Noticias de PCB - Diferencias en el diseño de PCB entre circuitos analógicos y digitales

Compartamos las similitudes entre las estrategias de enrutamiento de diseño de PCB de circuitos analógicos y digitales.

1. condensadores de derivación o desacoplamiento

Para el cableado, simuladores y dispositivos digitales, se necesitan estos tipos de condensadores, y cada uno de ellos necesita conectar un capacitor cerca de su pin de alimentación. El valor suele ser de 0,1 grados fahrenheit. El lado de la fuente de alimentación del sistema requiere otro tipo de capacitor, generalmente alrededor de 10 grados fahrenheit. El rango del valor de la capacidad es de 1 / 10 a 10 veces el valor recomendado. Sin embargo, el pin debe ser corto y cercano al dispositivo (para condensadores de 0,1 grados fahrenheit) o a la fuente de alimentación (para condensadores de 10 grados fahrenheit). En el diseño digital y analógico, es de sentido común agregar condensadores de derivación o desacoplamiento a la placa de circuito y colocarlos en la placa de circuito. Pero curiosamente, las razones son diferentes.

En el diseño de cableado analógico, los condensadores de derivación se utilizan generalmente para desviar señales de alta frecuencia en la fuente de alimentación. Si no se añaden condensadores de derivación, estas señales pueden entrar en el chip analógico sensible a través del pin de alimentación. Por lo general, la frecuencia de estas señales de alta frecuencia supera la capacidad del simulador para inhibir las señales de alta frecuencia. Si no se utilizan condensadores de derivación en circuitos analógicos, el ruido puede introducirse en la ruta de la señal y, en el peor de los casos, puede causar vibraciones.

Los dispositivos digitales como los controladores y procesadores también requieren condensadores de desacoplamiento, pero por diferentes razones. Una de las funciones de estos condensadores es actuar como un banco de energía "mini". En los circuitos digitales, generalmente se necesita una gran corriente para cambiar el Estado de la puerta. Debido a que la corriente instantánea del interruptor se genera en el chip, es ventajoso tener una carga adicional "de repuesto" cuando cambia y fluye a través de la placa de circuito. Si la acción del interruptor se realiza sin carga suficiente, el voltaje de la fuente de alimentación cambiará significativamente.

Si el voltaje cambia demasiado, el nivel de la señal digital entrará en un Estado de incertidumbre y la máquina estatal en el dispositivo digital puede funcionar incorrectamente. La corriente del interruptor que fluye a través del cableado de la placa de circuito puede causar cambios de voltaje y hay inductores parasitarios en el cableado de la placa de circuito. Se pueden utilizar las siguientes fórmulas para calcular los cambios de voltaje: v = LDI / dt, de los cuales 5 = cambios de voltaje; I = reactancia de cableado de placas de circuito; Di = cambio de corriente que fluye a través de la línea; La profundidad es el momento del cambio actual.

Por lo tanto, por diversas razones, es preferido aplicar condensadores de derivación (o desacoplamiento) en los pines de alimentación de la fuente de alimentación o del dispositivo activo. Los cables de alimentación y los cables de tierra deben colocarse juntos para reducir la posibilidad de interferencia electromagnética. Si el cable de alimentación y el cable de tierra no coinciden correctamente, se diseñará un circuito del sistema, lo que puede generar ruido. En esta placa de circuito, utilizando la figura 3, el área del circuito es de 697 centímetros cuadrados. con el método mostrado, es poco probable que el ruido de radiación en la placa de circuito o fuera induzca tensión en el circuito.

Diferencias en las estrategias de enrutamiento entre dominios analógicos y digitales

Los principios básicos del cableado de placas de circuito son adecuados para circuitos analógicos y digitales. Una regla básica es usar un plano horizontal completo. Este sentido común reduce el impacto del registro de datos / transmisión de datos (la corriente cambia con el tiempo) en los circuitos digitales, ya que los circuitos digitales cambian el potencial del suelo y provocan que el ruido entre en los circuitos analógicos. La tecnología de cableado de los circuitos digitales y analógicos es básicamente la misma, pero es ligeramente diferente. Para los circuitos analógicos, es importante mantener el cable de señal digital y el bucle en el plano de tierra lo más alejado posible del circuito analógico. Esto se puede lograr conectando el plano de tierra analógico por separado a la conexión de tierra del sistema, o colocando el circuito analógico en el extremo más lejano de la placa de circuito, es decir, al final de la línea. Esto se hace para mantener la ruta de la señal en un mínimo de interferencia externa. Esto no es necesario para los circuitos digitales, ya que los circuitos digitales pueden tolerar grandes cantidades de ruido en el plano terrestre sin ningún problema.

Como se mencionó anteriormente, en cada diseño de pcb, la parte acústica del Circuito está separada de la parte "tranquila" (no acústica). En general, los circuitos digitales son "ricos" en ruido y no son sensibles al ruido (porque los circuitos digitales tienen una mayor tolerancia al ruido de voltaje); Por otro lado, los circuitos analógicos tienen una tolerancia mucho menor al ruido de voltaje. Entre los dos, los circuitos analógicos son los más sensibles al ruido del interruptor. En el cableado del sistema de señal mixta, los dos circuitos están separados.

Circuitos analógicos

2. elementos parasitarios generados por el diseño de PCB

Hay dos elementos parasitarios básicos que pueden causar problemas fácilmente en el diseño de pcb: condensadores parasitarios e inductores parasitarios. Al diseñar la placa de circuito, colocar dos cables juntos produce condensadores parasitarios. Esto se puede lograr colocando una línea en otra línea de dos pisos diferentes, o colocando una línea al lado de otra línea del mismo piso. En ambas configuraciones de cableado, la variación del voltaje en un cable con el tiempo (dv / dt) puede generar corriente eléctrica en el otro. Si la otra línea es una línea de alta resistencia, la corriente generada por el campo eléctrico se convertirá en tensión. Los transeúntes de voltaje rápido ocurren con mayor frecuencia en el lado digital del diseño de señales analógicas. Si se produce un transitorio de voltaje rápido cerca del circuito analógico de alta resistencia, este error afectará seriamente la precisión del circuito analógico.

Los circuitos analógicos tienen dos desventajas en este entorno: su tolerancia al ruido es mucho menor que la de los circuitos digitales; El cableado de alta resistencia es común. Esto se puede reducir utilizando una de las dos tecnologías. La técnica más común es cambiar el tamaño del cable basado en la ecuación de la capacidad. El cambio de tamaño más eficaz es la distancia entre dos líneas.

Hay que tener en cuenta que la variable D en el denominador de la ecuación capacitiva disminuye con el aumento de D. otra variable que se puede cambiar es la longitud de las dos líneas. En este caso, a medida que disminuye la longitud l, también disminuye la resistencia capacitiva entre las dos líneas. Otra técnica es colocar un cable de tierra entre dos líneas. Baja resistencia del cable de tierra, el aumento de tales cables adicionales debilitará

3. campos eléctricos que producen interferencias

El principio de la inducción parasitaria en la placa de circuito es similar al principio de la capacidad parasitaria. También hay que organizar dos líneas, una en la otra línea, divididas en dos capas; O colocar una línea al lado de otra en la misma capa, como se muestra en la figura 6. en estas dos configuraciones de cableado, debido a la reactancia inductiva del cableado, el cambio de corriente de un cableado con el tiempo (di / dt) genera tensión en el mismo cableado; Debido a la inducción mutua, otra línea producirá una corriente proporcional a la generación.

Si el cambio de voltaje en la primera línea es lo suficientemente grande, la interferencia reducirá la tolerancia de voltaje del circuito digital y producirá errores. Este fenómeno no es exclusivo de los circuitos digitales, sino más común en los circuitos digitales con grandes corrientes instantáneas de conmutación. Para eliminar el ruido potencial de las fuentes de interferencia electromagnética, es mejor separar las líneas analógicas "tranquilas" de los puertos de entrada / salida ruidosos.

Para lograr una fuente de alimentación de baja resistencia y una red de puesta a tierra, la reactancia inductiva del conductor del circuito digital debe reducirse al mínimo y el acoplamiento capacitivo del circuito analógico debe reducirse al mínimo.

Una vez determinado el rango digital y analógico, el cableado cuidadoso es crucial para lograr el pcb. Las estrategias de cableado suelen considerarse como reglas generales, ya que es difícil probar el éxito final del producto en un entorno de laboratorio. Por lo tanto, aunque los circuitos digitales y analógicos tienen similitudes en las estrategias de enrutamiento, estas diferencias deben reconocerse y tomarse en serio.