Leiterplattentechnisch - Verstehen Sie Bandbreitendesigntechniken im PCB-Design

Dieser Artikel bezieht sich auf gedruckte Elektronik und Leiterplatten. Ich erwarb die BandbreitenDesign-Technologie für PCB-Design, und später die gleichen Prinzipien auf gedruckte Elektronik Design angewendet. In diesem Artikel, Ich erkläre mein Verständnis von Bandbreite und wie man sie auf Leiterplatten und gedruckte Elektronik anwendet.

Wenn das Signal durch Fourier-Transformation vom Zeitbereich in den Frequenzbereich berechnet wird, kann das Signal mehrere Frequenzkomponenten enthalten. Das Zeitbereichssignal ist die Summe aller enthaltenen Frequenzkomponenten, und die Form des Signals hängt vom Leistungspegel jeder einzelnen Frequenz ab. Das digitale Signal enthält eine DC-Komponente, gefolgt von vielen AC-Komponenten mit geringerer Intensität, deren Intensität mit zunehmender Frequenz abnimmt. Schnellere Signale bedeuten hochfrequente Komponenten. Jede dieser Wechselstrom-Frequenzen ist ein sehr schmales Frequenzband, das heißt ein einzelnes Frequenzsinuswellensignal. Daher ist das digitale Signal die Summe des Gleichstromsignals plus einer großen Anzahl von Sinuswellensignalen. Reine AC-Signale können schmalbandig sein (z.B. Sinuswellen), da sie keine DC-Komponenten enthalten.

Die Signalinformationen befinden sich irgendwo im Frequenzbereich, und alle dafür erforderlichen Frequenzkomponenten bestimmen die Bandbreite. Frequenzen außerhalb der Bandbreite sind unnötig und können beispielsweise durch Filtern abgelehnt werden, da diese Frequenzen keine zusätzlichen Informationen über das Signal enthalten.

Bandbreite kann als Arbeitsbereich des elektrischen Signals betrachtet werden, in dem es keine Informationen verliert, und es ist auch für den elektrischen Weg (dh Routing) oder die Last des Signals notwendig. Entwerfen Sie dann die elektronische Ausrüstung entsprechend, und im besten Fall, wenn das Signal in die Spur eingespeist wird, bleibt es unverändert. Wenn die Signalgeschwindigkeit höher ist als die Bandbreite des Trace oder Filters, wird das Signal modifiziert, was normalerweise bedeutet, dass bestimmte Frequenzkomponenten herausgefiltert werden. Das Tracking selbst hat Bandbreitenbeschränkungen,

Die Bandbreite des Signals wird durch die Signalanstiegszeit (10% bis 90%) bestimmt, die durch folgende Faustregel ausgedrückt werden kann:

Bandbreite.0,35 km(1)

Die Signalfrequenz ist nicht so wichtig wie die Anstiegszeit, nur weil das Signal anders ist. Auch wenn die Signalfrequenz exakt gleich ist, sind die Steig- und Fallzeitanforderungen des digitalen Signals (50% Betriebszyklus) und PWM-Signals (10% bis 90% Betriebszyklus) unterschiedlich. Im PWM-Signal, wenn das Signal "on" Zustand kürzer ist als der "off" Zustand (90%) (Duty Cycle ist 10%) bedeutet dies, dass die Anstiegszeit im Vergleich zum längeren "on" Zustand Puls Much schneller sein muss. Natürlich ist auch die Signalfrequenz sehr wichtig, denn je höher die Frequenz, desto schneller muss ihre Anstiegszeit sein. Diese Bandbreitenregel ist mein erstes Werkzeug für Designaufgaben im Zusammenhang mit der Signalbandbreite. Ich habe es vor langer Zeit von einem Dozenten für Elektronisches Design an meiner Universität gelernt und seitdem habe ich es viele Male im Design verwendet.

Liegt der gewählte RC-Filterwiderstand ungefähr auf dem gleichen ohmschen Niveau wie der Ausgangswiderstand des Signaltreibers, muss der Ausgangswiderstand auch bei der Berechnung der -3dB-Cutoff-Frequenz berücksichtigt werden.

Die Bandbreite kann als die gleiche angesehen werden wie die -3dB Cutoff Frequenz. Die Trennfrequenz bedeutet, dass die Frequenz zu diesem Zeitpunkt auf die Hälfte ihres ursprünglichen Leistungspegels abgeschwächt wurde. Andere Filter können auch verwendet werden. Es macht Sinn, Übersprechen durch die besten Leiterplattenstapel design, Aber der Filter bietet uns ein anderes Werkzeug, um es zu minimieren. Gefiltert nach RC-Filter. Ich wählte einen 100Ω Widerstand und einen 100pF Kondensator. Darüber hinaus, Wir haben auch den 38Ω Ausgangswiderstand des Signaltreibers und ~10pF IC Lastkapazität gemessen, die berücksichtigt werden müssen. Die vom RC Filterrechner angezeigte Grenzfrequenz ist:

F-3dB.1/2π(100Ω38Ω)*(100pF und 10pF) = 10.484MHz

Entsprechend der Berechnung der Bandbreite ist die schnellste Anstiegszeit der Bandbreite 0.35 bis 10.484MHz bis 33.4ns.

Das Signal ist ein digitales Signal. Aus der Form können wir sehen, dass wir nach dem Filtern keine Informationen verloren haben. Wir können den Impuls immer noch zuverlässig als Logik 1 erkennen, und das Signal wird immer noch schnell genug niedrig gehen, bevor der nächste Zyklus beginnt. Darüber hinaus gibt es, da Hochfrequenzschwingungen abgeschwächt wurden, viel weniger Rauschen. Auf diese Weise konnte ich erfolgreich das Übersprechen zwischen der digitalen Busspur und der empfindlichen Sensorspur reduzieren und den Sensor ohne erneute Verkabelung arbeiten lassen. Dies wird erreicht, indem nur die Störsignale gefiltert und die analogen Signale überhaupt nicht berührt werden, da die Anforderungen an die Sensorbandbreite höher sind als der digitale Bus.

In der gedruckten Elektronik ist die Begrenzung der Bandbreite auf ein angemessenes Niveau noch wichtiger als bei Leiterplatten. Der Hauptgrund für die Begrenzung der Bandbreite in gedruckter Elektronik ist die Reduzierung von Interferenzen durch Übersprechen. Durch die Schaffung des besten Stacks in Bezug auf Impedanz und Übersprechen ist gedruckte Elektronik eingeschränkter, und ich muss Filter oder Signale mit begrenzter Schwenkrate verwenden. Wenn wir die Stapelung gedruckter elektronischer Geräte betrachten, können wir sehen, dass die Leiterbahnen, die sich kreuzen, nur durch eine lokal dünne gedruckte dielektrische Schicht getrennt sind. Seine Dicke beträgt nur zehn Mikrometer, was bedeutet, dass die kapazitive Kopplung zwischen den gekreuzten Leiterbahnen sehr stark ist. Die Kapazität zwischen den Leiterbahnen hängt von der Schnittfläche und der Dicke der dielektrischen Schicht zwischen ihnen ab. In gedruckten elektronischen Produkten sind Leiterbahnen oft breiter als in Leiterplatten, und die S- und dielektrischen Schichten sind viel dünner als in Leiterplatten, was zu einer größeren Kapazität zwischen Leiterbahnen führt. Eine größere Kapazität bedeutet, dass eine niedrigere Frequenz durch diese "Kapazität" gekoppelt wird. Darüber hinaus kann die Größe des Layoutbereichs fast die gleiche wie die Produktgröße sein, was bedeutet, dass die Länge der Leiterbahn sehr lang ist, wodurch die Induktivität der Leiterbahn erhöht wird. Wie eine höhere Kapazität wirkt sich eine höhere Induktivität auf niedrigere Frequenzen aus.

Aufgrund der verschiedenen Materialien und Stapel, Gedruckte elektronische Produkte haben Herausforderungen bei der niederfrequenten Bandbreite mit sich gebracht, aber Leiterplattenhersteller kann diese Probleme durch bekannte Prinzipien und Methoden lösen, die weit verbreitet in PCB-Design. Darüber hinaus, Das Verständnis von Bandbreite ist sehr wichtig im Design gedruckter Elektronik und erfordert sorgfältige Überlegungen. Aufgrund von Materialunterschieden, Die Herausforderungen im Zusammenhang mit der Signalgeschwindigkeit in gedruckter Elektronik ähneln denen in Leiterplatten, aber in gedruckter Elektronik, wir könnten uns viel weniger Herausforderungen stellen.