Ing desain PCB, kok prabédan antarane sirkuit analog lan sirkuit digital dadi amba?

Jumlah desainer digital lan ahli desain papan sirkuit digital ing bidang teknik saya tambah akeh, sing nuduhake tren pangembangan industri. Senajan emphasis ing desain digital wis nggawa pembangunan utama ing produk elektronik, iku isih ana, lan bakal tansah ana sawetara desain sirkuit sing antarmuka karo lingkungan analog utawa nyata. Sastranegara wiring ing kothak analog lan digital duwe sawetara podho, nanging yen sampeyan pengin oleh asil sing luwih apik, amarga saka Sastranegara wiring beda, desain kabel sirkuit prasaja ora ono solusi optimal.

Artikel iki mbahas persamaan dhasar lan beda antarane kabel analog lan digital babagan kapasitor bypass, pasokan listrik, desain lemah, kesalahan voltase, lan gangguan elektromagnetik (EMI) sing disebabake kabel PCB.

Nambahake kapasitor bypass utawa decoupling ing papan sirkuit lan lokasi kapasitor kasebut ing papan kasebut minangka akal sehat kanggo desain digital lan analog. Nanging sing menarik, alasane beda.

Ing desain kabel analog, kapasitor bypass biasane digunakake kanggo ngliwati sinyal frekuensi dhuwur ing sumber daya. Yen kapasitor lulus ora ditambahake, sinyal frekuensi dhuwur iki bisa mlebu chip analog sensitif liwat pin sumber daya. Umumé, frekuensi sinyal frekuensi dhuwur iki ngluwihi kemampuan piranti analog kanggo nyuda sinyal frekuensi dhuwur. Yen kapasitor bypass ora digunakake ing sirkuit analog, gangguan bisa ngenalaken ing path sinyal, lan ing kasus sing luwih serius, malah bisa nimbulaké geter.

Ing desain PCB analog lan digital, kapasitor bypass utawa decoupling (0.1uF) kudu diselehake kanthi cedhak karo piranti kasebut. Kapasitor decoupling sumber daya (10uF) kudu diselehake ing lawang mlebu ing papan sirkuit. Ing kabeh kasus, pin kapasitor iki kudu cendhak.

Ing papan sirkuit ing Figure 2, rute beda digunakake kanggo rute daya lan kabel lemah. Amarga kerjasama sing ora bener iki, komponen lan sirkuit elektronik ing papan sirkuit luwih cenderung ngalami gangguan elektromagnetik.

Ing panel siji Figure 3, daya lan kabel lemah kanggo komponen ing papan sirkuit cedhak saben liyane. Ing rasio cocog saka baris daya lan garis lemah ing papan sirkuit iki cocok minangka ditampilake ing Figure 2. Kemungkinan komponen elektronik lan sirkuit ing Papan sirkuit sing ngalami gangguan elektromagnetik (EMI) suda dening 679/12,8 kaping utawa bab 54 kaping.
　　
Kanggo piranti digital kayata pengontrol lan prosesor, kapasitor decoupling uga dibutuhake, nanging kanthi alasan sing beda. Salah siji fungsi saka kapasitor iki kanggo tumindak minangka "miniatur" pangisian bank.

Ing sirkuit digital, jumlah arus sing akeh biasane dibutuhake kanggo nindakake switching state gate. Wiwit ngoper sapunika transient kui ing chip sak ngoper lan mili liwat Papan sirkuit, iku mupangati kanggo duwe tambahan "nyisakke" biaya. Yen ora ana daya cukup nalika nindakake tumindak ngoper, voltase sumber daya bakal ngganti nemen. Kakehan owah-owahan voltase bakal nimbulaké tingkat sinyal digital kanggo ngetik negara boten mesthi, lan bisa nimbulaké mesin negara ing piranti digital kanggo operate salah.

Saiki ngoper mili liwat papan sirkuit tilak bakal nimbulaké voltase kanggo ngganti, lan papan sirkuit tilak wis induktansi parasitic. Rumus ing ngisor iki bisa digunakake kanggo ngetung owah-owahan voltase: V = LdI/dt. Antarane: V = owah-owahan voltase, L = papan sirkuit induktansi tilak, dI = owah-owahan saiki liwat tilak, dt = wektu owah-owahan saiki.
　　
Mulane, kanggo akeh alasan, iku luwih apik kanggo aplikasi bypass (utawa decoupling) kapasitor ing sumber daya utawa ing pin sumber daya piranti aktif.

Kabel listrik lan kabel lemah kudu disambungake bebarengan

Posisi kabel listrik lan kabel lemah cocog kanggo nyuda kemungkinan gangguan elektromagnetik. Yen saluran listrik lan garis lemah ora cocog, loop sistem bakal didesain lan bisa uga ana gangguan.

Conto desain PCB ing ngendi kabel listrik lan garis lemah ora cocog ditampilake ing Gambar 2. Ing papan sirkuit iki, area daur ulang sing dirancang yaiku 697cm². Nggunakake cara ditampilake ing Figure 3, kamungkinan saka gangguan radiated ing utawa mateni Papan sirkuit voltase inducing ing daur ulang bisa nemen suda.

Bedane antarane strategi kabel analog lan digital

▍Pesawat lemah dadi masalah

Kawruh dhasar babagan kabel papan sirkuit ditrapake kanggo sirkuit analog lan digital. Aturan dhasar yaiku nggunakake bidang lemah sing ora diganggu. Pangertèn umum iki nyuda efek dI / dt (owah-owahan saiki karo wektu) ing sirkuit digital, sing ngganti potensial lemah lan nyebabake gangguan mlebu sirkuit analog.

Techniques wiring kanggo sirkuit digital lan analog Sejatine padha, karo siji pangecualian. Kanggo sirkuit analog, ana titik liyane sing kudu dicathet, yaiku, njaga garis sinyal digital lan puteran ing bidang lemah minangka adoh saka sirkuit analog. Iki bisa ngrambah dening nyambungake bidang lemah analog kanggo sambungan lemah sistem kapisah, utawa manggonke sirkuit analog ing mburi adoh saka papan sirkuit, kang mburi baris. Iki ditindakake supaya gangguan eksternal ing jalur sinyal minimal.

Ora perlu nindakake iki kanggo sirkuit digital, sing bisa ngidinke akeh gangguan ing pesawat lemah tanpa masalah.

Gambar 4 (kiwa) ngisolasi tumindak ngoper digital saka sirkuit analog lan misahake bagean digital lan analog saka sirkuit. (Tengen) Frekuensi dhuwur lan frekuensi kurang kudu dipisahake sabisa, lan komponen frekuensi dhuwur kudu cedhak karo konektor papan sirkuit.

Figure 5 Layout loro ngambah cedhak ing PCB, iku gampang kanggo mbentuk kapasitansi parasitic. Amarga anane kapasitansi iki, owah-owahan voltase kanthi cepet ing siji jejak bisa ngasilake sinyal saiki ing jejak liyane.

Figure 6 Yen sampeyan ora mbayar manungsa waé kanggo panggonan seko saka ngambah, ngambah ing PCB bisa gawé line inductance lan Teknologi induktansi. Induktansi parasit iki mbebayani banget kanggo operasi sirkuit kalebu sirkuit switching digital.

▍Lokasi komponen

Kaya kasebut ing ndhuwur, ing saben desain PCB, bagean gangguan saka sirkuit lan bagean "sepi" (non-gangguan part) kudu dipisahake. Umumé, sirkuit digital "sugih" ing gangguan lan ora sensitif marang gangguan (amarga sirkuit digital duwe toleransi gangguan voltase sing luwih gedhe); ing nalisir, toleransi gangguan voltase sirkuit analog luwih cilik.

Saka loro, sirkuit analog sing paling sensitif ngoper gangguan. Ing kabel sistem sinyal campuran, loro sirkuit iki kudu dipisahake, kaya sing ditampilake ing Gambar 4.
　　
▍Komponèn parasit kui dening desain PCB

Loro unsur parasit dhasar sing bisa nyebabake masalah gampang dibentuk ing desain PCB: kapasitansi parasit lan induktansi parasit.

Nalika ngrancang papan sirkuit, nempatake rong jejak sing cedhak karo siji liyane bakal ngasilake kapasitansi parasit. Sampeyan bisa nindakake iki: Ing rong lapisan beda, sijine siji tilak ing ndhuwur tilak liyane; utawa ing lapisan sing padha, pasang siji jejak ing jejere jejak liyane, kaya sing dituduhake ing Gambar 5.
　　
Ing rong konfigurasi tilak iki, owah-owahan ing voltase liwat wektu (dV/dt) ing siji tilak bisa nimbulaké saiki ing tilak liyane. Yen jejak liyane impedansi dhuwur, saiki sing diasilake dening medan listrik bakal diowahi dadi voltase.
　　
Transients voltase cepet paling asring dumadi ing sisih digital saka desain sinyal analog. Yen ngambah karo transients voltase cepet cedhak karo dhuwur-impedansi ngambah analog, kesalahan iki serius mengaruhi akurasi sirkuit analog. Ing lingkungan iki, sirkuit analog duwe loro cacat: toleransi gangguan sing luwih murah tinimbang sirkuit digital; lan ngambah impedansi dhuwur luwih umum.
　　
Nggunakake salah siji saka rong teknik ing ngisor iki bisa nyuda fenomena iki. Teknik sing paling umum digunakake yaiku ngganti ukuran antarane jejak miturut persamaan kapasitansi. Ukuran sing paling efektif kanggo ngganti yaiku jarak antarane rong jejak. Perlu dicathet yen variabel d ana ing denominator saka persamaan kapasitansi. Nalika d mundhak, reaktansi kapasitif bakal mudhun. Variabel liyane sing bisa diganti yaiku dawane rong jejak. Ing kasus iki, dawa L suda, lan reaktansi kapasitif antarane loro jejak uga bakal suda.
　　
Teknik liya yaiku nyelehake kabel lemah ing antarane rong jejak kasebut. Kabel lemah impedansi kurang, lan nambah jejak liyane kaya iki bakal ngurangi medan listrik interferensi, kaya sing ditampilake ing Gambar 5.
　　
Prinsip induktansi parasit ing papan sirkuit padha karo kapasitansi parasit. Iku uga kanggo lay metu loro ngambah. Ing rong lapisan sing beda-beda, sijine siji tilak ing ndhuwur tilak liyane; utawa ing lapisan sing padha, pasang jejak siji ing jejere liyane, kaya sing dituduhake ing Gambar 6.

Ing loro konfigurasi wiring iki, owah-owahan saiki (dI / dt) tilak karo wektu, amarga induktansi tilak iki, bakal generate voltase ing tilak padha; lan amarga anane induktansi bebarengan, bakal A saiki proporsional kui ing tilak liyane. Yen owah-owahan voltase ing tilak pisanan cukup gedhe, gangguan bisa nyuda toleransi voltase saka sirkuit digital lan nimbulaké kasalahan. Fenomena iki ora mung kedadeyan ing sirkuit digital, nanging fenomena iki luwih umum ing sirkuit digital amarga arus switching cepet sing gedhe ing sirkuit digital.
　　
Kanggo ngilangi gangguan potensial saka sumber gangguan elektromagnetik, paling apik kanggo misahake garis analog "sepi" saka port I / O sing rame. Kanggo nyoba entuk daya impedansi rendah lan jaringan lemah, induktansi kabel sirkuit digital kudu diminimalisir, lan kopling kapasitif sirkuit analog kudu diminimalisir.
　　
03

Kesimpulan

Sawise kisaran digital lan analog ditemtokake, nuntun ati-ati penting kanggo PCB sukses. Strategi wiring biasane dikenalake kanggo kabeh wong minangka aturan umum, amarga angel kanggo nguji sukses utama produk ing lingkungan laboratorium. Mulane, senadyan podho ing strategi wiring sirkuit digital lan analog, beda ing Sastranegara wiring kudu dikenali lan dianggep serius.