Katika muundo wa PCB, kwa nini tofauti kati ya mzunguko wa analog na mzunguko wa dijiti ni kubwa sana?

Idadi ya wabuni wa dijiti na wataalam wa Bodi ya Duru ya Dijiti katika uwanja wa uhandisi huongezeka kila wakati, ambayo inaonyesha hali ya maendeleo ya tasnia. Ingawa msisitizo juu ya muundo wa dijiti umeleta maendeleo makubwa katika bidhaa za elektroniki, bado ipo, na daima kutakuwa na miundo kadhaa ya mzunguko ambayo inaingiliana na analog au mazingira halisi. Mikakati ya wiring katika uwanja wa analog na dijiti ina kufanana, lakini wakati unataka kupata matokeo bora, kwa sababu ya mikakati yao tofauti ya wiring, muundo rahisi wa wiring sio suluhisho bora tena.

Nakala hii inajadili kufanana kwa msingi na tofauti kati ya analog na wiring ya dijiti kwa suala la capacitors za kupita, vifaa vya umeme, muundo wa ardhi, makosa ya voltage, na kuingiliwa kwa umeme (EMI) inayosababishwa na wiring ya PCB.

Kuongeza bypass au decoupling capacitors kwenye bodi ya mzunguko na eneo la capacitors hizi kwenye bodi ni akili ya kawaida kwa miundo ya dijiti na analog. Lakini cha kufurahisha, sababu ni tofauti.

Katika muundo wa wiring ya analog, capacitors za bypass kawaida hutumiwa kupitisha ishara za kiwango cha juu juu ya usambazaji wa umeme. Ikiwa capacitors za bypass hazijaongezwa, ishara hizi za mzunguko wa juu zinaweza kuingia kwenye chipsi nyeti za analog kupitia pini za usambazaji wa umeme. Kwa ujumla, frequency ya ishara hizi za mzunguko wa juu huzidi uwezo wa vifaa vya analog kukandamiza ishara za kiwango cha juu. Ikiwa capacitor ya bypass haitumiki katika mzunguko wa analog, kelele inaweza kuletwa katika njia ya ishara, na katika hali mbaya zaidi, inaweza kusababisha vibration.

Katika muundo wa PCB ya analog na dijiti, bypass au decoupling capacitors (0.1UF) inapaswa kuwekwa karibu na kifaa iwezekanavyo. Capacitor ya usambazaji wa umeme (10UF) inapaswa kuwekwa kwenye mlango wa umeme wa bodi ya mzunguko. Katika visa vyote, pini za capacitors hizi zinapaswa kuwa fupi.

Kwenye bodi ya mzunguko kwenye Mchoro 2, njia tofauti hutumiwa kupitisha nguvu na waya za ardhi. Kwa sababu ya ushirikiano huu usiofaa, vifaa vya elektroniki na mizunguko kwenye bodi ya mzunguko ina uwezekano mkubwa wa kuwa chini ya kuingiliwa kwa umeme.

Kwenye jopo moja la Kielelezo 3, waya za nguvu na ardhi kwa vifaa kwenye bodi ya mzunguko ni karibu na kila mmoja. Uwiano wa kulinganisha wa mstari wa nguvu na mstari wa ardhi katika bodi hii ya mzunguko ni sawa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2. Uwezo wa vifaa vya elektroniki na mizunguko katika bodi ya mzunguko inakabiliwa na kuingiliwa kwa umeme (EMI) hupunguzwa na mara 679/12.8 au mara 54.
　　
Kwa vifaa vya dijiti kama vile watawala na wasindikaji, capacitors za kupungua pia zinahitajika, lakini kwa sababu tofauti. Kazi moja ya capacitors hizi ni kufanya kama benki ya malipo ya "miniature".

Katika mizunguko ya dijiti, idadi kubwa ya sasa inahitajika kufanya mabadiliko ya hali ya lango. Kwa kuwa kubadili mikondo ya muda mfupi hutolewa kwenye chip wakati wa kubadili na kutiririka kupitia bodi ya mzunguko, ni faida kuwa na malipo ya ziada ya "vipuri". Ikiwa hakuna malipo ya kutosha wakati wa kufanya hatua ya kubadili, voltage ya usambazaji wa umeme itabadilika sana. Mabadiliko mengi ya voltage yatasababisha kiwango cha ishara ya dijiti kuingia hali isiyo na shaka, na inaweza kusababisha mashine ya serikali kwenye kifaa cha dijiti kufanya kazi vibaya.

Kubadilisha sasa inapita kupitia athari ya bodi ya mzunguko itasababisha voltage kubadilika, na trace ya bodi ya mzunguko ina inductance ya vimelea. Njia ifuatayo inaweza kutumika kuhesabu mabadiliko ya voltage: v = ldi/dt. Kati yao: V = mabadiliko ya voltage, l = Bodi ya mzunguko wa kufuatilia inductance, DI = mabadiliko ya sasa kupitia kuwaeleza, dt = wakati wa mabadiliko wa sasa.
　　
Kwa hivyo, kwa sababu nyingi, ni bora kutumia njia za kupita (au kupunguka) kwenye usambazaji wa umeme au kwenye pini za usambazaji wa umeme wa vifaa vya kazi.

Kamba ya nguvu na waya ya ardhini inapaswa kusambazwa pamoja

Nafasi ya kamba ya nguvu na waya ya ardhini inaendana vizuri ili kupunguza uwezekano wa kuingiliwa kwa umeme. Ikiwa mstari wa nguvu na mstari wa ardhi haufananiwa vizuri, kitanzi cha mfumo kitaundwa na kelele itatolewa.

Mfano wa muundo wa PCB ambapo mstari wa nguvu na mstari wa ardhi haujafananishwa vizuri unaonyeshwa kwenye Mchoro 2. Kwenye bodi hii ya mzunguko, eneo la kitanzi iliyoundwa ni 697cm². Kutumia njia iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 3, uwezekano wa kelele ya radi juu au mbali na bodi ya mzunguko inayoingiza voltage kwenye kitanzi inaweza kupunguzwa sana.

Tofauti kati ya mikakati ya wiring ya analog na dijiti

Ndege ya ardhi ni shida

Ujuzi wa kimsingi wa wiring ya bodi ya mzunguko inatumika kwa mizunguko ya analog na dijiti. Sheria ya msingi ya kidole ni kutumia ndege isiyoingiliwa. Akili hii ya kawaida hupunguza athari ya DI/DT (mabadiliko katika wakati wa sasa na wakati) katika mizunguko ya dijiti, ambayo hubadilisha uwezo wa ardhi na husababisha kelele kuingia kwenye mizunguko ya analog.

Mbinu za wiring za mizunguko ya dijiti na analog kimsingi ni sawa, isipokuwa moja. Kwa mizunguko ya analog, kuna hatua nyingine ya kutambua, ambayo ni, weka mistari ya ishara ya dijiti na vitanzi kwenye ndege ya ardhi mbali mbali na mizunguko ya analog iwezekanavyo. Hii inaweza kupatikana kwa kuunganisha ndege ya ardhini ya analog na unganisho la ardhi kando, au kuweka mzunguko wa analog mwishoni mwa bodi ya mzunguko, ambayo ni mwisho wa mstari. Hii inafanywa kuweka uingiliaji wa nje kwenye njia ya ishara kwa kiwango cha chini.

Hakuna haja ya kufanya hivyo kwa mizunguko ya dijiti, ambayo inaweza kuvumilia kelele nyingi kwenye ndege ya ardhini bila shida.

Kielelezo 4 (kushoto) hutenga hatua ya kubadili dijiti kutoka kwa mzunguko wa analog na hutenganisha sehemu za dijiti na analog za mzunguko. .

Kielelezo 5 Mpangilio wa athari mbili za karibu kwenye PCB, ni rahisi kuunda uwezo wa vimelea. Kwa sababu ya uwepo wa aina hii ya uwezo, mabadiliko ya haraka ya voltage kwenye athari moja yanaweza kutoa ishara ya sasa kwenye athari nyingine.

Kielelezo cha 6 Ikiwa hautatii kwa uwekaji wa athari, athari kwenye PCB zinaweza kutoa inductance ya mstari na inductance ya pande zote. Uingiliano huu wa vimelea ni hatari sana kwa uendeshaji wa mizunguko ikiwa ni pamoja na mizunguko ya kubadili dijiti.

▍Matu ya eneo

Kama ilivyoelezwa hapo juu, katika kila muundo wa PCB, sehemu ya kelele ya mzunguko na sehemu ya "utulivu" (sehemu isiyo ya kelele) inapaswa kutengwa. Kwa ujumla, mizunguko ya dijiti ni "tajiri" kwa kelele na haijali kelele (kwa sababu mizunguko ya dijiti ina uvumilivu mkubwa wa kelele); Kinyume chake, uvumilivu wa kelele ya voltage ya mizunguko ya analog ni ndogo sana.

Kati ya hizo mbili, mizunguko ya analog ni nyeti zaidi kwa kubadili kelele. Katika wiring ya mfumo wa ishara-mchanganyiko, mizunguko hii miwili inapaswa kutengwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4.
　　
Vipengele vya ▍parasitic vinavyotokana na muundo wa PCB

Vitu viwili vya msingi vya vimelea ambavyo vinaweza kusababisha shida huundwa kwa urahisi katika muundo wa PCB: uwezo wa vimelea na inductance ya vimelea.

Wakati wa kubuni bodi ya mzunguko, kuweka athari mbili karibu na kila mmoja kutatoa uwezo wa vimelea. Unaweza kufanya hivyo: Kwenye tabaka mbili tofauti, weka kuwaeleza moja juu ya athari nyingine; au kwenye safu ile ile, weka kuwaeleza moja karibu na athari nyingine, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.
　　
Katika usanidi huu wa kufuata mbili, mabadiliko katika voltage kwa wakati (DV/DT) kwenye athari moja inaweza kusababisha sasa juu ya kuwaeleza nyingine. Ikiwa athari nyingine ni ya juu, ya sasa inayotokana na uwanja wa umeme itabadilishwa kuwa voltage.
　　
Vipindi vya haraka vya voltage mara nyingi hufanyika kwa upande wa dijiti wa muundo wa ishara ya analog. Ikiwa athari zilizo na vipindi vya haraka vya voltage ziko karibu na athari za analog za juu, kosa hili litaathiri sana usahihi wa mzunguko wa analog. Katika mazingira haya, mizunguko ya analog ina shida mbili: uvumilivu wao wa kelele ni chini sana kuliko ile ya mizunguko ya dijiti; na athari kubwa za kuingilia ni kawaida zaidi.
　　
Kutumia moja ya mbinu mbili zifuatazo kunaweza kupunguza jambo hili. Mbinu inayotumika sana ni kubadilisha ukubwa kati ya athari kulingana na usawa wa uwezo. Saizi bora zaidi ya kubadilika ni umbali kati ya athari mbili. Ikumbukwe kwamba kutofautisha ni katika dhehebu la equation ya uwezo. Kadiri d inavyoongezeka, athari ya uwezo itapungua. Tofauti nyingine ambayo inaweza kubadilishwa ni urefu wa athari mbili. Katika kesi hii, urefu L hupungua, na athari ya athari kati ya athari hizo mbili pia itapungua.
　　
Mbinu nyingine ni kuweka waya wa ardhi kati ya athari hizi mbili. Waya ya ardhini ni ya chini, na kuongeza athari nyingine kama hii itadhoofisha uwanja wa umeme wa kuingiliwa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.
　　
Kanuni ya inductance ya vimelea katika bodi ya mzunguko ni sawa na ile ya uwezo wa vimelea. Pia ni kuweka athari mbili. Kwenye tabaka mbili tofauti, weka alama moja juu ya kuwaeleza nyingine; au kwenye safu ile ile, weka kuwaeleza moja karibu na nyingine, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 6.

Katika usanidi huu wa wiring mbili, mabadiliko ya sasa (di/dt) ya kuwaeleza na wakati, kwa sababu ya utaftaji wa athari hii, itatoa voltage juu ya kuwaeleza sawa; Na kwa sababu ya uwepo wa inductance ya kuheshimiana, itakuwa sawia ya sasa imetolewa kwa athari nyingine. Ikiwa mabadiliko ya voltage kwenye trace ya kwanza ni kubwa ya kutosha, kuingiliwa kunaweza kupunguza uvumilivu wa voltage ya mzunguko wa dijiti na kusababisha makosa. Hali hii haifanyi tu katika mizunguko ya dijiti, lakini jambo hili ni la kawaida zaidi katika mizunguko ya dijiti kwa sababu ya mikondo mikubwa ya kubadili mara moja katika mizunguko ya dijiti.
　　
Ili kuondoa kelele inayowezekana kutoka kwa vyanzo vya kuingilia umeme, ni bora kutenganisha mistari ya analog ya "utulivu" kutoka kwa bandari za kelele za I/O. Kujaribu kufikia nguvu ya chini ya kuingiliana na mtandao wa ardhi, inductance ya waya za mzunguko wa dijiti inapaswa kupunguzwa, na kuunganishwa kwa mizunguko ya analog inapaswa kupunguzwa.
　　
03

Hitimisho

Baada ya safu za dijiti na analog imedhamiriwa, njia ya uangalifu ni muhimu kwa PCB iliyofanikiwa. Mkakati wa wiring kawaida huletwa kwa kila mtu kama sheria ya kidole, kwa sababu ni ngumu kujaribu mafanikio ya mwisho ya bidhaa katika mazingira ya maabara. Kwa hivyo, licha ya kufanana katika mikakati ya wiring ya mizunguko ya dijiti na analog, tofauti za mikakati yao ya wiring lazima zitambuliwe na kuzingatiwa kwa umakini.