Tecnología de PCB - Análisis de señales transitorias en el diseño de circuitos de PCB

La interconexión en el tablero de PCB y la respuesta instantánea en la línea de alimentación son las causas de errores de bits, temblores de tiempo y otros problemas de integridad de la señal. Puede utilizar el análisis de señales transitorias para determinar los pasos de diseño a tomar al diseñar el circuito perfecto.

El análisis de señales transitorias en circuitos simples se puede revisar y calcular manualmente, lo que permite dibujar respuestas transitorias que varían con el tiempo. Los circuitos más complejos pueden ser difíciles de analizar manualmente. En su lugar, puede usar el simulador para el análisis de señales transitorias durante el diseño del simulador. con el software de diseño correcto, ni siquiera necesita habilidades de Codificación.

Formalmente, los transiciones pueden ocurrir en circuitos que se pueden escribir como conjuntos acoplados de ecuaciones diferenciales lineales o no lineales de primer orden (autónomas o no autónomas). La respuesta instantánea se puede determinar de varias maneras.

La respuesta instantánea sin retroalimentación en el circuito constante de tiempo es una de las tres situaciones siguientes:

Amortiguación excesiva: atenuación lenta de la respuesta, sin oscilaciones

Amortiguación crítica: respuesta de atenuación rápida, sin oscilaciones

Subamortiguación: respuesta oscilante atenuada

En términos de simulación de circuito, se puede operar directamente desde el diagrama esquemático para analizar y simular la señal instantánea. Esto requiere considerar dos aspectos del comportamiento del circuito:

Señal de accionamiento. Esto define un cambio en el nivel de voltaje / corriente de entrada que causa una respuesta instantánea. Esto puede implicar cambios entre dos niveles de señal (es decir, la señal digital del interruptor), caídas o picos en el nivel actual de la señal de entrada, o cualquier otro cambio arbitrario en la señal de accionamiento. Puede considerar usar una señal sinusoidal o cualquier forma de onda periódica como unidad. Cuando la señal cambia entre dos niveles, también puede considerar un tiempo de subida limitado.

Condiciones iniciales. Esto define el Estado del circuito cuando la señal de conducción fluctúa o la forma de onda de conducción está conectada. suponiendo que, en el tiempo t = 0, el circuito esté inicialmente estable (es decir, no hay respuesta instantánea previa en el circuito). Si no se especifica la condición inicial, se asume que el voltaje y la corriente son cero a t = 0.

Después de ejecutar la simulación, se le proporcionará una salida que cubre la señal de entrada y la salida, lo que le permitirá ver con precisión cómo los diferentes cambios en el nivel de la señal generan una respuesta instantánea. Un ejemplo de conmutación de señales digitales se muestra a continuación. En este circuito, asumimos que no se especifican las condiciones iniciales. Debido a la amortiguación insuficiente, la respuesta instantánea de la corriente muestra un fuerte exceso y retroceso. Una solución aquí es agregar algunas resistencias en serie a la fuente de alimentación para aumentar la amortiguación. Una mejor solución es reducir la inducción en el circuito o aumentar la capacidad para que la respuesta entre en un Estado de amortiguación.

Ejemplo de los resultados del análisis de señales transitorias

Esquema y diseño después del análisis de la señal instantánea

La salida en la imagen de arriba es similar a la salida en la simulación de forma de onda reflejada, en la que se comparan las ondas incidente y reflejadas en la simulación posterior al diseño. La diferencia en este caso es que trabajamos en el esquema y no tiene en cuenta los efectos parasitarios en los pcb. En la simulación posterior al diseño, se tienen en cuenta los efectos parasitarios, y los resultados del análisis de señales transitorias pueden informarle de algunos cambios en el diseño o en la pila para reducir el timbre anterior.

Si los resultados anteriores se ven en la simulación de integridad de la señal después del diseño de la línea de transmisión, una solución es reducir la inducción del bucle en la interconexión y reducir la capacidad proporcionalmente. Esto aumentará la amortiguación del circuito sin cambiar la resistencia característica. Esto también mueve la frecuencia de resonancia en el circuito a un valor más alto, reduciendo así la amplitud de la campana. Otra opción es conectar el controlador en serie.

Análisis del punto cero del Polo

Otro método de simulación de dominio de tiempo es el uso del análisis de polo cero. La tecnología lleva el circuito al dominio Laplace y calcula los polos y ceros en el circuito. Esto le permite ver de inmediato cómo se comporta la respuesta de señal instantánea en el circuito. Tenga en cuenta que este tipo de simulación todavía puede considerar las condiciones iniciales en el análisis de señales transitorias, por lo que los resultados son más Generales. Sin embargo, no puede ver directamente la magnitud de la señal instantánea porque no considera explícitamente el comportamiento de la forma de onda de entrada.

Estabilidad e inestabilidad en el análisis de señales transitorias

Hay que tener en cuenta que puede haber inestabilidad en el circuito que contiene la retroalimentación. En un circuito típico, revisarás el esquema y el diseño del PCB y casi siempre encontrarás señales transitorias estables. El ejemplo anterior muestra una respuesta estable. A pesar de las oscilaciones transitorias, la señal eventualmente se atenuará a un Estado estable. En circuitos con una fuerte retroalimentación, las oscilaciones transitorias se vuelven inestables y crecen con el tiempo.

El amplificador es una situación conocida en la que la respuesta del amplificador impulsado por fluctuaciones térmicas o respuestas fuertemente subamortiguadas se vuelve inestable y saturada cuando existe una fuerte retroalimentación. El circuito constante cuando la saturación no es lineal finalmente obliga a esta amplitud inestable a estabilizarse a un nivel constante.

En el análisis de señales transitorias, puedes encontrar fácilmente inestabilidad en el dominio del tiempo; Esto sucederá en un Estado de subamortiguación en el que la salida crece exponencialmente. En el análisis de polo cero, la parte real es positiva.