Muhandislik sohasida raqamli dizaynerlar va raqamli elektron platalar dizayni bo'yicha mutaxassislar soni doimiy ravishda ortib bormoqda, bu sanoatning rivojlanish tendentsiyasini aks ettiradi. Raqamli dizaynga e'tibor elektron mahsulotlarda katta o'zgarishlarga olib kelgan bo'lsa-da, u hali ham mavjud va har doim analog yoki haqiqiy muhit bilan interfeysga ega bo'lgan ba'zi elektron dizaynlar mavjud bo'ladi. Analog va raqamli sohalardagi simlarni ulash strategiyalari ba'zi o'xshashliklarga ega, ammo siz yaxshi natijalarga erishmoqchi bo'lsangiz, ularning turli xil simlarni ulash strategiyalari tufayli oddiy elektron simlarni loyihalash endi optimal echim emas.
Ushbu maqolada analog va raqamli simlar o'rtasidagi asosiy o'xshashlik va farqlar, aylanma kondansatkichlar, quvvat manbalari, tuproq dizayni, kuchlanish xatolari va PCB simlari tufayli kelib chiqqan elektromagnit parazit (EMI) ko'rib chiqiladi.
Muhandislik sohasida raqamli dizaynerlar va raqamli elektron platalar dizayni bo'yicha mutaxassislar soni doimiy ravishda ortib bormoqda, bu sanoatning rivojlanish tendentsiyasini aks ettiradi. Raqamli dizaynga e'tibor elektron mahsulotlarda katta o'zgarishlarga olib kelgan bo'lsa-da, u hali ham mavjud va har doim analog yoki haqiqiy muhit bilan interfeysga ega bo'lgan ba'zi elektron dizaynlar mavjud bo'ladi. Analog va raqamli sohalardagi simlarni ulash strategiyalari ba'zi o'xshashliklarga ega, ammo siz yaxshi natijalarga erishmoqchi bo'lsangiz, ularning turli xil simlarni ulash strategiyalari tufayli oddiy elektron simlarni loyihalash endi optimal echim emas.
Ushbu maqolada analog va raqamli simlar o'rtasidagi asosiy o'xshashlik va farqlar, aylanma kondansatkichlar, quvvat manbalari, tuproq dizayni, kuchlanish xatolari va PCB simlari tufayli kelib chiqqan elektromagnit parazit (EMI) ko'rib chiqiladi.
Elektron plataga aylanib o'tish yoki ajratish kondensatorlarini qo'shish va bu kondansatörlarning platadagi joylashuvi raqamli va analog dizaynlar uchun umumiy ma'nodir. Ammo qiziqki, sabablar boshqacha.
Analog simlarni loyihalashda bypass kondansatkichlari odatda elektr ta'minotidagi yuqori chastotali signallarni chetlab o'tish uchun ishlatiladi. Bypass kondansatkichlari qo'shilmasa, bu yuqori chastotali signallar quvvat manbai pinlari orqali sezgir analog chiplarga kirishi mumkin. Umuman olganda, bu yuqori chastotali signallarning chastotasi analog qurilmalarning yuqori chastotali signallarni bostirish qobiliyatidan oshib ketadi. Agar aylanma kondansatkich analog sxemada ishlatilmasa, signal yo'lida shovqin paydo bo'lishi mumkin va jiddiyroq holatlarda u hatto tebranishga olib kelishi mumkin.
Analog va raqamli PCB dizaynida bypass yoki ajratuvchi kondansatörler (0,1 uF) qurilmaga iloji boricha yaqinroq joylashtirilishi kerak. Elektr ta'minotini ajratish kondensatori (10uF) elektron plataning elektr uzatish liniyasiga kirish joyiga joylashtirilishi kerak. Barcha holatlarda bu kondansatörlerin pinlari qisqa bo'lishi kerak.
2-rasmdagi elektron platada quvvat va tuproq simlarini yo'naltirish uchun turli marshrutlar qo'llaniladi. Ushbu noto'g'ri hamkorlik tufayli elektron platadagi elektron komponentlar va sxemalar elektromagnit shovqinga duchor bo'lish ehtimoli ko'proq.
3-rasmning yagona panelida elektron platadagi komponentlarga quvvat va tuproq simlari bir-biriga yaqin joylashgan. Ushbu elektron platadagi quvvat liniyasi va tuproq chizig'ining mos nisbati 2-rasmda ko'rsatilganidek mos keladi. Elektron platadagi elektron komponentlar va kontaktlarning zanglashiga olib kirishi ehtimoli 679/12,8 martaga kamayadi yoki taxminan 54 marta.
Tekshirgichlar va protsessorlar kabi raqamli qurilmalar uchun ajratuvchi kondansatkichlar ham talab qilinadi, ammo turli sabablarga ko'ra. Ushbu kondansatkichlarning vazifalaridan biri "miniatyura" zaryad banki sifatida ishlashdir.
Raqamli kontaktlarning zanglashiga olib kirishda, odatda, eshik holatini almashtirishni amalga oshirish uchun katta miqdordagi oqim talab qilinadi. Kommutatsiya paytida o'tish davrining oqimlari chipda hosil bo'lganligi va elektron platadan oqib o'tganligi sababli, qo'shimcha "zaxira" to'lovlarga ega bo'lish foydalidir. Kommutatsiya harakatini amalga oshirishda etarli zaryad bo'lmasa, quvvat manbai kuchlanishi juda o'zgaradi. Juda ko'p kuchlanish o'zgarishi raqamli signal darajasining noaniq holatga kirishiga olib keladi va raqamli qurilmadagi holat mashinasi noto'g'ri ishlashiga olib kelishi mumkin.
Elektron plata izi orqali o'tadigan kommutatsiya oqimi kuchlanishning o'zgarishiga olib keladi va elektron plataning izi parazit induktivlikka ega. Voltaj o'zgarishini hisoblash uchun quyidagi formuladan foydalanish mumkin: V = LdI / dt. Ular orasida: V = kuchlanish o'zgarishi, L = elektron plataning iz indüktansı, dI = oqimning iz orqali o'zgarishi, dt = oqim o'zgarishi vaqti.
Shuning uchun, ko'p sabablarga ko'ra, elektr ta'minotida yoki faol qurilmalarning quvvat manbai pinlarida bypass (yoki ajratish) kondansatkichlarini qo'llash yaxshiroqdir.
Elektr shnuri va tuproq simi bir-biriga ulangan bo'lishi kerak
Elektromagnit shovqin ehtimolini kamaytirish uchun elektr kabeli va tuproq simining holati yaxshi mos keladi. Agar elektr tarmog'i va tuproq liniyasi to'g'ri mos kelmasa, tizim halqasi ishlab chiqiladi va shovqin paydo bo'lishi mumkin.
Elektr tarmog'i va tuproq chizig'i to'g'ri mos kelmagan PCB dizayniga misol 2-rasmda ko'rsatilgan. Ushbu elektron platada loyihalashtirilgan halqa maydoni 697 sm² ni tashkil qiladi. 3-rasmda ko'rsatilgan usuldan foydalanib, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishni elektron platada yoki undan tashqarida radiatsiyaviy shovqin ehtimoli sezilarli darajada kamayishi mumkin.
Analog va raqamli simlarni ulash strategiyalari o'rtasidagi farq
▍Yer tekisligi muammodir
Elektron platani ulash bo'yicha asosiy bilimlar ham analog, ham raqamli sxemalar uchun qo'llaniladi. Asosiy qoida - uzluksiz er tekisligidan foydalanish. Bu umumiy ma'no raqamli davrlarda dI / dt (oqimning vaqt o'zgarishi) ta'sirini kamaytiradi, bu esa tuproq potentsialini o'zgartiradi va shovqinning analog davrlarga kirishiga olib keladi.
Raqamli va analogli kontaktlarning zanglashiga olib ulanish usullari asosan bir xil, faqat bitta istisno. Analog sxemalar uchun yana bir e'tiborga olish kerak bo'lgan nuqta bor, ya'ni tuproq tekisligidagi raqamli signal chiziqlari va halqalarni analog davrlardan iloji boricha uzoqroq tuting. Bunga analog tuproqli tekislikni tizimning tuproqli ulanishiga alohida ulash yoki analog sxemani chiziqning oxiri bo'lgan elektron plataning eng chetiga joylashtirish orqali erishish mumkin. Bu signal yo'lidagi tashqi shovqinni minimal darajada ushlab turish uchun amalga oshiriladi.
Raqamli sxemalar uchun buni qilishning hojati yo'q, ular yer tekisligida juda ko'p shovqinlarga muammosiz toqat qila oladi.
4-rasm (chapda) raqamli kommutatsiya harakatini analog sxemadan ajratib turadi va kontaktlarning zanglashiga olib raqamli va analog qismlarini ajratadi. (O'ngda) Yuqori chastotali va past chastotani iloji boricha ajratish kerak va yuqori chastotali komponentlar elektron plata konnektorlariga yaqin bo'lishi kerak.
5-rasm PCBda ikkita yaqin izni joylashtiring, parazitar sig'im hosil qilish oson. Ushbu turdagi sig'im mavjudligi sababli, bir izda kuchlanishning tez o'zgarishi boshqa izda oqim signalini yaratishi mumkin.
6-rasm Agar siz izlarning joylashishiga e'tibor bermasangiz, PCBdagi izlar chiziqli indüktans va o'zaro indüktans hosil qilishi mumkin. Ushbu parazit induktivlik zanjirlarning, shu jumladan raqamli kommutatsiya davrlarining ishlashiga juda zararli.
▍Komponentning joylashuvi
Yuqorida aytib o'tilganidek, har bir PCB dizaynida kontaktlarning zanglashiga olib keladigan shovqin qismini va "sokin" qismini (shovqinsiz qism) ajratish kerak. Umuman olganda, raqamli sxemalar shovqinga "boy" va shovqinga befarq (chunki raqamli sxemalar kattaroq kuchlanish shovqin bardoshliligiga ega); aksincha, analog davrlarning kuchlanish shovqin bardoshliligi ancha kichikdir.
Ikkalasidan analog sxemalar kommutatsiya shovqiniga eng sezgir. Aralash signalli tizimning simlarini ulashda, 4-rasmda ko'rsatilganidek, bu ikkita sxema ajratilishi kerak.
▍ PCB dizayni bilan yaratilgan parazit komponentlar
PCB dizaynida muammoga olib kelishi mumkin bo'lgan ikkita asosiy parazit element osongina shakllanadi: parazitar sig'im va parazitar indüktans.
Elektron platani loyihalashda ikkita izni bir-biriga yaqin joylashtirish parazit sig'im hosil qiladi. Buni amalga oshirishingiz mumkin: Ikki xil qatlamda bir izni boshqa iz ustiga qo'ying; yoki xuddi shu qatlamda, 5-rasmda ko'rsatilganidek, bir izni boshqa iz yoniga qo'ying.
Ushbu ikkita iz konfiguratsiyasida bir izda vaqt o'tishi bilan kuchlanishning o'zgarishi (dV/dt) boshqa izda oqimga olib kelishi mumkin. Agar boshqa iz yuqori empedans bo'lsa, elektr maydoni tomonidan ishlab chiqarilgan oqim kuchlanishga aylanadi.
Tez kuchlanish o'tish davri ko'pincha analog signal dizaynining raqamli tomonida sodir bo'ladi. Tez kuchlanish o'tishlari bo'lgan izlar yuqori empedansli analog izlarga yaqin bo'lsa, bu xato analog sxemaning aniqligiga jiddiy ta'sir qiladi. Bunday muhitda analog sxemalar ikkita kamchilikka ega: ularning shovqinga chidamliligi raqamli sxemalarga qaraganda ancha past; va yuqori empedans izlari ko'proq uchraydi.
Quyidagi ikkita texnikadan birini qo'llash bu hodisani kamaytirishi mumkin. Eng ko'p ishlatiladigan texnika sig'im tenglamasiga muvofiq izlar orasidagi o'lchamni o'zgartirishdir. O'zgartirish uchun eng samarali o'lcham - bu ikki iz orasidagi masofa. Shuni ta'kidlash kerakki, d o'zgaruvchisi sig'im tenglamasining maxrajida. d ortishi bilan sig'imli reaktivlik kamayadi. O'zgartirilishi mumkin bo'lgan yana bir o'zgaruvchi - bu ikki izning uzunligi. Bunday holda, L uzunligi kamayadi va ikkita iz orasidagi sig'imli reaktivlik ham kamayadi.
Yana bir usul - bu ikki iz orasiga tuproq simini yotqizishdir. Tuproq simi past empedansga ega va shunga o'xshash boshqa iz qo'shish 5-rasmda ko'rsatilganidek, interferentsiya elektr maydonini zaiflashtiradi.
Elektron platadagi parazitar induktivlik printsipi parazitar sig'imga o'xshaydi. Bundan tashqari, ikkita iz qo'yishdir. Ikki xil qatlamda bir izni boshqa iz ustiga qo'ying; yoki bir xil qatlamda, 6-rasmda ko'rsatilganidek, bir izni boshqasiga qo'ying.
Ushbu ikkita simli konfiguratsiyada, bu izning induktivligi tufayli vaqt o'tishi bilan oqim o'zgarishi (dI / dt) bir xil izda kuchlanish hosil qiladi; va o'zaro induktivlik mavjudligi sababli, u iroda boshqa izda proportsional oqim hosil bo'ladi. Agar birinchi izdagi kuchlanish o'zgarishi etarlicha katta bo'lsa, shovqin raqamli kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish bardoshliligini kamaytirishi va xatolarga olib kelishi mumkin. Bu hodisa faqat raqamli kontaktlarning zanglashiga olib kelmaydi, balki raqamli zanjirlarda katta lahzali kommutatsiya oqimlari tufayli bu hodisa raqamli sxemalarda koʻproq uchraydi.
Elektromagnit parazit manbalaridan potentsial shovqinni yo'qotish uchun shovqinli kirish / chiqish portlaridan "sokin" analog chiziqlarni ajratish yaxshidir. Past empedansli quvvat va tuproqli tarmoqqa erishish uchun raqamli kontaktlarning zanglashiga olib keladigan simlarining induktivligini minimallashtirish va analog davrlarning sig'imli ulanishini kamaytirish kerak.
03
Xulosa
Raqamli va analog diapazonlar aniqlangandan so'ng, muvaffaqiyatli PCB uchun ehtiyotkorlik bilan marshrutlash zarur. Simlarni ulash strategiyasi odatda hamma uchun oddiy qoida sifatida tanishtiriladi, chunki laboratoriya sharoitida mahsulotning yakuniy muvaffaqiyatini sinab ko'rish qiyin. Shu sababli, raqamli va analogli sxemalarning simlarini ulash strategiyalaridagi o'xshashliklarga qaramay, ularning simlarini ulash strategiyalaridagi farqlar tan olinishi va jiddiy qabul qilinishi kerak.