Ang bilang ng mga digital designer at mga eksperto sa disenyo ng digital circuit board sa larangan ng engineering ay patuloy na tumataas, na sumasalamin sa trend ng pag-unlad ng industriya. Bagama't ang pagbibigay-diin sa digital na disenyo ay nagdulot ng malalaking pag-unlad sa mga produktong elektroniko, umiiral pa rin ito, at palaging may ilang mga disenyo ng circuit na nakikipag-ugnayan sa mga analog o tunay na kapaligiran. Ang mga diskarte sa pag-wire sa analog at digital na mga patlang ay may ilang mga pagkakatulad, ngunit kapag gusto mong makakuha ng mas mahusay na mga resulta, dahil sa kanilang iba't ibang mga diskarte sa mga kable, ang simpleng disenyo ng mga kable ng circuit ay hindi na ang pinakamainam na solusyon.

Tinatalakay ng artikulong ito ang mga pangunahing pagkakatulad at pagkakaiba sa pagitan ng analog at digital na mga wiring sa mga tuntunin ng bypass capacitors, power supply, ground design, voltage error, at electromagnetic interference (EMI) na dulot ng PCB wiring.

Ang bilang ng mga digital designer at mga eksperto sa disenyo ng digital circuit board sa larangan ng engineering ay patuloy na tumataas, na sumasalamin sa trend ng pag-unlad ng industriya. Bagama't ang pagbibigay-diin sa digital na disenyo ay nagdulot ng malalaking pag-unlad sa mga produktong elektroniko, umiiral pa rin ito, at palaging may ilang mga disenyo ng circuit na nakikipag-ugnayan sa mga analog o tunay na kapaligiran. Ang mga diskarte sa pag-wire sa analog at digital na mga patlang ay may ilang mga pagkakatulad, ngunit kapag gusto mong makakuha ng mas mahusay na mga resulta, dahil sa kanilang iba't ibang mga diskarte sa mga kable, ang simpleng disenyo ng mga kable ng circuit ay hindi na ang pinakamainam na solusyon.

Tinatalakay ng artikulong ito ang mga pangunahing pagkakatulad at pagkakaiba sa pagitan ng analog at digital na mga wiring sa mga tuntunin ng bypass capacitors, power supply, ground design, voltage error, at electromagnetic interference (EMI) na dulot ng PCB wiring.

Ang pagdaragdag ng mga bypass o decoupling capacitor sa circuit board at ang lokasyon ng mga capacitor na ito sa board ay common sense para sa mga digital at analog na disenyo. Ngunit kawili-wili, ang mga dahilan ay iba.

Sa disenyo ng mga kable ng analog, ang mga bypass capacitor ay karaniwang ginagamit upang i-bypass ang mga high-frequency na signal sa power supply. Kung hindi idinagdag ang mga bypass capacitor, ang mga high-frequency na signal na ito ay maaaring pumasok sa mga sensitibong analog chips sa pamamagitan ng power supply pins. Sa pangkalahatan, ang dalas ng mga high-frequency na signal na ito ay lumampas sa kakayahan ng mga analog device na sugpuin ang mga high-frequency na signal. Kung ang bypass capacitor ay hindi ginagamit sa analog circuit, ang ingay ay maaaring ipakilala sa signal path, at sa mas malubhang mga kaso, maaari pa itong maging sanhi ng vibration.

Sa analog at digital na disenyo ng PCB, ang mga bypass o decoupling capacitor (0.1uF) ay dapat ilagay nang malapit sa device hangga't maaari. Ang power supply decoupling capacitor (10uF) ay dapat ilagay sa pasukan ng linya ng kuryente ng circuit board. Sa lahat ng mga kaso, ang mga pin ng mga capacitor na ito ay dapat na maikli.

Sa circuit board sa Figure 2, iba't ibang ruta ang ginagamit upang iruta ang mga wire ng kuryente at lupa. Dahil sa hindi tamang kooperasyon na ito, ang mga electronic na bahagi at circuit sa circuit board ay mas malamang na mapailalim sa electromagnetic interference.

Sa solong panel ng Figure 3, ang mga power at ground wire sa mga bahagi sa circuit board ay malapit sa isa't isa. Ang pagtutugma ng ratio ng linya ng kuryente at ang ground line sa circuit board na ito ay angkop tulad ng ipinapakita sa Figure 2. Ang posibilidad ng mga electronic component at circuit sa circuit board na sumailalim sa electromagnetic interference (EMI) ay nababawasan ng 679/12.8 beses o mga 54 beses.
　　
Para sa mga digital na device tulad ng mga controller at processor, kailangan din ang mga decoupling capacitor, ngunit sa iba't ibang dahilan. Ang isang function ng mga capacitor na ito ay kumilos bilang isang "miniature" charge bank.

Sa mga digital na circuit, ang isang malaking halaga ng kasalukuyang ay karaniwang kinakailangan upang maisagawa ang paglipat ng estado ng gate. Dahil ang paglipat ng mga transient na alon ay nabuo sa chip sa panahon ng paglipat at pag-agos sa circuit board, ito ay kapaki-pakinabang na magkaroon ng karagdagang "mga ekstrang" singil. Kung walang sapat na singil kapag nagsasagawa ng pagkilos ng paglipat, ang boltahe ng power supply ay magbabago nang malaki. Ang sobrang pagbabago ng boltahe ay magsasanhi sa antas ng digital signal na pumasok sa isang hindi tiyak na estado, at maaaring maging sanhi ng hindi wastong paggana ng makina ng estado sa digital device.

Ang switching current na dumadaloy sa circuit board trace ay magdudulot ng pagbabago sa boltahe, at ang circuit board trace ay may parasitic inductance. Ang sumusunod na formula ay maaaring gamitin upang kalkulahin ang pagbabago ng boltahe: V = LdI/dt. Kabilang sa mga ito: V = pagbabago ng boltahe, L = circuit board trace inductance, dI = kasalukuyang pagbabago sa pamamagitan ng trace, dt = kasalukuyang pagbabago ng oras.
　　
Samakatuwid, para sa maraming mga kadahilanan, mas mahusay na mag-aplay ng mga bypass (o decoupling) na mga capacitor sa power supply o sa mga power supply pin ng mga aktibong device.

Ang power cord at ground wire ay dapat na iruruta nang magkasama

Ang posisyon ng power cord at ang ground wire ay mahusay na tumugma upang mabawasan ang posibilidad ng electromagnetic interference. Kung ang linya ng kuryente at ang linya ng lupa ay hindi maayos na tumugma, ang isang loop ng system ay idinisenyo at malamang na makagawa ng ingay.

Ang isang halimbawa ng disenyo ng PCB kung saan ang linya ng kuryente at linya ng lupa ay hindi maayos na magkatugma ay ipinapakita sa Figure 2. Sa circuit board na ito, ang dinisenyong loop area ay 697cm². Gamit ang pamamaraan na ipinapakita sa Figure 3, ang posibilidad ng radiated na ingay sa o sa labas ng circuit board na nag-iinduce ng boltahe sa loop ay maaaring lubos na mabawasan.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng analog at digital na mga diskarte sa mga kable

▍Ang ground plane ay isang problema

Ang pangunahing kaalaman sa circuit board wiring ay naaangkop sa parehong analog at digital circuits. Ang isang pangunahing tuntunin ng hinlalaki ay ang paggamit ng isang walang patid na ground plane. Binabawasan ng common sense na ito ang dI/dt (change in current with time) effect sa mga digital circuit, na nagbabago sa ground potential at nagiging sanhi ng ingay na pumasok sa mga analog circuit.

Ang mga pamamaraan ng mga kable para sa mga digital at analog na circuit ay karaniwang pareho, na may isang pagbubukod. Para sa mga analog circuit, may isa pang punto na dapat tandaan, iyon ay, panatilihin ang mga linya ng digital signal at mga loop sa ground plane na malayo sa mga analog circuit hangga't maaari. Ito ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagkonekta ng analog ground plane sa system ground connection nang hiwalay, o paglalagay ng analog circuit sa dulong dulo ng circuit board, na siyang dulo ng linya. Ginagawa ito upang mapanatiling pinakamababa ang panlabas na interference sa path ng signal.

Hindi na kailangang gawin ito para sa mga digital circuit, na maaaring magparaya ng maraming ingay sa ground plane nang walang mga problema.

Ang Figure 4 (kaliwa) ay naghihiwalay sa digital switching action mula sa analog circuit at naghihiwalay sa digital at analog na bahagi ng circuit. (Kanan) Ang mataas na dalas at mababang dalas ay dapat na paghiwalayin hangga't maaari, at ang mga bahagi ng mataas na dalas ay dapat na malapit sa mga konektor ng circuit board.

Figure 5 Layout ng dalawang malapit na bakas sa PCB, ito ay madaling bumuo ng parasitic capacitance. Dahil sa pagkakaroon ng ganitong uri ng kapasidad, ang mabilis na pagbabago ng boltahe sa isang bakas ay maaaring makabuo ng kasalukuyang signal sa kabilang bakas.

Figure 6 Kung hindi mo binibigyang pansin ang paglalagay ng mga bakas, ang mga bakas sa PCB ay maaaring makagawa ng line inductance at mutual inductance. Ang parasitic inductance na ito ay lubhang nakakapinsala sa pagpapatakbo ng mga circuit kabilang ang mga digital switching circuit.

▍Lokasyon ng bahagi

Tulad ng nabanggit sa itaas, sa bawat disenyo ng PCB, ang ingay na bahagi ng circuit at ang "tahimik" na bahagi (hindi ingay na bahagi) ay dapat na paghiwalayin. Sa pangkalahatan, ang mga digital circuit ay "mayaman" sa ingay at hindi sensitibo sa ingay (dahil ang mga digital circuit ay may mas malaking boltahe na noise tolerance); sa kabaligtaran, ang boltahe ng ingay tolerance ng analog circuits ay mas maliit.

Sa dalawa, ang mga analog circuit ang pinakasensitibo sa paglipat ng ingay. Sa mga kable ng isang mixed-signal system, ang dalawang circuit na ito ay dapat na paghiwalayin, tulad ng ipinapakita sa Figure 4.
　　
▍Parasitic na bahagi na nabuo ng disenyo ng PCB

Dalawang pangunahing elemento ng parasitiko na maaaring magdulot ng mga problema ay madaling nabuo sa disenyo ng PCB: parasitic capacitance at parasitic inductance.

Kapag nagdidisenyo ng isang circuit board, ang paglalagay ng dalawang bakas na malapit sa isa't isa ay bubuo ng parasitic capacitance. Magagawa mo ito: Sa dalawang magkaibang layer, ilagay ang isang bakas sa ibabaw ng isa pang bakas; o sa parehong layer, ilagay ang isang bakas sa tabi ng isa pang bakas, tulad ng ipinapakita sa Figure 5.
　　
Sa dalawang trace configuration na ito, ang mga pagbabago sa boltahe sa paglipas ng panahon (dV/dt) sa isang trace ay maaaring magdulot ng current sa kabilang trace. Kung ang iba pang bakas ay mataas na impedance, ang kasalukuyang nabuo ng electric field ay mako-convert sa boltahe.
　　
Ang mga transient ng mabilis na boltahe ay kadalasang nangyayari sa digital na bahagi ng disenyo ng analog signal. Kung ang mga bakas na may mabilis na boltahe transients ay malapit sa mataas na impedance analog na mga bakas, ang error na ito ay seryosong makakaapekto sa katumpakan ng analog circuit. Sa ganitong kapaligiran, ang mga analog circuit ay may dalawang disadvantages: ang kanilang ingay tolerance ay mas mababa kaysa sa digital circuits; at ang mga bakas ng mataas na impedance ay mas karaniwan.
　　
Ang paggamit ng isa sa sumusunod na dalawang pamamaraan ay maaaring mabawasan ang hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ang pinakakaraniwang ginagamit na pamamaraan ay ang pagbabago ng laki sa pagitan ng mga bakas ayon sa capacitance equation. Ang pinakamabisang sukat na baguhin ay ang distansya sa pagitan ng dalawang bakas. Dapat tandaan na ang variable d ay nasa denominator ng capacitance equation. Habang tumataas ang d, bababa ang capacitive reactance. Ang isa pang variable na maaaring baguhin ay ang haba ng dalawang bakas. Sa kasong ito, bumababa ang haba L, at bababa din ang capacitive reactance sa pagitan ng dalawang bakas.
　　
Ang isa pang pamamaraan ay ang paglalagay ng ground wire sa pagitan ng dalawang bakas na ito. Ang ground wire ay mababa ang impedance, at ang pagdaragdag ng isa pang bakas na tulad nito ay magpahina sa interference electric field, tulad ng ipinapakita sa Figure 5.
　　
Ang prinsipyo ng parasitic inductance sa circuit board ay katulad ng sa parasitic capacitance. Ito rin ay upang ilatag ang dalawang bakas. Sa dalawang magkaibang layer, ilagay ang isang bakas sa ibabaw ng isa pang bakas; o sa parehong layer, ilagay ang isang bakas sa tabi ng isa, tulad ng ipinapakita sa Figure 6.

Sa dalawang pagsasaayos ng mga kable na ito, ang kasalukuyang pagbabago (dI/dt) ng isang bakas sa oras, dahil sa inductance ng bakas na ito, ay bubuo ng boltahe sa parehong bakas; at dahil sa pagkakaroon ng mutual inductance, ito ay isang proporsyonal na kasalukuyang ay nabuo sa kabilang bakas. Kung ang pagbabago ng boltahe sa unang bakas ay sapat na malaki, maaaring mabawasan ng interference ang boltahe tolerance ng digital circuit at maging sanhi ng mga error. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay hindi lamang nangyayari sa mga digital na circuit, ngunit ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay mas karaniwan sa mga digital na circuit dahil sa malalaking instant switching currents sa mga digital circuit.
　　
Upang maalis ang potensyal na ingay mula sa mga pinagmumulan ng electromagnetic interference, pinakamahusay na paghiwalayin ang "tahimik" na mga analog na linya mula sa maingay na I/O port. Upang subukang makamit ang isang mababang-impedance na kapangyarihan at ground network, ang inductance ng mga digital circuit wire ay dapat mabawasan, at ang capacitive coupling ng analog circuits ay dapat mabawasan.
　　
03

Konklusyon

Matapos matukoy ang mga digital at analog range, ang maingat na pagruruta ay mahalaga sa isang matagumpay na PCB. Ang diskarte sa pag-wire ay karaniwang ipinakilala sa lahat bilang isang patakaran ng hinlalaki, dahil mahirap subukan ang tunay na tagumpay ng produkto sa isang kapaligiran sa laboratoryo. Samakatuwid, sa kabila ng mga pagkakatulad sa mga diskarte sa mga kable ng digital at analog na mga circuit, ang mga pagkakaiba sa kanilang mga diskarte sa mga kable ay dapat kilalanin at seryosohin.