ПХД дизайнында аналогтық тізбегі мен сандық тізбегі неге соншалықты үлкен?

Сандық дизайнерлер саны және инженерлік саладағы сандық схемалық кеңес сарапшылары үнемі өсіп отырады, бұл саланың даму тенденциясын көрсетеді. Сандық дизайнға баса назар аударылған болса да, электронды өнімдердегі негізгі оқиғалар туралы айтылғанымен, ол әлі де бар, бірақ ол әлі де бар, және әрқашан аналогтық немесе нақты орталармен интерфейс бар. Аналогтық және сандық өрістердегі сымдық стратегиялардың кейбір ұқсастықтары бар, бірақ жақсы нәтижелерге қол жеткізгіңіз келсе, олардың әр түрлі сымдарына байланысты қарапайым сымдар дизайны енді оңтайлы шешім болып табылмайды.

Бұл мақалада аналогтық және цифрлық сымдар арасындағы ұқсас конденсаторлар, электрмен жабдықтау, жердегі дизайн, кернеу қателері және PCB сымдарынан туындаған электромагниттік кедергілер (EMI) тұрғысынан негізгі ұқсастықтар мен айырмашылықтар қарастырылған.

Схемада айналма немесе пальто конденсаторларын қосу және осы конденсаторлардың тақтада орналасқан жері сандық және аналогтық дизайндар үшін жалпы түсінік болып табылады. Бірақ бір қызығы, себептері басқаша.

Аналогты сымдар дизайнында айналып өту конденсаторлары әдетте электрмен жабдықтауда жоғары жиілікті сигналдарды айналып өту үшін қолданылады. Егер айналып өту конденсаторлары қосылмаса, бұл жоғары жиілікті сигналдар қуат көздері арқылы сезімтал аналогтық чиптерге кіре алады. Жалпы, осы жоғары жиілікті сигналдардың жиілігі аналогтық құрылғылардың жоғары жиілікті сигналдарды басу қабілетінен асып түседі. Егер айналып өту конденигі аналогтық тізбекте қолданылмаса, сигнал жолында шу енгізілуі мүмкін, ал неғұрлым ауыр жағдайларда ол тіпті діріл тудыруы мүмкін.

Аналогты және сандық ПХД дизайнында айналып өту немесе пальто конденсаторлары (0.1uf) құрылғыға мүмкіндігінше жақын орналастыру керек. Электрмен жабдықтауды палата қолдану конденсаторы (10UF) электр желісінің электр желісінің электр желісіне кіру кезінде орналастырылуы керек. Барлық жағдайларда, осы конденсаторлардың түйреуіштері қысқа болуы керек.

Схема тақтасында 2-суреттегі, электр және жер сымдарын бағыттау үшін әртүрлі бағыттар қолданылады. Осы дұрыс емес ынтымақтастықтың арқасында электронды компоненттер мен тізбектердегі тізбектер электромагниттік кедергілерге ұшырайды.

3-суреттегі бірыңғай тақтасында тізбек тақтасындағы компоненттерге электр және жер сымдары бір-біріне жақын. Бұл тізбектегі электр желісінің және жер сызығының сәйкес қатынасы 2-суретте көрсетілгендей орынды. Электромагниттік араласу (EMI) электромагниттік кедергілердегі электронды компоненттер мен тізбектердің ықтималдығы 679 / 12,8 есе немесе шамамен 54 есе азайды.
　　
Контроллерлер мен процессорлар сияқты сандық құрылғылар үшін, бөлгіш конденсаторлар да қажет, бірақ әртүрлі себептермен. Осы конденсаторлардың бір функциясы «миниатюралық» ақы төлеу банкі болып табылады.

Сандық тізбектерде, әдетте, қақпаның күйін ауыстыру үшін ток мөлшерінің көп мөлшері қажет. Өтпелі токтар сөнгендіктен бастап чипте ауысу және ағынды сулар арқылы ағып, қосымша «қосалқы» ақы алу үшін тиімді. Егер коммутациялық әрекетті орындау кезінде зарядтау жеткіліксіз болса, қуат көзі кернеу өте өзгереді. Кернеудің тым көп өзгеруі сандық сигнал деңгейіне белгісіз күйге келтіруге әкелуі мүмкін және сандық құрылғыдағы күйдің дұрыс жұмыс істемеуіне әкелуі мүмкін.

Электр тізбегінің ізі арқылы ағымдық коммутациялық ток кернеудің өзгеруіне әкеледі, ал тізбек тақтасының ізі паразиттік индуктивтілікке ие. Кернеуді өзгерту үшін келесі формула қолдануға болады: v = ldi / dt. Олардың ішінде: v = кернеуді өзгерту, l = тізбек бортының индуктивтілігі, di = Trace арқылы ағымдағы өзгеріс, DT = ағымдағы өзгерту уақыты.
　　
Сондықтан, көптеген себептерге байланысты, электрмен жабдықтау кезінде немесе белсенді құрылғылардағы қуат көздерінен айналып өту (немесе зақымдайтын) конденсаторларды қолданған дұрыс.

Қуат сымы мен жер сымы бірге бағытталуы керек

Қуат сымы мен жер сымының орналасуы электромагниттік кедергілердің мүмкіндігін азайту үшін жақсы сәйкес келеді. Егер электр желісі мен жер сызығы дұрыс сәйкес келмесе, жүйелік цикл жасалып, шу шығарылады.

PCB дизайнының мысалы 2-суретте қуат көзі мен жер сызығы дұрыс орнатылмаған жерде көрсетілген. Осы тізбектегі тақтада жасалған, жасалған цикл аймағы - 697 см. 3-суретте көрсетілген әдісті қолдана отырып, схемадағы кернеудің радиациялық шуының пайда болуы немесе одан тыс жерлерде кернеудің пайда болуы едәуір азаяды.

Аналогтық және цифрлық сымдар стратегиялары арасындағы айырмашылық

▍ Жердің ұшағы проблема болып табылады

Схемалардың сымдарының негізгі білімі аналогтық және сандық тізбектерге де қолданылады. Бас бармақтың негізгі ережесі - үздіксіз жердегі жазықтықты пайдалану. Бұл жалпы түсінік сандық тізбектердегі ди / дт (ағымдағы уақыттың өзгеруі), ол жердегі потенциалды өзгертеді және шуды аналогтық тізбектерге түсіреді.

Сандық және аналогтық тізбектерге арналған сым техникасы негізінен бірдей, бір ерекшелікпен бірдей. Аналогты тізбектер үшін, яғни басқа нүкте бар, яғни аналогтық сигнал желілері мен ілмектерді аналогтық тізбектерден мүмкіндігінше алыс ұстаңыз. Бұған аналогтық жердегі жазықтықты жүйелік жердегі қосылымды бөлек қосу арқылы, немесе осы сызықтың соңы болып табылатын схеманың соңындағы аналогтық тізбекті қою арқылы қол жеткізуге болады. Бұл сигналдың сыртқы кедергілерін минимумға дейін сақтау үшін жасалады.

Мұны сандық тізбектер үшін жасаудың қажеті жоқ, бұл жердегі ұшаққа көптеген шуды қиындатады.

4-сурет (сол жақта) аналогтық тізбектен сандық коммутациялау әрекетін оқшаулайды және тізбектің сандық және аналогтық бөліктерін бөледі. (Оң жақта) Жоғары жиілік пен төмен жиілікті мүмкіндігінше бөлінуі керек, ал жоғары жиіліктегі компоненттер тізбектер тақтасының қосқыштарына жақын болуы керек.

5-сурет PCB-де екі жақын іздер, паразиттік сыйымдылықты қалыптастыру оңай. Осындай сыйымдылықтың болуына байланысты бір ізденісте тез кернеудің өзгеруі басқа іздерде ағымдағы сигнал тудыруы мүмкін.

6-сурет Егер сіз іздерді орналастыруға назар аудармасаңыз, ПХД-дағы іздер желілік индуктивтілік пен өзара индукцияны шығаруы мүмкін. Бұл паразиттік индуктивтілік цифрлы коммутациялық тізбектерді қоса, тізбектер жұмысына өте зиянды.

▍Костоненттің орналасқан жері

Жоғарыда айтылғандай, әрбір ПХД дизайнында тізбектің шу бөлігі және «тыныш» бөліктің (шу емес бөлік) бөлінуі керек. Жалпы, сандық тізбектер шуылға ие және шуылға мән бермейді және шуылға мән бермейді (сандық тізбектерде кернеудің үлкен кернеуіне төзімділік бар); Керісінше, аналогтық тізбектердің кернеуі әлдеқайда аз.

Екі, аналогтық тізбектер шығу шу шығаратын ең сезімтал. Аралас сигналдық жүйенің сымында, осы екі тізбекті 4-суретте көрсетілгендей бөлу керек.
　　
PCB дизайнымен жасалған ▍аразиттік компоненттер

ПХД дизайнында проблемалар туындауы мүмкін екі негізгі паразиттік элементтер оңай қалыптасады: паразиттік сыйымдылық және паразиттік индуктивтілік.

Электр тізбегін жобалау кезінде екі ізді бір-біріне жақын қою паразиттік сыйымдылықты тудырады. Мұны жасай аласыз: Екі түрлі қабатта, бір ізді басқа іздердің үстіне қойыңыз; Немесе сол қабатта 5-суретте көрсетілгендей, басқа іздің қасына бір із қойыңыз.
　　
Осы екі бақылау конфигурацияларында кернеудің бір ізімен (DV / DT) өзгерістер басқа ізге әкелуі мүмкін. Егер басқа іздер жоғары кедергілер болса, электр өрісі шығарылған ток кернеуге айналады.
　　
Жылдам кернеу өтпелі көбінесе аналогтық сигнал дизайнының сандық жағынан пайда болады. Егер жылдам кернеу өтпелері бар іздер жоғары кедергілерден аналогтық іздерге жақын болса, бұл қате аналогтық тізбектің дәлдігіне айтарлықтай әсер етеді. Бұл ортада аналогтық тізбектер екі кемшілікке ие: олардың шуылға төзімділігі цифрлық тізбектерден әлдеқайда төмен; Жоғары кедергілер жиі кездеседі.
　　
Келесі екі техниканың біреуін қолдану осы құбылысты азайта алады. Ең жиі қолданылатын техника - бұл сыйымдылығы теңдеуіне сәйкес іздер арасындағы өлшемді өзгерту. Өзгертудің ең тиімді мөлшері - бұл екі іздің арасындағы қашықтық. Айналмалы D айнымалы сыйымдылығы теңдеуінің номинаторында екенін атап өткен жөн. D жоғарылаған сайын, сыйымдылық реакциясы төмендейді. Өзгеруге болатын тағы бір айнымалы - бұл екі іздің ұзындығы. Бұл жағдайда L ұзындығы азаяды, ал екі іздің арасындағы белсенділік та азаяды.
　　
Тағы бір техника - бұл екі іздің арасында жер сымын салу. Жер сымы төмен кедергі болып табылады және тағы бір ізді қосу 5-суретте көрсетілгендей, басқа ізді оятады.
　　
Схемалар тақтасындағы паразиттік индуктивтілік қағидасы паразиттік сыйымдылыққа ұқсас. Ол сонымен қатар екі ізін қалдыру. Екі түрлі қабатта, бір ізді басқа іздердің үстіне қойыңыз; Немесе сол қабатта 6-суретте көрсетілгендей, екіншісінің қасына бір із қойыңыз.

Осы екі сымның конфигурациясында осы іздің индуктивтенуіне байланысты ағымдағы өзгеріс (DI / DT) ағымдағы өзгеріс (DI / DT) сол ізге байланысты кернеу тудырады; Өзара индукцияның болуына байланысты, ол пропорционалды ток басқа іздерде пайда болады. Егер бірінші ізде кернеудің өзгеруі жеткілікті үлкен болса, араласу сандық тізбектің кернеу толерансын азайтып, қателіктерге әкелуі мүмкін. Бұл құбылыс цифрлық тізбектерде ғана ғана емес, бірақ бұл құбылыс сандық тізбектерде цифрлық тізбектерде жиі кездеседі.
　　
Электромагниттік кедергілер көздерінен ықтимал шуды жою үшін «тыныш» аналогтық сызықтарды шулы I / O порттарынан бөлген дұрыс. Кедергілер мен жер желісіне қол жеткізуге тырысу үшін сандық сымдардың индуктивтені азайту керек, ал аналогтық тізбектердің сыйымдылығы азайтылуы керек.
　　
03

Қорытынды

Сандық және аналогтық диапазондар анықталғаннан кейін, мұқият бағыттау сәтті PCB үшін қажет. Сым стратегиясы әдетте бәріне бас бармақ ретінде енгізіледі, өйткені өнімнің соңғы жетістігін зертханалық ортада сынау қиын. Сондықтан, цифрлық және аналогтық тізбектердің сымдарына қарамастан, олардың сымдардағы стратегиялардағы айырмашылықтары танылуы және елеулі түрде қабылданған болуы керек.