Data PCB - Perbezaan antara litar analog dan rancangan papan PCB litar digital

Artikel ini membahas persamaan asas dan perbezaan antara laluan analog dan digital dalam terma kapasitasi bypass, bekalan kuasa, desain tanah, ralat tegangan, dan gangguan elektromagnetik (EMI) disebabkan oleh laluan papan PCB. Bilangan yang meningkat perancang digital dan perancang papan sirkuit digital dalam medan jurutera mencerminkan trends dalam industri. Walaupun tekanan pada desain digital telah membawa kepada kemajuan utama dalam elektronik, terdapat, dan akan sentiasa ada, sebahagian dari desain sirkuit yang menghadapi dengan persekitaran analog atau dunia nyata. Terdapat beberapa persamaan antara strategi penghalaan dalam domain analog dan digital, tetapi apabila ia datang kepada keputusan yang lebih baik, rancangan penghalaan sirkuit sederhana bukan lagi penyelesaian kerana strategi penghalaan yang berbeza mereka.

1. Persamaan Strategi Jalan Analog dan Digital Julat nilai kondensator adalah antara 1/10 dan 10 kali nilai yang direkomendasikan. Namun, pins mesti pendek dan sebanyak mungkin dekat dengan peranti (untuk kondensator 0.1uF) atau bekalan kuasa (untuk kondensator 10uF). Menambah kapasitor bypass atau memutuskan kapasitor di papan, dan menempatkan kapasitor-kapasitor di papan, adalah akal biasa untuk reka digital dan analog. Tapi yang menarik, sebabnya berbeza. Dalam rancangan wayar analog, kondensator bypass biasanya digunakan untuk mengelak isyarat frekuensi tinggi pada bekalan kuasa. Jika tiada kondensator bypass ditambah, isyarat frekuensi tinggi ini boleh masukkan cip analog sensitif melalui pin bekalan kuasa. Secara umum, frekuensi isyarat frekuensi tinggi ini melebihi kemampuan peranti analog untuk menolak isyarat frekuensi tinggi. Jika kondensator bypass tidak digunakan dalam sirkuit analog, ia boleh memperkenalkan bunyi dan, dalam kes yang lebih berat, getaran dalam laluan isyarat. Untuk peranti digital seperti pengendali dan pemproses, kapasitor penyahpautan juga diperlukan, tetapi untuk sebab yang berbeza. Satu fungsi kondensator ini adalah untuk bertindak sebagai reservoir muatan "mini". Dalam litar digital, menukar keadaan gerbang biasanya memerlukan sejumlah besar semasa. Memiliki muatan "cadangan" tambahan bermanfaat kerana menukar transien pada cip dan melalui papan bila menukar. Jika tidak cukup muatan untuk melakukan tindakan penukaran, ia akan menyebabkan perubahan besar dalam tenaga bekalan. Variasi tegangan yang terlalu besar boleh menyebabkan aras isyarat digital masuk ke keadaan tidak tertentu dan mungkin menyebabkan mesin keadaan dalam peranti digital bertindak salah. Sumber semasa mengalir melalui jejak papan sirkuit akan menyebabkan tekanan berubah. Ada induksi parasit dalam jejak papan sirkuit. Formula berikut boleh digunakan untuk mengira perubahan tekanan: V = LdI/dt. di mana V = perubahan dalam tegangan; L = reaksi induktif jejak papan; dI = perubahan semasa mengalir melalui jejak; dt = masa untuk semasa untuk berubah. Oleh itu, ia adalah praktek yang baik untuk melaksanakan kapasitor bypass (atau pemisahan) pada bekalan kuasa atau pada pin bekalan kuasa peranti aktif untuk berbagai alasan. Kabel kuasa dan kabel tanah perlu diletakkan bersama-sama. Kedudukan kabel kuasa dan kabel tanah sepadan dengan baik, yang boleh mengurangi kemungkinan gangguan elektromagnetik. Jika kawat kuasa dan tanah tidak sepadan dengan betul, gelung dalam sistem dirancang dan bunyi mungkin dijana. Di papan ini, kawasan loop direka adalah 697cm2. Bunyi radiasi pada atau diluar papan sirkuit lebih kurang mungkin untuk mengakibatkan tenaga dalam loop. Perbezaan dalam strategi laluan dalam domain analog dan digital. Asas bentangan papan sirkuit berlaku untuk sirkuit analog dan digital. Peraturan dasar ibu jari adalah untuk menggunakan pesawat tanah yang tidak terganggu. Seni biasa ini mengurangkan kesan dI/dt (semasa melawan masa) dalam litar digital, yang boleh mengubah potensi tanah dan memperkenalkan bunyi ke dalam litar analog. Teknik wayar untuk sirkuit digital dan analog pada dasarnya sama, dengan satu pengecualian. Titik lain untuk diperhatikan dengan sirkuit analog adalah untuk menjaga garis isyarat digital dan gelung dalam pesawat tanah sejauh mungkin dari sirkuit analog. Ini boleh dilakukan dengan menyambung pesawat tanah analog sendirian ke sambungan tanah sistem, atau dengan meletakkan sirkuit analog pada hujung jauh papan, pada hujung garis. Ini dilakukan untuk menjaga laluan isyarat bebas dari gangguan luaran. Ini tidak diperlukan untuk sirkuit digital, yang boleh tolak banyak bunyi di atas pesawat tanah tanpa masalah.1.2 Lokasi komponen Seperti yang disebut di atas, dalam setiap rancangan PCB, bahagian bunyi dan "tenang" (tidak bunyi) sirkuit terpisah. Secara umum, litar digital "kaya" dengan bunyi dan tidak sensitif kepada bunyi (kerana litar digital mempunyai margin bunyi tekanan yang lebih besar); sebaliknya, litar analog mempunyai margin bunyi tekanan yang lebih kecil. Dari kedua-dua, litar analog sensitif untuk menukar bunyi. Dalam kabel sistem isyarat campuran, dua sirkuit ini terpisah. Dua komponen parasit asas yang boleh menyebabkan masalah adalah mudah dicipta dalam rekaan papan PCB: kapasitas parasit dan induktan parasit. Apabila merancang papan, meletakkan dua jejak yang dekat satu sama lain mencipta kapasitas parasit. Ini boleh dilakukan: pada dua lapisan yang berbeza, letakkan satu jejak di atas yang lain; atau pada lapisan yang sama, letakkan satu jejak di sebelah yang lain. Dalam kedua-dua konfigurasi jejak, perubahan tekanan melalui masa (dV/dt) pada satu jejak boleh menghasilkan semasa pada jejak lain. Jika jejak yang lain adalah impedance tinggi, arus yang dicipta oleh medan elektrik akan diubah ke tegangan. Transien tekanan pantas sering berlaku di sisi digital desain isyarat analog. Ralat ini boleh mempengaruhi akurat sirkuit analog jika jejak dengan transien tekanan pantas ditempatkan dekat dengan jejak analog impedance tinggi. Dalam persekitaran ini, litar analog mempunyai dua kelemahan: margin bunyi mereka jauh lebih rendah daripada litar digital; jejak impedance tinggi lebih biasa. Fenomen ini boleh dikurangkan menggunakan salah satu dari dua teknik yang diterangkan di bawah. Teknik umum adalah untuk ubah saiz antara jejak mengikut persamaan untuk kapasitasi. Dimensi efektif untuk diubah adalah jarak antara dua jejak. Perhatikan bahawa pembolehubah d berada dalam penyebut persamaan kapasitasi, dan semasa d meningkat, reaksi kapasitatif menurun. Pembolehubah lain yang boleh diubah ialah panjang dua jejak. Dalam kes ini, panjang L dikurangi dan kapasitif