I ka hoʻolālā PCB, no ke aha ka ʻokoʻa ma waena o ke kaapuni analog a me ke kaapuni kikohoʻe nui?

Ke piʻi mau nei ka heluna o nā mea hoʻolālā kikohoʻe a me nā loea hoʻolālā papa kaapuni kikohoʻe ma ke kahua ʻenekinia, e hōʻike ana i ke ʻano hoʻomohala o ka ʻoihana. ʻOiai ʻo ka manaʻo nui i ka hoʻolālā kikohoʻe ua lawe mai i nā mea hoʻomohala nui i nā huahana uila, aia nō ia, a aia mau kekahi mau hoʻolālā kaapuni e pili ana me nā kaiapuni analog a i ʻole maoli. ʻO nā hoʻolālā uea ma ka analog a me ka kikohoʻe he mau mea like, akā inā makemake ʻoe e kiʻi i nā hopena maikaʻi aʻe, no ko lākou ʻano hoʻolālā ʻokoʻa, ʻaʻole ʻo ka hoʻolālā uea kaapuni maʻalahi ka hopena maikaʻi loa.

Kūkākūkā kēia ʻatikala i nā mea like a me nā ʻokoʻa ma waena o nā wili analog a me nā kikohoʻe e pili ana i nā capacitors bypass, nā lako mana, ka hoʻolālā ʻāina, nā hewa uila, a me ka interference electromagnetic (EMI) i hoʻokumu ʻia e ka wili PCB.

ʻO ka hoʻohui ʻana i nā capacitors bypass a i ʻole decoupling capacitors ma ka papa kaapuni a me kahi o kēia mau capacitors ma ka papa he manaʻo maʻamau no nā hoʻolālā kikohoʻe a me ka analog. Akā ʻo ka mea hoihoi, ʻokoʻa nā kumu.

I ka hoʻolālā ʻana i nā uwila analog, hoʻohana mau ʻia nā capacitor bypass e kāpae i nā hōʻailona alapine kiʻekiʻe ma ka lako mana. Inā ʻaʻole i hoʻohui ʻia nā capacitors bypass, hiki i kēia mau hōʻailona alapine kiʻekiʻe ke komo i nā ʻāpana analog koʻikoʻi ma o nā pine lako mana. Ma ka ʻōlelo maʻamau, ʻoi aku ke alapine o kēia mau hōʻailona kiʻekiʻe ma mua o ka hiki o nā mea analog ke kāohi i nā hōʻailona kiʻekiʻe. Inā ʻaʻole hoʻohana ʻia ka capacitor bypass i ke kaapuni analog, hiki ke hoʻokomo ʻia ka walaʻau ma ke ala hōʻailona, a ma nā hihia koʻikoʻi, hiki ke hoʻoulu ʻia.

Ma ka hoʻolālā PCB analog a me ka kikohoʻe, e hoʻokomo ʻia nā capacitors bypass a i ʻole decoupling (0.1uF) i kahi kokoke i ka mea hiki. Pono e kau ʻia ka mana hoʻokaʻawale decoupling capacitor (10uF) ma ka puka laina mana o ka papa kaapuni. I nā hihia a pau, pono e pōkole nā pine o kēia mau capacitors.

Ma ka papa kaapuni ma ke Kiʻi 2, hoʻohana ʻia nā ala ʻokoʻa e ala i ka mana a me nā uwea lepo. Ma muli o kēia hana like ʻole, ʻoi aku ka nui o nā ʻāpana uila a me nā kaʻapuni ma ka papa kaapuni i ka interference electromagnetic.

Ma ka papa hoʻokahi o ka Figure 3, ua kokoke ka mana a me nā uea lepo i nā mea ma ka papa kaapuni. Ua kūpono ka ratio like o ka laina mana a me ka laina honua ma kēia papa kaapuni e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2. ʻO ka nui o nā ʻāpana uila a me nā kaapuni i ka papa kaapuni e hoʻopili ʻia i ka electromagnetic interference (EMI) e hoʻemi ʻia e 679/12.8 mau manawa a i ʻole. ma kahi o 54 manawa.
　　
No nā polokalamu kamepiula e like me nā mea hoʻoponopono a me nā kaʻina hana, pono pū ka decoupling capacitors, akā no nā kumu like ʻole. ʻO kahi hana o kēia mau capacitors e hana ma ke ʻano he "miniature" charge bank.

I nā kaapuni kikohoʻe, koi ʻia ka nui o ke au e hana i ka hoʻololi ʻana i ka mokuʻāina. Ma muli o ka hoʻololi ʻana i nā au kuʻuna i hana ʻia ma ka chip i ka wā e hoʻololi ai a kahe i ka papa kaapuni, ʻoi aku ka maikaʻi o ka loaʻa ʻana o nā uku "hoʻokoe". Inā ʻaʻole lawa ka uku i ka wā e hana ai i ka hana hoʻololi, e loli nui ka mana lako uila. ʻO ka nui o ka hoʻololi ʻana i ka uila e komo ai ka pae hōʻailona kikohoʻe i kahi kūlana maopopo ʻole, a hiki ke hana hewa ka mīkini mokuʻāina i ka mīkini kikohoʻe.

ʻO ke kaha hoʻololi e kahe ana ma ka ʻaoʻao o ka papa kaapuni e hoʻololi i ka volta, a ʻo ke ʻano o ka papa kaapuni he parasitic inductance. Hiki ke hoʻohana ʻia kēia ʻano kumu no ka helu ʻana i ka hoʻololi ʻana o ka volta: V = LdI/dt. Ma waena o lākou: V = hoʻololi uila, L = inductance o ka papa kaapuni, dI = hoʻololi i kēia manawa ma o ka trace, dt = manawa hoʻololi o kēia manawa.
　　
No laila, no nā kumu he nui, ʻoi aku ka maikaʻi o ka hoʻopili ʻana i nā capacitors bypass (a i ʻole decoupling) i ka lako mana a i ʻole nā pine mana o nā mea hana.

Pono e hoʻokuʻi pū ʻia ke kaula mana a me ka uea honua

Hoʻopili maikaʻi ʻia ke kūlana o ke kaula mana a me ka uea honua e hōʻemi i ka hiki ke hoʻopili electromagnetic. Inā ʻaʻole i hoʻohālikelike pono ʻia ka laina mana a me ka laina honua, e hoʻolālā ʻia kahi puka ʻōnaehana a e hana ʻia paha ka walaʻau.

Hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2 kahi laʻana o ka hoʻolālā PCB kahi i hoʻohālikelike pono ʻole ʻia ka laina mana a me ka laina honua. Me ka hoʻohana ʻana i ke ʻano i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 3, hiki ke hoʻemi nui ʻia ka hiki ke hoʻoheheʻe ʻia ma luna a i ʻole ma waho o ka papa kaapuni e hoʻoulu ai i ka uila i loko o ka loop.

ʻO ka ʻokoʻa ma waena o nā hoʻolālā uila analog a me nā kikohoʻe

▍ He pilikia ka mokulele honua

Pili ka ʻike kumu o ka uwila kaapuni i nā kaapuni analog a me nā kikohoʻe. ʻO kahi lula kumu o ka hoʻohana ʻana i kahi mokulele honua ʻole. Hoʻemi kēia manaʻo maʻamau i ka hopena dI/dt (hoʻololi i kēia manawa me ka manawa) i nā kaapuni kikohoʻe, kahi e hoʻololi ai i ka hiki o ka honua a hoʻoulu i ka walaʻau e komo i nā kaapuni analog.

ʻO nā ʻenehana wili no nā kaapuni kikohoʻe a me ka analog he ʻano like, me ka ʻokoʻa. No nā kaapuni analog, aia kekahi wahi e hoʻomaopopo ai, ʻo ia hoʻi, e mālama i nā laina hōʻailona kikohoʻe a me nā puka lou i ka mokulele honua i kahi mamao loa mai nā kaapuni analog e like me ka hiki. Hiki ke hoʻokō ʻia kēia ma ka hoʻopili ʻana i ka mokulele honua analog i ka pili honua ʻōnaehana i kahi kaʻawale, a i ʻole ke kau ʻana i ke kaapuni analog ma ka hope loa o ka papa kaapuni, ʻo ia ka hopena o ka laina. Hanaʻia kēia no ka mālamaʻana i ka pilikia o waho ma ke ala hōʻailona i ka liʻiliʻi.

ʻAʻohe pono e hana i kēia no nā kaapuni kikohoʻe, hiki ke ʻae i ka leo nui ma ka mokulele honua me ka pilikia ʻole.

Hoʻokaʻawale ke Kiʻi 4 (hema) i ka hana hoʻololi kikohoʻe mai ke kaapuni analog a hoʻokaʻawale i nā ʻāpana kikohoʻe a me ka analog o ke kaapuni. (Pūpono) Pono e hoʻokaʻawale ʻia ke alapine kiʻekiʻe a me ke alapine haʻahaʻa e like me ka hiki, a ʻo nā ʻāpana alapine kiʻekiʻe e pili kokoke i nā mea hoʻohui papa kaapuni.

Kiʻi 5 E hoʻonohonoho i ʻelua mau ala kokoke i ka PCB, maʻalahi ke hana i ka capacitance parasitic. Ma muli o ke ola ʻana o kēia ʻano capacitance, hiki i ka hoʻololi ʻana o ka volta wikiwiki i hoʻokahi trace ke hana i kahi hōʻailona o kēia manawa ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe.

Kiʻi 6 Inā ʻaʻole ʻoe e noʻonoʻo i ke kau ʻana o nā meheu, hiki i nā ʻili i ka PCB ke hana i ka laina inductance a me ka inductance like. He pōʻino loa kēia inductance parasitic i ka hana o nā kaʻa me nā kaʻa hoʻololi kikohoʻe.

▍ Wahi hui

E like me ka mea i ʻōlelo ʻia ma luna, i kēlā me kēia hoʻolālā PCB, pono e hoʻokaʻawale ʻia ka ʻāpana walaʻau o ke kaapuni a me ka ʻāpana "noho mālie". ʻO ka mea maʻamau, "waiwai" nā kaapuni kikohoʻe i ka walaʻau a ʻaʻole i ʻike ʻia i ka walaʻau (no ka mea, ʻoi aku ka nui o ke kaʻa uila uila); ma kahi ʻē aʻe, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka ʻae ʻana o ka leo uila o nā kaapuni analog.

ʻO nā mea ʻelua, ʻo nā kaapuni analog ka mea maʻalahi loa i ka hoʻololi ʻana i ka leo. I ka uwea ana o ka hoailona huikau, pono e hookaawaleia keia mau kaapuni elua, e like me ka hoike ana ma ke Kii 4.
　　
▍ Nā ʻāpana Parasitic i hana ʻia e ka hoʻolālā PCB

ʻElua mau mea parasitic kumu e hoʻoulu ai i nā pilikia e hana maʻalahi ʻia i ka hoʻolālā PCB: parasitic capacitance a me parasitic inductance.

I ka hoʻolālā ʻana i kahi papa kaapuni, ʻo ka hoʻokomo ʻana i ʻelua ala kokoke i kekahi i kekahi e hoʻohua i ka capacitance parasitic. Hiki iā ʻoe ke hana i kēia: Ma nā papa ʻokoʻa ʻelua, e kau i hoʻokahi ʻili ma luna o kekahi ʻano; a i ʻole ma ka papa hoʻokahi, e kau i hoʻokahi ʻāpana ma ka ʻaoʻao o ka ʻaoʻao ʻē aʻe, e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 5.
　　
Ma kēia mau ʻano hoʻonohonoho ʻelua, hiki ke hoʻololi i ka volta ma luna o ka manawa (dV/dt) ma kekahi ʻaoʻao i hiki ke hoʻololi i kēia ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe. Inā he impedance kiʻekiʻe ke ʻano ʻē aʻe, e hoʻololi ʻia ke ʻano i hana ʻia e ke kahua uila i ka volta.
　　
Loaʻa pinepine nā transients uila wikiwiki ma ka ʻaoʻao kikohoʻe o ka hoʻolālā hōʻailona analog. Inā kokoke nā meheu me nā transients voltage wikiwiki i nā traces analog high-impedance, e hoʻopilikia nui kēia hewa i ka pololei o ke kaapuni analog. I loko o kēia kaiapuni, ʻelua pōʻino ko nā kaapuni analog: ʻoi aku ka haʻahaʻa o ko lākou ʻae ʻana i ka walaʻau ma mua o nā kaapuni kikohoʻe; a ʻoi aku ka maʻamau o nā meheu impedance kiʻekiʻe.
　　
ʻO ka hoʻohana ʻana i kekahi o kēia mau ʻenehana ʻelua hiki ke hōʻemi i kēia ʻano. ʻO ka ʻenehana maʻamau i hoʻohana ʻia ʻo ia ka hoʻololi ʻana i ka nui ma waena o nā traces e like me ka hoʻohālikelike capacitance. ʻO ka nui kūpono loa e hoʻololi i ka mamao ma waena o nā ʻāpana ʻelua. Pono e hoʻomaopopo ʻia aia ka hoʻololi d i ka denominator o ka hoʻohālikelike capacitance. Ke piʻi aʻe ka d, e emi ana ka capacitive reactance. ʻO kekahi hoʻololi ʻē aʻe i hiki ke hoʻololi ʻia ʻo ia ka lōʻihi o nā ʻāpana ʻelua. I kēia hihia, e emi ana ka lōʻihi L, a e emi pū ka capacitive reactance ma waena o nā ʻāpana ʻelua.
　　
ʻO kekahi hana ʻē aʻe, ʻo ia ke kau ʻana i kahi uwea honua ma waena o kēia mau ʻāpana ʻelua. He haʻahaʻa ka uea honua, a ʻo ka hoʻohui ʻana i kahi ʻano ʻē aʻe e like me kēia e hoʻonāwaliwali i ke kahua uila interference, e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 5.
　　
ʻO ke kumu o ka inductance parasitic i ka papa kaapuni ua like ia me ka capacitance parasitic. ʻO ia hoʻi ke kau ʻana i ʻelua meheu. Ma nā papa ʻokoʻa ʻelua, e kau i hoʻokahi ʻili ma luna o kekahi ʻano; a i ʻole ma ka papa hoʻokahi, e kau i hoʻokahi kaha ma ka ʻaoʻao o kekahi, e like me ka hōʻike ʻana ma ke Kiʻi 6.

Ma kēia mau hoʻonohonoho uwea ʻelua, ʻo ka hoʻololi ʻana o kēia manawa (dI/dt) o kahi trace me ka manawa, ma muli o ka inductance o kēia trace, e hoʻoulu i ka volta ma ka ʻaoʻao like; a ma muli o ka loaʻa ʻana o ka inductance like ʻole, e hana ʻia kahi au like ʻole ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe. Inā nui ka hoʻololi ʻana o ka volta ma ka ʻaoʻao mua, hiki i ke keakea ke hōʻemi i ka ʻae ʻana o ka volta o ka pōʻai kikohoʻe a hiki i nā hewa. ʻAʻole i loaʻa kēia ʻano ma nā kaapuni kikohoʻe wale nō, akā ʻoi aku ka maʻamau o kēia ʻano i nā kaapuni kikohoʻe ma muli o ka nui o nā au hoʻololi koke i nā kaapuni kikohoʻe.
　　
No ka hoʻopau ʻana i ka walaʻau ʻana mai nā kumu hoʻopilikia electromagnetic, ʻoi aku ka maikaʻi o ka hoʻokaʻawale ʻana i nā laina analog "noho mālie" mai nā awa I/O walaʻau. I mea e ho'āʻo ai e hoʻokō i kahi mana haʻahaʻa haʻahaʻa a me ka ʻupena honua, pono e hoʻemi ʻia ka inductance o nā uea kaapuni kikohoʻe, a pono e hoʻemi ʻia ka hoʻopili capacitive o nā kaapuni analog.
　　
03

Ka hopena

Ma hope o ka hoʻoholo ʻia ʻana o nā pae kikohoʻe a me ka analog, pono ke alahele makaʻala i kahi PCB kūleʻa. Hoʻokomo pinepine ʻia ka hoʻolālā uea i nā poʻe a pau ma ke ʻano he lula o ke koʻokoʻo, no ka mea paʻakikī ke hoʻāʻo i ka kūleʻa hope loa o ka huahana i loko o kahi kaiapuni. No laila, ʻoiai ke ʻano like o nā hoʻolālā wili o nā kaapuni kikohoʻe a me ka analog, pono e ʻike ʻia nā ʻokoʻa o kā lākou mau hoʻolālā uea.