A mérnöki területen a digitális tervezők és a digitális áramköri táblák tervező szakértői száma folyamatosan növekszik, ami tükrözi az ipar fejlesztési trendjét. Noha a digitális formatervezés hangsúlya az elektronikus termékek jelentős fejleményeit hozta létre, továbbra is fennáll, és mindig lesz néhány olyan áramkör -terv, amely interfész az analóg vagy a valós környezettel. Az analóg és a digitális mezők huzalozási stratégiáinak bizonyos hasonlóságok vannak, de ha jobb eredményeket akar elérni, különféle vezetékezési stratégiáik miatt, az egyszerű áramköri vezetékek kialakítása már nem az optimális megoldás.

Ez a cikk az analóg és a digitális vezetékek közötti alapvető hasonlóságokat és különbségeket tárgyalja a bypass kondenzátorok, a tápegységek, a talajtervezés, a feszültséghibák és az elektromágneses interferencia (EMI) szempontjából, amelyet a PCB vezetéke okoz.

A mérnöki területen a digitális tervezők és a digitális áramköri táblák tervező szakértői száma folyamatosan növekszik, ami tükrözi az ipar fejlesztési trendjét. Noha a digitális formatervezés hangsúlya az elektronikus termékek jelentős fejleményeit hozta létre, továbbra is fennáll, és mindig lesz néhány olyan áramkör -terv, amely interfész az analóg vagy a valós környezettel. Az analóg és a digitális mezők huzalozási stratégiáinak bizonyos hasonlóságok vannak, de ha jobb eredményeket akar elérni, különféle vezetékezési stratégiáik miatt, az egyszerű áramköri vezetékek kialakítása már nem az optimális megoldás.

Ez a cikk az analóg és a digitális vezetékek közötti alapvető hasonlóságokat és különbségeket tárgyalja a bypass kondenzátorok, a tápegységek, a talajtervezés, a feszültséghibák és az elektromágneses interferencia (EMI) szempontjából, amelyet a PCB vezetéke okoz.

A kondenzátorok megkerülése vagy leválasztása az áramköri lapra, valamint a kondenzátorok helyének a táblán a digitális és analóg minták józan észje. De érdekes módon az okok eltérőek.

Az analóg kábelezés kialakításában a bypass kondenzátorokat általában használják a tápegység magas frekvenciájú jeleinek megkerülésére. Ha a bypass kondenzátorokat nem adják hozzá, akkor ezek a nagyfrekvenciás jelek érzékeny analóg chipeket hozhatnak be a tápegységbe. Általánosságban elmondható, hogy ezeknek a magas frekvenciájú jeleknek a gyakorisága meghaladja az analóg eszközök képességét a nagyfrekvenciás jelek elnyomására. Ha a bypass kondenzátort nem használják az analóg áramkörben, akkor a zaj bevezethető a jelúton, és komolyabb esetekben akár rezgést is okozhat.

Az analóg és a digitális PCB kialakításában a kondenzátorok megkerülési vagy leválasztó kondenzátorokat (0,1UF) kell elhelyezni a lehető legközelebb az eszközhöz. A tápegység leválasztó kondenzátort (10UF) az áramköri kártya elektromos vezetékének bejáratánál kell helyezni. Ezeknek a kondenzátoroknak a csapjainak minden esetben rövidnek kell lenniük.

A 2. ábrán látható áramköri táblán különböző útvonalakat használnak az energia- és őrölt vezetékek irányításához. Ennek a helytelen együttműködésnek köszönhetően az áramköri lapon lévő elektronikus alkatrészek és áramkörök nagyobb valószínűséggel elektromágneses beavatkozásnak vannak kitéve.

A 3. ábra egyetlen panelen az áramköri lap alkatrészeinek teljesítmény- és földi vezetékei közel állnak egymáshoz. Az áramköri lapon lévő elektromos vezeték és a talajvonal illesztési aránya a 2. ábrán látható.
　　
A digitális eszközök, például a vezérlők és a processzorok esetében a kondenzátorok leválasztására is szükség van, de különböző okokból. Ezeknek a kondenzátoroknak az egyik funkciója, hogy „miniatűr” töltőbankként működjön.

A digitális áramkörökben általában nagy mennyiségű áramra van szükség a kapu állapotának váltásához. Mivel az átmeneti áramok váltása a chipen generálódik, és az áramköri lapon átfolyik, előnyös, ha további „tartalék” töltés van. Ha a kapcsolási művelet végrehajtásakor nincs elég töltés, akkor a tápegység feszültsége jelentősen megváltozik. A túl sok feszültségváltozás miatt a digitális jel szintje bizonytalan állapotba lép, és a digitális eszköz állami gépének helytelen működését okozhatja.

Az áramköri kártyán átáramló kapcsolási áram a feszültség megváltozását eredményezi, és az áramköri nyomkövetésnek parazita induktivitása van. A következő képlet használható a feszültségváltozás kiszámításához: V = LDI/DT. Közülük: v = feszültségváltozás, l = áramköri kártya nyomkövetési induktivitása, di = áramváltozás a nyomon, dt = aktuális változási idő.
　　
Ezért sok okból jobb, ha az aktív eszközök tápegységében vagy az aktív eszközök tápegységének megkerülési (vagy leválasztó) kondenzátorokat alkalmazni.

A tápkábelt és a földhuzalt együtt kell vezetni

A tápkábel és a földhuzal helyzete jól illeszkedik az elektromágneses interferencia esélyének csökkentése érdekében. Ha az elektromos vezetéket és a talajvonalat nem megfelelően illesztik, akkor a rendszerhurokot megtervezik, és valószínűleg zajt hoznak.

A PCB -kialakítás egy példáját, ahol az elektromos vezeték és a földvonal nem megfelelően illeszkedik, a 2. ábrán látható. Ezen az áramköri táblán a tervezett hurok területe 697cm². A 3. ábrán bemutatott módszer alkalmazásával jelentősen csökkenthető az áramköri lapon vagy az áramköri lapon vagy az áramköri lapon vagy az áramköri lapon való lehetőség.

A különbség az analóg és a digitális huzalozási stratégiák között

▍ Az alapsík problémát jelent

Az áramköri lapok vezetékeinek alapvető ismerete mind analóg, mind digitális áramkörökre alkalmazható. Az alapvető hüvelykujjszabály egy megszakítás nélküli alaplap használata. Ez a józan ész csökkenti a DI/DT -t (az áramváltozás az idővel) a digitális áramkörökben, ami megváltoztatja a talajpotenciált, és a zajt az analóg áramkörökbe juttatja.

A digitális és analóg áramkörök kábelezési technikái alapvetően azonosak, egy kivétellel. Az analóg áramkörök esetében van egy másik pont, amelyet meg kell jegyezni, vagyis tartsa a digitális jelvonalakat és a hurkokat az alaplapon, a lehető legtávolabb az analóg áramköröktől. Ez úgy érhető el, hogy az analóg alapsíkot külön -külön csatlakoztatja a rendszer földcsatlakozásához, vagy az analóg áramkört az áramköri lap végére helyezi, amely a vonal vége. Ennek célja annak érdekében, hogy a külső interferencia minimálisra csökkentse a jelúton.

Nem kell ezt megtennie a digitális áramköröknél, amelyek problémák nélkül sok zajt tudnak elviselni az alapsíkon.

A 4. ábra (bal) elkülöníti a digitális kapcsolási műveletet az analóg áramkörből, és elválasztja az áramkör digitális és analóg részeit. (JOBB) A magas és alacsony frekvenciát a lehető legnagyobb mértékben el kell választani, és a magas frekvenciájú alkatrészeknek közel kell lennie az áramköri csatlakozókhoz.

5. ábra: Elrendezés Két szoros nyom a PCB -n, könnyű parazita kapacitást képezni. Az ilyen típusú kapacitás létezése miatt az egyik nyomon a gyors feszültségváltozás áramjelet generálhat a másik nyomon.

A 6. ábra, ha nem figyel a nyomok elhelyezésére, a PCB -ben lévő nyomok vonal induktivitását és kölcsönös induktivitását eredményezhetik. Ez a parazita induktivitás nagyon káros az áramkörök működésére, beleértve a digitális váltási áramköröket is.

▍Komponens hely

Mint fentebb említettük, minden PCB-kialakításban az áramkör zajrészét és a „csendes” részt (nem zajos rész) el kell választani. Általánosságban elmondható, hogy a digitális áramkörök „gazdagok” a zajban és érzéketlenek a zajra (mivel a digitális áramkörök nagyobb feszültség zajtűréssel rendelkeznek); Éppen ellenkezőleg, az analóg áramkörök feszültség -zajtűrése sokkal kisebb.

A kettő közül az analóg áramkörök a legérzékenyebbek a váltási zajra. A vegyes jelrendszer vezetékében ezt a két áramkört el kell választani, amint azt a 4. ábra mutatja.
　　
▍ A PCB Design által generált parasitikus alkatrészek

Két alapvető parazita elem, amelyek problémákat okozhatnak, könnyen kialakulhatnak a PCB -kialakításban: parazita kapacitás és parazita induktivitás.

Az áramköri lap megtervezésekor két nyom egymáshoz közel helyezése parazita kapacitást generál. Ezt megteheti: Két különböző rétegre helyezze az egyik nyomot a másik nyoma tetejére; Vagy ugyanazon a rétegre helyezze az egyik nyomot a másik nyoma mellé, az 5. ábra szerint.
　　
E két nyomkonfigurációban a feszültség időbeli változásai (DV/DT) az egyik nyomon az áramot okozhatják a másik nyomon. Ha a másik nyom nagy impedancia, akkor az elektromos mező által generált áram feszültséggé alakul.
　　
A gyors feszültség tranziensek leggyakrabban az analóg jel kialakításának digitális oldalán fordulnak elő. Ha a gyors feszültség tranziensekkel rendelkező nyomok közel állnak a nagy impedancia analóg nyomokhoz, akkor ez a hiba komolyan befolyásolja az analóg áramkör pontosságát. Ebben a környezetben az analóg áramköröknek két hátránya van: zajtűrésük sokkal alacsonyabb, mint a digitális áramköröknél; és a nagy impedancia nyomok gyakoribbak.
　　
A következő két technika egyikének használata csökkentheti ezt a jelenséget. A leggyakrabban használt technika az, hogy a nyomok közötti méret megváltoztatása a kapacitási egyenlet szerint. A leghatékonyabb változás a két nyom közötti távolság. Meg kell jegyezni, hogy a D változó a kapacitási egyenlet nevezőjében található. A D növekedésével a kapacitív reaktancia csökken. Egy másik megváltoztatható változó a két nyom hossza. Ebben az esetben az L hossz csökken, és a két nyoma közötti kapacitív reakciót szintén csökken.
　　
Egy másik módszer a földhuzal elhelyezése e két nyom között. A földi huzal alacsony impedancia, és egy újabb ilyen nyom hozzáadása gyengíti az interferencia elektromos mezőjét, amint az az 5. ábrán látható.
　　
A parazita induktivitás alapelve az áramköri táblában hasonló a parazita kapacitáshoz. Két nyomot is ki kell állítania. Két különböző rétegre helyezze az egyik nyomot a másik nyoma tetejére; Vagy ugyanazon a rétegre helyezze az egyik nyomot a másik mellé, amint az a 6. ábrán látható.

E két huzalozási konfigurációban az idővel történő nyomkövetés (DI/DT) jelenlegi változása (DI/DT) ugyanazon nyomon feszültséget eredményez; és a kölcsönös induktivitás létezése miatt arányos áramot fog generálni a másik nyomon. Ha az első nyomon a feszültségváltozás elég nagy, akkor az interferencia csökkentheti a digitális áramkör feszültség -toleranciáját és hibákat okozhat. Ez a jelenség nemcsak a digitális áramkörökben fordul elő, hanem ez a jelenség gyakoribb a digitális áramkörökben, mivel a digitális áramkörökben a nagy pillanatnyi váltási áram.
　　
Az elektromágneses interferencia -forrásokból származó lehetséges zaj kiküszöbölése érdekében a legjobb, ha elválasztja a „csendes” analóg vonalakat a zajos I/O portoktól. Az alacsony impedancia teljesítmény- és földi hálózat elérésének megkíséreléséhez minimalizálni kell a digitális áramköri vezetékek induktivitását, és az analóg áramkörök kapacitív kapcsolását minimalizálni kell.
　　
03

Következtetés

A digitális és analóg tartományok meghatározása után a gondos útválasztás elengedhetetlen a sikeres PCB -hez. A kábelezési stratégiát általában mindenki számára bevezetik a hüvelykujjszabályként, mivel nehéz a termék végső sikerének kipróbálása laboratóriumi környezetben. Ezért, a digitális és analóg áramkörök vezetékezési stratégiáinak hasonlóságai ellenére, a vezetékezési stratégiáik különbségeit el kell ismerni és komolyan kell venni.