Инженерийн салбарт дижитал дизайнерууд болон дижитал хэлхээний самбарын дизайны мэргэжилтнүүдийн тоо байнга нэмэгдэж байгаа нь салбарын хөгжлийн чиг хандлагыг харуулж байна. Хэдийгээр дижитал дизайныг онцолсон нь электрон бүтээгдэхүүнд томоохон хөгжлийг авчирсан ч энэ нь одоо ч байсаар байгаа бөгөөд аналоги эсвэл бодит орчинтой холбогдох хэлхээний загварууд үргэлж байх болно. Аналог болон дижитал талбарт утас холбох стратеги нь зарим ижил төстэй талуудтай боловч та илүү сайн үр дүнд хүрэхийг хүсч байгаа бол тэдгээрийн өөр өөр утас холбох стратеги байдаг тул энгийн хэлхээний утаснуудын загвар нь оновчтой шийдэл байхаа больсон.

Энэ нийтлэлд аналог ба дижитал утаснуудын хоорондох үндсэн ижил төстэй ба ялгааг тойрч гарах конденсатор, тэжээлийн эх үүсвэр, газардуулгын дизайн, хүчдэлийн алдаа, ПХБ-ийн утаснаас үүссэн цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо (EMI) авч үзэх болно.

Инженерийн салбарт дижитал дизайнерууд болон дижитал хэлхээний самбарын дизайны мэргэжилтнүүдийн тоо байнга нэмэгдэж байгаа нь салбарын хөгжлийн чиг хандлагыг харуулж байна. Хэдийгээр дижитал дизайныг онцолсон нь электрон бүтээгдэхүүнд томоохон хөгжлийг авчирсан ч энэ нь одоо ч байсаар байгаа бөгөөд аналоги эсвэл бодит орчинтой холбогдох хэлхээний загварууд үргэлж байх болно. Аналог болон дижитал талбарт утас холбох стратеги нь зарим ижил төстэй талуудтай боловч та илүү сайн үр дүнд хүрэхийг хүсч байгаа бол тэдгээрийн өөр өөр утас холбох стратеги байдаг тул энгийн хэлхээний утаснуудын загвар нь оновчтой шийдэл байхаа больсон.

Энэ нийтлэлд аналог ба дижитал утаснуудын хоорондох үндсэн ижил төстэй ба ялгааг тойрч гарах конденсатор, тэжээлийн эх үүсвэр, газардуулгын дизайн, хүчдэлийн алдаа, ПХБ-ийн утаснаас үүссэн цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоо (EMI) авч үзэх болно.

Хэлхээний самбар дээр тойрч гарах эсвэл салгах конденсаторыг нэмэх, эдгээр конденсаторуудын самбар дээрх байршил нь дижитал болон аналог загварт нийтлэг ойлголт юм. Гэхдээ сонирхолтой нь шалтгаан нь өөр.

Аналог утаснуудын дизайнд цахилгаан хангамж дээрх өндөр давтамжийн дохиог тойрч гарахын тулд тойрч гарах конденсаторыг ихэвчлэн ашигладаг. Хэрэв тойрч гарах конденсаторыг нэмээгүй бол эдгээр өндөр давтамжийн дохионууд нь тэжээлийн эх үүсвэрийн зүүгээр дамжуулан мэдрэмтгий аналог чипүүд рүү орж болно. Ерөнхийдөө эдгээр өндөр давтамжийн дохионы давтамж нь аналог төхөөрөмжүүдийн өндөр давтамжийн дохиог дарах чадвараас давж гардаг. Хэрэв тойрч гарах конденсаторыг аналог хэлхээнд ашиглаагүй бол дохионы замд дуу чимээ гарч болзошгүй бөгөөд илүү ноцтой тохиолдолд чичиргээ үүсгэж болно.

Аналог ба дижитал ПХБ-ийн загварт bypass буюу салгах конденсаторыг (0.1uF) төхөөрөмжид аль болох ойр байрлуулах хэрэгтэй. Цахилгаан хангамжийг салгах конденсаторыг (10uF) хэлхээний самбарын цахилгааны шугамын орох хэсэгт байрлуулах ёстой. Бүх тохиолдолд эдгээр конденсаторуудын зүү богино байх ёстой.

Зураг 2-т байгаа хэлхээний самбар дээр цахилгаан ба газардуулгын утсыг дамжуулахад өөр өөр замыг ашигладаг. Энэхүү зохисгүй хамтын ажиллагааны улмаас хэлхээний самбар дээрх электрон эд анги, хэлхээ нь цахилгаан соронзон хөндлөнгийн нөлөөнд өртөх магадлал өндөр байдаг.

Зураг 3-ын нэг самбарт хэлхээний самбар дээрх эд ангиудын цахилгаан ба газардуулгын утаснууд хоорондоо ойрхон байна. Энэ хэлхээний самбар дахь цахилгааны шугам ба газардуулгын шугамын тохирох харьцаа нь Зураг 2-т үзүүлсэн шиг тохиромжтой. Хэлхээний самбар дахь электрон эд анги, хэлхээнүүд цахилгаан соронзон интерференцид (EMI) өртөх магадлал 679/12.8 дахин буурсан эсвэл ойролцоогоор 54 удаа.
　　
Хянагч, процессор зэрэг дижитал төхөөрөмжүүдийн хувьд салгах конденсатор шаардлагатай боловч өөр өөр шалтгаантай. Эдгээр конденсаторуудын нэг үүрэг бол "жижиг" цэнэгийн банкны үүрэг юм.

Тоон хэлхээнд хаалганы төлөвийг шилжүүлэхэд ихэвчлэн их хэмжээний гүйдэл шаардагддаг. Шилжүүлэгч түр зуурын гүйдэл нь сэлгэн залгах үед чип дээр үүсч, хэлхээний самбараар урсдаг тул нэмэлт "нөөц" цэнэгтэй байх нь давуу талтай. Хэрэв сэлгэн залгах үйлдлийг гүйцэтгэх үед хангалттай цэнэг байхгүй бол тэжээлийн хүчдэл ихээхэн өөрчлөгдөнө. Хэт их хүчдэлийн өөрчлөлт нь тоон дохионы түвшинг тодорхойгүй төлөвт оруулах ба дижитал төхөөрөмж дэх төлөвийн машиныг буруу ажиллуулахад хүргэж болзошгүй.

Хэлхээний самбарын мөрөөр урсах гүйдэл нь хүчдэлийг өөрчлөхөд хүргэдэг бөгөөд хэлхээний самбарын ул мөр нь шимэгчийн индукцтэй байдаг. Хүчдэлийн өөрчлөлтийг тооцоолохдоо дараах томьёог ашиглаж болно: V = LdI/dt. Үүнд: V = хүчдэлийн өөрчлөлт, L = хэлхээний самбарын индукц, dI = гүйдлийн өөрчлөлт, dt = гүйдлийн өөрчлөлт.
　　
Тиймээс олон шалтгааны улмаас цахилгаан тэжээл эсвэл идэвхтэй төхөөрөмжүүдийн тэжээлийн зүү дээр тойрч гарах (эсвэл салгах) конденсаторыг хэрэглэх нь дээр.

Цахилгааны утас болон газардуулгын утсыг хооронд нь холбох хэрэгтэй

Цахилгаан соронзон хөндлөнгийн оролцоог багасгахын тулд цахилгааны утас болон газардуулгын утаснуудын байрлал сайн тохирч байна. Хэрэв цахилгааны шугам болон газардуулгын шугам зөв тохирохгүй бол системийн гогцоог зохион бүтээж, дуу чимээ үүсэх магадлалтай.

Цахилгааны шугам ба газардуулгын шугам зөв таарахгүй байгаа ПХБ дизайны жишээг Зураг 2-т үзүүлэв. Энэхүү хэлхээний самбар дээр хийгдсэн гогцооны талбай нь 697см² байна. 3-р зурагт үзүүлсэн аргыг ашигласнаар хэлхээний самбар дээрх хүчдэлийг өдөөх эсвэл унтраах цацраг туяа үүсэх магадлалыг ихээхэн бууруулж болно.

Аналог ба дижитал утас холбох стратегийн ялгаа

▍Газрын онгоц бол асуудал юм

Хэлхээний самбарын утаснуудын талаархи үндсэн мэдлэг нь аналог болон дижитал хэлхээнд хамаарна. Үндсэн дүрэм бол тасалдалгүй газрын онгоцыг ашиглах явдал юм. Энэхүү нийтлэг ойлголт нь тоон хэлхээн дэх dI/dt (цаг хугацааны хувьд гүйдлийн өөрчлөлт) нөлөөллийг бууруулж, газрын потенциалыг өөрчилж, аналог хэлхээнд дуу чимээг оруулдаг.

Дижитал болон аналог хэлхээний утаснуудын техник нь үндсэндээ ижил бөгөөд нэгийг эс тооцвол. Аналог хэлхээний хувьд өөр нэг анхаарах зүйл бий, өөрөөр хэлбэл газрын хавтгай дахь тоон дохионы шугам, гогцоог аналог хэлхээнээс аль болох хол байлгах хэрэгтэй. Энэ нь аналог газардуулгын хавтгайг системийн газардуулгын холболттой тусад нь холбох, эсвэл шугамын төгсгөл болох хэлхээний самбарын хамгийн төгсгөлд аналог хэлхээг байрлуулах замаар хүрч болно. Энэ нь дохионы зам дээрх гадны хөндлөнгийн оролцоог хамгийн бага байлгахын тулд хийгддэг.

Дижитал хэлхээний хувьд үүнийг хийх шаардлагагүй бөгөөд энэ нь газрын хавтгай дээр маш их чимээ шуугианыг асуудалгүйгээр тэсвэрлэдэг.

Зураг 4 (зүүн) нь аналог хэлхээнээс дижитал шилжих үйлдлийг тусгаарлаж, хэлхээний тоон болон аналог хэсгүүдийг тусгаарладаг. (Баруун) Өндөр давтамж, бага давтамжийг аль болох салгаж, өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь хэлхээний самбарын холбогчдод ойрхон байх ёстой.

Зураг 5 ПХБ дээр хоёр ойрхон мөрийг байрлуул, шимэгчийн багтаамж үүсгэхэд хялбар байдаг. Энэ төрлийн багтаамж байгаа тул нэг мөр дээрх хүчдэлийн хурдацтай өөрчлөлт нь нөгөө ул мөр дээр гүйдлийн дохиог үүсгэж болно.

Зураг 6 Хэрэв та ул мөрийг байрлуулахад анхаарал хандуулахгүй бол ПХБ дахь ул мөр нь шугамын индукц ба харилцан индукцийг үүсгэж болно. Энэхүү паразит индукц нь дижитал сэлгэн залгах хэлхээг оролцуулан хэлхээний үйл ажиллагаанд маш их хор хөнөөл учруулдаг.

▍ Бүрэлдэхүүн хэсгийн байршил

Дээр дурдсанчлан, ПХБ-ийн загвар бүрт хэлхээний дуу чимээний хэсэг ба "чимээгүй" хэсэг (дуу чимээгүй хэсэг) -ийг тусгаарлах ёстой. Ерөнхийдөө тоон хэлхээнүүд нь дуу чимээгээр "баялаг" бөгөөд дуу чимээнд мэдрэмтгий байдаггүй (учир нь дижитал хэлхээнүүд нь илүү их хүчдэлийн дуу чимээг тэсвэрлэх чадвартай байдаг); эсрэгээр аналог хэлхээний хүчдэлийн дуу чимээг тэсвэрлэх чадвар нь хамаагүй бага байдаг.

Энэ хоёроос аналог хэлхээ нь шилжих чимээнд хамгийн мэдрэмтгий байдаг. Холимог дохионы системийн утаснуудад 4-р зурагт үзүүлсэн шиг эдгээр хоёр хэлхээг салгах хэрэгтэй.
　　
▍ПХБ дизайнаар үүсгэгдсэн паразит бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Асуудал үүсгэж болох хоёр үндсэн шимэгч элемент нь ПХБ-ийн дизайнд амархан үүсдэг: шимэгчийн багтаамж ба шимэгчийн индукц.

Хэлхээний самбарыг зохион бүтээхдээ хоёр мөрийг бие биентэйгээ ойрхон байрлуулах нь шимэгчийн багтаамжийг бий болгоно. Та үүнийг хийж болно: Хоёр өөр давхарга дээр нэг ул мөрийг нөгөө ул мөр дээр байрлуул; эсвэл нэг давхарга дээр 5-р зурагт үзүүлсэн шиг нэг ул мөрийг нөгөө ул мөрийн хажууд байрлуулна.
　　
Эдгээр хоёр ул мөрийн тохиргоонд нэг мөр дээрх хүчдэлийн өөрчлөлт (dV/dt) нь нөгөө ул мөр дээр гүйдэл үүсгэж болно. Хэрэв нөгөө ул мөр нь өндөр эсэргүүцэлтэй байвал цахилгаан талбайн үүсгэсэн гүйдэл нь хүчдэлд хувирна.
　　
Хурдан хүчдэлийн шилжилт нь аналог дохионы дизайны тоон тал дээр ихэвчлэн тохиолддог. Хурдан хүчдэлийн шилжилт бүхий ул мөр нь өндөр эсэргүүцэлтэй аналоги ул мөртэй ойролцоо байвал энэ алдаа нь аналог хэлхээний нарийвчлалд ноцтой нөлөөлнө. Энэ орчинд аналог хэлхээ нь хоёр сул талтай: дуу чимээг тэсвэрлэх чадвар нь тоон хэлхээнээс хамаагүй бага; ба өндөр эсэргүүцэлтэй ул мөр нь илүү түгээмэл байдаг.
　　
Дараах хоёр аргын аль нэгийг ашигласнаар энэ үзэгдлийг багасгах боломжтой. Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг техник бол багтаамжийн тэгшитгэлийн дагуу ул мөр хоорондын хэмжээг өөрчлөх явдал юм. Өөрчлөх хамгийн үр дүнтэй хэмжээ бол хоёр мөр хоорондын зай юм. d хувьсагч нь багтаамжийн тэгшитгэлийн хуваарьт байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй. d нэмэгдэх тусам багтаамжийн урвал буурах болно. Өөрчлөгдөж болох өөр нэг хувьсагч бол хоёр мөрний урт юм. Энэ тохиолдолд L урт багасч, хоёр ул мөр хоорондын багтаамжийн урвал мөн буурна.
　　
Өөр нэг арга бол эдгээр хоёр мөрний хооронд газардуулгын утас тавих явдал юм. Газардуулгын утас нь бага эсэргүүцэлтэй бөгөөд үүнтэй адил өөр нэг ул мөр нэмэх нь 5-р зурагт үзүүлсэн шиг интерференцийн цахилгаан талбарыг сулруулна.
　　
Хэлхээний самбар дахь шимэгчийн индукцийн зарчим нь шимэгчийн багтаамжтай төстэй. Энэ нь бас хоёр ул мөрийг гаргах явдал юм. Хоёр өөр давхарга дээр нэг ул мөрийг нөгөө ул мөр дээр байрлуул; эсвэл нэг давхарга дээр 6-р зурагт үзүүлсэн шиг нэг мөрийг нөгөөгийн хажууд байрлуулна.

Эдгээр хоёр утаснуудын тохиргоонд энэ ул мөрийн индукцийн нөлөөгөөр тухайн ул мөрийн гүйдлийн өөрчлөлт (dI/dt) нь ижил зам дээр хүчдэл үүсгэх болно; мөн харилцан индукц байгаа тул энэ нь нөгөө ул мөр дээр пропорциональ гүйдэл үүсдэг. Хэрэв эхний ул мөр дээрх хүчдэлийн өөрчлөлт хангалттай их байвал хөндлөнгийн оролцоо нь тоон хэлхээний хүчдэлийн хүлцлийг бууруулж, алдаа үүсгэдэг. Энэ үзэгдэл зөвхөн дижитал хэлхээнд тохиолддоггүй, харин дижитал хэлхээнд агшин зуурын сэлгэн залгах гүйдэл их байдаг тул энэ үзэгдэл дижитал хэлхээнд илүү түгээмэл байдаг.
　　
Цахилгаан соронзон хөндлөнгийн эх үүсвэрээс гарч болзошгүй дуу чимээг арилгахын тулд дуу чимээ ихтэй оролт гаралтын портуудаас "чимээгүй" аналог шугамуудыг салгах нь дээр. Бага эсэргүүцэлтэй цахилгаан ба газардуулгын сүлжээнд хүрэхийн тулд дижитал хэлхээний утаснуудын индукцийг багасгах, аналог хэлхээний багтаамжийн холболтыг багасгах шаардлагатай.
　　
03

Дүгнэлт

Дижитал болон аналогийн мужийг тодорхойлсны дараа амжилттай ПХБ-ийн хувьд болгоомжтой чиглүүлэлт хийх нь чухал юм. Лабораторийн орчинд бүтээгдэхүүний эцсийн амжилтыг турших нь хэцүү байдаг тул утас холбох стратеги нь хүн бүрт энгийн дүрэм болгон танилцуулагддаг. Тиймээс дижитал болон аналог хэлхээний утаснуудын стратеги ижил төстэй байгаа хэдий ч тэдгээрийн холболтын стратегийн ялгааг хүлээн зөвшөөрч, нухацтай авч үзэх ёстой.