Количество цифровых дизайнеров и экспертов по проектированию цифровых плат в области инженерной области постоянно увеличивается, что отражает тенденцию развития отрасли. Хотя акцент на цифровом дизайне привел к основным разработкам в электронных продуктах, он все еще существует, и всегда будут некоторые конструкции схемы, которые взаимодействуют с аналоговыми или реальными средами. Стратегии проводки в аналоговых и цифровых областях имеют некоторые сходства, но когда вы хотите получить лучшие результаты из -за их различных стратегий проводки, простая конструкция проводки цепей больше не является оптимальным решением.

В этой статье обсуждается основные сходства и различия между аналоговым и цифровым проводкой с точки зрения обходных конденсаторов, источников питания, проектирования грунта, ошибок напряжения и электромагнитных помех (EMI), вызванных проводкой печатной платы.

Количество цифровых дизайнеров и экспертов по проектированию цифровых плат в области инженерной области постоянно увеличивается, что отражает тенденцию развития отрасли. Хотя акцент на цифровом дизайне привел к основным разработкам в электронных продуктах, он все еще существует, и всегда будут некоторые конструкции схемы, которые взаимодействуют с аналоговыми или реальными средами. Стратегии проводки в аналоговых и цифровых областях имеют некоторые сходства, но когда вы хотите получить лучшие результаты из -за их различных стратегий проводки, простая конструкция проводки цепей больше не является оптимальным решением.

В этой статье обсуждается основные сходства и различия между аналоговым и цифровым проводкой с точки зрения обходных конденсаторов, источников питания, проектирования грунта, ошибок напряжения и электромагнитных помех (EMI), вызванных проводкой печатной платы.

Добавление обхода или развязки конденсаторов на плату и расположение этих конденсаторов на плате является здравым смыслом для цифровых и аналоговых конструкций. Но интересно, что причины разные.

В аналоговой конструкции проводки обходные конденсаторы обычно используются для обхода высокочастотных сигналов на источнике питания. Если обходные конденсаторы не добавляются, эти высокочастотные сигналы могут вводить чувствительные аналоговые чипы через штифты питания. Вообще говоря, частота этих высокочастотных сигналов превышает способность аналоговых устройств подавлять высокочастотные сигналы. Если обходной конденсатор не используется в аналоговой схеме, шум может быть введен в пути сигнала, а в более серьезных случаях он может даже вызвать вибрацию.

В аналоговом и цифровом дизайне печатных плат, обход или развязки конденсаторы (0,1 млн) должны быть размещены как можно ближе к устройству. Конденсатор развязки источника питания (10 UF) должен быть размещен на входе линии электропередачи в Пратовой плате. Во всех случаях булавки этих конденсаторов должны быть короткими.

На плате на рисунке 2 различные маршруты используются для маршрутизации мощности и заземления. Из -за этого ненадлежащего сотрудничества электронные компоненты и цепи на плате -плате с большей вероятностью подвергаются электромагнитным помехам.

На одной панели на рисунке 3 мощность и заземляющие провода для компонентов на плате с типами близки друг к другу. Сопоставление линии электропередачи и линии заземления в этой плате подходит, как показано на рисунке 2. Вероятность электронных компонентов и цепей в плате, подвергаемой электромагнитным помехам (EMI), уменьшается на 679/12,8 раза или около 54 раза.
　　
Для цифровых устройств, таких как контроллеры и процессоры, также требуются развязки конденсаторов, но по разным причинам. Одна функция этих конденсаторов - выступать в качестве «миниатюрного» банка платежей.

В цифровых цепях для выполнения переключения состояний затвора обычно требуется большое количество тока. Поскольку переключение переходных токов генерируется на чипе во время переключения и потока через плату, выгодно иметь дополнительные «запасные» заряды. Если при выполнении действия переключения не хватает заряда, напряжение питания сильно изменится. Слишком большое изменение напряжения приведет к тому, что уровень цифрового сигнала введет неопределенное состояние и может привести к неправильному работе в цифровом устройстве.

Переключательный ток, протекающий через трассу в плате, приведет к изменению напряжения, а трассу с темой платы имеет паразитическую индуктивность. Следующая формула может быть использована для расчета изменения напряжения: v = LDI/dt. Среди них: v = изменение напряжения, индуктивность трассировки трассировки L = L = изменение тока через ток через трассировку, DT = время изменения тока.
　　
Следовательно, по многим причинам лучше применять обходные (или развязки) конденсаторы на источнике питания или на выводах питания активных устройств.

Шнур питания и заземляющий проволоку должны быть направлены вместе

Положение шнура питания и заземляющего провода хорошо сопоставлены, чтобы уменьшить возможность электромагнитных помех. Если линия электропередачи и линия заземления не соответствуют должным образом, будет разработан системный цикл и, вероятно, будет создан шум.

Пример конструкции печатной платы, в котором линия электропередачи и линии заземления не соответствуют должным образом, показан на рисунке 2. На этой плате разработанная площадь петли составляет 697 см². Используя метод, показанный на рисунке 3, возможность излучения шума на или выключающую плату, индуцирующее напряжение в цикле, может быть значительно снижена.

Разница между аналоговыми и цифровыми стратегиями проводки

▍ Земная плоскость - проблема

Основные знания проводки круговой платы применимы как к аналоговым, так и к цифровым цепям. Основное практическое правило - использовать непрерывную заземляющую плоскость. Этот здравый смысл уменьшает эффект DI/DT (изменение тока со временем) в цифровых цепях, что изменяет потенциал земли и вызывает шум для ввода аналоговых цепей.

Методы проводки для цифровых и аналоговых цепей в основном одинаковы, за одним исключением. Для аналоговых цепей есть еще одна точка, чтобы отметить, то есть сохранить цифровые сигнальные линии и петли в плоскости земли как можно дальше от аналоговых цепей. Это может быть достигнуто путем подключения аналоговой плоскости заземления к подключению заземления системы отдельно или поместив аналоговую схему на дальнем конце платы, которая является конец линии. Это сделано, чтобы свести внешнее помехи на пути сигнала к минимуму.

Нет необходимости делать это для цифровых цепей, которые могут без проблем переносить много шума на земле.

Рисунок 4 (слева) изолирует действие цифрового переключения от аналоговой схемы и отделяет цифровые и аналоговые части схемы. (Справа) Высокая частота и низкая частота должны быть разделены как можно больше, а высокочастотные компоненты должны быть близки к разъемам платы.

Рисунок 5 Метка Два ближних трассах на печатной плате, легко сформировать паразитическую емкость. Из -за существования такого рода емкости быстрое изменение напряжения на одном следах может генерировать ток сигнал на другой след.

Рисунок 6 Если вы не обращаете внимания на размещение трассов, следы в печатной плате могут вызывать индуктивность линии и взаимную индуктивность. Эта паразитарная индуктивность очень вредна для работы цепей, включая цифровые схемы переключения.

▍component Местоположение

Как упомянуто выше, в каждой конструкции печатной платы, шумовая часть схемы и «тихая» часть (не шумная часть) должна быть разделена. Вообще говоря, цифровые цепи «богаты» в шуме и нечувствительны к шуму (потому что цифровые цепи имеют большую толерантность к шуму напряжения); Напротив, толерантность к шуму напряжением аналоговых цепей намного меньше.

Из двух аналоговых цепей наиболее чувствительны к шуму переключения. При проводке системы смешанного сигнала эти две схемы должны быть разделены, как показано на рисунке 4.
　　
▍parasitic Components, сгенерированные дизайном печатной платы

Два основных паразитических элемента, которые могут вызвать проблемы, легко формируются в дизайне печатной платы: паразитарная емкость и паразитическая индуктивность.

При проектировании платы расстановки два следа рядом друг с другом будут генерировать паразитическую емкость. Вы можете сделать это: на двух разных слоях поместите один след на другой след; или на том же слое, поместите один след рядом с другим следом, как показано на рисунке 5.
　　
В этих двух конфигурациях трассировки изменения в напряжении с течением времени (DV/DT) на одном следах могут вызвать ток на другой след. Если другой след является высоким импедансом, ток, генерируемый электрическим полем, будет преобразован в напряжение.
　　
Быстрые переходные процессы напряжения чаще всего встречаются на цифровой стороне аналогового конструкции сигнала. Если следы с переходными процессами быстрого напряжения близки к аналоговым следам с высоким импедансом, эта ошибка серьезно повлияет на точность аналоговой схемы. В этой среде аналоговые схемы имеют два недостатка: их устойчивость к шуму намного ниже, чем у цифровых цепей; и следов высокого импеданса чаще встречаются.
　　
Использование одного из следующих двух методов может уменьшить это явление. Наиболее часто используемый метод - это изменить размер между следами в соответствии с уравнением емкости. Наиболее эффективным размером для изменения является расстояние между двумя следами. Следует отметить, что переменная D находится в знаменателе уравнения емкости. По мере увеличения D емковое реактивное сопротивление уменьшится. Другая переменная, которая может быть изменена, - это длина двух следов. В этом случае длина L уменьшается, и емкостное реактивное сопротивление между двумя следами также уменьшится.
　　
Другая техника - проложить заземляющий проволоку между этими двумя следами. Заземляющий проволока имеет низкий импеданс, и добавление еще одного следа, подобного этому, ослабит интерференционное электрическое поле, как показано на рисунке 5.
　　
Принцип паразитической индуктивности в плате -плате аналогичен принципу паразитической емкости. Также должно выложить два следа. На двух разных слоях поместите один след на верхней части другого следа; или на том же слое, поместите один след рядом с другим, как показано на рисунке 6.

В этих двух конфигурациях проводки текущее изменение (DI/DT) трассировки со временем из -за индуктивности этого следа будет генерировать напряжение на одном и том же следу; и из -за существования взаимной индуктивности, он будет генерируется пропорциональный ток на другой след. Если изменение напряжения на первом трассе достаточно большое, помехи могут снизить допуск на напряжение цифровой схемы и вызвать ошибки. Это явление происходит не только в цифровых цепях, но и это явление чаще встречается в цифровых цепях из -за больших мгновенных переключающих токов в цифровых цепях.
　　
Чтобы устранить потенциальный шум от источников электромагнитных помех, лучше всего отделить «тихие» аналоговые линии от шумных портов ввода -вывода. Чтобы попытаться достичь низкоимпедансной мощности и сети заземления, индуктивность проводов цифровых цепей должна быть сведена к минимуму, а емкостная связь аналоговых схем должна быть сведена к минимуму.
　　
03

Заключение

После определения цифровых и аналоговых диапазонов, тщательная маршрутизация имеет важное значение для успешной печатной платы. Стратегия проводки обычно вводится всем как практическое правило, потому что трудно проверить окончательный успех продукта в лабораторной среде. Следовательно, несмотря на сходство в стратегиях проводки цифровых и аналоговых цепей, различия в их стратегиях проводки должны быть признаны и воспринимаются всерьез.