PCB 기술 - PCB 회로 설계에서의 순간적 신호 분석

PCB 보드의 상호 연결 및 전원 라인의 순간적 응답은 비트 오류, 타이밍 디더링 및 기타 신호 무결성 문제를 일으키는 원인입니다.순간적 신호 분석을 사용하여 완벽한 회로를 설계할 때 수행할 설계 단계를 결정할 수 있습니다.

간단한 회로의 순간적 신호 분석은 수동으로 검사하고 계산할 수 있어 시간에 따라 변화하는 순간적 응답을 그릴 수 있다.더 복잡한 회로는 수동으로 분석하기 어려울 수 있습니다.대신 시뮬레이터 설계 과정에서 순간적 신호 분석을 위해 시뮬레이터를 사용할 수 있다. 올바른 설계 소프트웨어가 있으면 코딩 기술도 필요 없다.

형식적으로, 순식간은 일차 선형 또는 비선형 미분 방정식 (자치 또는 비자치) 의 결합 집합으로 쓸 수 있는 회로에서 발생할 수 있다.순식간 응답은 여러 가지 방법으로 확인할 수 있습니다.

시불변 회로에서 피드백이 없는 순간적 응답은 다음 세 가지 상황 중 하나입니다.

과잉 댐핑: 응답 감쇠가 느리고 진동이 없음

임계 임피던스: 감쇠 응답이 빠르고 진동이 없음

임피던스: 감쇠된 진동 응답

회로 시뮬레이션 방면에서는 원리도에서 순식간 신호 분석 시뮬레이션을 직접 운행할 수 있다.회로 동작의 두 가지 측면을 고려해야 합니다.

구동 신호.이것은 순간적 응답을 일으키는 입력 전압 / 전류 수준의 변화를 정의합니다.이것은 두 신호 레벨 (즉, 스위치 디지털 신호) 사이의 변화, 현재 입력 신호 레벨의 하강 또는 피크 또는 구동 신호의 다른 임의의 변화와 관련될 수 있습니다.드라이브에 대해 정현 신호나 임의의 주기 파형을 사용하는 것을 고려할 수 있습니다.신호가 두 레벨 사이에서 전환될 때 제한된 상승 시간을 고려할 수도 있습니다.

초기 조건.이것은 구동 신호가 변동하거나 구동 파형이 연결될 때 회로의 상태를 정의합니다. 시간 t=0일 때 회로가 처음에 안정된 상태라고 가정합니다. 즉, 회로에 이전의 순간적 응답이 없습니다.초기 조건을 지정하지 않으면 전압과 전류가 t = 0이면 0이 됩니다.

시뮬레이션을 실행하면 입력 신호와 출력을 포괄하는 출력을 제공하여 신호 레벨의 다른 변화가 어떻게 순간적 응답을 생성하는지 정확하게 볼 수 있습니다.디지털 신호를 전환하는 예는 다음과 같다.이 회로에서는 초기 조건이 지정되지 않았다고 가정합니다.저항이 부족하기 때문에, 전류의 순간적 응답은 심각한 과충과 하충을 나타낸다.이 솔루션은 전원 공급 장치에 약간의 직렬 저항기를 추가하여 저항을 증가시키는 것입니다.더 나은 해결책은 회로에서 감전감을 줄이거나 용량을 증가시켜 응답을 댐핑 상태로 만드는 것입니다.

순간 신호 분석 결과의 예

순식간 신호 분석 후의 도식도와 배치

위 그림의 출력은 레이아웃 후 시뮬레이션에서 입사파와 반사파를 비교하는 반사파형 시뮬레이션의 출력과 유사합니다.이 경우의 차이점은 PCB의 기생 효과를 고려하지 않고 원리도에서 작업한다는 것입니다.레이아웃 후 시뮬레이션에서 기생 효과가 고려되며, 순간적 신호 분석 결과는 위의 벨을 줄이기 위해 레이아웃이나 스택에 약간의 변경을 알릴 수 있습니다.

전송선 레이아웃 후 신호 무결성 시뮬레이션에서 위의 결과를 볼 수 있다면 상호 연결에서 루프 감지를 줄이고 축척적으로 용량을 줄이는 것이 해결책입니다.이렇게 하면 특성 임피던스를 변경하지 않고 회로의 임피던스가 증가합니다.이것 또한 회로의 공명 주파수를 더 높은 값으로 이동하여 벨의 진폭을 낮춘다.다른 옵션은 직렬 연결 드라이버입니다.

극점 영점 분석

시역 시뮬레이션의 또 다른 방법은 영극점 분석을 사용하는 것이다.이 기술은 라플라스 도메인에 회로를 가져와 회로의 극점과 0점을 계산합니다.이렇게 하면 회로에서 순간적 신호 응답이 어떻게 나타나는지 즉시 확인할 수 있습니다.이러한 유형의 시뮬레이션은 여전히 순식간 신호 분석에서 초기 조건을 고려할 수 있으므로 결과는 더 일반적입니다.그러나 입력 파형의 동작을 명확히 고려하지 않았기 때문에 순간적 신호의 폭을 직접 볼 수 없습니다.

순식간 신호 분석에서의 안정성과 불안정성

여기서 주의해야 할 점은 피드백을 포함하는 회로에 불안정성이 존재할 수 있다는 것이다.전형적인 회로에서는 PCB 원리도와 레이아웃을 볼 수 있으며 거의 항상 안정적인 순간 신호를 만날 수 있습니다.위의 예는 안정적인 응답을 보여줍니다.순간적인 진동에도 불구하고 신호는 결국 안정 상태로 감쇠합니다.강한 피드백을 가진 회로에서는 순간적 진동이 불안정해지고 시간이 지남에 따라 증가합니다.

증폭기는 모두가 알고 있는 상황인데, 그 중 열파동이나 강한 저항성 응답 구동 증폭기의 응답은 강한 피드백이 존재하는 상황에서 불안정하고 포화된다.포화 비선형 시 불변 회로는 결국 이런 불안정한 폭을 일정한 수준으로 안정시켰다.

순식간 신호 분석에서 시역에서의 불안정성을 쉽게 발견할 수 있다;이것은 수출이 기하급수적으로 증가하는 저해 상태에서 발생할 것이다.영극점 분석에서 실제 부분은 플러스이다.