Teknik PCB - Analisis isyarat sementara dalam desain sirkuit PCB

Balasan sementara dalam sambungan antara satu sama lain dan pada garis kuasa dalam papan PCB bertanggungjawab atas ralat bit, kecemasan masa, dan masalah integriti isyarat lain. Anda boleh menentukan langkah desain untuk dilakukan dalam merancang sirkuit sempurna menggunakan analisis isyarat sementara.

Analisis isyarat sementara dalam sirkuit sederhana boleh diperiksa dan dihitung secara manual, membolehkan tindak balas sementara digambar melalui masa. Sirkuit yang lebih kompleks mungkin sukar untuk dianalisis secara manual. Sebaliknya, anda boleh guna simulator untuk analisis isyarat sementara semasa desain simulator. Dengan perisian desain yang betul, anda bahkan tidak memerlukan keterampilan pengekodan.

Secara rasmi, transien boleh berlaku dalam sirkuit yang boleh ditulis sebagai set pasang persamaan berbezaan linear atau tidak linear tertib pertama (autonom atau bukan-autonom). Balasan sementara boleh ditentukan dalam beberapa cara.

Balasan sementara tanpa balas balik dalam sirkuit masa-invarian adalah salah satu daripada tiga kes berikut:

Pemadaman berlebihan: Pemadaman perlahan, tiada oscilasi

Pemegangan kritik: Balasan pecahan cepat, tiada oscilasi

Tandakan bawah: Balasan oscilator yang dipenuhi

Di sisi simulasi sirkuit, anda boleh jalankan simulasi analisis isyarat sementara secara langsung dari skema. Ini memerlukan pertimbangan dua aspek perilaku sirkuit:

Isyarat pemacu. Ini menentukan perubahan dalam tenaga input/aras semasa yang menyebabkan balas sementara. Ini mungkin melibatkan perubahan diantara dua aras isyarat (iaitu isyarat digital yang menukar), titik atau puncak dalam aras isyarat input semasa, atau sebarang perubahan arbitrari lain dalam isyarat pemandu. Anda boleh pertimbangkan menggunakan isyarat sinusoidal atau bentuk gelombang periodik arbitrari untuk pemacu. Anda juga boleh mempertimbangkan masa naik terhad apabila isyarat bertukar antara dua aras.

Keadaan awal. Ini menentukan keadaan sirkuit apabila isyarat pemacu berubah atau bentuk gelombang pemacu diaktifkan. Anggap pada masa t=0, sirkuit awalnya dalam keadaan stabil (iaitu, tiada balasan sementara sebelumnya dalam sirkuit). Jika keadaan awal tidak dinyatakan, tekanan dan semasa dianggap sebagai sifar pada t=0.

Selepas menjalankan simulasi, anda diberikan output yang meliputi sama ada isyarat input dan output, membolehkan anda melihat persis bagaimana perubahan yang berbeza dalam aras isyarat menghasilkan respon sementara. Contoh untuk menukar isyarat digital dipaparkan di bawah. Dalam litar ini, kita anggap tiada syarat awal dinyatakan. Balasan sementara semasa menunjukkan ketinggalan dan ketinggalan yang berat disebabkan kelemahan yang tidak cukup. Satu penyelesaian di sini adalah untuk menambah beberapa pemberontak siri di sumber untuk meningkatkan pemadaman. Satu penyelesaian yang lebih baik adalah untuk mengurangkan induktan dalam sirkuit atau meningkatkan kapasitas sehingga balasan masuk ke dalam keadaan damp.

Contoh hasil analisis isyarat sementara

Diagram skematik dan bentangan selepas analisis isyarat sementara

Output dalam figura di atas sama dengan yang dilihat dalam simulasi bentuk gelombang refleksi, di mana insiden dan gelombang refleksi dibandingkan dalam simulasi selepas bentangan. Perbezaan dalam kes ini adalah kita bekerja dalam skema, yang tidak menganggap kesan parasit dalam PCB. Dalam simulasi selepas bentangan, parasitisasi dianggap, dan keputusan analisis isyarat sementara anda mungkin memberitahu anda untuk membuat beberapa perubahan bentangan atau tumpuan untuk mengurangi bunyi yang diterangkan di atas.

Jika keputusan di atas dilihat dalam simulasi integriti isyarat selepas bentangan garis penghantaran, satu penyelesaian adalah untuk mengurangkan induktansi loop dalam sambungan dan mengurangkan kapasitasi secara proporsional. Ini akan meningkatkan damping litar tanpa mengubah impedance karakteristik. Ini juga menggerakkan frekuensi resonan dalam sirkuit ke nilai yang lebih tinggi, mengurangkan amplitud bunyi. Pilihan lain adalah menyambung pemacu dalam siri.

Analisis kosong kutub

pendekatan alternatif untuk simulasi domain masa adalah untuk menggunakan analisis polo-sifar. Teknik mengambil sirkuit ke dalam domain Laplace dan menghitung tiang dan sifar dalam sirkuit. Ini membolehkan anda melihat secara segera bagaimana tindak balas isyarat sementara dalam sirkuit. Perhatikan bahawa jenis simulasi ini masih boleh mempertimbangkan keadaan awal dalam analisis isyarat sementara, jadi keputusan lebih umum. Namun, anda tidak dapat melihat secara langsung ukuran isyarat sementara kerana anda tidak secara eksplicit mempertimbangkan perilaku bentuk gelombang input.

Stabiliti dan ketidakstabilan dalam analisis isyarat sementara

Satu perkara yang perlu dicatat di sini adalah potensi untuk ketidakstabilan dalam sirkuit yang mengandungi balas balik. Dalam litar biasa, and a akan memeriksa skema dan bentangan PCB, dan hampir sentiasa akan menghadapi isyarat sementara yang stabil. Contoh di atas menunjukkan balasan yang stabil. Walaupun oscilasi sementara, isyarat akhirnya runtuh ke keadaan tetap. Dalam sirkuit dengan balas balik yang kuat, oscilasi sementara menjadi tidak stabil dan tumbuh melalui masa.

Penampilkan adalah keadaan yang diketahui yang mana perubahan panas atau respon kuat yang lemah mendorong respon penyampilkan menjadi tidak stabil dan ketepuan dalam kehadiran balas balik kuat. Sirkuit masa-invarian tidak linear yang satur akhirnya memaksa amplitud tidak stabil ini untuk stabil ke aras konstan.

Dalam analisis isyarat sementara, anda boleh mudah mencari ketidakstabilan dalam domain masa; Ini akan berlaku dalam keadaan rendah dengan meningkat eksponensial output. Dalam analisis polo sifar, bahagian sebenar adalah positif.