo en fluo kun tempo) efikon en ciferecaj cirkvitoj, kiu ŝanĝas la grundpotencialon kaj igas bruon eniri analogajn cirkvitojn.

La kablaj teknikoj por ciferecaj kaj analogaj cirkvitoj estas esence la samaj, kun unu escepto. Por analogaj cirkvitoj, estas alia punkto por noti, tio estas, konservi la ciferecajn signalliniojn kaj buklojn en la grunda ebeno kiel eble plej malproksime de la analogaj cirkvitoj. Ĉi tio povas esti atingita ligante la analogan grundaviadilon al la sistema grundkonekto aparte, aŭ metante la analogan cirkviton ĉe la malproksima fino de la cirkvito, kiu estas la fino de la linio. Ĉi tio estas farita por minimumigi la eksteran interferon sur la signalvojo.

Ne necesas fari tion por ciferecaj cirkvitoj, kiuj povas senprobleme toleri multe da bruo sur la teraviadilo.

Figuro 4 (maldekstre) izolas la ciferecan ŝanĝan agon de la analoga cirkvito kaj apartigas la ciferecajn kaj analogajn partojn de la cirkvito. (Dekstre) La altfrekvenco kaj malaltfrekvenco devas esti apartigitaj kiel eble plej multe, kaj la altfrekvencaj komponantoj devas esti proksimaj al la konektiloj de cirkvito.

Figuro 5 Aranĝo du proksimaj spuroj sur la PCB, estas facile formi parazitan kapacitancon. Pro la ekzisto de ĉi tiu speco de kapacitanco, rapida tensioŝanĝo sur unu spuro povas generi aktualan signalon sur la alia spuro.

Figuro 6 Se vi ne atentas la lokigon de la spuroj, la spuroj en la PCB povas produkti linion induktancon kaj reciprokan induktancon. Tiu parazita induktanco estas tre damaĝa al la funkciado de cirkvitoj inkluzive de ciferecaj ŝanĝaj cirkvitoj.

▍Komponta loko

Kiel menciite supre, en ĉiu PCB-dezajno, la brua parto de la cirkvito kaj la "trankvila" parto (ne-brua parto) devas esti apartigitaj. Ĝenerale, ciferecaj cirkvitoj estas "riĉaj" je bruo kaj estas nesentemaj al bruo (ĉar ciferecaj cirkvitoj havas pli grandan tensian bruotoleremon); male, la tensia brua toleremo de analogaj cirkvitoj estas multe pli malgranda.

El la du, analogaj cirkvitoj estas la plej sentemaj al ŝanĝa bruo. En la drataro de mikssigna sistemo, ĉi tiuj du cirkvitoj devas esti apartigitaj, kiel montrite en Figuro 4.
　　
▍Parazitaj komponantoj generitaj per PCB-dezajno

Du bazaj parazitaj elementoj kiuj povas kaŭzi problemojn estas facile formitaj en PCB-dezajno: parazita kapacitanco kaj parazita induktanco.

Dum dizajnado de cirkvito, meti du spurojn proksime unu al la alia generos parazitan kapacitancon. Vi povas fari ĉi tion: Sur du malsamaj tavoloj, metu unu spuron sur la alian spuron; aŭ sur la sama tavolo, metu unu spuron apud la alia spuro, kiel montrite en Figuro 5.
　　
En tiuj du spurkonfiguracioj, ŝanĝoj en tensio dum tempo (dV/dt) sur unu spuro povas kaŭzi fluon sur la alia spuro. Se la alia spuro estas alta impedanco, la kurento generita de la elektra kampo estos konvertita en tension.
　　
Rapidaj tensiotransientoj plej ofte okazas sur la cifereca flanko de la analoga signaldezajno. Se la spuroj kun rapidaj tensiaj transiroj estas proksimaj al alt-impedancaj analogaj spuroj, ĉi tiu eraro grave influos la precizecon de la analoga cirkvito. En ĉi tiu medio, analogaj cirkvitoj havas du malavantaĝojn: ilia brua toleremo estas multe pli malalta ol tiu de ciferecaj cirkvitoj; kaj altaj impedancaj spuroj estas pli oftaj.
　　
Uzante unu el la sekvaj du teknikoj povas redukti ĉi tiun fenomenon. La plej ofte uzata tekniko estas ŝanĝi la grandecon inter spuroj laŭ la kapacitanekvacio. La plej efika grandeco por ŝanĝi estas la distanco inter la du spuroj. Oni devas rimarki, ke la variablo d estas en la denominatoro de la kapacitanekvacio. Ĉar d pliiĝas, la kapacita reaktanco malpliiĝos. Alia variablo ŝanĝebla estas la longo de la du spuroj. En ĉi tiu kazo, la longo L malpliiĝas, kaj la kapacita reaktanco inter la du spuroj ankaŭ malpliiĝos.
　　
Alia tekniko estas meti teran draton inter ĉi tiuj du spuroj. La grunda drato estas malalta impedanco, kaj aldoni alian spuron kiel ĉi malfortigos la interferan elektran kampon, kiel montrite en Figuro 5.
　　
La principo de parazita induktanco en la cirkvito estas simila al tiu de parazita kapacitanco. Ĝi estas ankaŭ elmeti du spurojn. Sur du malsamaj tavoloj, metu unu spuron sur la alian spuron; aŭ sur la sama tavolo, metu unu spuron apud la alia, kiel montrite en Figuro 6.

En ĉi tiuj du kablaj konfiguracioj, la aktuala ŝanĝo (dI/dt) de spuro kun tempo, pro la induktanco de ĉi tiu spuro, generos tension sur la sama spuro; kaj pro la ekzisto de reciproka induktanco, ĝi A proporcia kurento estas generita sur la alia spuro. Se la tensioŝanĝo sur la unua spuro estas sufiĉe granda, interfero povas redukti la tensio-toleremon de la cifereca cirkvito kaj kaŭzi erarojn. Ĉi tiu fenomeno ne nur okazas en ciferecaj cirkvitoj, sed ĉi tiu fenomeno estas pli ofta en ciferecaj cirkvitoj pro la grandaj tujaj ŝanĝfluoj en ciferecaj cirkvitoj.
　　
Por forigi eblan bruon de elektromagnetaj interferfontoj, estas plej bone apartigi "trankvilajn" analogajn liniojn de bruaj I/O-havenoj. Por provi atingi malalt-impedancan potencon kaj grundan reton, la induktanco de ciferecaj cirkvitaj dratoj estu minimumigita, kaj la kapacita kuplado de analogaj cirkvitoj estu minimumigita.
　　
03

Konkludo

Post kiam la ciferecaj kaj analogaj intervaloj estas determinitaj, zorgema vojigo estas esenca por sukcesa PCB. Strategio de drataro estas kutime enkondukita al ĉiuj kiel regulo de dikfingro, ĉar estas malfacile testi la finfinan sukceson de la produkto en laboratoriomedio. Tial, malgraŭ la similecoj en la kablaj strategioj de ciferecaj kaj analogaj cirkvitoj, la diferencoj en iliaj kablaj strategioj devas esti rekonitaj kaj prenitaj grave.