1 Ümumi müddəalar
Elektrostatika və səs-küy ilə bağlı problemlərin qarşısını almaq üçün çap dövrə lövhəsini qoyarkən müəyyən qaydalara əməl edilməlidir. Ən kritik nöqtə C pinidir, çünki MK nüvəsinin daxili 3,3 voltluq enerji təchizatına qoşulur. Buna görə də, filtr kondansatörü terminala mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir.
Güc və torpaq dövrələrinin naqillərinə də çox diqqət yetirməlisiniz. Yemək "ulduz" tərəfindən verilir. Quraşdırma tərəfində birbaşa MK gövdəsinin altında bir torpaq təbəqəsi qoymağı məsləhət görürük. Vcc və Vss xətləri MK-ya və MK-ya müdaxilə etməmək üçün dövrənin qalan hissəsi ilə yalnız bir əlaqə nöqtəsinə malik olmalıdır. Filtr kondansatörləri (DeCaps) müvafiq terminallara mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Onlar çox uzaqlaşdırılarsa, funksiyalarını yerinə yetirməyi dayandırırlar.
Kvars rezonatorlarından istifadə edərkən, onlar Xn(A) terminallarından minimum məsafədə yerləşdirilməlidir.
Mümkünsə, filtr kondensatorlarını MK montaj tərəfinə yerləşdirmək məsləhətdir.
2 Elektrik təchizatı naqilləri
Vcc və Vss avtobusları sıra zəncirində deyil, “ulduz”da marşrutlaşdırılmalıdır. Vss üçün, MK gövdəsi altında bir torpaq çoxbucaqlı tövsiyə olunur, bir nöqtədə dövrənin qalan hissəsinə qoşulur.
Aşağıda pis və yaxşı enerji təchizatı naqillərinin iki nümunəsi verilmişdir.
3 Filtrləmə çıxışı C
4 Filtrləmə güc dövrələri
Güc dövrələri üçün filtr kondansatörləri (DeCaps) güc cərəyanlarının yolunda yerləşdirilməlidir, əks halda onların istifadəsi mənasızdır. Aşağıdakı rəqəm bu ifadəni izah edir:
5 Kvars rezonatorunun yeri və siqnal dövrələrinin naqilləri
Kvars MK-ya mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Beləliklə, generator kondansatörləri kvarsın "arxasında" yerləşəcəkdir.
6 Əlavə sənədlər
Əlavə daha çox ətraflı məlumat 16bit-EMC-Tətbiq Qeydində əks olunub.
7 MK nəticələrinin siyahısı
Cədvəl elektromaqnit qarşılıqlı təsirləri üçün vacib olan MK nəticələrini göstərir və qısa məlumat onların əlaqəsi haqqında.
| Çıxış adı | Funksiya yerinə yetirildi |
| Vcc | |
| Vss | MK nüvəsinin I/O portları üçün əsas enerji təchizatı, 3,3V daxili tənzimləyici girişinin yanında, kristal osilatorun yanında |
| İLƏ | MK nüvəsini gücləndirmək üçün istifadə edilən daxili 3.3V tənzimləyici üçün xarici hamarlaşdırıcı kondansatör. Nəzərə alın ki, bu sancaq səs-küyün əsas mənbəyidir. |
| AVcc* | ADC enerji təchizatı |
| AVss* | ADC enerji təchizatı |
| AVRL* | |
| AVRH* | ADC istinad girişi |
| DVcc*, HVcc* | Vcc-ə qoşulmayan yüksək cərəyanlı PWM çıxışları üçün enerji təchizatı qoşulmalıdır əlavə mənbə qidalanma. |
| DVss*, HVss* | Vss bağlı olmayan yüksək cərəyanlı PWM çıxışları üçün enerji təchizatı əlavə enerji mənbəyinə qoşulmalıdır. |
| X0, X0A* | Generator girişi. İstifadə edilmirsə, bir rezistor vasitəsilə "+" enerji təchizatı və ya yerə qoşun (DS-ə baxın). |
| X1, X1A* | Generator çıxışı. Kristal və kondansatör X1 pininə ən qısa yol boyunca birləşdirilməlidir. İstifadə edilmirsə, əlaqəsiz buraxın. |
* - müəyyən bir MK-da olmaya bilər
Yalnız yuxarıda qeyd edildiyi kimi, sxemlər fərqlidir: rəqəmsal hissə; analoq hissə; güc bölməsi; interfeys hissəsi. Zəncirin bütün bu hissələri mümkünsə məkanlaşdırılmalıdır. Əks halda “möcüzələr” baş verə bilər. Beləliklə, məsələn, cihazınız varsa toxunma paneli(kapasitans lövhədə bir mis substrat ilə çəkilir) və onun yanında bir keçid enerji təchizatı çeviricisi yerləşdirirsiniz, sonra müdaxilə yanlış pozitivlərə səbəb olacaqdır. Başqa bir misal: rele kimi güc hissəsinin rəqəmsal və ya analoq hissəsinin yanında yerləşdirilməsi, ən pis halda, mikrokontrolörün daxili hissələrinə zərər verə bilər, pində 5 voltdan yüksək potensial yarada bilər və yanlış pozitivlər verə bilər. rəqəmsal hissə) və ya səhv oxunuşlar (analoq hissədə), lakin ADC qətnaməsi 10 bitdən çox deyilsə, əsasları ayırmaq lazım deyil, çünki təsir adətən minimaldır).
Torpaqları “fərqli” etməklə siz onların bir-birinə təsirini azaldırsınız. Torpağı becərərkən nələrə əməl etməlisiniz?
PCB-nin yer sahəsini artırmaqla onun endüktansı minimuma endirilir və bu da öz növbəsində radiasiyanın azalmasına səbəb olur. Üstəlik, ərazini artırmaqla, çap dövrə lövhəsinin səs-küy toxunulmazlığı artır. Sahəni artırmağın iki yolu var: lövhəni tamamilə doldurun və ya bir grid şəklində düzəldin.
Tam doldurma ən aşağı empedansı əldə etməyə imkan verir - bu "ideal" torpaq sistemidir (tor bir az daha pisdir).
Bununla birlikdə, geniş sahəli lövhələrdə, torpaq çoxbucaqlı ilə davamlı doldurulma bilər. Çoxbucaqlı lövhənin hər iki tərəfinə mümkün qədər bərabər yerləşdirilməlidir. Tordan istifadə edərək, onun addımını idarə etməlisiniz: .
Çox qatlı lövhələrdəki poliqonlar bir neçə yerdə birləşdirilməlidir; Bu texnika gigahertz tezliklərində istifadə olunur.
Torpaq sadə bir iz kimi yönəldilirsə, o zaman elektrik xəttini lövhənin əks tərəfinə çəkmək tövsiyə olunur. halda çox qatlı lövhə Torpaq və elektrik xətləri də müxtəlif təbəqələrdə yerləşir.
Keçiricilərin müqaviməti də tezlikdən asılıdır (bax. ). Tezlik nə qədər yüksəkdirsə, iz/torpaq müqaviməti bir o qədər yüksəkdir. Beləliklə, məsələn, 100 Hz-də torpaq müqaviməti 574 μOhm və siqnal yolu (eni 1 mm, uzunluq 10 mm, qalınlığı 35 μm) 5,74 mOhm olarsa, 1 Hz tezliyində onlar dəyərlər alacaqlar. 11,6 mOhm və 43 ,7 Ohm. Gördüyünüz kimi, fərq çox böyükdür. Bundan əlavə, lövhənin özü, xüsusən də naqillərin lövhəyə qoşulduğu yerlərdə radiasiya yaymağa başlayır.
Biz "zəmin"ə ümumi nöqteyi-nəzərdən baxdıq, lakin spesifiklərə keçərək, "siqnal" zəminini müzakirə etməliyik, burada:
A) tək nöqtəli əlaqə səs-küy baxımından arzuolunmaz topologiyadır. Çünki serial əlaqə Torpaq empedansı artır və yüksək tezliklərdə problemlərə səbəb olur. Bu topologiya üçün məqbul diapazon 1 Hz-dən 10 MHz-ə qədərdir, bir şərtlə ki, ən uzun yer izi dalğa uzunluğunun 1/20-dən çox olmamalıdır.
B) çoxnöqtəli əlaqə əhəmiyyətli dərəcədə aşağı empedansa malikdir - rəqəmsal sxemlərdə və yüksək tezliklərdə tövsiyə olunur. Müqaviməti minimuma endirmək üçün bağlantılar mümkün qədər qısa olmalıdır. Aşağı tezlikli dövrələrdə bu topologiyaən yaxşı seçim deyil. Lövhədə LF və HF hissəsi varsa, HF yerə, LF isə elektrik xəttinə daha yaxın yerləşdirilməlidir.
C) hibrid əlaqə - bir çap dövrə lövhəsində müxtəlif komponentlər olduqda istifadə etmək tövsiyə olunur: rəqəmsal hissə, analoq və ya güc. üçün çalışırlar müxtəlif tezliklər və cihazın daha çox dəqiqliyi və sabitliyi üçün qarışdırılmamalıdır.
Torpaq bölgüsü nümunəsi:
Bizim vəziyyətimizdə (təxminən desək) yalnız bir hissə var - rəqəmsal. Lövhədə birləşdiricilər olacaq, lakin onlardan keçən cərəyanlar əhəmiyyətsizdir (proqramçı, UART pin Wi-Fi modulu) və cihazın işinə təsir etməməlidir. Mikrokontrolörün takt tezliyinin 24 MHz olmasına baxmayaraq, onun qoşulduğu bütün periferik qurğular 10 MHz-dən əhəmiyyətli dərəcədə az tezliklərdə işləyəcək (2,4 GHz tezliyə malik Wi-Fi modulu istisna olmaqla). Başqa sözlə, bizim cihaz bir nöqtəli əlaqədən istifadə edə bilər, həm də çox nöqtəli sistem edəcək. Çoxbucaqlının bütün qeyri-emissiya altına qoyulması da tövsiyə olunur yüksək tezlikli dövrələr(bizim mikrokontroller kimi, lakin bu barədə sonra danışacağıq).
Poliqon üçün tam doldurmadan istifadə edərkən, Wi-Fi modulunun altındakı misi çıxarmağa dəyər - bu, onun radiasiyasını qoruyacaq.
Bütün təcrid olunmuş mis bölmələri (eng. ölü mis) çıxarılmalıdır, çünki RF-də onlar şüalanmaya və siqnal xətlərinə müdaxilə etməyə başlayırlar. Belə ərazilərdə potensial yerdən fərqlidir və arzuolunmazdır.
Yerə/poliqona əlavə olaraq, lövhədə başqa yollar da var - siqnal yolları. Onlar saat siqnalı (məsələn, MAX7219 çipinin SCK xətti) daşıya və ya məlumat ötürə bilər (Wi-Fi modulundan UART RX və TX izləri). Onların məftilləri daha az məsuliyyətli deyil - bir neçə qaydanı bilməlisiniz. Birincisi, bir dirijordan digərinə müdaxiləni minimuma endirmək üçün aralarındakı məsafə qorunmalıdır.
Saat siqnalları, eləcə də audio, video və sıfırlama xətləri üçün yanlarda ən azı iki iz eni buraxmaq tövsiyə olunur. Xüsusilə kritik hallarda, lövhənin əks tərəfindəki izlərlə kəsişməməyə çalışırlar.
Şübhəsiz ki, siz artıq müxtəlif cihazların çap dövrə lövhələrini görmüsünüz - və onların əksəriyyətində düzgün açıların olmadığını gördünüz.
Yüksək tezliklərdə onlar antena kimi çıxış edəcəklər, buna görə də dönərkən 45 dərəcə bucaqlara müraciət edirlər.
Əvvəllər çap dövrə lövhələri əl ilə çəkilirdi, yəni açılar ixtiyari idi (ciddi olaraq 45 dərəcə deyil). EMC baxımından bu layout daha yaxşıdır, lakin lövhəni daha başa düşülən etmir. Aktiv hal-hazırda bütün müasir CAD sistemləri əsasən dəstəkləyir.
Digər şeylər arasında, 90 dərəcə dönərkən, yəni yüksək cərəyanları olan güclü dövrələrdə bu, bölmənin həddindən artıq istiləşməsinə və yanmasına səbəb ola bilər. Aşağı tezlikli dövrələrdə T şəkilli birləşmələrin istifadəsi qadağan edilmir, lakin yüksək tezlikli dövrələrdə bu problemlərə səbəb olacaqdır.
Digər tərəfdən, qaçınmalısınız kəskin künclər- texnoloji baxımdan bu pisdir. Belə yerlərdə kimyəvi reagentlərin "durğunluğu" meydana gəlir və aşındırma zamanı dirijorun bir hissəsi sadəcə silinəcəkdir.
Digər şeylər arasında, dirijorun eni sabit olmalıdır, çünki dəyişdikdə, yol antenna kimi davranmağa başlayır. Üzərinə deşiklər qoymaq tövsiyə edilmir əlaqə yastığı və ya elementin yaxınlığında (onları lehim maskası ilə ayırmadan), çünki bu, lehim axınına səbəb ola bilər və nəticədə montaj zamanı qüsurlara səbəb ola bilər. Vizaları lehim maskası ilə örtmək yaxşıdır.
Poliqona qoşulan elementlər lehimləmə zamanı sahənin qeyri-bərabər istiləşməsinin qarşısını almağa kömək edən bir termal maneə ilə ayrılmalıdır.
Mikro nəzarətçi
PCB tərtibatının əsas məsələlərinə baxdıq, konkret şeylərə keçməyin vaxtı gəldi, xüsusən də nəzərə alın. ən yaxşı təcrübələr mikrokontrolörün elektrik və torpaq xətlərini çəkmək üçün.
Bloklama kondansatörləri mikrokontroller terminallarına mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir ki, onlar cərəyanın "yolu" boyunca yerləşsinlər. Əks təqdirdə, onların heç bir mənası yoxdur.
Birtərəfli çap üçün şablon belə görünür:
İki tərəfli lövhə vəziyyətində, kondansatörləri mikrokontrolörün altına yerləşdirmək rahatdır, lakin böyük bir partiya və avtomatik quraşdırma ilə bu texniki çətinliklərə səbəb olacaqdır. Adətən komponentləri bir tərəfə yerləşdirməyə çalışırlar.
Kvars rezonatoru, saat mənbəyi də ayaqlara mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir. Tək tərəfli lövhə:
SMD çiplərinin ayaqları arasındakı bütün keçidlər lehimləmə sahəsindən kənarda yerləşdirilməlidir:
Və nəhayət, bəzi faydalı məsləhətlər.
- Təkər uzunluqlarını minimuma endir yüksək tezlikli siqnallar
- Dövrənin analoq və rəqəmsal hissələri arasında güc və torpaq avtobuslarını ayırın
- Yüksək tezlikli keçiricilərlə torpaq çoxbucaqlılarını qırmayın
Təriflər:
Elektromaqnit uyğunluğu (EMC): işləmə zamanı elektromaqnit şüalanma vasitəsilə ətraf mühitə həddindən artıq töhfə verməmək qabiliyyəti. Bu şərt yerinə yetirildikdə, bütün elektron komponentlər birlikdə düzgün işləyir.
Elektromaqnit müdaxiləsi (EMI): elektromaqnit enerjisi, problem yarada bilən bir cihaz tərəfindən yayılır keyfiyyət xüsusiyyətləri başqa cihaz.
Elektromaqnit toxunulmazlığı, EMPU (Elektromaqnit toxunulmazlığı, və ya həssaslıq, EMS): elektromaqnit enerjisinin təsirlərinə dözümlülük (müqavimət).
ilə dizayn EMC nəzərə alınmaqla: 4 əsas qayda
Qaydalarla bağlı problem: nə qədər çox qaydalarınız varsa, hamısına riayət etmək bir o qədər çətindir. Onların həyata keçirilməsinin prioritetləri fərqlidir.
Tutaq ki, çox qatlı çap dövrə lövhəsi yaradarkən yüksək tezlikli siqnalı analoq komponentdən rəqəmsal birinə yönləndirmək lazımdır. Təbii ki, siz elektromaqnit uyğunluğu (EMC) problemi ehtimalını minimuma endirmək istəyirsiniz. İnternetdə axtarış etdikdən sonra vəziyyətinizə uyğun görünən üç tövsiyə tapırsınız:
Üç mümkün naqil variantı haqqında təsəvvürünüz Şəkil 1-də göstərilmişdir.
Birinci halda, marşrutlar birbaşa iki komponent arasında aparılır və torpaq poliqonu davamlı olaraq qalır. İkinci halda, çoxbucaqlıda boşluq yaranır və izlər bu boşluqdan keçir. Üçüncü halda, marşrutlar çoxbucaqlıdakı boşluq boyunca qoyulur.
Bu üç halın hər birində yuxarıda göstərilən qaydalardan biri pozulur. Bu alternativ hallar üç qaydadan ikisini təmin etdiyi üçün eyni dərəcədə yaxşıdırmı? Onların hamısı pisdir, çünki hər biri ən azı bir qaydanı pozur?
Yetiştiricilərin qarşısında duran suallar bunlardır. çap dövrə lövhələri hər gün. Marşrutlaşdırma strategiyasının düzgün və ya yanlış seçimi şuranın ya bütün SMM tələblərinə cavab verdiyi, ya da xarici siqnallara həssaslıqla bağlı problemlərin olduğu nəticələrə gətirib çıxara bilər. Bu halda seçim aydın olmalıdır, lakin biz buna sonra qayıdacağıq
Tövsiyələrə üstünlük verildikdən sonra problemlər azalır. Dizayn təlimatları yalnız yaxşı başa düşüldükdə və tam strategiyanın bir hissəsini təşkil etdikdə faydalıdır. Dizaynerlər təlimatları prioritetləşdirməyi və bu təlimatların necə istifadə edilməli olduğunu başa düşdükdən sonra yaxşı PCB-ləri məharətlə tərtib edə bilərlər.
Aşağıda dörd əsas SMM qaydaları verilmişdir ümumi xüsusiyyətlər elektronika məhsulları. Bir çox hallarda, PCB dizaynerləri daha vacib olanları yerinə yetirmək üçün bu qaydalardan birini qəsdən pozacaqlar.
Qayda 1: Siqnal cərəyanını minimuma endir
Bu sadə qayda SMM tövsiyələrinin demək olar ki, hər bir siyahısında görünür, lakin çox vaxt ona məhəl qoyulmur və ya digər tövsiyələrin lehinə nəzərə alınmır.
Çox vaxt PCB dizayneri siqnal cərəyanlarının harada axdığını belə düşünmür və gərginlik baxımından siqnallar haqqında düşünməyə üstünlük verir, lakin cərəyan baxımından düşünməlidir.
Hər bir PCB dizaynerinin bilməli olduğu iki aksioma var:
- siqnal cərəyanları həmişə öz mənbəyinə qayıdır, yəni. cari yol bir döngədir
- siqnal cərəyanları həmişə yoldan minimal empedansla istifadə edir
Bir neçə megahertz və daha yüksək tezliklərdə siqnal cərəyanının yolunu müəyyən etmək nisbətən asandır, çünki minimum empedanslı yol, ümumiyyətlə, minimum endüktansa malik olan yoldur. Şəkildə. Şəkil 2 çap dövrə lövhəsində iki komponenti göstərir. 50 MHz siqnal sınaq sahəsi üzərində A komponentindən B komponentinə keçirici boyunca keçir.
Biz bilirik ki, siqnalın eyni böyüklüyü B komponentindən A komponentinə geri yayılmalıdır. Tutaq ki, bu cərəyan (gəlin onu qayıtmaq adlandıraq) GND təyin edilmiş B komponentinin terminalından A komponentinin də GND olaraq təyin olunmuş terminalına axır. .
Çoxbucaqlının davamlılığı təmin olunduğundan və hər iki komponentin GND kimi təyin olunan terminalları bir-birinə yaxın yerləşdiyindən, bu, cərəyanın onların arasında ən qısa yolu tutacağı qənaətinə gəlir (1-ci yol). Lakin bu düzgün deyil. Yüksək tezlikli cərəyanlar ən az endüktansın yolunu (və ya minimum döngə sahəsi olan yolu, ən kiçik dönüş yolunu) seçir. Siqnalın qaytarılması cərəyanının çoxu çoxbucaqlı boyunca axır dar yol birbaşa siqnal yolunun altındadır (yol 2).
Əgər çoxbucaqlı nədənsə Şəkil 3-də göstərildiyi kimi kəsiklə düzəldilibsə, onda kəsik 1 siqnalın bütövlüyünə və emissiyasına az təsir göstərəcək. Digər kəsmə 2 əhəmiyyətli problemlərə səbəb ola bilər; 2-ci tövsiyə ilə ziddiyyət təşkil edir. Döngə sahəsi əhəmiyyətli dərəcədə artır; əks cərəyanlar o qədər güclüdür ki, onlar kəsilmə sərhədi boyunca axır.
Aktiv aşağı tezliklər(ümumiyyətlə kHz və aşağıda), ən aşağı empedansın yolu ən aşağı siqnal tezliyinə malik yol olmağa meyllidir.
Möhkəm qaytarma cərəyanı çoxbucaqlıları olan bir PCB üçün çoxbucaqlı müqaviməti cərəyanı dağıtmağa meyllidir ki, iki uzaq nöqtə arasında axan cərəyan Şəkil 4-də göstərildiyi kimi lövhənin daha böyük sahəsinə paylana bilsin. Aşağı tezlikli analoq ilə qarışıq siqnal lövhəsində və rəqəmsal komponentlər
, bu problem yarada bilər. Şəkil 5 torpaq poliqonunda yaxşı yerləşdirilmiş qırılmanın təyin olunmuş ərazidə poliqondan axan aşağı tezlikli geri dönən cərəyanları tutmaqla vəziyyəti necə düzəldə biləcəyini göstərir.
Bu doğrudur. Biz indi sizə geri dönüş siqnalının cari çoxbucağında fasilə yaratmağın düzgün qərar olduğu bir vəziyyətdə əla nümunə göstərdik.
Bununla belə, tipik EMC mühəndisləri olaraq, bunu heç vaxt etməməyi məsləhət görürük. Niyə? Çünki yaxşı başa düşülən insanlar tərəfindən rastlaşdığımız bir çox inkişaflar 1-ci Qaydanın bilmədən pozulması və geri dönən çoxbucaqlılarda boşluqlar yaratmağın nəticəsidir. Üstəlik, fasilə çox vaxt səmərəsiz və lazımsız olurdu.
Bir baxış ondan ibarətdir ki, analoq qaytarma siqnal cərəyanı həmişə rəqəmsal qayıdış siqnal cərəyanından təcrid olunmalıdır.
Bu fikir analoq və rəqəmsal sxemlərin kiloherts tezliklərində işlədiyi zaman yaranmışdır. Məsələn, rəqəmsal səs üçün istifadə olunan lövhələr həssas analoq gücləndiricilərin yerləşdiyi lövhənin sahəsi altında hərəkət edən aşağı tezlikli rəqəmsal siqnal cərəyanlarının təsiri səbəbindən tez-tez səs-küy problemləri ilə üzləşirdi. Bir müddət əvvəl səs dizaynerləri geri dönüş yollarını idarə etmək üçün geri dönən cərəyan çoxbucaqlılarını ayıraraq və rəqəmsal olanlardan analoq cərəyan sxemlərini çıxararaq bu problemdən qaçmağa çalışdılar. Tələbələrimizdən həssas analoq komponentlərin (adətən səs gücləndiriciləri və ya faza kilidli osilatorlar) dövrənin rəqəmsal hissəsindən qorunmasını tələb edən dizayn problemini həll etmələri xahiş olunur ki, LF cərəyanları təcrid olunsun və geri dönən siqnal cərəyanı poliqonunu ayırsınlar. HF cərəyanları yaranmır Bunun necə həyata keçirilə biləcəyi adətən aydın deyil və çox vaxt çoxbucaqlılardakı qırılmalar həll etdiklərindən daha çox problem yaradır. Bənzər bir vəziyyət avtomobil və ya aviasiya elektron avadanlıqlarının şinlərini bağlayarkən yaranır. Bu cür avadanlıqlarda rəqəmsal dövrə geri dönən cərəyanlar, rəqəmsal sxemləri avtomobilin metal konstruksiyasından keçə biləcək böyük LF cərəyanlarının zədələnməsindən qorumaq üçün çox vaxt ümumi korpusdan təcrid olunur.
filtrasiya elektromaqnit müdaxiləsi. Bu vəziyyətdə, şassi avtobusunu və rəqəmsal geri dönüşü ayrı avtobuslarda idarə etmək adətən yaxşı bir fikirdir. Rəqəmsal qayıdış siqnalı poliqonu möhkəm olmalıdır və bütün rəqəmsal komponentlərin, izlərin və birləşdiricilərin altındakı ərazini tutmalıdır.
Şassi ilə əlaqə bağlayıcıların yaxınlığındakı lövhənin sahəsi ilə məhdudlaşmalıdır.
Şübhəsiz ki, geri dönən cərəyan çoxbucağında yaxşı yerləşdirilmiş fasilə tələb olunduğu vəziyyətlər var. Bununla belə, ən etibarlı üsul bütün qayıdış siqnal cərəyanları üçün bir davamlı çoxbucaqlıdır. Tək aşağı tezlikli siqnalın müdaxiləyə həssas olduğu hallarda (boarddakı digər siqnallarla qarışmaq qabiliyyətinə malikdir), bu cərəyanı mənbəyə qaytarmaq üçün ayrıca bir təbəqədə marşrutlaşdırma istifadə olunur. Ümumiyyətlə, heç vaxt geri dönüş siqnalı cərəyanı poliqonunda parçalanma və ya kəsmə istifadə etməyin. Aşağı tezlikli izolyasiya problemini həll etmək üçün çoxbucaqlıda bir kəsik lazım olduğuna hələ də əminsinizsə, bir mütəxəssislə məsləhətləşin. Dizayn tövsiyələrinə və ya tətbiqlərinə etibar etməyin və ya oxşar dizaynda başqası üçün işləmiş bir dizaynı həyata keçirməyə çalışmayın.
EMC-nin iki əsas qaydası ilə tanış olduğumuz üçün Şəkil 1-dəki problemə yenidən baxmağa hazırıq. 1. Alternativlərdən hansı ən yaxşısıdır? Birincisi qaydalara zidd olmayan yeganədir.
Nədənsə (dizayn istəklərindən kənarda) torpaq poliqonunda bir boşluq tələb olundusa, üçüncü naqil seçimi daha məqbuldur. Kəsiklik boyunca izləmə siqnal cərəyanının dövrə sahəsini minimuma endirir. Qayda 3: Konnektorlar arasında yüksək sürətli sxemlər yerləşdirməyin Bu ən çox biridir ümumi problemlər laboratoriyamızda nəzərdən keçirdiyimiz və qiymətləndirdiyimiz lövhə dizaynları arasında. IN
sadə lövhələr
Keçiricilərdən keçən və bərk çoxbucaqlılar vasitəsilə geri qayıdan siqnal cərəyanları çoxbucaqlının istənilən iki nöqtəsi arasında kiçik gərginlik düşmələri yaradır. Bu gərginliklər çoxbucaqlıdan keçən cərəyana mütənasibdir. Bütün bağlayıcılar lövhənin bir kənarına yerləşdirildikdə, gərginlik düşməsi əhəmiyyətsizdir.
Bununla belə, bağlayıcılar arasında yerləşdirilən yüksək sürətli dövrə elementləri asanlıqla bir neçə millivolt və ya daha çox konnektorlar arasında potensial fərqlər yarada bilər. Bu gərginliklər birləşdirilmiş kabellərdə həyəcan cərəyanları yarada bilər və onların emissiyalarını artırır.
Hər şeyi edən lövhə texniki tələblər Bağlayıcılar bir kənarda yerləşdikdə, lövhənin əks tərəfində kabel əlavə edilmiş ən azı bir konnektor yerləşərsə, bu, EMC mühəndisinin kabusu ola bilər. Bu tip problemi nümayiş etdirən məhsulları (bütün bir çoxbucaqlı vasitəsilə induksiya olunan gərginlikləri daşıyan kabellər) normal vəziyyətə gətirmək xüsusilə çətindir. Çox vaxt bu kifayət qədər yaxşı qorunma tələb edir. Bir çox hallarda, bağlayıcılar lövhənin bir tərəfində və ya küncündə yerləşsəydi, bu qoruyucu tamamilə lazımsız olardı.
Qayda 4. İdarəetmə siqnalının keçid vaxtı
Lövhə işləyir saat tezliyi 2 GHz-də işləyərkən 100 MHz heç vaxt tələblərə cavab verməməlidir. Yaxşı formalı rəqəmsal siqnal aşağı harmoniklərdə çox gücə malik olacaq, daha yüksəklərdə isə o qədər gücə malik olmayacaq. Siqnalın keçid vaxtını idarə etməklə daha yüksək harmoniklərdə siqnal gücünü idarə etmək mümkündür ki, bu da EMC üçün üstünlük təşkil edir. Həddindən artıq uzun keçici vaxtlar siqnal bütövlüyü problemlərinə və istilik problemlərinə səbəb ola bilər. İnkişaf və dizayn prosesi zamanı bu rəqabətli zəruri şərtlər arasında kompromis əldə edilməlidir. Keçid müddəti təxminən 20%-ə bərabərdir siqnal dövrü
, məqbul dalğa forması ilə nəticələnir, çarpışma və radiasiyadan yaranan problemləri azaldır. Tətbiqdən asılı olaraq keçid müddəti siqnal dövrünün 20%-dən çox və ya az ola bilər; lakin bu zaman idarəolunmaz olmamalıdır.
Rəqəmsal siqnalların kənarlarını dəyişdirməyin üç əsas yolu var: - istifadə rəqəmsal çiplər
sürəti tələb olunan sürətlə üst-üstə düşən seriya,
- çıxış siqnalı ilə ardıcıl olaraq ferritdə rezistor və ya induktorun yerləşdirilməsi və
Birinci üsul çox vaxt ən sadə və ən təsirli olur.
Rezistor və ya ferritdən istifadə dizaynerə daha çox keçici nəzarət və zamanla məntiq ailələrində baş verən dəyişikliklərə daha az təsir göstərir. İdarəetmə kondansatörünün istifadəsinin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, ehtiyac olmadıqda asanlıqla çıxarıla bilər. Bununla belə, kondansatörlərin RF siqnal mənbəyinin cərəyanını artırdığını xatırlamaq lazımdır.
Nəzərə alın ki, geri dönüş cərəyanı yolunda tək telli siqnalı süzgəcdən keçirməyə çalışmaq həmişə pis fikirdir. Məsələn, yüksək tezlikli səs-küyü süzmək üçün heç vaxt aşağı tezlikli izi qayıdış poliqonunda boşluqdan keçirməyin. İlk iki qaydaya baxdıqdan sonra bu aydın olmalıdır. Bununla belə, bəzən laboratoriyamızda bu səhv strategiyadan istifadə edən lövhələr müəyyən edilir.
Ümumiyyətlə, lövhənin dizaynı və yerləşdirilməsi prosesi zamanı SMM qaydalarına uyğunluq üçün prioritetlər müəyyən edilməlidir. Digər SMM tövsiyələrinə əməl etmək cəhdlərində bu qaydalara güzəştə getmək olmaz. Bununla belə, nəzərə alınmağa dəyər bir sıra əlavə tövsiyələr var. Məsələn, adekvat güc avtobusunun ayrılmasını təmin etmək, giriş/çıxış izlərini qısa saxlamaq və çıxış siqnalları üçün filtrasiyanı təmin etmək vacibdir. Aktiv cihazlarınızı diqqətlə seçmək də yaxşı fikirdir. Bütün pin uyğun yarımkeçirici komponentlər səs-küy baxımından ekvivalent deyil. Eyni texniki parametrlərə malik olan, lakin müxtəlif istehsalçılar tərəfindən hazırlanmış iki cihaz, giriş və çıxış pinlərində, eləcə də güc pinlərində yaratdığı səs-küydə əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilər. Bu xüsusilə çiplər üçün doğrudur yüksək dərəcə mikroprosessorlar və böyük ixtisaslaşdırılmış inteqrasiyalar
inteqral sxemlər
Kimin məsləhətinə etibar edə bilərsiniz? Tövsiyələri dörd əsas qaydanı yerinə yetirməyə kömək edən hər kəsə etibar edin. Dizayn zamanı bir az əlavə qayğı çox vaxt, pul və səylərə qənaət edə bilər ki, bu da başqa cür çətin bir məhsulun düzgün işləməsi üçün sərf olunacaq.
Məqalənin tərcüməsi:
Dr. Todd Hubinq, Dr. Tom Van Doren
SMM üçün layihələndirmə: TOP 4 TƏLİMAT
Printed Circuit Design & Manufacturing, İyun 2003
Dr. Todd Hubinq, Elektrik mühəndisliyi üzrə fəxri professor və kompüter texnologiyası, iki dəfə mükafata layiq görülmüşdür” Ən yaxşı nəşrlər Simpozium” Elektrik və Elektronika Mühəndisləri İnstitutunun Beynəlxalq Simpoziumunda.
Dr. Tom Van Doren, Missuri-Rolla Universitetinin Elektromaqnit Uyğunluğu Laboratoriyasında elektrik və kompüter mühəndisliyi professoru.
Əməliyyat və cihaz gücləndiriciləri ilə marşrutlaşdırma lövhələrinin kiçik sirləri
- Əşyaların İnterneti,
- Səs,
- Başlayanlar üçün elektronika
- Dərslik
Lövhələrin layihələndirilməsi zamanı
Heç bir şey bu qədər ucuz gəlmir
Və o qədər də yüksək qiymətləndirilmir
Necə düzgün izləmək olar.
Əşyaların İnterneti və çap dövrə lövhələrinin mövcudluğu dövründə və yalnız LUT texnologiyasından istifadə etməklə deyil, onların dizaynı çox vaxt bütün fəaliyyəti rəqəmsal texnologiya ilə əlaqəli olan insanlar tərəfindən həyata keçirilir.
Sadə bir rəqəmsal lövhəni marşrutlaşdırarkən belə, layihələrimdə həmişə əməl etdiyim danışılmamış qaydalar var və sxemlərin rəqəmsal-analoq bölmələri ilə ölçmə cihazlarının hazırlanması vəziyyətində bu, sadəcə zəruridir.
Bu yazıda mən təcrübəsiz dizaynerləri sabit bir əməliyyat dövrəsi əldə etmək və ölçmə xətasını azaltmaq və ya səs yolunun təhrif əmsalını minimuma endirmək üçün riayət edilməli olan bir sıra elementar üsullara yönəltmək istəyirəm. Aydınlıq üçün məlumat iki nümunə şəklində təqdim olunur.
İkinci nömrəli misal. Sadə bir op-amp dövrəsinin izlənməsi
düyü. 1. Op-amp gücləndirici dövrə
düyü. 2. Gücləndirici lövhəni op-ampa izləmək üçün iki seçim
Bugünkü məqalənin mövzusu ilə birbaşa əlaqəli olmayan kiçik bir mövzu
Digər növ mikrosxemlərə, xüsusən də ADC-lərə, DAC-lərə və mikrokontrollerlərin çoxsaylı güc pinlərinə enerji verərkən eyni texnikadan istifadə etməyi şiddətlə tövsiyə edirəm. Daxili analoq mikrokontroller modullarından - ADC, DAC, komparatorlar, istinad gərginlik mənbələrindən istifadə edirsinizsə, məlumat cədvəlinə baxmaq üçün tənbəl olmayın və hansı bloklayıcı kondansatörlərin, hansı miqdarda və harada quraşdırılmalı olduğuna baxın. Bir filtr şəklində bir ayırma dövrəsi və ya ən azı mikrokontrolörün əsas rəqəmsal enerji təchizatı ilə analoq arasında bir müqavimət zərər verməz. Analoq zəmini ayrıca çoxbucaqlı və ya ekran təbəqəsi kimi yerləşdirmək və bir nöqtədə əsas yerə birləşdirmək daha yaxşıdır, bəzi hallarda filtr vasitəsilə faydalıdır.
Əks əlaqə dövrəsinin elementləri ters çevrilməyən girişə mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir ki, bu da yüksək empedanslı giriş dövrəsinə müdaxilə ehtimalını minimuma endirir.
Gəlin daha ciddi bir şeyə keçək və maraqlı hal izləmənin son dərəcə vacib ola biləcəyi ölçmə sahəsindən.
Bir nömrəli nümunə. Cihaz gücləndiricisində cari istehlak monitorunun izlənməsi
düyü. 3. Cihaz op-amp istifadə edərək cari monitorinq sxemi
Şəkildə cari istehlak sayğacının diaqramı göstərilir. Ölçmə elementi güc dövrəsinə daxil olan şunt müqavimətidir. Cərəyanın ölçüldüyü yükdür R yük. Ölçülmüş gərginlik müqavimətdən çıxarılır R R1, R2, C1-C3 elementlərində simmetrik sxemdən istifadə edərək şunt və süzülür. U2 çipi istinad gərginliyini təmin etməyə xidmət edir. R4, C5 - çıxış filtri.
İzləyərkən, əlbəttə ki, yuxarıda verilmiş bütün tövsiyələrə əməl etməlisiniz.
düyü. 4. Gücləndirici lövhənin bir cihaz op-amp üzərində yönləndirilməsi üçün iki seçim
Sol diaqramın çatışmazlıqlarına baxaq:
- Diferensial girişimiz olduğundan onun iki siqnal yolunu mümkün qədər simmetrik etmək lazımdır. Siqnal xəttinin keçiriciləri eyni uzunluqda olmalı və bir-birinə yaxın olmalıdır. İdeal olaraq bir-birindən eyni məsafədə;
- İstinad izləyicisi IC alət gücləndiricisinin istinad gərginlik girişinə mümkün qədər yaxın yerləşdirilməlidir.
Divarda dolu silah saxlamayın. Bir gün mütləq çəkəcək və bunun üçün ən əlverişsiz anı seçəcək.
Bu bölmədə təhrifdən necə qaçınacağımıza baxırıq rəqəmsal siqnalçap dövrə lövhəsindəki dirijor vasitəsilə ötürülməsi ilə bağlıdır. Bu, ilk növbədə dövrə mühəndisi üçün bir vəzifə olsa da, PCB dizayneri də lövhədə siqnal ötürülməsi ilə bağlı problemlərə, həmçinin lövhədə baş verən çarpaz və çarpışmalara görə də günahkardır.
Niyə ötürmə zamanı siqnal pozulur?
Əvvəla, təhrif 1 GHz və ya daha çox tezlikli yüksək tezlikli siqnallar üçün xarakterikdir. Bu, rezonansların və əks etdirmələrin ayrı-ayrı naqil seqmentlərinə, kanallara, lövhədə fan-çıxışlara və qəbuledici girişlərinə təsirləri ilə bağlıdır. Bununla belə, problem standart üçün xarakterik olan 500 MHz-ə qədər tezlikli siqnalların olmasıdır rəqəmsal sxemlər, daha sonra görəcəyimiz kimi, tez-tez əhəmiyyətli dərəcədə təhrif edilə bilər, yəni onları yüksək tezlikli kimi təsnif etmək olar.
Təhrif olmadan ötürmə ideyası nədir?
Siqnalın təhrif edilmədən ötürülməsi prinsipi ondan ibarətdir ki, dirijor müəyyən bir xarakterik (dalğa) empedansı olan bir ötürmə xətti (və ya "uzun xətt") kimi hazırlanır, yəni. empedans Z 0 , xəttin homojenliyini təmin edən mənbədən siqnal qəbuledicisinə qədər bütün uzunluq boyunca eynidır. İkinci tələb, xəttin siqnalın mənbəyi və qəbuledicisi ilə uyğunluğudur. Adi bir dirijordan fərqli olaraq, belə bir ötürmə xətti nə qədər uzun olsa da, siqnalın ötürülməsi zamanı rezonansa, təhrifə və əks olunmasına səbəb olmur. Məlum parametrlərə malik materiallardan istifadə etməklə və çap naxış elementlərinin tələb olunan ölçülərini təmin etməklə ötürücü xətlər çap dövrə lövhəsində asanlıqla həyata keçirilə bilər. Serial və paralel xətt uyğunluğu var və mənbə çıxışında və/yaxud siqnal qəbuledicisinin girişində müəyyən uyğun gələn rezistorlardan istifadə etmək lazımdır. Lövhədə formalaşan ötürmə xətləri, əlbəttə ki, idarə olunan xarakterik empedansı Z 0 olan konnektorlar və kabellərdən istifadə edərək lövhədən kənarda uzadıla bilər.
Hansı siqnallar üçün təhrif əhəmiyyətli olur?
Lövhədəki dirijorun uzunluğunu ən yüksək tezlik komponentinin malik olduğu dalğa uzunluğu ilə müqayisə etməklə ötürülən siqnal(məsələn, FR4 materialında paylandıqda), dirijorun sözdə elektrik uzunluğu müəyyən edilə bilər. Elektrik uzunluğu minimum dalğa uzunluğunun fraksiyaları və ya onun tərs dəyərinin fraksiyaları ilə ifadə edilə bilər - ön müddət. Dirijorun çox elektrik uzunluğu varsa, həddindən artıq siqnal təhrifinin qarşısını almaq üçün bu dirijor bir ötürmə xətti kimi konfiqurasiya edilməlidir. Qeyd edək ki, yüksək tezlikli siqnalları ötürərkən ötürmə xətləri təkcə təhrifi azaltmaq üçün deyil, həm də səviyyəni azaltmaq üçün istifadə edilməlidir. elektromaqnit şüalanması(AMY).
“Cəbhənin müddəti yarısı” qaydası
Kobud qayda odur ki, dirijor "elektrik cəhətdən uzun" (elektrik mühəndisliyində nə deyilir) "uzun xətt"), siqnal cəbhəsinin mənbədən ən uzaq qəbulediciyə keçməsi üçün tələb olunan vaxt siqnalın ön vaxtının yarısını keçərsə. Məhz bu vəziyyətdə xəttdəki əkslər siqnal cəbhəsini əhəmiyyətli dərəcədə təhrif edə bilər. Fərz edək ki, cihazda yüksəlmə müddəti 2 ns olan çiplər var (məsələn, FastTTL seriyası üçün sənədlərə görə). Yüksək tezliklərdə PCB materialının (FR4) dielektrik sabiti 4.0-a yaxındır, bu da işıq sürətinin təxminən 50% -ni və ya 1.5.10 8 m / s ön sürət verir. Bu, 6,7 ps/mm ön yayılma vaxtına uyğundur. Bu sürətlə ön 2 ns-də təxminən 300 mm yol qət edəcək. Buradan belə nəticəyə gələ bilərik ki, üçün oxşar siqnallar"Ötürmə xətləri" yalnız dirijorun uzunluğu bu məsafənin yarısını - yəni 150 mm-dən çox olduqda istifadə edilməlidir.
Təəssüf ki, bu yanlış cavabdır. "Yarım yüksəlmə vaxtı" qaydası çox sadədir və çatışmazlıqları nəzərə alınmazsa problemlərə səbəb ola bilər.
Sadələşdirilmiş yanaşma ilə bağlı problemlər
Mikrosxemlər üçün sənədlərdə verilən yüksəlmə vaxtı haqqında məlumatlar əks olunur maksimum dəyər, və tez-tez real vaxt keçid əhəmiyyətli dərəcədə azdır (məsələn, "maksimum"dan 3-4 dəfə az ola bilər və onun partiyadan çip partiyasına dəyişməyəcəyinə zəmanət vermək çətin ki). Üstəlik, yükün qaçılmaz kapasitiv komponenti (xəttə qoşulmuş IC girişlərindən) çılpaq elektron lövhədə əldə edilə bilən dizayn sürəti ilə müqayisədə siqnalın yayılma sürətini azaldır. Buna görə də, adekvat ötürülən siqnal bütövlüyünə nail olmaq üçün ötürmə xətləri əvvəllər təsvir edilmiş qaydanın təklif etdiyindən daha qısa keçiricilərlə istifadə edilməlidir. Göstərilə bilər ki, yüksəlmə vaxtı (sənədlərə uyğun olaraq) 2 ns olan siqnallar üçün uzunluğu yalnız 30 mm-dən çox olan (və bəzən daha az) keçiricilər üçün ötürücü xətlərdən istifadə etmək məqsədəuyğundur! Bu, xüsusilə sinxronizasiya və ya keçid funksiyasını daşıyan siqnallara aiddir. Məhz bu siqnallar “yanlış pozitivlər”, “yenidən hesablamalar”, “yanlış məlumatların qeydə alınması” və digər problemlər ilə xarakterizə olunur.
Elektrik ötürücü xətləri necə layihələndirmək olar?
Hansı növ ötürmə xətlərinin ola biləcəyinə, onların çap dövrə lövhəsində necə dizayn ediləcəyinə və parametrlərini necə yoxlamağa həsr olunmuş bir çox nəşrlər var. Xüsusilə, IEC 1188-1-2: 1988 standartı bununla bağlı ətraflı təlimat verir. Ötürmə xəttinin dizaynını və PCB strukturunu seçməyə imkan verən bir çox proqram məhsulları da mövcuddur. Müasir PCB dizayn sistemlərinin əksəriyyəti dizaynerə müəyyən parametrlərlə ötürmə xətlərini layihələşdirməyə imkan verən daxili proqramlarla gəlir. Nümunələrə AppCAD, CITS25, TXLine kimi proqramlar daxildir. Ən çox tam imkanlar təmin etmək proqram məhsulları Polar Instruments-dan.
Ötürmə xətlərinin nümunələri
Nümunə olaraq, ən çoxunu nəzərdən keçirin sadə növlərötürmə xətləri.
Ötürmə xəttini ən yaxşı şəkildə necə dizayn etmək olar?
Ən yüksək sürət (və ya ən kritik) siqnallar yer müstəvisinə (GND) bitişik təbəqələrdə olmalıdır, tercihen ayırıcı güc müstəvisi ilə birləşdirilmişdir. Planlar adekvat şəkildə ayrılıbsa və çox səs-küylü deyilsə, enerji planlarına daha az kritik siqnallar tətbiq oluna bilər. Hər bir belə güc planı hansı və ya hansı çipdən aldığı ilə əlaqələndirilməlidir bu siqnal. Ən yaxşı səs-küy toxunulmazlığı və EMC iki GND planı arasında çəkilmiş zolaq xətləri ilə təmin edilir, bunların hər biri ayırma üçün öz güc planı ilə birləşdirilmişdir.
Ötürülmə xəttinin çəkildiyi istinad planlarının heç birində deşiklər, qırılmalar və ya yarıqlar olmamalıdır, çünki bu, Z 0-da əhəmiyyətli dəyişikliklərə səbəb olacaqdır. Üstəlik, zolaq xətti plandakı hər hansı bir fasilədən və ya kənardan mümkün qədər uzaq olmalıdır istinad planı, Və verilmiş məsafə dirijorun eninin on qatından az olmamalıdır. Qarşılıqlı əlaqəni aradan qaldırmaq üçün bitişik ötürmə xətləri ən azı üç keçirici eni ilə ayrılmalıdır. Çox kritik və ya "aqressiv" siqnallar (məsələn, radio antennası ilə əlaqə) iki sıra bir-birinə yaxın olan simmetrik xəttdən istifadə etməklə, sanki onu digər keçiricilərdən bloklayır və çap dövrə lövhəsində koaksial quruluş yaradaraq EMC-dən faydalana bilər. . Bununla belə, belə strukturlar üçün Z 0 müxtəlif düsturlardan istifadə etməklə hesablanır.
Layihənin dəyərini necə azaltmaq olar?
Yuxarıda təsvir edilən ötürmə xətlərinin növləri demək olar ki, həmişə çox qatlı lövhənin istifadəsini tələb edir və buna görə də kütləvi istehsal olunan aşağı səviyyəli məhsulların yaradılması üçün tətbiq olunmaya bilər. qiymət kateqoriyası(baxmayaraq ki, ilə böyük həcmlər 4 qatlı PCB-lər iki tərəfli olanlardan cəmi 20-30% bahadır). Bununla belə, aşağı qiymətli layihələr üçün balanslaşdırılmış (uniforma) və ya koplanar kimi xətt növləri də istifadə olunur, bunlar bir qatlı lövhədə tikilə bilər. Nəzərə almaq lazımdır ki, bir qatlı tipli ötürücü xətlər lövhədə mikrozolaqlı və zolaqlı xətlərdən bir neçə dəfə çox sahə tutur. Bundan əlavə, çap dövrə lövhəsinin qiymətinə qənaət etməklə yanaşı, cihazın əlavə qorunması və səs-küyün filtrasiyası üçün daha çox pul ödəməli olacaqsınız. Ümumi qayda ondan ibarətdir ki, qablaşdırma səviyyəsində EMC problemlərinin həlli eyni problemi PCB səviyyəsində həll etməkdən 10-100 dəfə baha başa gəlir.
Buna görə də, PCB təbəqələrinin sayını azaltmaqla dizayn büdcənizi azaldarkən, siqnal bütövlüyünün və EMC-nin tələb olunan səviyyəsini təmin etmək üçün nümunə lövhəsi sifarişlərinin çoxsaylı təkrarlanmasına əlavə vaxt və pul sərf etməyə hazır olun.
Dəyişən təbəqələrin mənfi təsirini necə azaltmaq olar?
Standart naqil qaydalarına əsasən, hər bir çipin yanında ən azı bir ayırıcı kondansatör var, buna görə də çipin yaxınlığında olan təbəqəni dəyişə bilərik. Bununla belə, "zolaq" qatında yerləşməyən seqmentlərin ümumi uzunluğu nəzərə alınmalıdır. Kobud qayda budur ki, bu seqmentlərin ümumi elektrik uzunluğu yüksəlmə vaxtının səkkizdə birindən çox olmamalıdır. Bu seqmentlərdən hər hansı birində Z 0-da çox böyük dəyişiklik baş verə bilərsə (məsələn, mikrosxemlər üçün ZIF yuvaları və ya digər növ yuvalardan istifadə edərkən), bu uzunluğu yüksəlmə vaxtının onda birinə qədər minimuma endirməyə çalışmaq daha yaxşıdır. Qeyri-standart seqmentlərin maksimum icazə verilən ümumi uzunluğunu müəyyən etmək üçün bu qaydadan istifadə edin və mümkün qədər bu məhdudiyyətlər daxilində onu minimuma endirməyə çalışın.
Buna əsaslanaraq, yüksəlmə vaxtı (sənədlərə görə) 2 ns olan siqnallar üçün təbəqəni mikrosxemin mərkəzindən və ya uyğun rezistorun mərkəzindən 10 mm-dən çox olmayan bir şəkildə dəyişdirməliyik. Bu qayda faktiki keçid vaxtının sənədlərə uyğun olaraq maksimumdan əhəmiyyətli dərəcədə az ola biləcəyi üçün 4 qat marja nəzərə alınmaqla hazırlanmışdır. Qatların dəyişdirildiyi yerdən təxminən eyni məsafədə (daha çox deyil) müvafiq torpaq və güc planlarını birləşdirən ən azı bir ayırıcı kondansatör olmalıdır. Böyük çiplərdən istifadə edərkən belə kiçik məsafələrə nail olmaq çətindir, buna görə də müasir yüksək sürətli sxemlərin tərtibatı kompromislər tələb edir. Bununla belə, bu qayda yüksək sürətli sxemlərdə kiçik ölçülü mikrosxemlərə üstünlük verilməsi faktını əsaslandırır və lövhədəki dirijordan çipə qədər siqnal yolunu minimuma endirən BGA və flip-chip texnologiyalarının sürətli inkişafı faktını izah edir. mikrosxemdən.
Prototiplərin simulyasiyası və sınaqdan keçirilməsi
Çoxlu çip variantlarının və daha çoxunun mövcudluğuna görə daha çox Onların tətbiqi ilə bağlı bəzi mühəndislər bu əsas qaydaları kifayət qədər dəqiq hesab edə bilər, bəziləri isə onları şişirdəcəklər, lakin bu, “məsləhət qaydaları”nın roludur - onlar düzgün işləyən cihazları intuitiv şəkildə dizayn etmək üçün sadəcə təxmini təxminlərdir.
İndiki vaxtda kompüter modelləşdirmə vasitələri getdikcə daha əlçatan və təkmilləşir. Onlar faktiki təbəqə strukturundan və siqnal marşrutundan asılı olaraq siqnal bütövlüyü parametrlərini, EMC-ni hesablamağa imkan verir. Əlbəttə ki, onların istifadəsi təxmini təxminlərimizdən daha dəqiq nəticələr verəcəkdir, ona görə də onlardan mümkün qədər tam istifadə etməyi tövsiyə edirik. kompüter modelləşdirmə. Ancaq unutmayın ki, mikrosxemlərin faktiki keçid müddəti sənədlərdə göstəriləndən xeyli qısa ola bilər və bu, yanlış nəticələrə səbəb ola bilər, buna görə də çıxış və giriş mərhələlərinin modelinin reallığa uyğun olduğundan əmin olun.
Növbəti addım yüksək tezlikli osiloskopdan istifadə edərək çap dövrə lövhəsinin ilk "prototip" nümunəsində kritik siqnalın keçidini yoxlamaqdır. Dalğa formasının dövrə lövhəsinin bütün uzunluğu boyunca hərəkət etdiyi üçün təhrif edilmədiyinə əmin olmalısınız və sadəcə yuxarıda göstərilən qaydalara riayət etmək çətin ki, ilk dəfə əla nəticə verə bilər, baxmayaraq ki, bu, olduqca yaxşı ola bilər. RF Elektromaqnit Sahə Analizatorundan və ya Emissiya Spektr Analizatorundan istifadə siqnal bütövlüyünü və EMC problemlərini "prototip" PCB səviyyəsində araşdırmağın başqa bir yolu ola bilər. Bu cür təhlil üsulları bu məqalənin mövzusu deyil.
Mürəkkəb dövrə simulyasiyasından istifadə etsəniz belə, ilk PCB prototiplərinizdə siqnal bütövlüyünü və EMC testini laqeyd yanaşmayın.
PCB istehsal mərhələsində dalğa impedanslarının təmin edilməsi
Çap dövrə lövhələrinin istehsalı üçün nəzərdə tutulmuş tipik FR4 materialı 1 GHz-də təxminən 3,8...4,2 dielektrik sabitliyə (E r) malikdir. Faktiki E r dəyərləri ±25% daxilində dəyişə bilər. Təchizatçı tərəfindən qiymətləndirilən və zəmanət verilən və adi materiallardan çox bahalı olmayan E r dəyərinə malik olan FR4 materialları var, lakin PCB sifarişində xüsusi olaraq göstərilmədiyi təqdirdə PCB istehsalçılarından “reytinqli” FR4 qiymətlərindən istifadə etmək tələb olunmur.
PCB istehsalçıları standart dielektrik qalınlıqları ilə işləyirlər ("prepregs" və "laminatlar") və onların hər bir təbəqədəki qalınlığı, qalınlığa dözümlülükləri (təxminən ±10%) nəzərə alınmaqla, lövhə istehsala başlamazdan əvvəl müəyyən edilməlidir. Müəyyən bir dielektrik qalınlığı üçün müəyyən bir Z 0 təmin etmək üçün müvafiq keçirici enini seçə bilərsiniz. Bəzi istehsalçılar üçün dirijorun faktiki tələb olunan enini göstərmək lazımdır, digərləri üçün - nominal genişliyə nisbətən 25-50 mikrona çata bilən alt kəsiklər üçün bir kənar ilə. Ən yaxşı seçim istehsalçıya göstərilən Z 0-ı təmin etmək üçün hansı təbəqələrin hansı keçirici eninin nəzərdə tutulduğunu göstərməkdir. Bu halda, istehsalçı təmin etmək üçün dirijor eni və təbəqə strukturunu tənzimləyə bilər verilmiş parametrlər istehsal texnologiyasına uyğun olaraq. Bundan əlavə, istehsalçı faktiki ölçür dalğa müqaviməti hər bir fabrik blankında və özü Z 0 ±10% və ya daha doğrusu dözümlülük daxilində olmayan lövhələri rədd edir.
1 GHz-dən yuxarı siqnallar üçün daha yaxşı sabitliyə və digər dielektrik xassələrə (məsələn, Rogers-dən Duroid və s.) malik daha yüksək tezlikli materiallardan istifadə etmək lazım ola bilər.
Ədəbiyyat
1. EMC & Signal Integrity for Design Techniques, Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 Çap lövhələri və çap lövhələri yığınları - Dizayn və istifadə. Hissə 1-2: Ümumi Tələblər - Nəzarət olunan Empedans, www.iec.ch.
3. Yüksək mürəkkəbliyə malik çoxqatlı çap elektron lövhələrinin dizaynı. Seminar PCB texnologiyası, 2006.
4. http://library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. Aparat dizaynı. Uolt Kester.
