Tecnología de PCB - Comprender la tecnología de diseño de ancho de banda en el diseño de PCB

Este artículo se refiere a productos electrónicos impresos y placas de circuito impreso. Obtuve la tecnología de diseño de ancho de banda para el diseño de PCB y luego aplicó el mismo principio al diseño de productos electrónicos impresos. En este artículo explicaré mi comprensión del ancho de banda y cómo aplicarlo a los productos electrónicos de PCB e impresión.

Cuando la señal se calcula a través de la transformación de Ft del dominio del tiempo al dominio de frecuencia, la señal puede contener varios componentes de frecuencia. La señal de dominio de tiempo es la suma de todos los componentes de frecuencia contenidos, y la forma de la señal depende del nivel de potencia de cada frecuencia individual. La señal digital contiene componentes dc, seguidos de muchos componentes AC de baja intensidad, cuya intensidad disminuye a medida que aumenta la frecuencia. Una señal más rápida significa un componente de frecuencia más alto. Cada una de estas frecuencias de ca es una banda muy estrecha, es decir, una señal de onda sinusoidal de frecuencia única. Por lo tanto, la señal digital es la suma de la señal DC más una gran cantidad de señal de onda sinusoidal. Las señales de CA pura pueden ser de banda estrecha (como ondas sinusoidales) porque no contienen componentes de corriente continua.

La información de la señal se encuentra en algún lugar del rango de frecuencia, y todos los componentes de frecuencia necesarios para esta información determinan el ancho de banda. Las frecuencias fuera del ancho de banda son innecesarias y pueden ser rechazadas, por ejemplo, por filtrado, ya que no llevan información adicional sobre la señal.

El ancho de banda puede considerarse el área de trabajo de la señal eléctrica, en la que no pierde información, y también es necesario para el diámetro del Circuito de la señal (es decir, el enrutamiento) o la carga. Luego se diseña el dispositivo electrónico en consecuencia y, en el mejor de los casos, se mantiene sin cambios cuando la señal se alimenta al rastreo. Si la velocidad de la señal es superior al ancho de banda del rastro o filtro, la señal se modificará, lo que generalmente significa que se filtrarán ciertos componentes de frecuencia. El rastreo en sí mismo tendrá limitaciones de ancho de banda,

El ancho de banda de la señal está determinado por el tiempo de subida de la señal (10% al 90%), que se puede expresar con las siguientes reglas generales:

Ancho de banda = 0,35 / TR (1)

La frecuencia de la señal no es tan importante como el tiempo de subida requerido, solo porque la señal es diferente. Incluso si la frecuencia de la señal es exactamente la misma, los requisitos de tiempo de subida y bajada de la señal digital (50% del ciclo de trabajo) y la señal PWM (10% al 90% del ciclo de trabajo) son diferentes. En la señal pwm, cuando el Estado de "apertura" de la señal es menor que el Estado de "cierre" (90%) (10% de ocupación), esto significa que el tiempo de subida debe ser más rápido que el pulso de "apertura" más largo much. Por supuesto, la frecuencia de la señal también es importante, porque cuanto mayor sea la frecuencia, más rápido subirá. esta regla empírica del ancho de banda es mi primera herramienta para diseñar tareas relacionadas con el ancho de banda de la señal. Lo aprendí hace mucho tiempo de un profesor de diseño electrónico en la Universidad y desde entonces lo he usado muchas veces en el diseño.

Si la resistencia del filtro RC que ha seleccionado es aproximadamente la misma que la resistencia de salida del conductor de señal, también debe considerar la resistencia de salida al calcular la frecuencia de corte de - 3db.

El ancho de banda puede considerarse el mismo que la frecuencia de corte de - 3db. La frecuencia de corte significa que la frecuencia en este momento se ha atenuado a la mitad de su nivel de Potencia original. También se pueden usar otros filtros. Tiene sentido minimizar las conversaciones cruzadas a través del mejor diseño de apilamiento de pcb, pero el filtro nos proporciona otra herramienta para minimizar las conversaciones cruzadas. filtrar a través del filtro rc. Elegí una resistencia de 100 islas y un capacitor de 100 PF. Además, también medimos la resistencia de salida de 38 islas y el capacitor de carga IC de hasta 10 PF del conductor de señal, que debe tenerse en cuenta. La frecuencia de corte mostrada por la calculadora de filtro RC es:

F - 3db = 1 / 2 Í (100 islas + 38 islas) * (100 PF + 10 pf) = 10484 MHz

Según el cálculo del ancho de banda, el tiempo máximo de subida del ancho de banda es de 0,35 / 10,484 MHz = 33,4 ns.

La señal es una señal digital. Como se puede ver en la forma, después del filtrado, no perdimos información. todavía podemos detectar el pulso de manera confiable en la lógica 1 y la señal seguirá bajando lo suficientemente rápido hasta que comience el siguiente ciclo. Además, debido a que los armónicos de alta frecuencia se han atenuado, el ruido es mucho menor. De esta manera, conseguí reducir la conversación cruzada entre el rastro del bus digital y el rastro del sensor sensible y hacer que el sensor funcionara sin volver a cablear. esto se logra filtrando solo la señal de interferencia sin tocar completamente la señal analógica, ya que el ancho de banda del sensor requiere más que el bus digital.

En los productos electrónicos impresos, es incluso más importante limitar el ancho de banda al nivel adecuado que los pcb. La razón principal por la que se limita el ancho de banda de los productos electrónicos impresos es para reducir la interferencia causada por las conversaciones cruzadas. Al establecer una pila óptima de impedancias y conversaciones cruzadas, los dispositivos electrónicos impresos están más limitados y necesito usar filtros o señales con tasas de conversión limitadas. Cuando consideramos la apilamiento de dispositivos electrónicos impresos, podemos ver que los rastros que se cruzan entre sí solo están separados por una fina capa dieléctrica impresa localmente. Su espesor es de solo decenas de micras, lo que significa que el acoplamiento capacitivo entre los rastros cruzados es muy fuerte. La capacidad entre los rastros depende del área cruzada entre ellos y del espesor de la capa dieléctrica. En los productos electrónicos impresos, el rastro suele ser más ancho que el pcb, y la capa s y la capa dieléctrica son mucho más delgadas que el pcb, lo que resulta en una mayor capacidad entre los rastros. Los condensadores más grandes significan que las frecuencias más bajas se acoplan a través de este "capacitor". Además, el tamaño del área de diseño puede ser casi el mismo que el tamaño del producto, lo que significa que la longitud del rastro es muy larga, lo que aumenta la inducción del rastro. Al igual que los condensadores más altos, los inductores más altos pueden afectar las frecuencias más bajas.

Debido a la variedad de materiales y apilamientos involucrados, los productos electrónicos impresos plantean el desafío del ancho de banda de baja frecuencia, pero los fabricantes de PCB pueden resolver estos problemas a través de principios y métodos conocidos ampliamente utilizados en el diseño de pcb. Además, la comprensión del ancho de banda es muy importante en el diseño de productos electrónicos impresos y debe considerarse cuidadosamente. Debido a las diferencias de materiales, los desafíos relacionados con la velocidad de la señal en los productos electrónicos impresos son similares a los desafíos en las placas de circuito impreso, pero en los productos electrónicos impresos, los desafíos que podemos enfrentar son mucho menores.