It oantal digitale ûntwerpers en saakkundigen foar ûntwerp fan digitale circuitboards op it technykfjild nimt konstant ta, wat de ûntwikkelingstrend fan 'e yndustry wjerspegelet. Hoewol't de klam op digitaal ûntwerp hat brocht grutte ûntjouwings yn elektroanyske produkten, it bestiet noch, en der sil altyd wêze wat circuit ûntwerpen dy't ynterface mei analoge of echte omjouwings. Wiring strategyen yn de analoge en digitale fjilden hawwe wat oerienkomsten, mar as jo wolle krije bettere resultaten, fanwege harren ferskillende wiring strategyen, is simpel circuit wiring design net mear de optimale oplossing.

Dit artikel besprekt de basis oerienkomsten en ferskillen tusken analoge en digitale bedrading yn termen fan bypass-kondensatoren, stroomfoarsjenningen, grûnûntwerp, spanningsflaters, en elektromagnetyske ynterferinsje (EMI) feroarsake troch PCB-bedrading.

It oantal digitale ûntwerpers en saakkundigen foar ûntwerp fan digitale circuitboards op it technykfjild nimt konstant ta, wat de ûntwikkelingstrend fan 'e yndustry wjerspegelet. Hoewol't de klam op digitaal ûntwerp hat brocht grutte ûntjouwings yn elektroanyske produkten, it bestiet noch, en der sil altyd wêze wat circuit ûntwerpen dy't ynterface mei analoge of echte omjouwings. Wiring strategyen yn de analoge en digitale fjilden hawwe wat oerienkomsten, mar as jo wolle krije bettere resultaten, fanwege harren ferskillende wiring strategyen, is simpel circuit wiring design net mear de optimale oplossing.

Dit artikel besprekt de basis oerienkomsten en ferskillen tusken analoge en digitale bedrading yn termen fan bypass-kondensatoren, stroomfoarsjenningen, grûnûntwerp, spanningsflaters, en elektromagnetyske ynterferinsje (EMI) feroarsake troch PCB-bedrading.

It tafoegjen fan bypass- of ûntkoppelingskondensatoren op it circuitboard en de lokaasje fan dizze kondensatoren op it boerd binne sûn ferstân foar digitale en analoge ûntwerpen. Mar nijsgjirrich binne de redenen oars.

Yn analoge wiring-ûntwerp wurde bypass-kondensatoren meastentiids brûkt om hege frekwinsjesinjalen op 'e stroomfoarsjenning te omgean. As bypass capacitors wurde net tafoege, dizze hege-frekwinsje sinjalen kinne ynfiere gefoelige analoge chips fia de Netzteil pins. Yn 't algemien is de frekwinsje fan dizze hegefrekwinsjesinjalen grutter as it fermogen fan analoge apparaten om hegefrekwinsjesinjalen te ûnderdrukken. As de bypass-kondensator net brûkt wurdt yn it analoge circuit, kin lûd yn it sinjaalpaad ynfierd wurde, en yn mear serieuze gefallen kin it sels trilling feroarsaakje.

Yn analoge en digitale PCB design, bypass of decoupling capacitors (0.1uF) moatte wurde pleatst sa ticht by it apparaat mooglik. De ûntkoppelingskondensator fan 'e stroomfoarsjenning (10uF) moat wurde pleatst by de yngong fan' e machtline fan it circuit board. Yn alle gefallen moatte de pins fan dizze kondensatoren koart wêze.

Op it circuit board yn figuer 2 wurde ferskate rûtes brûkt om de macht en grûn triedden te routeren. Fanwegen dizze ferkearde gearwurking binne de elektroanyske komponinten en circuits op it circuitboard earder ûnderwurpen oan elektromagnetyske ynterferinsje.

Yn it inkele paniel fan figuer 3, de macht en grûn triedden oan 'e komponinten op' e circuit board binne tichtby inoar. De oerienkommende ferhâlding fan de macht line en de grûn line yn dit circuit board is passend lykas werjûn yn figuer 2. De kâns dat elektroanyske komponinten en circuits yn it circuit board wurdt ûnderwurpen wurde oan elektromagnetyske ynterferinsje (EMI) wurdt fermindere troch 679/12,8 kear of oer 54x.
　　
Foar digitale apparaten lykas controllers en processors binne ek ûntkoppelingskondensatoren nedich, mar om ferskate redenen. Ien funksje fan dizze capacitors is te fungearjen as in "miniatuer" lading bank.

Yn digitale circuits is in grut bedrach fan strom meastal nedich foar in útfiere poarte steat switching. Sûnt it wikseljen fan oergeande streamingen wurde generearre op 'e chip by it wikseljen en stream troch it circuit board, is it foardielich om ekstra "spare" ladingen te hawwen. As d'r net genôch lading is by it útfieren fan 'e wikselaksje, sil de spanning fan' e voeding sterk feroarje. Tefolle spanningsferoaring sil feroarsaakje dat it digitale sinjaalnivo in ûnwisse steat komt, en kin de steatmasine yn it digitale apparaat ferkeard operearje.

De wikselstroom dy't troch it spoar fan 'e circuitboard streamt, sil de spanning feroarje, en it spoar fan' e circuitboard hat parasitêre induktinsje. De folgjende formule kin brûkt wurde om de spanningsferoaring te berekkenjen: V = LdI/dt. Under harren: V = spanning feroaring, L = circuit board trace inductance, dI = hjoeddeistige feroaring troch it spoar, dt = hjoeddeistige feroaring tiid.
　　
Dêrom, foar in protte redenen, is it better om te passen bypass (of ûntkoppeling) capacitors oan 'e macht oanbod of op' e macht oanbod pins fan aktive apparaten.

De macht cord en grûn tried moatte wurde routed tegearre

De posysje fan 'e stroomkabel en de grûndraad binne goed oerienkomme om de mooglikheid fan elektromagnetyske ynterferinsje te ferminderjen. As de macht line en de grûn line binne net goed oerien, in systeem lus wurdt ûntwurpen en lûd sil wierskynlik wurde generearre.

In foarbyld fan in PCB-ûntwerp dêr't de macht line en grûn line binne net goed oerien is werjûn yn figuer 2. Op dit circuit board is it ûntwurpen lus gebiet 697cm². Mei help fan de metoade werjûn yn figuer 3, de mooglikheid fan útstrieling lûd op of út it circuit board inducing spanning yn 'e lus kin gâns fermindere.

It ferskil tusken analoge en digitale wiring strategyen

▍It grûnflak is in probleem

De basiskennis fan circuit board bedrading is fan tapassing op sawol analoge as digitale circuits. In basisregel is om in ûnûnderbrutsen grûnflak te brûken. Dit sûn ferstân fermindert it dI / dt (feroaring yn aktuele mei tiid) effekt yn digitale circuits, dy't feroaret de grûn potinsjeel en feroarsaket lûd te gean analoge circuits.

De bedradingstechniken foar digitale en analoge circuits binne yn prinsipe itselde, mei ien útsûndering. Foar analoge circuits is d'r in oar punt om op te merken, dat is, hâld de digitale sinjaallinen en loops yn it grûnfleantúch sa fier mooglik fan 'e analoge circuits. Dit kin berikt wurde troch it ferbinen fan de analoge grûn fleantúch oan it systeem grûn ferbining apart, of it pleatsen fan de analoge circuit oan 'e fierste ein fan' e circuit board, dat is de ein fan 'e line. Dit wurdt dien om de eksterne ynterferinsje op it sinjaalpaad op in minimum te hâlden.

D'r is gjin ferlet om dit te dwaan foar digitale circuits, dy't sûnder problemen in protte lûd op 'e grûn kinne ferneare.

Figure 4 (lofts) isolearret de digitale skeakelaksje fan it analoge circuit en skiedt de digitale en analoge dielen fan it circuit. (Rjochts) De hege frekwinsje en lege frekwinsje moatte wurde skieden safolle mooglik, en de hege frekwinsje komponinten moatte wêze tichtby de circuit board Anschlüsse.

figuer 5 Layout twa nauwe spoaren op de PCB, it is maklik te foarmjen parasitêr capacitance. Troch it bestean fan dit soarte kapasitânsje kin in rappe spanningsferoaring op ien spoar in aktueel sinjaal generearje op 'e oare spoar.

figuer 6 As jo ​​net betelje omtinken oan it pleatsen fan de spoaren, kin de spoaren yn de PCB produsearje line inductance en ûnderlinge inductance. Dizze parasitêre induktânsje is heul skealik foar de wurking fan circuits ynklusyf digitale skeakelsirken.

▍Component lokaasje

Lykas hjirboppe neamd, moatte yn elke PCB-ûntwerp it lûdsdiel fan it circuit en it "rêstige" diel (net-lûddiel) skieden wurde. Algemien sprutsen, digitale circuits binne "ryk" yn lûd en binne ûngefoelich foar lûd (omdat digitale circuits hawwe in gruttere spanning lûd tolerânsje); krekt oarsom, de spanning noise tolerânsje fan analoge circuits is folle lytser.

Fan 'e twa binne analoge circuits it meast gefoelich foar skeakellûd. Yn 'e bedrading fan in mingd-sinjaalsysteem moatte dizze twa circuits skieden wurde, lykas werjûn yn figuer 4.
　　
▍ Parasitêre komponinten generearre troch PCB-ûntwerp

Twa basis parasitêre eleminten dy't problemen kinne feroarsaakje wurde maklik foarme yn PCB-ûntwerp: parasitêre kapasitânsje en parasitêre induktânsje.

By it ûntwerpen fan in circuit board sil it pleatsen fan twa spoaren tichtby elkoar parasitêre kapasitânsje generearje. Jo kinne dit dwaan: Op twa ferskillende lagen, pleats ien spoar boppe op 'e oare trace; of op deselde laach, pleats ien spoar neist de oare spoar, lykas werjûn yn figuer 5.
　　
Yn dizze twa trace konfiguraasjes, feroarings yn spanning oer de tiid (dV / dt) op ien spoar kin feroarsaakje strom op de oare trace. As it oare spoar hege impedânsje is, sil de stroom generearre troch it elektryske fjild wurde omsetten yn spanning.
　　
Snelle spanningstransients komme meast foar oan 'e digitale kant fan it ûntwerp fan analoge sinjaal. As de spoaren mei flugge spanning transients binne tichtby hege-impedânsje analoge spoaren, dizze flater sil serieus beynfloedzje de krektens fan de analoge circuit. Yn dizze omjouwing hawwe analoge circuits twa neidielen: har lûdtolerânsje is folle leger as dy fan digitale circuits; en spoaren mei hege impedânsje binne faker.
　　
It brûken fan ien fan 'e folgjende twa techniken kin dit ferskynsel ferminderje. De meast brûkte technyk is om de grutte te feroarjen tusken spoaren neffens de kapasiteitsfergeliking. De meast effektive grutte om te feroarjen is de ôfstân tusken de twa spoaren. Dêrby moat opmurken wurde dat de fariabele d is yn de neamer fan de kapasiteit fergeliking. As d ferheget, sil de kapasitive reaktânsje ôfnimme. In oare fariabele dat kin feroare wurde is de lingte fan de twa spoaren. Yn dit gefal, de lingte L nimt ôf, en de kapasitive reactance tusken de twa spoaren sil ek ôfnimme.
　　
In oare technyk is it lizzen fan in grûn tried tusken dizze twa spoaren. De grûndraad is lege impedânsje, en it tafoegjen fan in oare spoar lykas dit sil it ynterferinsje elektryske fjild swakke, lykas werjûn yn figuer 5.
　　
It prinsipe fan parasitêre induktânsje yn it circuit board is fergelykber mei dat fan parasitêre kapasitânsje. It is ek om twa spoaren út te lizzen. Op twa ferskillende lagen, set ien spoar boppe op 'e oare spoar; of op deselde laach, pleats ien spoar neist de oare, lykas werjûn yn figuer 6.

Yn dizze twa wiring konfiguraasjes sil de hjoeddeiske feroaring (dI / dt) fan in spoar mei de tiid, fanwege de inductance fan dit spoar, generearje spanning op deselde spoar; en troch it bestean fan ûnderlinge inductance, it sil In evenredige stroom wurdt oanmakke op 'e oare trace. As de spanning feroaring op it earste spoar is grut genôch, kin ynterferinsje ferminderje de spanning tolerânsje fan de digitale sirkwy en feroarsaakje flaters. Dit ferskynsel komt net allinnich foar yn digitale circuits, mar dit ferskynsel komt faker foar yn digitale circuits fanwegen de grutte instantane skeakelstrommen yn digitale circuits.
　　
Om potinsjele lûd út elektromagnetyske ynterferinsjeboarnen te eliminearjen, is it it bêste om "stille" analoge rigels te skieden fan lawaaierige I / O-poarten. Om te besykjen te kommen ta in lege-impedânsje macht en grûn netwurk, de inductance fan digitale circuit triedden moatte wurde minimalisearre, en de kapasitive koppeling fan analoge circuits moatte wurde minimalisearre.
　　
03

Konklúzje

Nei't de digitale en analoge berik binne bepaald, is soarchfâldige routing essinsjeel foar in suksesfolle PCB. Wiring strategy wurdt meastal yntrodusearre foar elkenien as in thumb regel, omdat it is dreech om te testen it ultime súkses fan it produkt yn in laboratoarium omjouwing. Dêrom, nettsjinsteande de oerienkomsten yn 'e bedradingstrategyen fan digitale en analoge circuits, moatte de ferskillen yn har bedradingstrategyen wurde erkend en serieus nommen.