Udhëzimet e projektimit të PCB-ve (Mini-FAQ mbi paraqitjen e PCB-ve). Paraqitja e PCB dhe EMC për mikrokontrolluesit e serisë MB90

Përkufizimet:

Pajtueshmëria elektromagnetike, EMC: aftësia, gjatë funksionimit, për të mos dhënë një kontribut të tepruar në mjedis nga rrezatimi elektromagnetik. Kur plotësohet ky kusht, të gjithë komponentët elektronikë punojnë së bashku në mënyrë korrekte.

Ndërhyrje elektromagnetike, EMI: energji elektromagnetike e rrezatuar nga një pajisje që mund të degradojë performancën e një pajisjeje tjetër.

Imuniteti elektromagnetik, EMPU (imuniteti elektromagnetik, ose ndjeshmëria, EMS): toleranca (rezistenca) ndaj efekteve të energjisë elektromagnetike.

Dizajni EMC: 4 Rregulla Bazë

Problemi me rregullat: sa më shumë t'i keni ato, aq më e vështirë është t'i zbatoni të gjitha. Prioriteti i zbatimit të tyre është i ndryshëm.

Supozoni, kur krijoni një bord qark të printuar me shumë shtresa, ju duhet të drejtoni një sinjal me frekuencë të lartë nga një komponent analog në një dixhital. Natyrisht, ju dëshironi të minimizoni gjasat e një problemi të përputhshmërisë elektromagnetike (EMC). Kur kërkoni në internet, gjeni tre rekomandime që duket se janë të rëndësishme për situatën tuaj:

1. Minimizoni gjatësinë e autobusit të sinjalit RF
2. Ndani shinat e fuqisë dhe tokës midis pjesëve analoge dhe dixhitale të qarkut
3. Mos i thyeni poligonet e tokës me përçues me frekuencë të lartë

Vizioni juaj për tre paraqitjet e mundshme është paraqitur në Figurën 1.

Në rastin e parë, shtrirjet drejtohen drejtpërdrejt midis dy komponentëve dhe poligoni i tokës mbetet i fortë. Në rastin e dytë, një hendek formohet në shumëkëndësh dhe gjurmët kalojnë nëpër këtë hendek. Në rastin e tretë, shtrirjet vendosen përgjatë hendekut në poligon.

Në secilin nga këto tre raste, ndodh një shkelje e një prej rregullave të mësipërme. A janë po aq të mira këto raste alternative sepse plotësojnë dy nga tre rregullat? A janë të gjithë të këqij sepse secili thyen të paktën një rregull?

Këto janë pyetjet me të cilat përballen çdo ditë planifikuesit e PCB-ve. Strategjia e saktë ose e gabuar e instalimeve elektrike mund të çojë në rezultate në të cilat bordi ose do të përmbushë të gjitha kërkesat e EMC ose do të ketë probleme me pranimin ndaj sinjaleve të jashtme. Në këtë rast, zgjedhja duhet të jetë e qartë, por ne do t'i kthehemi kësaj më vonë.

Problemet zbuten duke i dhënë përparësi rekomandimeve. Udhëzimet e projektimit janë të dobishme nëse kuptohen mirë dhe nëse ato janë pjesë e një strategjie të përgjithshme. Pasi projektuesit të kenë mësuar se si t'i japin përparësi udhëzimeve dhe të kuptojnë se si duhet të përdoren ato udhëzime, ata mund të dizajnojnë me mjeshtëri PCB-të e mira.

Më poshtë janë katër rregullat kryesore për EMC, bazuar në karakteristikat e përgjithshme të produktit elektronik. Në shumë raste, projektuesit e PCB-ve shkelin qëllimisht një nga këto rregulla në përpjekje për të përmbushur ato më të rëndësishmet.

Rregulli 1: Minimizoni shtegun aktual të sinjalit

Ky rregull i thjeshtë shfaqet pothuajse në çdo listë rekomandimesh EMC, por shpesh ose injorohet ose nënvlerësohet në favor të rekomandimeve të tjera.

Shpesh një projektues PCB as nuk mendon se ku rrjedhin rrymat e sinjalit dhe preferon të mendojë për sinjalet për sa i përket tensionit, por duhet të mendojë për sa i përket rrymës.

Ekzistojnë dy aksioma që çdo projektues PCB duhet të dijë:

- rrymat e sinjalit kthehen gjithmonë në burimin e tyre, d.m.th. rruga aktuale është një lak
- Rrymat e sinjalit përdorin gjithmonë shtegun me impedancën më të ulët

Në frekuencat prej disa megaherz dhe më lart, shtegu i rrymës së sinjalit është relativisht i lehtë për t'u përcaktuar, sepse shtegu me rezistencën më të lartë më të ulët është përgjithësisht shtegu me induktivitetin më të ulët. Në fig. 2 tregon dy komponentë në një tabelë të qarkut të printuar. Një sinjal 50 MHz përhapet përgjatë një përcjellësi mbi poligonin nga komponenti A në komponentin B.



Ne e dimë se një sinjal me të njëjtën madhësi duhet të përhapet nga komponenti B në komponentin A. Supozoni se kjo rrymë (le ta quajmë atë kthim) rrjedh nga kunja e komponentit B, e shënuar GND, në kunja e komponentit A, e shënuar gjithashtu GND .

Meqenëse integriteti (vazhdimësia) e poligonit është siguruar dhe kunjat, të përcaktuara si GND, të të dy komponentëve janë të vendosur afër njëri-tjetrit, kjo çon në përfundimin se rryma do të marrë rrugën më të shkurtër ndërmjet tyre (rruga 1). Megjithatë, kjo nuk është e saktë. Rrymat me frekuencë të lartë marrin rrugën e induktivitetit më të vogël (ose shtegun me zonën më të vogël të lakut, shtegun e kthesës më të vogël). Pjesa më e madhe e rrymës së kthimit të sinjalit rrjedh nëpër poligon në një shteg të ngushtë pikërisht poshtë gjurmës së sinjalit (shtegu 2).

Nëse një shumëkëndësh është bërë për ndonjë arsye me një nivel siç tregohet në figurën 3, atëherë niveli 1 do të ketë pak efekt në integritetin e sinjalit dhe emetimet. Niveli tjetër 2 mund të çojë në probleme të rëndësishme; bie ndesh me rekomandimin 2. Zona e lakut rritet ndjeshëm; rrymat e kundërta janë aq intensive sa që rrjedhin përgjatë kufirit të ndërprerjes.



Në frekuenca të ulëta (përgjithësisht kHz dhe më poshtë), shtegu i rezistencës më të vogël tenton të jetë shtegu me frekuencën më të ulët të sinjalit. Për një tabelë të qarkut të printuar me poligone të ngurta të rrymave kthyese, rezistenca e poligoneve tenton të shpërndajë rrymën në mënyrë që rryma që rrjedh midis dy pikave të largëta të përhapet në një zonë më të madhe të tabelës, siç tregohet në figurën 4.



Në një tabelë me sinjale të përziera, komponentë analogë dhe dixhitalë me frekuencë të ulët, kjo mund të jetë një problem. Figura 5 ilustron se si një thyerje e pozicionuar mirë në një landfill mund të korrigjojë këtë situatë duke kapur rrymat e kthimit me frekuencë të ulët që rrjedhin nëpër landfill në një zonë të dedikuar.



Rregulli 2: Mos e shpërtheni poligonin e kthimit

Është e drejtë. Sapo ju treguam një shembull të shkëlqyer në një situatë ku krijimi i një qarku të hapur në rrymën e sinjalit të kthimit ishte zgjidhja e duhur. Megjithatë, si inxhinierë tipikë EMC, ne ju këshillojmë që të mos e bëni kurrë këtë. Pse? Sepse një pjesë e madhe e zhvillimit të njerëzve të mirëkuptuar që hasëm ishte rezultat i shkeljes së rregullit 1 pa dashje dhe krijimit të boshllëqeve në poligonet e kthimit. Për më tepër, hendeku ishte shpesh i paefektshëm dhe i panevojshëm.

Besohet se rryma e kthimit të sinjalit analog duhet të jetë gjithmonë e izoluar nga rryma e kthimit të sinjalit dixhital. Kjo ide lindi kur qarqet analoge dhe dixhitale funksiononin në frekuenca kilohertz. Për shembull, bordet që përdoreshin për regjistrimin dixhital të audios shpesh përjetuan probleme me zhurmën për shkak të efekteve të rrymave të sinjalit dixhital me frekuencë të ulët nën zonën e tabelës ku ndodheshin amplifikatorët e ndjeshëm analogë. Disa kohë më parë, dizajnerët audio u përpoqën të shmangnin këtë problem duke ndarë rrymat e kthimit për të kontrolluar shtigjet e kthimit dhe duke hequr analogun nga qarqet dixhitale.

Studentët tanë janë të ftuar të zgjidhin një problem të projektimit që kërkon mbrojtjen e komponentëve të ndjeshëm analogë (zakonisht amplifikatorë audio ose gjeneratorë të bllokuar me fazë) nga pjesa dixhitale e qarkut duke e ndarë poligonin e rrymës së sinjalit të kthimit në atë mënyrë që rrymat LF të izolohen. dhe rrymat RF nuk do të formonin ndërhyrje. Zakonisht nuk është e qartë se si mund të bëhet kjo, dhe mjaft shpesh ndërprerjet e shumëkëndëshit krijojnë probleme më të mëdha sesa zgjidhin.

Një situatë e ngjashme ndodh kur kaloni gomat për pajisjet radio-elektronike të automobilave ose të aviacionit. Në pajisje të tilla, rrymat e kthimit të qarkut dixhital shpesh janë të izoluara nga strehimi i përbashkët për të mbrojtur qarqet dixhitale nga dëmtimet nga rrymat e larta LF që mund të rrjedhin nëpër strukturën metalike të automjetit. Filtrimi EMI dhe mbrojtja kalimtare zakonisht kërkojnë lidhje tokësore ndërsa sinjali duhet të transmetohet në lidhje me autobusin dixhital të kthimit.

Kur rrjeta e shasisë dhe rrymat dixhitale të kthimit ndajnë të njëjtin autobus, ato shfaqen si një poligon i vetëm i ndërprerë. Kjo ndonjëherë krijon konfuzion se me cilën tokë duhet të lidhet ndonjë komponent i veçantë. Në këtë situatë, zakonisht është një ide e mirë të lidhni autobusin e shasisë dhe kthimin dixhital në autobusë të veçantë. Poligoni dixhital i kthimit duhet të jetë i fortë dhe të mbulojë zonën nën të gjithë komponentët, gjurmët dhe lidhësit dixhitalë. Lidhja me shasinë duhet të kufizohet në zonën e bordit pranë lidhësve.

Pa dyshim, ka situata ku kërkohet një ndërprerje e mirëvendosur në diapazonin e rrymës së kthimit. Megjithatë, metoda më e besueshme është një poligon solid për të gjitha rrymat e sinjalit të kthimit. Në rastet kur një sinjal i veçantë me frekuencë të ulët është i ndjeshëm ndaj ndërhyrjeve (i aftë për t'u përzier me sinjale të tjera të bordit), gjurmimi në një shtresë të veçantë përdoret për të kthyer këtë rrymë në burim. Në përgjithësi, mos përdorni kurrë ndarje ose prerje në poligonin aktual të sinjalit të kthimit. Nëse jeni ende i bindur se prerja në poligon është e nevojshme për të zgjidhur problemin e shkëputjes me frekuencë të ulët, konsultohuni me një ekspert. Mos u mbështetni në rekomandimet ose aplikacionet e projektimit dhe mos u përpiqni të zbatoni një qark që ka funksionuar për dikë tjetër në një dizajn të ngjashëm.

Tani që jemi njohur me dy rregullat kryesore për EMC, jemi gati të rishqyrtojmë problemin në Fig. 1. Cila alternativë është më e mira? E para është e vetmja që nuk bie ndesh me rregullat. Nëse, për ndonjë arsye (jashtë dëshirës së projektimit), kërkohej një pushim në deponinë e tokës, atëherë opsioni i tretë i paraqitjes është më i pranueshëm. Gjurmimi përgjatë ndërprerjes minimizon zonën e lakut të rrymës së sinjalit.

Rregulli 3. Mos vendosni qarqe me shpejtësi të lartë ndërmjet lidhësve

Ky është një nga modelet më të zakonshme të bordit që ne kemi shqyrtuar dhe vlerësuar në laboratorin tonë. Në bordet e thjeshta, të cilat supozohej të dështonin në të gjitha kërkesat e EMC pa ndonjë kosto dhe përpjekje shtesë, mbrojtja dhe filtrimi i mirë u mohua sepse ky rregull i thjeshtë ishte shkelur.

Pse është kaq e rëndësishme vendosja e lidhësit? Në frekuencat nën disa qindra megaherz, gjatësia e valës është e rendit të një metri ose më shumë. Përçuesit në tabelë - antenat e mundshme - kanë një gjatësi elektrike relativisht të shkurtër dhe për këtë arsye nuk punojnë me efikasitet. Megjithatë, kabllot ose pajisjet e tjera të lidhura me tabelën mund të jenë antena mjaft efektive.

Rrymat e sinjalit që rrjedhin nëpër përcjellës dhe kthehen nëpër poligone të ngurta krijojnë rënie të vogla të tensionit midis çdo dy pikash në poligon. Këto tensione janë proporcionale me rrymën që rrjedh nëpër poligon. Kur të gjithë lidhësit janë të vendosur në njërën skaj të tabelës, rënia e tensionit është e papërfillshme.

Megjithatë, elementët e qarkut me shpejtësi të lartë të vendosur midis lidhësve mund të krijojnë lehtësisht dallime të mundshme midis lidhësve deri në disa milivolt ose më shumë. Këto tensione mund të shkaktojnë rryma në terren në kabllot e lidhura, duke rritur rrezatimin e tyre.

Një tabelë që plotëson të gjitha specifikimet me lidhës në një skaj mund të bëhet makthi i një inxhinieri EMC nëse të paktën një lidhës me një kabllo ndodhet në anën e kundërt të tabelës. Produktet që shfaqin këtë lloj problemi (kabllot që mbartin tensione të shkaktuara në një poligon integral) janë veçanërisht të vështira për t'u riparuar. Kjo shpesh kërkon mbrojtje mjaft të mirë. Në shumë raste, kjo mbrojtje nuk do të ishte aspak e nevojshme nëse lidhësit do të ndodheshin në njërën anë ose në cep të tabelës.

Rregulli 4. Koha e kalimit të sinjalit të kontrollit

Një tabelë që funksionon në 100 MHz nuk duhet të jetë kurrë në përputhje kur funksionon në 2 GHz. Një sinjal dixhital i formuar mirë do të ketë më shumë fuqi në harmonikat më të ulëta dhe jo shumë fuqi në harmonikat më të larta. Duke kontrolluar kohën kalimtare të sinjalit, është e mundur të kontrollohet fuqia e sinjalit në harmonikë më të lartë, gjë që preferohet për EMC. Kohët e tepërta kalimtare mund të çojnë në integritetin e sinjalit dhe probleme termike. Në procesin e zhvillimit dhe projektimit, duhet të arrihet një kompromis midis këtyre parakushteve konkurruese. Një kohë kalimtare prej afërsisht 20% të periudhës së sinjalit rezulton në një formë vale të pranueshme, duke reduktuar problemet e ndërlidhjes dhe rrezatimit. Në varësi të aplikimit, koha kalimtare mund të jetë më shumë ose më pak se 20% e periudhës së sinjalit; megjithatë, kjo kohë nuk duhet të jetë jashtë kontrollit.

Ekzistojnë tre mënyra kryesore për të ndryshuar skajet e sinjaleve dixhitale:
- përdorimi i mikroqarqeve dixhitale të serisë, shpejtësia e të cilave përkon me shpejtësinë e kërkuar,
- vendosja e një rezistence ose induktori në ferrit në seri me sinjalin e daljes, dhe
- vendosja e një kondensatori paralel me sinjalin e daljes

Metoda e parë është shpesh më e thjeshta dhe më efektive. Përdorimi i një rezistence ose ferriti i jep projektuesit më shumë kontroll mbi kalimin dhe më pak ndikim në ndryshimet që ndodhin në familjet logjike me kalimin e kohës. Avantazhi i përdorimit të një kondensatori për kontroll është se ai mund të hiqet lehtësisht nëse nuk nevojitet. Sidoqoftë, duhet të mbahet mend se kondensatorët rrisin rrymën e burimit të sinjalit RF.

Vini re se është gjithmonë një ide e keqe të përpiqeni të filtroni një sinjal me një tela në rrugën e rrymës së kthimit. Për shembull, kurrë mos drejtoni një gjurmë me frekuencë të ulët përgjatë një ndërprerjeje në poligonin e kthimit në një përpjekje për të filtruar zhurmën me frekuencë të lartë. Pas shikimit të dy rregullave të para, duhet të jetë e qartë. Megjithatë, tabelat që përdorin këtë strategji të gabuar ndonjëherë gjenden në laboratorin tonë.

Në përgjithësi, gjatë projektimit dhe paraqitjes së tabelës, është e nevojshme t'i jepet përparësi respektimit të rregullave të EMC. Këto rregulla nuk duhet të cenohen kur përpiqeni të ndiqni udhëzimet e tjera të EMC. Megjithatë, ka disa rekomandime shtesë të rëndësishme. Për shembull, është e rëndësishme të sigurohet ndarja e duhur e autobusit të energjisë, të mbahen telat I/O të shkurtër dhe të filtrohen sinjalet e daljes.

Është gjithashtu një ide e mirë që të zgjidhni me kujdes pajisjet tuaja aktive. Jo të gjithë përbërësit gjysmëpërçues të pajtueshëm me pin janë ekuivalent për sa i përket zhurmës. Dy pajisje me të njëjtat parametra teknikë, por të prodhuara nga prodhues të ndryshëm, mund të ndryshojnë ndjeshëm në zhurmën që krijojnë në kunjat e hyrjes dhe daljes, si dhe në kunjat e rrymës. Kjo është veçanërisht e vërtetë për mikroqarqet shumë të integruara siç janë mikroprocesorët dhe qarqet e mëdha të integruara të specializuara (ASIC). Është një ide e mirë të vlerësohen komponentët nga shitës të ndryshëm sa herë që është e mundur.

Më në fund, rishikoni dizajnin tuaj. Edhe nëse jeni një planifikues PCB me përvojë dhe ekspert EMC, është mirë të keni dikë që ka njohuri për analizën EMC dhe njohës të dizajnit të PCB-ve. Lëreni atë të rishikojë në mënyrë kritike dizajnin tuaj.

Këshillat e kujt mund t'i besoni? Besojini kujtdo, këshilla e të cilit ju ndihmon qartë të përmbushni katër rregullat kryesore. Një vëmendje e vogël shtesë gjatë projektimit mund të kursejë shumë kohë, para dhe përpjekje që do të ishin humbur duke u përpjekur që një produkt i qëndrueshëm të funksiononte siç duhet.

Përkthimi i artikullit:
Dr. Todd Hubing, Dr. Tom van Doren
Projektimi për EMC: 4 UDHËZIMET KRYESORE
Projektimi dhe prodhimi i qarkut të printuar, qershor 2003

Dr. Todd Hubing, Profesor i nderuar i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike, dy herë vlerësoi çmimin “Botimet më të mira të Simpoziumit” të Simpoziumit Ndërkombëtar të Institutit të Inxhinierëve Elektrikë dhe Elektronikë.

Dr. Tom Van Doren, profesor i inxhinierisë elektrike dhe kompjuterike në Laboratorin e Përputhshmërisë Elektromagnetike, Universiteti i Missouri-Roll.

Marzhet e elektronikës së konsumatorit janë të ulëta dhe prodhuesit po përpiqen të mbajnë çmimet e produkteve të ulëta për të qëndruar konkurrues. Për këtë arsye, ata kërkojnë nga zhvilluesit që të përdorin borde të lira të qarkut të printuar (PCB) dhe komponentë duke ruajtur funksionalitetin e dëshiruar të pajisjeve. Prodhuesit besojnë se sigurimi i përputhshmërisë elektromagnetike (EMC) në dizajnin e PCB-ve dhe përdorimi i komponentëve të lartë EMC është një luks që ata nuk mund ta përballojnë.

Shumë besojnë se problemet EMC mund të zgjidhen në fund të ciklit të zhvillimit me komponentë shtesë të shtypjes së EMI. Nuk është gjithmonë e qartë se kostoja e korrigjimeve të tilla në fazat përfundimtare të zhvillimit do të jetë shumë herë më e lartë se kostoja e sigurimit të përputhshmërisë elektromagnetike në fazat fillestare të projektimit kur krijoni një PCB. Kështu, dëshira për të ulur koston e materialeve dhe përbërësve në të vërtetë do të çojë në një rritje të konsiderueshme të kostos së produktit.

Projektimi i një PCB me një nivel të ulët zhurme dhe ndjeshmëri minimale ndaj ndërhyrjeve kërkon, së pari, qarkun e duhur të tokës dhe së dyti, paraqitjen e saktë të PCB-së. Për çdo sensor, është e dëshirueshme që të ketë një rezistencë minimale të tokës në mënyrë që të sigurohet rrjedhje efikase e rrymave në rast të ndërhyrjes. Nga ana tjetër, paraqitja e duhur është një parakusht për krijimin e një PCB të mirë. Drejtimi i saktë jo vetëm që zvogëlon rezistencën e plotë të përcjellësve, por gjithashtu shmang bashkimin e përbashkët të rezistencës.

PCB me frekuencë të lartë: Qarqet dixhitale dhe zhurmat

Qarqet e integruara dixhitale (IC) që përmbajnë porta logjike janë një burim i zhurmës së impulsit për shkak të vonesave në fikjen e transistorëve. Sa herë që porta logjike ndryshon gjendjen, një puls i shkurtër i rrymës rrjedh nëpër transistorët plotësues të fazës së daljes. Induktiviteti i shtigjeve të tokës parandalon që rryma të luhatet papritur, duke rezultuar në një tension të lartë.

Për të reduktuar efektet e një ndërhyrjeje të tillë, të gjitha qarqet dixhitale duhet të kenë një rezistencë minimale të tokës. Përveç kësaj, një komponent shkëputës duhet të instalohet pranë çdo IC logjik për të siguruar që shtegu i rrymës së rritjes të mos përhapet në furnizimin me energji Vcc.

Rezistenca e tokës mund të reduktohet në disa mënyra: duke ulur induktivitetin e trasesë përcjellëse, duke zvogëluar sipërfaqen e sytheve aktuale dhe duke zvogëluar gjatësinë e gjurmëve nëpër të cilat rrjedh rryma. Kjo mund të bëhet pjesërisht duke shkëputur komponentët e vendosur pranë çdo çipi logjik.

Reduktimi i induktivitetit të përçuesve të tokës

Induktiviteti i një përcjellësi është drejtpërdrejt proporcional me gjatësinë e tij. Prandaj, është e nevojshme të zvogëlohet gjatësia e gjurmëve përgjatë të cilave rrjedhin rrymat e impulsit. Një reduktim shtesë i induktivitetit është i mundur duke rritur gjerësinë e gjurmëve të furnizimit me energji elektrike. Fatkeqësisht, induktiviteti është në proporcion të zhdrejtë me gjerësinë e gjurmës dhe kjo qasje nuk është shumë efektive. Si rezultat, gjatësia e gjurmës është faktori më i rëndësishëm në drejtim të sigurimit të induktivitetit minimal.

Nëse neglizhojmë induktancën e ndërsjellë, atëherë induktanca ekuivalente e dy gjurmëve identike paralele do të jetë dy herë më e vogël. Në rastin e katër gjurmëve paralele, induktanca ekuivalente do të jetë katër herë më e vogël. Megjithatë, kjo qasje ka një kufi. Fakti është se nëse gjurmët janë afër njëra-tjetrës, atëherë induktiviteti i ndërsjellë i afrohet induktivitetit të vet, dhe induktiviteti ekuivalent nuk zvogëlohet. Megjithatë, nëse gjurmët janë të ndara në dyfishin e gjerësisë së tyre, atëherë mund të arrihet një reduktim 25% i induktivitetit.

Kështu, në qarkun me frekuencë të lartë, duhet të sigurohen sa më shumë shtigje paralele alternative për rrymat e tokës. Nëse numri i përçuesve rritet pafundësisht, atëherë përfundimisht do të arrijmë në një shtresë toke të fortë. Përdorimi i një rrafshi të veçantë tokësor në bordet me shumë shtresa lejon që një numër i madh problemesh të zgjidhen menjëherë.

Nëse flasim për një tabelë me dy shtresa, atëherë një rezultat i pranueshëm mund të arrihet duke realizuar tokën në formën e një rrjeti (Fig. 1). Në këtë rast, alternativa më e mirë do të ishte kur traseja e tokës kalon nën çdo mikroqark përgjatë gjithë gjatësisë së saj. Lejohet përdorimi i një hapësire vertikale të rrjetit të barabartë me gjatësinë e IC. Gjurmët vertikale dhe horizontale mund të jenë në anët e kundërta të tabelës, por duhet të lidhen në pikat e rrjetës duke përdorur via.

Oriz. 1. Toka është bërë në formën e një rrjeti

Doli se nëse në një tabelë konvencionale të qarkut të printuar të dyanshëm me 15 mikroqarqe, toka bëhet në formën e një rrjeti, atëherë zhurma e tokës zvogëlohet dhjetëfish. Prandaj, të gjithë PCB-të me dy shtresa me IC dixhitale duhet ta përdorin këtë zgjidhje.

Reduktimi i zonës së sytheve aktuale

Një metodë tjetër e reduktimit të induktivitetit është zvogëlimi i sipërfaqes së shtigjeve aktuale. Një tabelë e qarkut të printuar me një lak të madh të hapur (Figura 2a) është një gjenerues efektiv i zhurmës. Përveç kësaj, vetë qarku do të jetë gjithashtu i ndjeshëm ndaj fushave magnetike të jashtme.

Konsideroni një lak energjie të përbërë nga dy shina paralele identike - pista e furnizimit Vcc dhe gjurma GND - në të cilën rrymat rrjedhin në drejtime të kundërta. Induktiviteti i tyre total (Lt) llogaritet me formulën 1:

Lt = 2 (L - M) (1)

ku L është induktanca e secilës gjurmë dhe M është induktanca e ndërsjellë.

Duke vendosur gjurmët Vcc dhe tokëzimi afër njëra-tjetrës, induktanca e ndërsjellë do të maksimizohet dhe induktanca efektive do të përgjysmohet pothuajse. Në mënyrë ideale, në një PCB, pista Vcc duhet të shkojë paralelisht me gjurmën tokësore. Kjo zvogëlon zonën e lakut aktual dhe ndihmon në zgjidhjen e problemeve që lidhen me gjenerimin e zhurmës dhe ndjeshmërinë ndaj ndërhyrjeve.

Në fig. 2a tregon një plan urbanistik të pasuksesshëm të PCB-së dhe fig. 2 b tregon një version të përmirësuar. Në të, duke zvogëluar sipërfaqen e lakut, u bë e mundur të shkurtohej gjatësia e gjurmës dhe të rritej induktiviteti i ndërsjellë, gjë që bëri të mundur arritjen e një ulje të emetimeve dhe ndjeshmërisë ndaj ndërhyrjeve.

Kondensatorët e shkëputjes

Në fig. 3 a, shtigjet Vcc dhe toka janë afër njëra-tjetrës. Megjithatë, rruga e rrymës së impulsit, duke filluar dhe duke përfunduar në furnizimin me energji elektrike, formon një lak të madh (zona e gjelbër në figurë) që mund të gjenerojë ndërhyrje elektromagnetike. Nëse një kondensator shkëputës qeramik Cc vendoset pranë çdo IC, i lidhur midis Vcc dhe tokëzimit, ai vepron si një element tampon për të siguruar energji në IC gjatë kohës së ndërrimit, duke reduktuar rrjedhën aktuale.

Oriz. 3. Kondensatori i shkëputjes

Në mënyrë ideale, kondensatori i shkëputjes duhet të ketë një kapacitet prej rreth 1 nF. Kondensatorët qeramikë duhet të përdoren pasi janë në gjendje të ngarkojnë me një ritëm shumë të lartë. Rryma e lartë e shkarkimit dhe vetë-induktiviteti i ulët i bëjnë ato ideale për shkëputjen e energjisë.

Lidhja e impedancës në bordet e qarkut të printuar

Në fig. 4 tregon një shembull të bashkimit të rezistencës duke përdorur shina të përbashkëta të fuqisë dhe tokësore. Në këtë qark, përforcuesi analog ndan shinat e fuqisë dhe tokës me një portë logjike. Impedancat e gjurmës tregohen si elementë të grumbulluar (Zg dhe Zs). Në frekuenca më të larta, impedancat e gjurmëve rriten shumëfish. Kjo nuk është vetëm për shkak të rritjes së komponentit induktiv, por edhe për shkak të rritjes së rezistencës së shkaktuar nga efekti i lëkurës.

Oriz. 4. Bashkim i përgjithshëm i rezistencës

Siç e pamë më herët, një rritje ndodh sa herë që ndërrohet një portë logjike. Pjesa e rezistencës së tokës (Zg3) është e përbashkët si për amplifikuesin ashtu edhe për portën logjike, kështu që amplifikuesi do ta shohë këtë impuls të tensionit si zhurmë në qarkun e energjisë. Kjo zhurmë mund të transferohet në qarkun e amplifikatorit ose drejtpërdrejt përmes hyrjes së fuqisë ose përmes impedancës së përbashkët Zg3. Si rezultat, zhurma do të shfaqet drejtpërdrejt në hyrjen e amplifikatorit. Për të reduktuar bashkimin e rezistencës totale, ose zvogëloni rezistencën totale ose hiqni qafe plotësisht.

Eliminimi i rezistencës së përbashkët

Impedanca e përbashkët mund të eliminohet duke përdorur një furnizim me energji të lidhur me yje nga qarqe të ndryshme, siç tregohet në figurën 5. Për ta bërë këtë, qarqet duhet të grupohen sipas nivelit të zhurmës dhe ndjeshmërisë së tyre ndaj ndërhyrjeve. Autobusët e zakonshëm mund të përdoren brenda secilit grup, por linjat e energjisë elektrike të grupeve individuale janë të lidhura në një pikë. Një lidhje e tillë quhet hibride. Qasja e dytë është përdorimi i furnizimit me energji të veçantë për secilin grup qarqesh, gjë që përmirëson më tej izolimin midis qarqeve.

Oriz. 5. Lidhja në një pikë

Në këtë seksion, ne shikojmë se si të shmangim shtrembërimin e sinjalit dixhital që lidhet me transmetimin e tij përgjatë përcjellësit në tabelën e qarkut të printuar. Përkundër faktit se kjo është kryesisht një detyrë për inxhinierin e qarkut, projektuesi i tabelës së qarkut të printuar është gjithashtu shpesh fajtor për problemet me transmetimin e sinjalit përmes tabelës, si dhe zhurmën dhe ndërlidhjen që ndodhin në tabelë.

Pse sinjali është i shtrembëruar gjatë transmetimit?
Para së gjithash, shtrembërimi është i natyrshëm në sinjalet me frekuencë të lartë me një frekuencë prej 1 GHz ose më shumë. Kjo është për shkak të efekteve të rezonancave dhe reflektimeve në segmente individuale të përçuesve, via, degë në tabelë, si dhe në hyrjet e marrësve. Megjithatë, problemi është se sinjalet me një frekuencë deri në 500 MHz, tipike për qarqet standarde dixhitale, siç do të shohim më poshtë, shpesh mund të shtrembërohen ndjeshëm, që do të thotë se ato mund t'i atribuohen edhe atyre me frekuencë të lartë.

Cila është ideja pas transmetimit pa shtrembërim?
Parimi i transmetimit të sinjalit pa shtrembërim është se përcjellësi është projektuar si një linjë transmetimi (ose "linjë e gjatë") me një rezistencë të caktuar karakteristike (karakteristike), d.m.th. impedanca Z 0, e njëjtë gjatë gjithë kohës nga burimi deri te marrësi i sinjalit, gjë që siguron uniformitetin e linjës. Kërkesa e dytë është konsistenca e linjës me burimin dhe marrësin e sinjalit. Ndryshe nga një përcjellës konvencional, një linjë e tillë transmetimi nuk rezulton në rezonancë, shtrembërim ose reflektime në transmetimin e sinjalit, pavarësisht sa i gjatë është. Linjat e transmetimit mund të zbatohen lehtësisht në një tabelë qark të printuar duke përdorur materiale me parametra të njohur dhe duke siguruar dimensionet e kërkuara të elementeve të modelit të printuar. Bëhet një dallim midis përfundimit të linjës serike dhe paralele; në këtë rast, është e nevojshme të përdoren rezistorë të caktuar përfundimi në daljen e burimit dhe / ose hyrjen e marrësit të sinjalit. Linjat e transmetimit të formuara në tabelë sigurisht që mund të zgjerohen jashtë tabelës duke përdorur lidhës dhe kabllo me rezistencë karakteristike të kontrolluar Z 0.

Për cilat sinjale shtrembërimi bëhet i rëndësishëm?
Duke krahasuar gjatësinë e përcjellësit në tabelë me gjatësinë e valës që ka komponenti i frekuencës më të lartë të sinjalit të transmetuar (kur përhapet, për shembull, në materialin FR4), është e mundur të përcaktohet e ashtuquajtura gjatësia elektrike e përcjellësit. . Gjatësia elektrike mund të shprehet në fraksione të gjatësisë së valës minimale ose në fraksione të vlerës së saj të kundërt - kohëzgjatja e përparme. Nëse një përcjellës është shumë i gjatë në gjatësi elektrike, atëherë projektojeni atë përçues si një linjë transmetimi për të parandaluar shtrembërimin e tepërt të sinjalit. Vini re se gjatë transmetimit të sinjaleve me frekuencë të lartë, linjat e transmetimit duhet të përdoren jo vetëm për të zvogëluar shtrembërimin, por edhe për të zvogëluar nivelin e rrezatimit elektromagnetik (EMP).

Gjysma e rregullit të përparmë
Një rregull i përafërt është se një përcjellës është "elektrikisht i gjatë" (çfarë e quan inxhinieria elektrike "rresht i gjate") nëse koha e udhëtimit të skajit kryesor të sinjalit nga burimi në marrësin më të largët tejkalon gjysmën e kohëzgjatjes së skajit kryesor të sinjalit. Është në këtë rast që reflektimet e linjës mund të shtrembërojnë ndjeshëm pjesën e përparme të sinjalit. Le të supozojmë se pajisja përmban mikroqarqe me një kohë rritjeje prej 2 ns (për shembull, sipas dokumentacionit për serinë FastTTL). Konstanta dielektrike e materialit PCB (FR4) në frekuenca të larta është afër 4.0, e cila jep një shpejtësi të përparme prej rreth 50% të shpejtësisë së dritës, ose 1.5.10 8 m / s. Kjo korrespondon me një kohë të përhapjes së përparme prej 6,7 ps / mm. Me një shpejtësi të tillë, pjesa e përparme do të udhëtojë rreth 300 mm në 2 ns. Nga kjo mund të konkludojmë se për sinjale të tilla duhet të përdoren "linjat e transmetimit" vetëm nëse gjatësia e përcjellësit tejkalon gjysmën e distancës së dhënë - domethënë 150 mm.

Fatkeqësisht, kjo nuk është përgjigjja e saktë. Rregulli i gjysmë rritjes është tepër i thjeshtuar dhe mund të jetë problematik nëse nuk merret parasysh.

Çështjet e Qasjes së Thjeshtuar
Të dhënat për kohën e rritjes, të dhëna në dokumentacionin për mikroqarqet, pasqyrojnë vlerën maksimale, dhe shpesh koha reale e ndërrimit është shumë më pak (të themi, mund të jetë 3-4 herë më pak se "maksimumi" dhe vështirë se mund të jetë garantuar se nuk do të ndryshojë nga grupi në grup i mikroqarqeve). Për më tepër, komponenti i pashmangshëm kapacitiv i ngarkesës (nga IC-të e lidhura me linjën) zvogëlon shpejtësinë e përhapjes së sinjalit në krahasim me shpejtësinë e llogaritur që mund të arrihet në një PCB bosh. Prandaj, për të arritur integritetin adekuat të sinjalit të transmetuar, linjat e transmetimit duhet të përdoren për përçues shumë më të shkurtër sesa sugjeron rregulli i përshkruar më parë. Mund të tregohet se për sinjalet me një kohë ngritjeje (sipas dokumentacionit) prej 2 ns, këshillohet përdorimi i linjave të transmetimit tashmë për përçuesit gjatësia e të cilëve kalon vetëm 30 mm (dhe ndonjëherë edhe më pak)! Kjo është veçanërisht e vërtetë për sinjalet që kryejnë funksionin e sinkronizimit ose të hyrjes. Janë këto sinjale që karakterizohen nga probleme që lidhen me "pozitivet e rreme", "rillogaritjen", "rregullimin e të dhënave të pasakta" dhe të tjera.

Si të projektohen linjat e transmetimit?
Ka shumë botime që i kushtohen llojeve të linjave të transmetimit, si t'i dizajnoni ato në një tabelë të qarkut të printuar, si të kontrolloni parametrat e tyre. Në veçanti, standardi IEC 1188-1-2: 1988 ofron rekomandime të detajuara në këtë drejtim. Ekzistojnë gjithashtu shumë produkte softuerike në dispozicion për t'ju ndihmuar të zgjidhni modelin e linjës së transmetimit dhe strukturën e tabelës së qarkut të printuar. Shumica e sistemeve moderne të projektimit PCB vijnë me softuer të integruar që i lejon projektuesit të projektojë linjat e transmetimit sipas parametrave të specifikuar. Shembujt përfshijnë programe të tilla si AppCAD, CITS25, TXLine. Aftësitë më të plota ofrohen nga produktet softuerike Polar Instruments.

Shembuj të linjave të transmetimit
Si shembuj, merrni parasysh llojet më të thjeshta të linjave të transmetimit.

Si të dizajnoni një linjë transmetimi në mënyrën më të mirë?
Sinjalet e shpejtësisë më të lartë (ose më kritike) duhet të jenë në shtresat ngjitur me rrafshin e tokës (GND), mundësisht ai që është çiftuar me planin e energjisë për shkëputje. Sinjalet më pak kritike mund të dërgohen në planet e vakteve nëse këto plane janë të shkëputura në mënyrë adekuate dhe jo shumë të zhurmshme. Çdo plan i tillë energjie duhet të shoqërohet me mikroqarkun me të cilin ose me të cilin furnizohet ky sinjal. Imuniteti më i mirë ndaj zhurmës dhe EMC ofrohen nga linja stripline midis dy planeve GND, secila e çiftuar me një plan të ndryshëm energjie për shkëputje.
Linja e transmetimit nuk duhet të ketë vrima, thyerje ose çarje në asnjë nga rrafshet e referencës në lidhje me të cilat është tërhequr, pasi kjo çon në ndryshime të rëndësishme në Z 0. Për më tepër, linja e shiritit duhet të jetë sa më larg nga çdo thyerje në plan ose nga skaji i planit të referencës, dhe kjo distancë nuk duhet të jetë më e vogël se dhjetë herë gjerësia e përcjellësit. Linjat ngjitur të transmetimit duhet të ndahen nga të paktën tre gjerësi përcjellësi për të eliminuar ndërthurjen. Sinjalet shumë kritike ose "agresive" (të tilla si komunikimi me një antenë radio) mund të përfitojnë nga EMC duke përdorur një linjë simetrike me dy rreshta vizash të ndara ngushtë, duke e bllokuar atë nga përçuesit e tjerë dhe duke krijuar një strukturë koaksiale në PCB. Megjithatë, për struktura të tilla, llogaritja e Z 0 kryhet duke përdorur formula të ndryshme.

Si mund të ulni koston e një projekti?
Llojet e linjave të transmetimit të përshkruara më sipër kërkojnë pothuajse gjithmonë përdorimin e një bord me shumë shtresa, prandaj, ato mund të mos jenë të zbatueshme për krijimin e produkteve masive të kategorisë së çmimeve më të ulëta (megjithëse për vëllime të mëdha, bordet e qarkut të printuar me 4 shtresa janë vetëm 20-30 % më e shtrenjtë se e dyanshme). Megjithatë, për dizajne me kosto të ulët, përdoren gjithashtu lloje linjash si të balancuara (uniforme) ose koplanare, të cilat mund të projektohen në një tabelë me një shtresë. Duhet të kihet parasysh se llojet e linjave të transmetimit me një shtresë zënë disa herë më shumë sipërfaqe në tabelë sesa linjat mikrostrip dhe shiritash. Plus, kursimi i kostos së PCB-ve do të thotë që ju të paguani më shumë për mbrojtjen shtesë dhe filtrimin e zhurmës. Ekziston një rregull i përgjithshëm që zgjidhja e problemeve EMC në nivelin e paketimit të produktit kushton 10 deri në 100 herë më shumë se zgjidhja e të njëjtit problem në nivel PCB.
Prandaj, ndërsa shkurtoni buxhetin tuaj të zhvillimit duke shkurtuar numrin e shtresave të PCB-ve, përgatituni të shpenzoni kohë dhe para shtesë për të porositur përsëritje të shumta të mostrave të PCB-ve për të siguruar nivelin e kërkuar të integritetit të sinjalit dhe EMC.

Si të zbusni efektin negativ të ndryshimit të shtresave?
Sipas rregullave tipike të instalimeve elektrike, ka të paktën një kondensator shkëputës pranë secilit mikroqark, në mënyrë që të mund të ndryshojmë shtresën pranë mikroqarkut. Sidoqoftë, duhet të merret parasysh gjatësia totale e segmenteve që nuk ndodhen në shtresën "shirit". Një rregull i përafërt është se gjatësia totale elektrike e këtyre segmenteve nuk duhet të kalojë një të tetën e kohës së ngritjes. Nëse një ndryshim shumë i madh në Z 0 mund të ndodhë në cilindo prej këtyre segmenteve (për shembull, kur përdorni priza ZIF ose lloje të tjera prizash për mikroqarqet), është më mirë të përpiqeni ta minimizoni këtë gjatësi në një të dhjetën e kohës së përparme. Përdorni rregullin e mësipërm për të përcaktuar gjatësinë totale maksimale të lejueshme të segmenteve të pa standardizuara dhe përpiquni ta minimizoni atë brenda këtyre kufijve sa më shumë që të jetë e mundur.
Bazuar në këtë, për sinjalet me një kohë rritjeje (sipas dokumentacionit) prej 2 ns, duhet të ndryshojmë shtresën jo më larg se 10 mm nga qendra e mikroqarkut ose nga qendra e rezistencës që përputhet. Ky rregull u zhvillua duke marrë parasysh një diferencë 4-fish për faktin se koha reale e ndërrimit mund të jetë dukshëm më e vogël se maksimumi sipas dokumentacionit. Në afërsisht të njëjtën distancë (jo më shumë) nga vendndodhja e ndryshimit të shtresës, duhet të ketë të paktën një kondensator shkëputës që lidh planet përkatëse të tokës dhe energjisë. Distanca të tilla të vogla janë të vështira për t'u arritur me IC-të e mëdha, kështu që ka disa kompromise në lidhjen e qarqeve moderne me shpejtësi të lartë. Megjithatë, ky rregull justifikon faktin se mikroqarqet me përmasa të vogla preferohen në qarqet me shpejtësi të lartë dhe shpjegon faktin e zhvillimit të shpejtë të teknologjive BGA dhe çip-rrotullues, të cilat minimizojnë rrugën e sinjalit nga përcjellësi në tabelë në mikroqark. çip.

Modelimi dhe testimi i prototipave
Për shkak të opsioneve të shumta për mikroqarqet dhe akoma më shumë opsioneve për përdorimin e tyre, disa inxhinierë mund t'i shohin këto rregulla të sakta sa duhet, dhe të tjerë do t'i konsiderojnë ato të ekzagjeruara, por ky është roli i "rregullave të gishtit" - është thjesht një përafrim i përafërt që lejon dizajnin intuitiv të funksionimit të saktë të pajisjeve.
Tani mjetet e modelimit kompjuterik po bëhen gjithnjë e më të aksesueshme dhe të avancuara. Ato lejojnë llogaritjen e integritetit të sinjalit, parametrave EMC, në varësi të strukturës aktuale të shtresës dhe drejtimit të sinjalit. Sigurisht, aplikimi i tyre do të japë rezultate më të sakta sesa përdorimi i përafrimeve tona të përafërta, kështu që ne rekomandojmë përdorimin e simulimeve kompjuterike sa më plotësisht të jetë e mundur. Sidoqoftë, mos harroni se koha aktuale e ndërrimit të mikroqarqeve mund të jetë dukshëm më e shkurtër se sa tregohet në dokumentacion, dhe kjo mund të çojë në rezultate të pasakta, prandaj sigurohuni që modeli i fazave të daljes dhe hyrjes të korrespondojë me realitetin.
Hapi tjetër është testimi i kalimit të sinjalit kritik në tabelën e parë të qarkut të printuar "prototipi" duke përdorur një oshiloskop me frekuencë të lartë. Sigurohuni që forma e valës të mos jetë e shtrembëruar ndërsa udhëton nëpër PCB përgjatë gjithë gjatësisë së përcjellësit dhe thjesht duke ndjekur rregullat e mësipërme nuk ka gjasa të japë një rezultat të shkëlqyer herën e parë, megjithëse mund të jetë mjaft i mirë. Përdorimi i një analizuesi të fushës elektromagnetike RF, ose analizuesi i spektrit, mund të jetë një mënyrë tjetër për të hetuar integritetin e sinjalit dhe problemet EMC në nivelin "prototip" të PCB. Teknikat për një analizë të tillë nuk janë objekt i këtij artikulli.
Edhe nëse jeni duke përdorur simulime komplekse të qarkut, mos neglizhoni integritetin e sinjalit dhe kontrollet EMC në prototipet e para të PCB-ve.

Sigurimi i rezistencës së valës në fazën e prodhimit të PCB
Materiali tipik PCB FR4 ka një konstante dielektrike (E r) prej rreth 3,8 ... 4,2 për GHz. Vlerat aktuale Er mund të luhaten brenda ± 25%. Ka materiale të tipit FR4 për të cilat vlera Er është e standardizuar dhe e garantuar nga furnizuesi, dhe ato nuk janë shumë më të shtrenjta se materialet konvencionale, por prodhuesit e PCB-ve nuk janë të detyruar të përdorin lloje të "standardizuara" FR4, përveç nëse tregohet në mënyrë specifike në porosi. për PCB.
Prodhuesit e PCB-ve punojnë me trashësi standarde të dielektrikëve ("parapregat" dhe "laminat"), dhe trashësia e tyre në secilën shtresë duhet të përcaktohet përpara se të hyjë në prodhim, duke marrë parasysh tolerancat e trashësisë (rreth ± 10%). Për të siguruar një Z 0 të caktuar, për një trashësi të caktuar dielektrike, mund të zgjidhni gjerësinë e duhur të përcjellësit. Për disa prodhues është e nevojshme të tregohet gjerësia aktuale e kërkuar e përcjellësit, për të tjerët - me një diferencë për prerje, e cila mund të arrijë 25-50 mikronë në lidhje me gjerësinë nominale. Mundësia më e mirë është t'i tregoni prodhuesit se çfarë gjerësie të përcjellësit në cilat shtresa është projektuar për të siguruar Z 0 të specifikuar. Në këtë rast, prodhuesi mund të rregullojë gjerësinë e përcjellësit dhe strukturën e shtresës për të siguruar parametrat e specifikuar në përputhje me teknologjinë e tij të prodhimit. Përveç kësaj, prodhuesi mat rezistencën aktuale karakteristike në çdo boshllëk të fabrikës dhe refuzon dërrasat në të cilat Z 0 nuk bie brenda tolerancës prej ± 10% ose më saktë.
Për sinjale mbi 1 GHz, mund të jetë e nevojshme të përdoren materiale me frekuencë më të lartë me stabilitet më të mirë dhe parametra të tjerë dielektrikë (siç është Rogers' Duroid, etj.).

Letërsia
1. Teknikat e projektimit për EMC & Integritetin e Sinjalit, Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 Tabelat e Shtypura dhe Asambletë e Bordeve të Shtypura - Projektimi dhe përdorimi. Pjesa 1-2: Kërkesat Gjenerike - Impedanca e kontrolluar, www.iec.ch.
3. Projektimi i pllakave të qarkut të printuar me shumë shtresa me kompleksitet të lartë. Seminar teknologjia PCB, 2006.
4.http: //library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. Dizajni i harduerit. Walt Kester.

KONSIDERATA TË PËRGJITHSHME

Për shkak të dallimeve domethënëse midis qarkut analog dhe atij dixhital, pjesa analoge e qarkut duhet të ndahet nga pjesa tjetër, dhe gjatë lidhjes së tij duhet të respektohen metoda dhe rregulla të veçanta. Efektet për shkak të karakteristikave të papërsosura të bordeve të qarkut të printuar bëhen veçanërisht të dukshme në qarqet analoge me frekuencë të lartë, por gabimet e përgjithshme të përshkruara në këtë artikull mund të ndikojnë në karakteristikat e cilësisë së pajisjeve që funksionojnë edhe në diapazonin e frekuencës audio.

Qëllimi i këtij artikulli është të diskutojë gabimet e zakonshme të bëra nga projektuesit e PCB-ve, të përshkruajë ndikimin e këtyre gabimeve në performancë dhe të japë rekomandime për zgjidhjen e problemeve.

Pllaka e qarkut të printuar - komponent skematik

Është vetëm në raste të rralla që një bord qark analog mund të drejtohet në mënyrë që efektet që ai prezanton të mos kenë ndonjë efekt në performancën e qarkut. Në të njëjtën kohë, çdo ndikim i tillë mund të minimizohet në mënyrë që karakteristikat e qarkut analog të pajisjes të jenë të njëjta me ato të modelit dhe prototipit.

Paraqitja

Projektuesit e qarqeve dixhitale mund të korrigjojnë gabime të vogla në një tabelë të prodhuar duke e plotësuar atë me kërcyes ose, anasjelltas, duke hequr përcjellësit e panevojshëm, duke bërë ndryshime në funksionimin e mikroqarqeve të programueshme, etj., Duke kaluar shumë shpejt në zhvillimin e ardhshëm. Ky nuk është rasti për një qark analog. Disa nga gabimet e zakonshme të diskutuara në këtë artikull nuk mund të korrigjohen duke shtuar kërcyes ose duke hequr telat e tepërt. Ata mund dhe do ta bëjnë të papërdorshëm të gjithë bordin e qarkut të printuar.

Është shumë e rëndësishme që një projektues i qarkut dixhital që përdor metoda të tilla korrigjimi të lexojë dhe kuptojë materialin e paraqitur në këtë artikull paraprakisht, përpara se ta dërgojë projektin në prodhim. Pak vëmendje e projektimit dhe diskutim i opsioneve të mundshme jo vetëm që do të ndihmojë në parandalimin e riciklimit të PCB-së, por gjithashtu do të zvogëlojë koston për shkak të gabimeve në një pjesë të vogël analoge të qarkut. Gjetja e gabimeve dhe rregullimi i tyre mund të çojë në humbje të qindra orëve. Prototipi mund ta zvogëlojë këtë kohë në një ditë ose më pak. Modeloni të gjitha qarqet tuaja analoge.

Burimet e zhurmës dhe ndërhyrjeve

Zhurma dhe ndërhyrja janë elementët kryesorë që kufizojnë performancën e qarqeve. Ndërhyrjet ose mund të emetohen nga burimet ose të drejtohen te elementët e qarkut. Qarku analog shpesh gjendet në një tabelë të qarkut të printuar së bashku me komponentë dixhitalë me shpejtësi të lartë, duke përfshirë procesorët e sinjalit dixhital ( DSP).

Sinjalet logjike me frekuencë të lartë gjenerojnë RFI të rëndësishme ( RFI). Numri i burimeve të emetimit të zhurmës është i madh: furnizimet kryesore me energji elektrike për sistemet dixhitale, telefonat celularë, radio dhe televizion, llambat fluoreshente, kompjuterët personalë, shkarkimet e rrufesë, etj. Edhe kur qarku analog funksionon në intervalin e frekuencës audio, RFI mund të krijojë zhurmë të dukshme në sinjalin e daljes.

Zgjedhja e dizajnit të PCB-së është një faktor i rëndësishëm në përcaktimin e performancës mekanike të pajisjes në tërësi. Materialet e niveleve të ndryshme të cilësisë përdoren për prodhimin e pllakave të qarkut të printuar. Do të jetë më e përshtatshme dhe më e përshtatshme për zhvilluesin nëse prodhuesi i PCB-ve është afër. Në këtë rast, është e lehtë të kontrollohet rezistenca dhe konstanta dielektrike - parametrat kryesorë të materialit PCB. Fatkeqësisht, kjo nuk është e mjaftueshme dhe shpesh është e nevojshme njohja e parametrave të tjerë, si ndezshmëria, qëndrueshmëria e temperaturës së lartë dhe koeficienti i higroskopisë. Këto parametra mund të njihen vetëm nga prodhuesi i komponentëve të përdorur në prodhimin e pllakave të qarkut të printuar.

Materialet e laminuara përcaktohen nga indeksi FR ( rezistent ndaj flakës, rezistencë ndaj flakës) dhe G. Materiali me indeksin FR-1 ka ndezshmërinë më të lartë, dhe FR-5 - më pak. Materialet me indekse G10 dhe G11 kanë karakteristika të veçanta. Materialet e pllakave të qarkut të printuar janë dhënë në tabelë. një.

Mos përdorni PCB të kategorisë FR-1. Ka shumë shembuj të përdorimit të PCB-ve FR-1 që kanë dëmtime termike nga komponentët me fuqi të lartë. PCB-të në këtë kategori janë më shumë si kartoni.

FR-4 përdoret shpesh në prodhimin e pajisjeve industriale, ndërsa FR-2 përdoret në prodhimin e pajisjeve shtëpiake. Këto dy kategori janë të standardizuara në industri dhe PCB-të FR-2 dhe FR-4 janë shpesh të përshtatshme për shumicën e aplikacioneve. Por ndonjëherë papërsosmëria e karakteristikave të këtyre kategorive detyron përdorimin e materialeve të tjera. Për shembull, për aplikime me frekuencë shumë të lartë, fluoroplastika dhe madje edhe qeramika përdoren si material PCB. Megjithatë, sa më ekzotik të jetë materiali PCB, aq më i lartë mund të jetë çmimi.

Kur zgjidhni një material të tabelës së qarkut të printuar, kushtojini vëmendje të veçantë higroskopisë së tij, pasi ky parametër mund të ketë një efekt të fortë negativ në karakteristikat e dëshiruara të tabelës - rezistencën e sipërfaqes, rrjedhjen, vetitë izoluese të tensionit të lartë (prishjet dhe harkun) dhe forcën mekanike. Gjithashtu kushtojini vëmendje temperaturës së funksionimit. Pikat e nxehta mund të ndodhin në vende të papritura, të tilla si afër qarqeve të mëdha të integruara dixhitale që kalojnë në frekuenca të larta. Nëse këto zona ndodhen drejtpërdrejt nën komponentët analogë, rritja e temperaturës mund të ndikojë në performancën e qarkut analog.

Tabela 1

	Komponentët, komentet
	Letra, përbërja fenolike: shtypja dhe stampimi në temperaturën e dhomës, koeficienti i lartë i higroskopisë
	letër, përbërja fenolike: e aplikueshme për pllakat e qarkut të printuar të njëanshëm të pajisjeve shtëpiake, higroskopia e ulët
	letër, përbërje epokside: formulime me karakteristika të mira mekanike dhe elektrike
	tekstil me fije qelqi, përbërja epoksi: veti të shkëlqyera mekanike dhe elektrike
	tekstil me fije qelqi, përbërja epoksi: forcë e lartë në temperatura të ngritura, pa ndezshmëri
	tekstil me fije qelqi, përbërja epoksi: veti të larta izoluese, forca më e lartë e tekstil me fije qelqi, koeficienti i ulët i higroskopisë
	tekstil me fije qelqi, përbërja epoksi: forcë e lartë në përkulje në temperatura të larta, rezistencë e lartë ndaj tretësve

Pasi të përzgjidhet materiali PCB, është e nevojshme të përcaktohet trashësia e fletës së PCB-së. Ky parametër zgjidhet kryesisht në bazë të vlerës maksimale të rrymës rrjedhëse. Sa herë që është e mundur, përpiquni të shmangni përdorimin e fletëve shumë të hollë.

NUMRI I SHTRESAVE PCB

Në varësi të kompleksitetit të përgjithshëm të qarkut dhe kërkesave të cilësisë, projektuesi duhet të përcaktojë numrin e shtresave në PCB.

Pllakat e qarkut të printuar me një shtresë

Qarqet elektronike shumë të thjeshta bëhen në dërrasa të njëanshme duke përdorur materiale të lira të veshura me fletë metalike (FR-1 ose FR-2) dhe shpesh kanë shumë kërcyes, të ngjashëm me dërrasat e dyanshme. Kjo metodë e krijimit të bordeve të qarkut të printuar rekomandohet vetëm për qarqet me frekuencë të ulët. Për arsye që do të përshkruhen më poshtë, Pllakat e qarkut të printuar të njëanshëm janë shumë të ndjeshëm ndaj ndërhyrjeve ... Një PCB e mirë e njëanshme është e vështirë për t'u projektuar për shumë arsye. Sidoqoftë, ka tabela të mira të këtij lloji, por ato kërkojnë shumë mendim paraprakisht gjatë zhvillimit të tyre.

PCB me dy shtresa

Në nivelin tjetër janë PCB-të e dyanshme, të cilat në shumicën e rasteve përdorin FR-4 si material nënshtresor, megjithëse ndonjëherë gjendet edhe FR-2. Përdorimi i FR-4 është i preferueshëm, pasi vrimat në bordet e qarkut të printuar nga ky material janë të cilësisë më të mirë. Qarqet në bordet e qarkut të printuar me dy anë janë shumë më të lehta për t'u lidhur me tela, sepse është më e lehtë të drejtohen gjurmët e kryqëzuara në dy shtresa. Megjithatë, kalimi i gjurmëve nuk rekomandohet për qarqet analoge. Kur është e mundur, shtresa e poshtme ( fund) duhet të drejtohet nën poligonin e tokës, dhe pjesa tjetër e sinjaleve duhet të drejtohet në shtresën e sipërme ( krye). Ka disa përparësi për të përdorur një poligon si një plan tokësor:

• teli i zakonshëm është teli më i shpeshtë i lidhur në qark; prandaj, është e arsyeshme që të ketë "shumë" tela të përbashkët për të thjeshtuar instalimet elektrike.
• forca mekanike e tabelës rritet.
• rezistenca e të gjitha lidhjeve me telin e përbashkët zvogëlohet, gjë që, nga ana tjetër, zvogëlon zhurmën dhe ndërhyrjen.
• kapaciteti i shpërndarë rritet për çdo qark në qark, duke ndihmuar në shtypjen e zhurmës së rrezatuar.
• poligoni, i cili është një ekran, shtyp interferencën e emetuar nga burimet e vendosura në anën e poligonit.

PCB-të e dyanshme, me të gjitha avantazhet e tyre, nuk janë më të mirat, veçanërisht për qarqet me sinjal të vogël ose me shpejtësi të lartë. Në përgjithësi, trashësia e tabelës së qarkut të printuar, d.m.th. distanca midis shtresave është 1.5 mm, që është shumë për të kuptuar plotësisht disa nga avantazhet e një PCB me dy shtresa të mësipërme. Kapaciteti i alokuar, për shembull, është shumë i vogël për shkak të një intervali kaq të madh.

PCB me shumë shtresa

Për dizajnin kritik të qarkut, kërkohen bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa (MPP). Disa nga arsyet e përdorimit të tyre janë të dukshme:

• i njëjti i përshtatshëm, si për autobusin me tela të përbashkët, faqosja e autobusit të energjisë; nëse poligonet në një shtresë të veçantë përdoren si autobusë të energjisë, atëherë është mjaft e thjeshtë të kryeni furnizimin me energji elektrike për secilin element të qarkut duke përdorur vias;
• Shtresat e sinjalit çlirohen nga shiritat e fuqisë, duke e bërë më të lehtë lidhjen e sinjalit.
• shfaqet një kapacitet i shpërndarë midis poligoneve të tokës dhe fuqisë, gjë që redukton zhurmën me frekuencë të lartë.

Përveç këtyre arsyeve për përdorimin e bordeve të qarkut të printuar me shumë shtresa, ka të tjera, më pak të dukshme:

• shtypja më e mirë e elektromagnetike ( IKE) dhe frekuenca e radios ( RFI) ndërhyrje për shkak të efektit të reflektimit ( efekti i planit të imazhit), i njohur në kohën e Marconit. Kur një përcjellës vendoset afër një sipërfaqeje të sheshtë përcjellëse, shumica e rrymave të kthimit me frekuencë të lartë do të rrjedhin në rrafsh direkt nën përcjellësin. Drejtimi i këtyre rrymave do të jetë i kundërt me drejtimin e rrymave në përcjellës. Kështu, reflektimi i përcjellësit në aeroplan krijon një linjë të transmetimit të sinjalit. Meqenëse rrymat në përcjellës dhe në rrafsh janë të barabarta në madhësi dhe të kundërta në drejtim, krijohet një reduktim i shqetësimeve të rrezatuara. Efekti i reflektimit funksionon në mënyrë efektive vetëm me poligone të ngurtë që nuk prishen (ato mund të jenë edhe poligone tokësore edhe poligone rimbushëse). Çdo shkelje e integritetit do të rezultojë në refuzimin e reduktuar të ndërhyrjes.
• kosto e përgjithshme më e ulët për prodhimin e grupeve të vogla. Megjithëse PCB-të me shumë shtresa janë më të shtrenjta për t'u prodhuar, rrezatimi i tyre potencial është më i vogël se ai i PCB-ve me një dhe dy shtresa. Rrjedhimisht, në disa raste, përdorimi i vetëm tabelave me shumë shtresa do t'ju lejojë të përmbushni kërkesat e rrezatimit të vendosura gjatë zhvillimit, dhe jo të kryeni teste dhe teste shtesë. Përdorimi i MPP mund të zvogëlojë nivelin e interferencës së rrezatuar me 20 dB në krahasim me pllakat me dy shtresa.

Rendi i shtresave

Zhvilluesit e papërvojë shpesh kanë një konfuzion në lidhje me renditjen optimale të shtresave të PCB-së. Merrni, për shembull, një repart me 4 shtresa që përmban dy shtresa sinjali dhe dy shtresa poligonesh - shtresa e tokës dhe shtresa e fuqisë. Cili është renditja më e mirë e shtresave? Shtresat e sinjalit ndërmjet poligoneve që do të shërbejnë si mburoja? Apo t'i bëni të brendshme shtresat e poligonit për të zvogëluar ndërhyrjen e shtresës së sinjalit?

Kur zgjidhni këtë çështje, është e rëndësishme të mbani mend se shpesh rregullimi i shtresave nuk ka shumë rëndësi, pasi përbërësit janë gjithsesi të vendosura në shtresat e jashtme, dhe autobusët që furnizojnë sinjale në kunjat e tyre ndonjëherë kalojnë nëpër të gjitha shtresat. Prandaj, çdo efekt ekrani është vetëm një kompromis. Në këtë rast, është më mirë të kujdeset për krijimin e një kapaciteti të madh të shpërndarë midis poligoneve të fuqisë dhe tokës, duke i vendosur ato në shtresat e brendshme.

Një avantazh tjetër i pjesës së jashtme të shtresave të sinjalit është disponueshmëria e sinjaleve për testim dhe aftësia për të modifikuar lidhjet. Kushdo që ka ndryshuar të paktën një herë lidhjet e përçuesve të vendosur në shtresat e brendshme, do ta vlerësojë këtë mundësi.

Për PCB-të me më shumë se katër shtresa, ekziston një rregull i përgjithshëm për vendosjen e telave të sinjalit me shpejtësi të lartë midis tokës dhe linjave të energjisë, dhe telat me frekuencë të ulët në shtresat e jashtme.

TOKËZIMI

Tokëzimi i mirë është një kërkesë e zakonshme për një sistem të pasur me shtresa. Dhe duhet planifikuar që në hapin e parë të projektimit.

Rregulli bazë: ndarja e tokës .

Ndarja e tokës në pjesë analoge dhe dixhitale është një nga metodat më të thjeshta dhe më efektive të shtypjes së zhurmës. Një ose më shumë shtresa të një bord qarku të printuar me shumë shtresa zakonisht ndahen si një plan tokësor. Nëse zhvilluesi nuk është shumë me përvojë ose i pavëmendshëm, atëherë toka e pjesës analoge do të lidhet drejtpërdrejt me këto poligone, d.m.th. kthimi i rrymës analoge do të përdorë të njëjtin qark si rryma dixhitale e kthimit. Autobrokerët punojnë në të njëjtën mënyrë dhe konsolidojnë të gjitha tokat së bashku.

Nëse një bord qarku i printuar i zhvilluar më parë me një plan të vetëm tokësor që kombinon bazat analoge dhe dixhitale i nënshtrohet përpunimit, atëherë së pari duhet të ndani fizikisht bazat në tabelë (pas këtij operacioni, funksionimi i tabelës bëhet pothuajse i pamundur). Pas kësaj, të gjitha lidhjet bëhen me rrafshin e tokës analog të përbërësve të qarkut analog (formohet një tokë analoge) dhe me rrafshin e tokës dixhitale të përbërësve të qarkut dixhital (formohet një tokë dixhitale). Dhe vetëm pas kësaj, toka dixhitale dhe analoge kombinohen në burim.

Rregulla të tjera për formimin e tokës:

Pothuajse të gjitha sinjalet e orës janë sinjale me frekuencë mjaft të lartë, saqë edhe kapacitetet e vogla midis gjurmëve dhe poligoneve mund të krijojnë lidhje të rëndësishme. Duhet mbajtur mend se jo vetëm frekuenca themelore e orës mund të shkaktojë problem, por edhe harmonikat e saj më të larta.

Një shembull i vendosjes së mirë të komponentëve

Figura 4 tregon një paraqitje të mundshme të të gjithë komponentëve në tabelë, duke përfshirë furnizimin me energji elektrike. Ai përdor tre poligone të ndara dhe të izoluara për tokë / fuqi: një për burimin, një për dixhitalin dhe një për analog. Toka dhe qarqet e fuqisë së pjesëve analoge dhe dixhitale kombinohen vetëm në furnizimin me energji elektrike. Zhurma me frekuencë të lartë filtrohet në qarqet e furnizimit me mbytje. Në këtë shembull, sinjalet me frekuencë të lartë të pjesëve analoge dhe dixhitale janë të ndara. Ky dizajn ka një probabilitet shumë të lartë për një rezultat të favorshëm për shkak të vendosjes së mirë të komponentëve dhe respektimit të rregullave për ndarjen e qarqeve.

Ekziston vetëm një rast kur sinjalet analoge dhe dixhitale duhet të kombinohen mbi një poligon analog tokësor. Konvertuesit A ​​/ D dhe D / A janë të vendosur në kuti me kunja tokësore analoge dhe dixhitale. Bazuar në konsideratat e mëparshme, mund të supozohet se kunja e tokës dixhitale dhe ajo analoge e tokës duhet të lidhen me autobusët e tokës dixhitale dhe analoge, përkatësisht. Megjithatë, në këtë rast, kjo nuk është e vërtetë.

Emrat e kunjave (analoge ose dixhitale) i referohen vetëm strukturës së brendshme të konvertuesit, lidhjeve të tij të brendshme. Në qark, këto kunja duhet të lidhen me autobusin analog të tokës. Lidhja mund të bëhet edhe brenda qarkut të integruar, megjithatë, është mjaft e vështirë të arrihet një rezistencë e ulët e një lidhjeje të tillë për shkak të kufizimeve topologjike. Prandaj, kur përdorni konvertues, supozohet lidhja e jashtme e kunjave të tokës analoge dhe dixhitale. Nëse kjo nuk është bërë, atëherë parametrat e mikrocirkut do të jenë shumë më keq se ato të dhëna në specifikim.

Duhet të kihet parasysh se elementët dixhitalë të konvertuesit mund të degradojnë karakteristikat cilësore të qarkut, duke futur zhurmë dixhitale në tokën analoge dhe qarqet e fuqisë analoge. Gjatë projektimit të konvertuesve, ky ndikim negativ merret parasysh në mënyrë që pjesa dixhitale të konsumojë sa më pak energji. Në të njëjtën kohë, ndërhyrja nga elementët logjikë të ndërrimit zvogëlohet. Nëse kunjat dixhitale të konvertuesit nuk janë të ngarkuara shumë, atëherë ndërrimi i brendshëm zakonisht nuk është problem. Kur dizajnoni një PCB që përmban një ADC ose DAC, duhet t'i kushtohet vëmendje e duhur shkëputjes së furnizimit me energji të konvertuesit dixhital me tokën analoge.

KARAKTERISTIKAT E FREKUENCAVE TË KOMPONENTËVE PASIVE

Zgjedhja e saktë e komponentëve pasivë është thelbësore për funksionimin e saktë të qarqeve analoge. Filloni dizajnin tuaj duke marrë parasysh me kujdes karakteristikat RF të komponentëve pasivë dhe duke i vendosur paraprakisht dhe duke i rregulluar ato në skicën e tabelës.

Një numër i madh projektuesish injorojnë plotësisht kufizimet e frekuencës së komponentëve pasivë kur përdoren në qarkun analog. Këta komponentë kanë diapazon të kufizuar të frekuencës dhe funksionimi jashtë fushës së specifikuar të frekuencës mund të çojë në rezultate të paparashikueshme. Dikush mund të mendojë se ky diskutim ka të bëjë vetëm me qarqet analoge me shpejtësi të lartë. Sidoqoftë, kjo është larg nga rasti - sinjalet me frekuencë të lartë ndikojnë fuqishëm në përbërësit pasivë të qarqeve me frekuencë të ulët përmes rrezatimit ose komunikimit të drejtpërdrejtë përmes përçuesve. Për shembull, një filtër i thjeshtë me kalim të ulët në një op-amp mund të kthehet lehtësisht në një filtër me kalim të lartë kur hyrja e tij është me frekuencë të lartë.

Rezistenca

Karakteristikat e frekuencës së lartë të rezistorëve mund të përfaqësohen nga qarku ekuivalent i paraqitur në Figurën 5.

Zakonisht përdoren tre lloje rezistencash: 1) me tela, 2) kompozit karboni dhe 3) film. Nuk duhet shumë imagjinatë për të kuptuar se si një rezistencë e lidhur me tela mund të shndërrohet në induktancë, pasi është një spirale me tela metalike me rezistencë të lartë. Shumica e projektuesve të pajisjeve elektronike nuk kanë asnjë ide për strukturën e brendshme të rezistorëve të filmit, të cilët janë gjithashtu një spirale, megjithatë, të bërë nga një film metalik. Prandaj, rezistorët e filmit kanë gjithashtu një induktivitet që është më i ulët se ai i rezistorëve të lidhur me tela. Rezistorët e filmit me një rezistencë më të vogël se 2 kOhm mund të përdoren lirshëm në qarqet me frekuencë të lartë. Telat e rezistorit janë paralele me njëri-tjetrin, kështu që ekziston një bashkim i dukshëm kapacitiv midis tyre. Për rezistorët me rezistencë të lartë, kapaciteti i plumbit në pin do të zvogëlojë rezistencën totale në frekuenca të larta.

Kondensatorë

Karakteristikat e frekuencës së lartë të kondensatorëve mund të përfaqësohen nga qarku ekuivalent i paraqitur në Figurën 6.

Kondensatorët në qarqet analoge përdoren si komponentë shkëputës dhe filtrues. Për një kondensator ideal, reaktanca përcaktohet nga formula e mëposhtme:

Prandaj, një kondensator elektrolitik 10 μF do të ketë një rezistencë prej 1.6 ohms në 10 kHz dhe 160 μΩ në 100 MHz. A është kështu?

Kur përdorni kondensatorë elektrolitikë, sigurohuni që lidhjet të jenë të sakta. Terminali pozitiv duhet të lidhet me një potencial DC më pozitiv. Një lidhje e gabuar çon në një rrymë DC që rrjedh përmes kondensatorit elektrolitik, i cili mund të dëmtojë jo vetëm vetë kondensatorin, por edhe një pjesë të qarkut.

Në raste të rralla, ndryshimi i potencialit DC midis dy pikave në qark mund të ndryshojë shenjën e tij. Kjo kërkon përdorimin e kondensatorëve elektrolitikë jopolarë, struktura e brendshme e të cilëve është e barabartë me dy kondensatorë polare të lidhur në seri.

Induktiviteti

Karakteristikat e frekuencës së lartë të induktorëve mund të përfaqësohen nga qarku ekuivalent i paraqitur në Figurën 7.

Reaktanca e një induktori përshkruhet me formulën e mëposhtme:

Prandaj, një induktancë prej 10 mH do të ketë një reaktancë prej 628 Ω në një frekuencë prej 10 kHz, dhe në një frekuencë prej 100 MHz, një rezistencë prej 6,28 MΩ. E drejtë?

Pllaka e qarkut të printuar

Vetë bordi i qarkut të printuar ka karakteristikat e komponentëve pasivë të diskutuar më sipër, megjithëse jo aq të dukshme.

Modeli i përcjellësve në një tabelë të qarkut të printuar mund të jetë edhe burim edhe marrës i ndërhyrjes. Drejtimi i mirë i telave zvogëlon ndjeshmërinë e qarkut analog ndaj emetimeve të burimit.

Pllaka e qarkut të printuar është e ndjeshme ndaj rrezatimit sepse përçuesit dhe prizat e komponentëve formojnë një lloj antene. Teoria e antenës është një temë komplekse për t'u studiuar dhe është përtej qëllimit të këtij artikulli. Megjithatë, disa nga bazat janë dhënë këtu.

Pak teori antenash

Në frekuenca DC ose të ulëta, përbërësi aktiv mbizotëron. Me rritjen e frekuencës, komponenti reaktiv bëhet gjithnjë e më i rëndësishëm. Në intervalin 1 kHz deri në 10 kHz, komponenti induktiv fillon të hyjë në fuqi dhe përcjellësi nuk është më një lidhës me rezistencë të ulët, por më tepër vepron si një induktor.

Formula për llogaritjen e induktivitetit të një përcjellësi PCB është si më poshtë:

Në mënyrë tipike, gjurmët e PCB variojnë nga 6 nH deri në 12 nH për centimetër gjatësi. Për shembull, një përcjellës 10 cm ka një rezistencë prej 57 mΩ dhe një induktivitet prej 8 nH / cm. Në 100 kHz, reaktanca bëhet 50 mΩ, dhe në frekuenca më të larta, përcjellësi do të jetë induktiv dhe jo rezistencë.

Rregulli i antenës së kamxhikut thotë se ajo fillon të ndërveprojë dukshëm me fushën në gjatësinë e saj prej rreth 1/20 të gjatësisë së valës, dhe ndërveprimi maksimal ndodh në gjatësinë e shufrës së barabartë me 1/4 e gjatësisë së valës. Prandaj, tela 10 cm nga shembulli në paragrafin e mëparshëm do të fillojë të bëhet një antenë mjaft e mirë mbi 150 MHz. Duhet mbajtur mend se megjithëse një gjenerator i orës dixhitale mund të mos funksionojë mbi 150 MHz, sinjali i tij gjithmonë përmban harmonika më të larta. Nëse bordi i qarkut të printuar përmban përbërës me kunja të gjata, këto kunja mund të shërbejnë edhe si antena.

Një lloj tjetër bazë i antenës janë antenat me lak. Induktiviteti i një përcjellësi të drejtë rritet në mënyrë dramatike kur përkulet dhe bëhet pjesë e një harku. Rritja e induktivitetit ul frekuencën në të cilën antena fillon të ndërveprojë me linjat e fushës.

Dizajnerët me përvojë të PCB-ve, të cilët janë mjaft të njohur me teorinë e antenave të ciklit, e dinë se nuk mund të krijoni sythe për sinjale kritike. Megjithatë, disa projektues nuk mendojnë për këtë, dhe përçuesit e kthimit dhe sinjalit në qarqet e tyre janë sythe. Krijimi i antenave loop është i lehtë për t'u treguar me një shembull (Fig. 8). Ai gjithashtu tregon se si të krijoni një antenë me çarje.

Konsideroni tre raste:

Opsioni A është një shembull i dizajnit të keq. Ai nuk përdor fare një poligon analog tokësor. Loopback formohet nga toka dhe përcjellësit e sinjalit. Kur rrjedh rryma, lind një fushë elektrike dhe një fushë magnetike pingul me të. Këto fusha formojnë bazën e antenës lakore. Rregulli i antenës lak thotë se për efikasitet maksimal, gjatësia e secilit përcjellës duhet të jetë e barabartë me gjysmën e gjatësisë së valës së rrezatimit të marrë. Sidoqoftë, duhet të mbahet mend se edhe në 1/20 e gjatësisë së valës, antena e lakut është ende mjaft efikase.

Opsioni B është më i mirë se opsioni A, por këtu ka një ndërprerje në poligonin, ndoshta për të krijuar pak hapësirë ​​për telat e sinjalit. Rrugët e sinjalit dhe rrymës së kthimit formojnë një antenë slot. Sythe të tjera formohen në prerjet rreth mikroqarqeve.

Opsioni B është një shembull i dizajnit më të mirë. Rrugët e sinjalit dhe rrymës së kthimit janë të njëjta, duke mohuar efektivitetin e antenës së ciklit. Vini re se ky opsion ka gjithashtu prerje rreth çipave, por ato janë të ndara nga shtegu i rrymës së kthimit.

Teoria e reflektimit dhe përputhjes së sinjalit është e përafërt me teorinë e antenave.

Reflektimi i sinjalit mund të ndodhë kur përçuesi PCB rrotullohet 90 °. Kjo është kryesisht për shkak të një ndryshimi në gjerësinë e shtegut aktual. Në kulmin e këndit, gjerësia e gjurmës rritet me 1.414 herë, gjë që çon në një mospërputhje në karakteristikat e linjës së transmetimit, veçanërisht në kapacitetin e shpërndarë dhe vetë-induktivitetin e gjurmës. Shumë shpesh është e nevojshme të rrotullohet pista 90 ° në PCB. Shumë paketa moderne CAD ju lejojnë të zbutni qoshet e shtigjeve të vizatuara ose të vizatoni shtigje në formën e një harku. Figura 9 tregon dy hapa për të përmirësuar formën e një qoshe. Vetëm shembulli i fundit ruan një gjerësi konstante të gjurmës dhe minimizon reflektimet.

Një këshillë për planifikuesit me përvojë të paraqitjes së PCB-ve: Lëreni procedurën anti-aliasing në hapin e fundit përpara se të krijoni jastëkë rënieje dhe derdhje të poligoneve. Përndryshe, paketa CAD do të marrë më shumë kohë për t'u zbutur për shkak të llogaritjeve më komplekse.

Një bashkim kapacitiv ndodh midis përçuesve në një PCB në shtresa të ndryshme kur ato kryqëzohen. Kjo ndonjëherë mund të krijojë një problem. Përçuesit e grumbulluar në shtresat ngjitur krijojnë një kondensator filmi të gjatë. Kapaciteti i një kondensatori të tillë llogaritet duke përdorur formulën e treguar në Figurën 10.

Për shembull, një bord qark i printuar mund të ketë parametrat e mëposhtëm:
- 4 shtresa; sinjali dhe shtresa poligonale e tokës - ngjitur,
- hapësira ndërmjet shtresave - 0,2 mm,
- gjerësia e përcjellësit - 0,75 mm,
- gjatësia e përcjellësit - 7,5 mm.

ER tipike për FR-4 është 4.5.

Duke zëvendësuar të gjitha vlerat në formulë, marrim vlerën e kapacitetit midis këtyre dy autobusëve, të barabartë me 1.1 pF. Edhe ky kapacitet në dukje i vogël është i papranueshëm për disa aplikacione. Figura 11 ilustron efektin e kapacitetit 1 pF kur lidhet me hyrjen invertuese të një amplifikatori me frekuencë të lartë.

Mund të shihet se ka një dyfishim të amplitudës së sinjalit të daljes në frekuenca afër kufirit të sipërm të diapazonit të frekuencës së amplifikatorit op. Kjo, nga ana tjetër, mund të çojë në lasing, veçanërisht në frekuencat e funksionimit të antenës (mbi 180 MHz).

Ky efekt krijon probleme të shumta, për të cilat, megjithatë, ka shumë mënyra. Më e dukshme prej tyre është zvogëlimi i gjatësisë së përcjellësve. Një mënyrë tjetër është zvogëlimi i gjerësisë së tyre. Nuk ka asnjë arsye për të përdorur një përcjellës të kësaj gjerësie për lidhjen e një sinjali me hyrjen invertuese, sepse Nëpër këtë përcjellës kalon shumë pak rrymë. Zvogëlimi i gjatësisë së gjurmës në 2.5 mm dhe gjerësisë në 0.2 mm do të çojë në një ulje të kapacitetit në 0.1 pF, dhe një kapacitet i tillë nuk do të çojë më në një rritje kaq të konsiderueshme të përgjigjes së frekuencës. Një zgjidhje tjetër është heqja e pjesës së poligonit nën hyrjen përmbysëse dhe përcjellësin që shkon në të.

Gjerësia e përçuesve të një bord qarku të printuar nuk mund të reduktohet pafundësisht. Gjerësia kufizuese përcaktohet si nga procesi teknologjik ashtu edhe nga trashësia e fletës. Nëse dy përcjellës kalojnë afër njëri-tjetrit, atëherë midis tyre formohet një bashkim kapacitiv dhe induktiv (Fig. 12).

Telat e sinjalit nuk duhet të kalojnë paralel me njëri-tjetrin, përveç rasteve kur linjat diferenciale të instalimeve elektrike ose mikrostrip. Hendeku midis përçuesve duhet të jetë së paku trefishi i gjerësisë së përçuesve.

Kapaciteti midis gjurmëve në qarqet analoge mund të jetë i vështirë me vlera të mëdha të rezistencës (disa megohm). Lidhja relativisht e madhe kapacitore midis hyrjeve invertuese dhe jo-invertuese të një op-amp mund të vetë-ngacmojë lehtësisht qarkun.

Për shembull, me d = 0,4 mm dhe h = 1,5 mm (vlera mjaft të zakonshme), induktiviteti i vrimës është 1,1 nH.

Mos harroni se nëse ka rezistenca të larta në qark, atëherë vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet pastrimit të tabelës. Në hapat e fundit të prodhimit të tabelës së qarkut të printuar, fluksi i mbetur dhe ndotja duhet të hiqen. Kohët e fundit, kur montoni bordet e qarkut të shtypur, shpesh përdoren flukse të tretshme në ujë. Më pak të dëmshme, ato mund të hiqen lehtësisht me ujë. Por në të njëjtën kohë, larja e tabelës me ujë të pastër të pamjaftueshëm mund të çojë në ndotje shtesë, gjë që përkeqëson karakteristikat dielektrike. Prandaj, është shumë e rëndësishme të pastroni PCB-në me rezistencë të lartë me ujë të freskët të distiluar.

SINJALET E NDËRFTOHJES

Siç u përmend, zhurma mund të hyjë në pjesën analoge të një qarku përmes qarkut të furnizimit me energji elektrike. Për të reduktuar këtë zhurmë, përdoren kondensatorët shkëputës (bllokues) për të reduktuar rezistencën lokale të shinave të furnizimit.

Nëse është e nevojshme të ndahet një tabelë e qarkut të shtypur, në të cilën ka pjesë analoge dhe dixhitale, atëherë është e nevojshme të keni të paktën një ide të vogël për karakteristikat elektrike të elementeve logjikë.

Një fazë tipike e daljes së një elementi logjik përmban dy transistorë të lidhur në seri me njëri-tjetrin, si dhe midis qarqeve të furnizimit dhe tokës (Fig. 14).

Në mënyrë ideale, këta transistorë funksionojnë rreptësisht në antifazë, d.m.th. kur njëra prej tyre është e hapur, atëherë në të njëjtën kohë mbyllet e dyta, duke formuar në dalje ose një sinjal të një njësie logjike ose një zero logjike. Në gjendjen logjike të qëndrueshme, konsumi i energjisë i elementit logjik është i ulët.

Situata ndryshon në mënyrë dramatike kur faza e daljes kalon nga një gjendje logjike në tjetrën. Në këtë rast, për një periudhë të shkurtër kohore, të dy transistorët mund të ndizen njëkohësisht, dhe rryma e furnizimit të fazës së daljes rritet shumë, pasi rezistenca e shtegut aktual nga hekurudha e energjisë në hekurudhën tokësore përmes dy serive të lidhura. tranzistorët zvogëlohen. Konsumi i energjisë rritet papritur, dhe më pas zvogëlohet, gjë që çon në një ndryshim lokal në tensionin e furnizimit dhe shfaqjen e një ndryshimi të mprehtë, afatshkurtër të rrymës. Këto ndryshime në rrymë rezultojnë në emetimin e energjisë së radiofrekuencës. Edhe në një tabelë relativisht të thjeshtë të qarkut të printuar, mund të ketë dhjetëra ose qindra faza dalëse të konsideruara të elementeve logjike, kështu që efekti total i funksionimit të tyre të njëkohshëm mund të jetë shumë i madh.

Është e pamundur të parashikohet me saktësi diapazoni i frekuencës në të cilin do të vendosen këto rritje të rrymës, pasi frekuenca e shfaqjes së tyre varet nga shumë arsye, duke përfshirë vonesën e përhapjes së ndërrimit të transistorëve të elementit logjik. Vonesa, nga ana tjetër, varet gjithashtu nga një sërë shkaqesh të rastësishme që lindin gjatë procesit të prodhimit. Zhurma e ndërrimit ka shpërndarje harmonike me brez të gjerë në të gjithë gamën. Ekzistojnë disa metoda për shtypjen e zhurmës dixhitale, aplikimi i të cilave varet nga shpërndarja spektrale e zhurmës.

Tabela 2 tregon frekuencat maksimale të funksionimit për llojet e zakonshme të kondensatorëve.

tabela 2

Nga tabela është e qartë se kondensatorët elektrolitikë të tantalit përdoren për frekuenca nën 1 MHz, në frekuenca më të larta duhet të përdoren kondensatorë qeramikë. Duhet mbajtur mend se kondensatorët kanë rezonancën e tyre dhe zgjedhja e tyre e gabuar jo vetëm që mund të mos ndihmojë, por edhe ta përkeqësojë problemin. Figura 15 tregon rezonancat tipike natyrore të dy kondensatorëve me qëllim të përgjithshëm - 10 μF tantal elektrolitik dhe 0,01 μF qeramike.

Karakteristikat aktuale mund të ndryshojnë nga prodhuesi në prodhues, madje edhe nga grupi në grup për një prodhues. Është e rëndësishme të kuptohet se që një kondensator të funksionojë në mënyrë efektive, frekuencat që ai shtyp duhet të jenë në një interval më të ulët se frekuenca e rezonancës natyrore. Përndryshe, natyra e reaktancës do të jetë induktive dhe kondensatori nuk do të funksionojë më në mënyrë efektive.

Mos bëni gabim që një kondensator 0,1 μF do të shtypë të gjitha frekuencat. Kondensatorët e vegjël (10 nF ose më pak) mund të punojnë në mënyrë më efikase në frekuenca më të larta.

Shkëputja e fuqisë IC

Izolimi i furnizimit me energji IC për të shtypur zhurmën me frekuencë të lartë konsiston në përdorimin e një ose më shumë kondensatorëve të lidhur midis kunjave të energjisë dhe tokës. Është e rëndësishme që kapakët që lidhin prizat me kondensatorët të jenë të shkurtër. Nëse nuk është kështu, atëherë induktiviteti i brendshëm i përcjellësve do të luajë një rol të rëndësishëm dhe do të mohojë përfitimet e përdorimit të kondensatorëve shkëputës.

Një kondensator shkëputës duhet të lidhet me secilën paketë, pavarësisht se sa opamp-amparë ka brenda mbylljes, 1, 2 ose 4. Nëse amplifikatori operohet nga një furnizim bipolar, atëherë nuk mund të thuhet se kondensatorët e shkëputjes duhet të vendosen. në çdo kunj të energjisë. Vlera e kapacitetit duhet të zgjidhet me kujdes në bazë të llojit të zhurmës dhe ndërhyrjeve të pranishme në qark.

Në raste veçanërisht të vështira, mund të jetë e nevojshme të shtohet induktiviteti në seri me prizën e fuqisë. Induktiviteti duhet të vendoset përpara, jo pas kondensatorëve.

Një mënyrë tjetër, më e lirë është zëvendësimi i induktivitetit me një rezistencë të ulët të rezistencës (10 ... 100 Ohm). Në këtë rast, së bashku me kondensatorin e shkëputjes, rezistenca formon një filtër me kalim të ulët. Kjo metodë zvogëlon gamën e furnizimit me energji elektrike të amplifikatorit operacional, i cili gjithashtu bëhet më i varur nga konsumi i energjisë.

Në mënyrë tipike, një ose më shumë kondensatorë elektrolitikë alumini ose tantali në lidhësin e fuqisë hyrëse mund të jenë të mjaftueshëm për të shtypur zhurmën me frekuencë të ulët në qarqet e energjisë. Një kondensator shtesë qeramik do të shtypë ndërhyrjen me frekuencë të lartë nga bordet e tjera.

IZOLIMI I SINJALIT TË HYRJES DHE DALJES

Shumë probleme të zhurmës janë rezultat i lidhjes së drejtpërdrejtë të kunjave të hyrjes dhe daljes. Si rezultat i kufizimit të frekuencës së lartë të komponentëve pasivë, përgjigja e qarkut ndaj zhurmës me frekuencë të lartë mund të jetë mjaft e paparashikueshme.

Në një situatë kur diapazoni i frekuencës së zhurmës së induktuar është dukshëm i ndryshëm nga diapazoni i frekuencës së qarkut, zgjidhja është e thjeshtë dhe e dukshme - vendosja e një filtri RC pasiv për të shtypur ndërhyrjen me frekuencë të lartë. Sidoqoftë, kur përdorni një filtër pasiv, duhet të keni kujdes: karakteristikat e tij (për shkak të karakteristikave të papërsosura të frekuencës së përbërësve pasivë) humbasin vetitë e tyre në frekuenca 100 ... 1000 herë më të larta se frekuenca e ndërprerjes (f 3db). Kur përdorni filtra të lidhur me seri që janë të akorduar në intervale të ndryshme frekuencash, filtri me kalim më të lartë duhet të jetë më afër burimit të ndërhyrjes. Induktorët e rruazës së ferritit mund të përdoren gjithashtu për të shtypur zhurmën; ato ruajnë karakterin induktiv të rezistencës deri në një frekuencë të caktuar të caktuar, dhe mbi të rezistenca e tyre bëhet aktive.

Tregimi i qarkut analog mund të jetë aq i madh sa që është e mundur të heqësh qafe (ose të paktën të reduktosh) ato vetëm duke përdorur ekranet. Për të punuar në mënyrë efektive, ato duhet të projektohen me kujdes në mënyrë që frekuencat që krijojnë më shumë probleme të mos hyjnë në qark. Kjo do të thotë që mburoja nuk duhet të ketë hapje ose prerje më të mëdha se 1/20 e gjatësisë së valës së rrezatimit të mbrojtur. Është një ide e mirë të lini mënjanë hapësirë ​​të mjaftueshme për ekranin e synuar që nga fillimi i dizajnit të PCB-së. Kur përdorni një mburojë, mund të përdorni gjithashtu unaza (ose rruaza) ferrit për të gjitha lidhjet në qark.

RASTET E AMPLIFIKUESVE OPERACIONALE

Një paketë zakonisht përmban një, dy ose katër amplifikatorë operacionalë (Fig. 16).

Një përforcues i vetëm operativ shpesh ka gjithashtu hyrje shtesë, për shembull, për të rregulluar tensionin e kompensimit. Amplifikatorët e dyfishtë dhe me katër opcione kanë vetëm hyrje dhe dalje invertuese dhe jo invertuese. Prandaj, nëse është e nevojshme të ketë rregullime shtesë, është e nevojshme të përdoren përforcues të vetëm operacional. Kur përdorni kunja shtesë, mbani mend se për nga struktura e tyre ato janë hyrje ndihmëse, kështu që ato duhet të kontrollohen me kujdes dhe në përputhje me rekomandimet e prodhuesit.

Në një përforcues të vetëm funksional, dalja ndodhet në anën e kundërt të hyrjeve. Kjo mund ta bëjë të vështirë funksionimin e amplifikatorit në frekuenca të larta për shkak të përcjellësve të gjatë të reagimit. Një mënyrë për ta kapërcyer këtë është vendosja e përforcuesit dhe komponentëve të reagimit në anët e ndryshme të PCB-së. Megjithatë, kjo rezulton në të paktën dy vrima dhe prerje shtesë në poligonin e tokës. Ndonjëherë ia vlen të përdorni një përforcues të dyfishtë funksional për të zgjidhur këtë problem, edhe nëse amplifikuesi i dytë nuk po përdoret (dhe prizat e tij duhet të lidhen siç duhet). Figura 17 ilustron zvogëlimin e gjatësisë së përcjellësve të reagimit për ndezjen e përmbysur.

Përforcuesit me funksion të dyfishtë përdoren veçanërisht në amplifikatorët stereo, dhe amplifikatorët me katër funksionim përdoren në qarqet e filtrave me shumë faza. Sidoqoftë, ka një disavantazh mjaft domethënës në këtë. Edhe pse teknologjia aktuale siguron izolim të mirë midis amplifikatorëve të vendosur në të njëjtin çip silikoni, ka ende disa ndërlidhje mes tyre. Nëse është e nevojshme të ketë shumë pak ndërhyrje të tilla, atëherë është e nevojshme të përdoren përforcues të vetëm operacional. Crosstalk nuk ka të bëjë vetëm me amplifikatorët e dyfishtë ose katërkëndësh. Burimi i tyre mund të jetë një rregullim shumë i ngushtë i komponentëve pasivë të kanaleve të ndryshme.

Përforcuesit e dyfishtë dhe me katër opcione, përveç sa më sipër, lejojnë një instalim më të ngushtë. Përforcuesit individualë janë, si të thuash, të pasqyruar në lidhje me njëri-tjetrin (Fig. 18).

Figura 17 dhe 18 nuk tregojnë të gjitha lidhjet e nevojshme për funksionimin normal, për shembull, një drejtues të nivelit të mesëm me një furnizim unipolar. Figura 19 tregon një diagram të një drejtuesi të tillë kur përdoret një amplifikues katërkëndor.

Diagrami tregon të gjitha lidhjet e nevojshme për zbatimin e tre fazave të pavarura përmbysëse. Është e nevojshme t'i kushtohet vëmendje faktit që përçuesit e drejtuesit të gjysmë-tensionit janë të vendosur direkt nën strehimin e qarkut të integruar, gjë që bën të mundur zvogëlimin e gjatësisë së tyre. Ky shembull nuk ilustron se si duhet të jetë, por çfarë duhet bërë. Tensioni i nivelit të mesëm, për shembull, mund të jetë i njëjtë për të katër amplifikatorët. Komponentët pasivë mund të përmasohen siç duhet. Për shembull, komponentët planarë të madhësisë 0402 korrespondojnë me hapësirën e kunjave të një pakete standarde SO. Kjo lejon që gjatësia e përcjellësve të mbahet shumë e shkurtër për aplikime me frekuencë të lartë.

MONTIMI NË VËLLIM DHE TË SIPËRFAQËSISË

Kur vendosni op-amp në paketat DIP dhe komponentë pasivë me tela, PCB kërkon via për montimin e tyre. Komponentë të tillë përdoren aktualisht kur nuk ka kërkesa të veçanta për dimensionet e tabelës së qarkut të printuar; Zakonisht ato janë më të lira, por kostoja e PCB-së rritet gjatë procesit të prodhimit për shkak të shpimit të vrimave shtesë për plumbat e komponentit.

Përveç kësaj, përdorimi i komponentëve të jashtëm rrit madhësinë e tabelës dhe gjatësinë e përcjellësve, gjë që nuk lejon që qarku të funksionojë në frekuenca të larta. Viat kanë induktivitetin e tyre, i cili gjithashtu imponon kufizime në karakteristikat dinamike të qarkut. Prandaj, komponentët e jashtëm nuk rekomandohen për aplikime me frekuencë të lartë ose për qarqe analoge të vendosura në afërsi të qarqeve logjike me shpejtësi të lartë.

Disa projektues vendosin rezistorë vertikalisht në një përpjekje për të zvogëluar gjatësinë e përçuesve. Në pamje të parë, mund të duket se kjo shkurton gjatësinë e pistës. Sidoqoftë, kjo rrit rrugën e rrjedhës së rrymës përmes rezistorit, dhe vetë rezistenca është një lak (kthesë e induktivitetit). Kapaciteti emetues dhe marrës rritet shumë herë.

Për aplikimet e montimit në sipërfaqe, nuk keni nevojë të vendosni një vrimë për çdo prizë përbërëse. Megjithatë, ka probleme gjatë testimit të një qarku dhe ju duhet të përdorni vias si pika kontrolli, veçanërisht kur përdorni komponentë të vegjël.

SEKSIONET E PA PËRDORUR OP

Kur përdorni përforcues operacional të dyfishtë dhe katër në qark, disa nga seksionet e tyre mund të mbeten të papërdorura dhe duhet të lidhen saktë në këtë rast. Një lidhje e gabuar mund të çojë në një rritje të konsumit të energjisë, më shumë ngrohje dhe më shumë zhurmë të op-amps të përdorur në të njëjtin rast. Kunjat e amplifikatorëve operacionalë të papërdorur mund të lidhen siç tregohet në Fig. 20a. Lidhja e kunjave me komponentë shtesë (Fig. 20b) do ta bëjë të lehtë përdorimin e këtij op-amp gjatë konfigurimit.

PËRFUNDIM

Mos harroni pikat themelore të mëposhtme dhe respektoni gjithmonë ato kur projektoni dhe lidhni qarqet analoge.

Janë të zakonshme:

• Mendoni për një bord qarku të printuar si një komponent i një qarku elektrik.
• të ketë një kuptim dhe kuptim të burimeve të zhurmës dhe ndërhyrjeve;
• qarqet model dhe prototipe.

Pllaka e qarkut të printuar:

• përdorni bordet e qarkut të shtypur vetëm nga materiali me cilësi të lartë (për shembull, FR-4);
• qarqet e bëra në bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa janë 20 dB më pak të ndjeshme ndaj ndërhyrjeve të jashtme sesa qarqet e bëra në bordet me dy shtresa;
• përdorni poligone të ndara dhe jo të mbivendosura për tokë dhe ushqime të ndryshme;
• vendosni poligonet e tokës dhe të fuqisë në shtresat e brendshme të PCB-së.

Komponentët:

• Jini të vetëdijshëm për kufizimet e frekuencës të paraqitura nga komponentët pasivë dhe përçuesit e tabelës;
• përpiquni të shmangni vendosjen vertikale të komponentëve pasivë në qarqet me shpejtësi të lartë;
• për qarqet me frekuencë të lartë, përdorni komponentë të projektuar për montim në sipërfaqe;
• përcjellësit duhet të jenë sa më të shkurtër aq më mirë;
• nëse kërkohet një gjatësi më e madhe e përcjellësit, atëherë zvogëloni gjerësinë e tij;
• prizat e papërdorura të komponentëve aktivë duhet të lidhen saktë.

Lidhja elektrike:

• vendosni qarkun analog pranë lidhësit të energjisë;
• mos i drejtoni kurrë telat që mbajnë sinjale logjike përmes zonës analoge të tabelës dhe anasjelltas;
• mbajini përçuesit të përshtatshëm për hyrjen përmbysëse të op-amp;
• sigurohuni që përçuesit e hyrjeve përmbysëse dhe jo-përmbysëse të op-amp të mos jenë paralel me njëri-tjetrin në një distancë të gjatë;
• përpiquni të shmangni përdorimin e viave të panevojshme si induktiviteti i tyre mund të çojë në probleme shtesë;
• mos i drejtoni përcjellësit në kënde të drejta dhe qoshe të lëmuara nëse është e mundur.

Shkëmbimi:

• përdorni llojet e duhura të kondensatorëve për të shtypur zhurmën në furnizimin me energji elektrike;
• Për të shtypur interferencën dhe zhurmën me frekuencë të ulët, përdorni kondensatorë tantal në lidhësin e hyrjes së energjisë;
• Përdorni kondensatorë qeramikë në lidhësin e fuqisë hyrëse për të shtypur ndërhyrjen dhe zhurmën me frekuencë të lartë;
• përdorni kondensatorë qeramikë në çdo kunj të fuqisë së mikroqarkut; nëse është e nevojshme, përdorni disa kondensatorë për intervale të ndryshme frekuencash;
• nëse ngacmimi ndodh në qark, atëherë është e nevojshme të përdorni kondensatorë me një vlerë më të ulët të kapacitetit, dhe jo një të madh;
• në raste të vështira në qarqet e fuqisë, përdorni rezistorë të lidhur në seri me rezistencë të ulët ose induktivitet;
• Kondensatorët e shkëputjes së fuqisë analoge duhet të lidhen vetëm me tokën analoge, jo dixhitale.

Gjatë projektimit të PCB-ve të optimizuara për çmimin, lindin një sërë pyetjesh kryesore. Ndërsa qëllimi fillestar mund të jetë dizajnimi i PCB-së më të vogël të mundshme, kjo mund të mos jetë zgjidhja më e lirë për të gjithë sistemin. Zvogëlimi i madhësisë së PCB-ve është i mundur duke rritur numrin e shtresave të PCB-ve, gjë që nga ana tjetër çon në probleme EMC që mund të rezultojnë në kosto të mëdha gjatë rrjedhës së një projekti.

Ndërhyrja elektromagnetike, EMI ose pajtueshmëria elektromagnetike, EMC është një faktor kyç në projektimin e bordeve të qarkut të printuar. Sigurimi i EMC-së për një pajisje në tërësi mund të jetë jashtëzakonisht i kushtueshëm nëse zhvilluesi ka shkurtuar qoshet në projektimin dhe prodhimin e bordeve të qarkut të printuar, kështu që disa qasje të kursimit të kostos duhet të hidhen poshtë që në fillim. Nëse komponentët ndërveprojnë me EMI ose lëshojnë EMI, do të jetë e kushtueshme për të përmbushur kërkesat EMC gjatë fazës së testimit.

Ndërsa një tabelë me katër shtresa konsiderohet ekuilibri optimal i mbrojtjes EMI dhe gjurmimit të tabelës, shpesh është e mundur të dizenjohet një tabelë me dy shtresa me të njëjtat specifika duke përdorur mjete falas të rrugëtimit të PCB-ve, si p.sh. DesignSpark PCB. Kjo siguron një ulje të konsiderueshme në koston e prodhimit të një bordi qark të printuar pa ndikuar në testimin e mëtejshëm.

Shtigjet e kthimit të sinjalit janë çështja më sfiduese gjatë rrugëtimit të PCB-ve. Do të ishte mjaft e vështirë për të gjurmuar tokën e kthimit nën çdo gjurmë të lidhur me pinin e sinjalit të mikrokontrolluesit, por kjo është pikërisht ajo që ofron një tabelë me katër shtresa me një plan tokëzues. Pavarësisht se ku shkojnë gjurmët, ka gjithmonë një rrugë kthimi në tokë poshtë.

Performanca më e afërt me tokën në një tabelë me dy shtresa është rrjeti i tokës, i cili redukton emetimet EMI nga shtigjet e sinjalit. Zvogëlimi i zonës së lakut duke kursyer shtegun e kthimit nën shtegun e sinjalit është mënyra më efektive për të zgjidhur këtë problem, dhe krijimi i një rrjeti tokësor është hapi më i rëndësishëm (pas planifikimit të vendosjes) në kursimin e PCB-së.

Gjenerimi i një grilë krijon një sipërfaqe

Gjenerimi i grilave është një teknikë kyçe për performancën EMC në bordet me dy shtresa. Ashtu si një rrjet energjie, ai është një rrjet lidhjesh drejtkëndëshe midis përçuesve të tokëzuar. Kjo në mënyrë efektive krijon një plan tokësor që siguron të njëjtin reduktim të zhurmës EMI si bordi me 4 shtresa dhe emeton në mënyrë efektive rrafshin e tokës të përdorur në tabelën me 4 shtresa për të siguruar përmirësimin e EMC duke krijuar një shteg kthimi në tokë nën çdo gjurmë sinjali dhe duke reduktuar rezistencën. ndërmjet mikrokontrolluesit dhe rregullatorit të tensionit.

Gjenerimi i rrjetave kryhet duke zgjeruar gjurmët e tokës dhe duke krijuar plane përcjellëse të tokëzuara për të krijuar një rrjet lidhjesh me tokëzimin në të gjithë sipërfaqen e PCB-së. Për shembull, nëse një PCB ka shina kryesisht të shtresës së sipërme që drejtohen vertikalisht dhe gjurmët e shtresës së poshtme që shkojnë kryesisht horizontalisht, kjo tashmë e bën më keq gjurmimin e shtigjeve të kthimit në tokë nën telat e sinjalit, gjë që zakonisht bëhet në dy faza:

• Së pari, të gjithë përçuesit e tokëzimit zgjerohen për të zënë hapësirën më të madhe në PCB;
• atëherë e gjithë hapësira e lirë e mbetur mbushet me një sipërfaqe të tokëzuar.

Qëllimi i kësaj qasjeje është të gjenerojë sa më shumë rrjetë të jetë e mundur në një PCB me dy shtresa. Ndryshimet e vogla në paraqitjen e PCB-ve mund të lejojnë lidhje shtesë për të rritur zonën e rrjetit të tokëzimit.

Zonimi i PCB-ve

Zonimi i PCB-ve është një tjetër teknologji që mund të përdoret për të reduktuar zhurmën dhe EMI në një PCB dhe në këtë mënyrë të zvogëlojë nevojën për shtresa shtesë PCB. Kjo teknologji ka të njëjtin kuptim themelor si planifikimi i vendosjes së komponentëve, që është procesi i vendosjes së komponentëve në një tabelë të zbrazët përpara se të kaloni telat. Zonimi i një PCB është një proces pak më kompleks i vendosjes së funksionalitetit të ngjashëm në të njëjtën zonë të një PCB, në vend që të përzihen së bashku komponentë të ndryshëm funksionalisht. Logjika me shpejtësi të lartë, duke përfshirë mikrokontrolluesit, vendoset sa më afër furnizimit me energji elektrike, komponentët e ngadaltë vendosen më larg dhe komponentët analogë më larg. Kjo qasje ka një ndikim të rëndësishëm në EMC të bordit të qarkut të printuar.

Me këtë rregullim, logjika me shpejtësi të lartë ka më pak efekt në përcjellësit e tjerë të sinjalit. Është veçanërisht e rëndësishme që laku i kristalit të jetë i vendosur larg qarqeve analoge, sinjaleve me shpejtësi të ulët dhe lidhësve. Ky rregull zbatohet si për bordet e qarkut të printuar ashtu edhe për vendosjen e komponentëve brenda një pajisjeje. Rregullimet që vendosin tufa kabllosh rreth një rezonatori ose mikrokontrollues duhet të shmangen, pasi këto kabllo do të marrin zhurmën dhe do ta bartin atë kudo. Kështu, gjatë zonimit, përcaktohet edhe vendndodhja e lidhësve në tabelën e qarkut të printuar.

Mjetet e zhvillimit të PCB-ve

Ka shumë mjete zhvillimi në dispozicion për të mbështetur dizajnin duke pasur parasysh optimizimin EMC. Një nga këto mjete DesignSpark PCB është versioni më i fundit që mbështet kontrollin e rregullave të projektimit (DRC) gjatë gjurmimit, në vend që të kryejë një kontroll pasi gjurmimi të përfundojë. Kjo është veçanërisht e dobishme kur optimizoni PCB-në për kosto, pasi çdo konflikt ose gabim sinjalizohet menjëherë dhe mund të zgjidhet. Sigurisht, këto kontrolle varen nga plotësia e informacionit të specifikuar nga projektuesi, por kjo qasje ju lejon të shpejtoni procesin e gjurmimit dhe kështu të lironi kohë për çështje të tjera të rëndësishme.

Në versionin 5 DesignSpark PCB Online Design Rule Checker verifikon çdo komponent që është shtuar dhe transferuar si rezultat i operacioneve ndërvepruese të redaktimit. Për shembull, kontrollohen të gjithë telat e bashkangjitur në një komponent të lëvizur dhe të gjithë telat e shtuar nga drejtimi manual.

Versioni 5 shton gjithashtu mbështetjen e autobusit në mënyrë që përcjellësit të mund të grupohen dhe drejtohen lehtësisht së bashku. Në vend që të vizatojë të gjitha lidhjet në një dizajn dhe t'i lidh ato me secilën kunj, projektuesi mund të krijojë një dizajn më pak të rrëmujshëm me autobusët duke shtuar lidhjet e pinit të komponentit në autobusin që mbart sinjalin.

Figura 1: Shtimi i autobusëve në versionin 5 të DesignSpark PCB

Gomat mund të jenë të hapura ose të mbyllura. Një autobus i mbyllur është një koleksion i emrave të telave të paracaktuar për një autobus të caktuar, dhe vetëm këto tela mund të lidhen me një autobus të caktuar, ndërsa një autobus i hapur mund të përfshijë çdo tel.

Ndërsa këto aftësi kanë kuptim për drejtimin e autobusit, ato mund të përdoren për të drejtuar përcjellës të tjerë rreth PCB-së. Kjo aftësi për të përdorur autobusët në qarqe mund të ndihmojë për ta bërë një dizajn më të thjeshtë dhe më të qartë duke grupuar përçues të shumtë të lartë EMI së bashku me përçuesit e tyre të kthimit në tokë përreth, duke reduktuar kështu EMI në tabelën që po projektohet. Një rregull i mirë praktik është që të mos i drejtoni asnjëherë përçuesit EMI në pjesën e jashtme të tabelës, gjë që mund të jetë e ndërlikuar për pllakat e vogla me dy shtresa. Heqja e qarqeve jo-EMI nga vende të tilla si lidhësit, qarqet e rezonatorëve, reletë, drejtuesit e stafetëve ku mund të shkaktohet interferenca elektromagnetike në këto qarqe ndihmon gjithashtu në përmirësimin e përputhshmërisë elektromagnetike.

konkluzioni

Dizajnimi i një PCB me kohën e ndërprerjes së kërkuar për të ulur kostot është padyshim më i vështirë sesa shfrytëzimi i pasurisë së një bordi me shumë shtresa.

Disa probleme EMC mund të zgjidhen duke përdorur kondensatorë bllokues dhe rruaza ferriti për të shtypur çdo sinjal që mund të emetohet, por kjo i shton kompleksitet dizajnit dhe rrit kostot e prodhimit. Nëse problemet EMI dhe EMC mund të minimizohen me rregullat e duhura të projektimit duke përdorur zonimin dhe ndërthurjen, gjenerimi i energjisë dhe rrjetit tokësor mund të sigurojë të njëjtin nivel mbrojtjeje në një tabelë me dy shtresa siç është e mundur në një dizajn me katër ose gjashtë shtresa. Kjo jo vetëm që ul koston e prodhimit të bordit, por gjithashtu përmirëson besueshmërinë dhe performancën, duke përfshirë EMC, duke ulur kështu koston e ciklit jetësor të pajisjes.