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

Compartamos las similitudes entre las estrategias de cableado 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, cada uno de los cuales requiere un capacitor conectado 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 estar cerca del dispositivo (para condensadores de 0,1 grados fahrenheit) o de la fuente de alimentación (para condensadores de 10 grados fahrenheit). Añadir condensadores de derivación o desacoplamiento a la placa de circuito y colocarlos en la placa de circuito es un sentido común en el diseño digital y analógico. Pero curiosamente, las razones son diferentes.

En el diseño de cableado analógico, los condensadores de derivación se utilizan generalmente para eludir las 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 introducir rutas de señal que, en peores casos, pueden 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 grupo de carga "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 "espera" cuando cambia y fluye a través de la placa de circuito. Si se realiza la acción del interruptor 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 calcular los cambios de voltaje utilizando la siguiente fórmula: v = LDI / dt, donde five = 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 tiempo en que la corriente cambia.

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. La fuente de alimentación y el cable 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. utilizando el método mostrado, es poco probable que el ruido de radiación en la placa de circuito o en el exterior 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 de tierra completo. Este sentido común reduce el impacto del registro de datos / transmisión de datos (la corriente cambia con el tiempo) en los circuitos digitales, lo que puede cambiar el potencial del suelo y provocar que el ruido entre en el circuito analógico. La tecnología de cableado de los circuitos digitales y analógicos es básicamente la misma, con solo matices. Para los circuitos analógicos, es importante mantener el circuito en la línea de señal digital y 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 minimizar la interferencia externa en la ruta de la señal. Esto no es necesario para los circuitos digitales, ya que los circuitos digitales pueden tolerar sin problemas una gran cantidad de ruido en el plano de tierra.

Como se mencionó anteriormente, en cada diseño de pcb, la parte acústica del Circuito está separada de la parte "tranquila" (sin ruido). 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, la tolerancia al ruido de voltaje de los circuitos analógicos es mucho menor. 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, acercar dos cables eléctricos producirá 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 dos configuraciones de cableado, el cambio de voltaje de una línea con el tiempo (dv / dt) genera corriente eléctrica en la otra. 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.

En este entorno, los circuitos analógicos tienen dos desventajas: 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 en función de la ecuación de la capacidad. Cambiar el tamaño más efectivo es la distancia entre dos líneas.

Hay que tener en cuenta que la variable D en el denominador de la ecuación capacitiva disminuye a medida que aumenta D. otra variable que se puede cambiar es la longitud de 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, divididas en dos capas; O colocar una línea en otra de la misma capa, como se muestra en la figura 6. en ambas configuraciones de cableado, la variación de la corriente de un cableado con el tiempo (di / dt) generará tensión en el mismo cableado debido a la reactancia inductiva del 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, pero es 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 ruidosos de entrada / salida.

Para lograr una fuente de alimentación de baja resistencia y una red de puesta a tierra, se debe minimizar la reactancia inductiva de los conductores de circuitos digitales y minimizar el acoplamiento capacitivo de los circuitos analógicos.

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 cableado, estas diferencias deben reconocerse y tomarse en serio.