Af hverju er munurinn á hliðstæðum hringrás og stafrænum hringrás í PCB hönnun?

Fjöldi stafrænna hönnuða og sérfræðinga í hönnunarstefnu stafrænna hringrásarborðs á verkfræðisviði eykst stöðugt, sem endurspeglar þróunarþróun iðnaðarins. Þrátt fyrir að áherslan á stafræna hönnun hafi valdið mikilli þróun í rafrænum vörum, þá er hún enn til og það verður alltaf einhver hringrásarhönnun sem tengist við hliðstætt eða raunverulegt umhverfi. Raflagnir á hliðstæðum og stafrænu sviðum hafa nokkur líkt, en þegar þú vilt ná betri árangri, vegna mismunandi raflögn þeirra, er einföld raflögn sem er ekki lengur ákjósanlegasta lausnin.

Þessi grein fjallar um grundvallar líkt og mun á hliðstæðum og stafrænum raflagnum hvað varðar framhjá þétti, aflgjafa, jarðhönnun, spennuvillur og rafsegultruflanir (EMI) af völdum PCB raflögn.

Að bæta við framhjá eða aftengja þétta á hringrásinni og staðsetningu þessara þétta á borðinu eru skynsemi fyrir stafræna og hliðstæða hönnun. En athyglisvert er að ástæðurnar eru aðrar.

Í hliðstæðum raflögn hönnun eru framhjá þéttar venjulega notaðir til að komast framhjá hátíðni merkjum á aflgjafa. Ef ekki er bætt við framhjá þétti, geta þessi hátíðni merki slegið inn viðkvæmar hliðstæða flís í gegnum aflgjafapinna. Almennt séð er tíðni þessara hátíðni merkja umfram getu hliðstæðra tækja til að bæla hátíðni merki. Ef framhjá þétti er ekki notaður í hliðstæðum hringrás, getur hávaði verið kynntur í merkisstígnum og í alvarlegri tilvikum getur það jafnvel valdið titringi.

Í hliðstæðum og stafrænum PCB hönnun ætti að setja framhjá eða aftengingarþétti (0,1UF) eins nálægt tækinu og mögulegt er. Setja skal aflgjafaþétti (10UF) við raflínuinngang hringrásarborðsins. Í öllum tilvikum ættu pinnar þessara þétta að vera stuttir.

Á hringrásarborðinu á mynd 2 eru mismunandi leiðir notaðar til að beina orku- og jarðvírunum. Vegna þessarar óviðeigandi samvinnu eru líklegri til að rafræna íhlutir og hringrásir á hringrásinni verði háð rafsegultruflunum.

Í einni spjaldinu á mynd 3 er afl og jarðvírar að íhlutunum á hringrásinni nálægt hvor öðrum. Samsvörunarhlutfall raflínunnar og jarðlínunnar í þessari hringrásarborð er viðeigandi eins og sýnt er á mynd 2.. Líkurnar á því að rafeindir íhlutir og hringrásir í hringrásinni séu háðar rafsegultruflunum (EMI) minnkar um 679/12,8 sinnum eða um það bil 54 sinnum.
　　
Fyrir stafræn tæki eins og stýringar og örgjörva er einnig krafist að aftengja þétta en af mismunandi ástæðum. Ein hlutverk þessara þétta er að starfa sem „litlu“ hleðslubanki.

Í stafrænum hringrásum þarf venjulega mikið magn af straumi til að framkvæma hliðarrofa. Þar sem skipt er um tímabundna strauma er myndaður á flísinni við rofi og flæðir um hringrásina er hagkvæmt að hafa viðbótar „varahjarta“ gjöld. Ef það er ekki næg hleðsla þegar skipt er um skiptingu mun aflgjafa spenna breytast mjög. Of mikil spennubreyting mun valda því að stafrænu merkisstigið fer í óvissu ástandi og getur valdið því að ríkisvélin í stafræna tækinu starfar rangt.

Skiptisstraumurinn sem streymir um rekja hringborðið mun valda því að spennan breytist og rekja hringrásarborðið er með sníkjudýr. Hægt er að nota eftirfarandi formúlu til að reikna spennubreytinguna: V = LDI/DT. Meðal þeirra: V = spennubreyting, L = Rekja spírunarspor, Di = straumbreyting í gegnum snefilinn, DT = Núverandi breytingartími.
　　
Þess vegna, af mörgum ástæðum, er betra að beita framhjá (eða aftengja) þétta við aflgjafa eða á aflgjafa pinna virkra tækja.

Rafstrengurinn og malarvírinn ætti að vera fluttur saman

Staða rafmagnssnúrunnar og jarðvírsins er vel samsvarað til að draga úr möguleikanum á rafsegultruflunum. Ef rafmagnslínan og jarðlínan er ekki rétt samsvarað verður kerfislykkja hannað og hávaði myndast líklega.

Dæmi um PCB hönnun þar sem raflínan og jarðlínan er ekki rétt samsvarað er sýnd á mynd 2. á þessari hringrásarborð er hönnuð lykkju svæðið 697 cm². Með því að nota aðferðina sem sýnd er á mynd 3 er hægt að minnka möguleikann á geislaða hávaða á eða utan hringrásarspennu í lykkjunni.

Munurinn á hliðstæðum og stafrænum raflögn

▍ Jarðplanið er vandamál

Grunnþekking á raflögn hringrásar á bæði við hliðstæða og stafrænar hringrásir. Grunnþumalputtaregla er að nota samfleytt jarðplan. Þessi skynsemi dregur úr DI/DT (breyting á straumi með tíma) í stafrænum hringrásum, sem breytir möguleikum á jörðu niðri og veldur því að hávaði fer inn í hliðstæða hringrás.

Raflagnartækni fyrir stafrænar og hliðstæða hringrásir eru í grundvallaratriðum þær sömu, með einni undantekningu. Fyrir hliðstæða hringrás er annar punktur að taka fram, það er að segja að hafa stafrænar merkilínur og lykkjur í jarðplaninu eins langt frá hliðstæðum hringrásum og mögulegt er. Þetta er hægt að ná með því að tengja hliðstæða jörð plan við kerfisbundna tengingu fyrir sig, eða setja hliðstæða hringrásina lengst í hringrásarborðinu, sem er lok línunnar. Þetta er gert til að halda ytri truflunum á merkisslóðinni í lágmarki.

Það er engin þörf á að gera þetta fyrir stafrænar hringrásir, sem þolir mikinn hávaða á jörðuplaninu án vandræða.

Mynd 4 (vinstri) einangrar stafræna rofaaðgerðina frá hliðstæðum hringrás og skilur stafræna og hliðstæða hluta hringrásarinnar. (Til hægri) Hátíðni og lág tíðni ætti að aðskilja eins mikið og mögulegt er og hátíðniþættirnir ættu að vera nálægt hringrásartengjunum.

Mynd 5 Skipulag tvö lokuð ummerki á PCB, það er auðvelt að mynda sníkjudýr. Vegna tilvistar af þessu tagi getur hröð spennubreyting á einni snefil myndað núverandi merki á hinu ummerki.

Mynd 6 Ef þú tekur ekki eftir staðsetningu ummerki geta ummerki í PCB framleitt línuleiðni og gagnkvæman hvata. Þessi sníkjudýrsleiðsla er mjög skaðleg rekstri hringrásar, þ.mt stafrænar rofarásir.

▍ NEMENT STAÐSETNING

Eins og getið er hér að ofan, í hverri PCB hönnun, ætti að aðskilja hávaða hluta hringrásarinnar og „hljóðláta“ hlutann (ekki hávaða). Almennt séð eru stafrænar hringrásir „ríkar“ í hávaða og eru ónæmir fyrir hávaða (vegna þess að stafrænar hringrásir eru með stærri spennuhljóðþol); Þvert á móti, spennuhljóðþol hliðstæðra hringrásar er mun minni.

Af þessum tveimur eru hliðstæða hringrásir viðkvæmastir fyrir að skipta um hávaða. Við raflagningu blandaðs merkis kerfi ætti að aðskilja þessar tvær hringrásir, eins og sýnt er á mynd 4.
　　
▍Parasitic íhlutir sem myndaðir eru af PCB hönnun

Tveir grunn sníkjudýr sem geta valdið vandamálum myndast auðveldlega í PCB hönnun: Parasitic þétti og sníkjudýr.

Þegar þú hannar hringrásarborð mun það að setja tvö ummerki nálægt hvort öðru myndar sníkjudýr. Þú getur gert þetta: á tveimur mismunandi lögum skaltu setja eitt rekja ofan á hina ummerki; Eða á sama lagi, settu einn ummerki við hliðina á hinni ummerki, eins og sýnt er á mynd 5.
　　
Í þessum tveimur snefilstillingum geta breytingar á spennu með tímanum (DV/DT) á einni rekja valdið straumi á hinni snefilinu. Ef hin ummerki er mikil viðnám verður straumurinn sem myndast við rafsviðið breytt í spennu.
　　
Hröð spennubreytingar koma oftast fyrir á stafrænu hliðinni á hliðstæðum merkjahönnun. Ef ummerki með hraðspennubreytingum eru nálægt hliðstæðum ummerki með háum viðnám mun þessi villa hafa alvarleg áhrif á nákvæmni hliðstæðu hringrásarinnar. Í þessu umhverfi hafa hliðstæðar hringrásir tvo ókosti: hávaðaþol þeirra er mun lægra en stafrænar hringrásir; og ummerki um há viðnám eru algengari.
　　
Með því að nota eina af eftirfarandi tveimur aðferðum getur það dregið úr þessu fyrirbæri. Algengasta aðferðin er að breyta stærð milli ummerki í samræmi við rafrýmdarjöfnuna. Árangursríkasta stærðin til að breyta er fjarlægðin milli ummerki tveggja. Það skal tekið fram að breytan D er í nefnara rafrýmdarjöfnunarinnar. Þegar D eykst mun rafrýmd viðbrögð minnka. Önnur breytu sem hægt er að breyta er lengd tveggja ummerki. Í þessu tilfelli minnkar lengdin L og rafrýmd viðbrögð milli ummerki minnka einnig.
　　
Önnur tækni er að leggja jörð vír á milli þessara tveggja ummerki. Jarðvírinn er lítill viðnám og bæta við öðru snefil eins og þetta mun veikja truflunarrafsviðið, eins og sýnt er á mynd 5.
　　
Meginreglan um sníkjudýrsleiðni í hringrásinni er svipuð og sníkjudýr. Það er líka að leggja fram tvö ummerki. Settu eitt rekja ofan á hina ummerki á tveimur mismunandi lögum; Eða á sama lagi, settu einn rekja við hliðina á hinu, eins og sýnt er á mynd 6.

Í þessum tveimur raflagna stillingum mun núverandi breyting (DI/DT) ummerki með tímanum, vegna hvatningar þessarar snefils, mynda spennu á sömu snefil; og vegna tilvist gagnkvæmrar hvatningar mun það hlutfallsleg straumur myndast á hinni snefilinu. Ef spennubreytingin á fyrsta snefilinu er nógu mikil, geta truflanir dregið úr spennuþoli stafrænu hringrásarinnar og valdið villum. Þetta fyrirbæri kemur ekki aðeins fram í stafrænum hringrásum, heldur er þetta fyrirbæri algengara í stafrænum hringrásum vegna stóru tafarlausra straumstrauma í stafrænum hringrásum.
　　
Til að útrýma hugsanlegum hávaða frá rafsegultruflunum er best að aðgreina „hljóðlátar“ hliðstæður línur frá háværum I/O tengjum. Til að reyna að ná fram lágmarksbótaorku og jörðu neti ætti að lágmarka hvatningu stafrænna hringrásar og lágmarka rafræna tengingu hliðstæðra hringrásar.
　　
03

Niðurstaða

Eftir að stafrænu og hliðstæðu sviðin eru ákvörðuð er vandlega leiðsögn nauðsynleg fyrir árangursríka PCB. Vagnstefnu er venjulega kynnt öllum sem þumalputtareglu, vegna þess að það er erfitt að prófa endanlegan árangur vörunnar í rannsóknarstofuumhverfi. Þess vegna, þrátt fyrir líkt í raflögn stafrænna og hliðstæðra hringrásar, verður að viðurkenna muninn á raflögn þeirra og taka alvarlega.