Технология PCB - Понимание технологии проектирования полосы пропускания при проектировании PCB

Эта статья касается печатной электроники и печатных плат. Я приобрел технологию проектирования полосы пропускания для проектирования PCB и позже применил тот же принцип к дизайну печатной электроники. В этой статье я объясню, как я понимаю пропускную способность и как применять ее к PCB и печатной электронике.

Когда сигнал вычисляется путем преобразования Фурье из временной области в частотную область, сигнал может содержать несколько частотных компонентов. Сигнал временной области - это сумма всех составляющих частоты, и форма сигнала зависит от уровня мощности каждой отдельной частоты. Цифровой сигнал содержит компоненты DC, за которыми следуют многие компоненты AC более низкой интенсивности, интенсивность которых уменьшается с увеличением частоты. Более быстрый сигнал означает более высокую частотную составляющую. Каждая из этих частот переменного тока представляет собой очень узкий диапазон, то есть одночастотный синусоидальный сигнал. Таким образом, цифровые сигналы представляют собой сумму DC - сигналов плюс большое количество синусоидальных сигналов. Сигналы чистого переменного тока могут быть узкополосными (например, синусоидальными волнами), поскольку они не содержат компонента постоянного тока.

Сигнальная информация находится в определенном месте в частотном диапазоне, и все частотные составляющие, необходимые для этой информации, определяют пропускную способность. Частоты, отличные от полосы пропускания, не нужны и могут быть отклонены, например, с помощью фильтров, поскольку эти частоты не несут дополнительной информации о сигнале.

Пропускная способность может рассматриваться как рабочая область электрического сигнала, в которой он не теряет информацию, а также необходима для диаметра схемы сигнала (т. е. маршрутизации) или нагрузки. Затем соответствующим образом спроектировано электронное устройство, которое в лучшем случае остается неизменным, когда сигнал подается на след. Если скорость сигнала выше, чем пропускная способность дорожки или фильтра, сигнал будет изменен, что обычно означает, что определенные частотные компоненты будут отфильтрованы. Отслеживание само по себе будет ограничено пропускной способностью,

Пропускная способность сигнала определяется временем подъема сигнала (от 10% до 90%) и может быть выражена следующим эмпирическим законом:

Пропускная способность = 0,35 / tr (1)

Частота сигнала не так важна, как требуется время подъема, просто потому, что сигнал отличается. Даже если частота сигнала идентична, требования к времени подъема и падения цифрового сигнала (50 - процентное отношение заполнения) и сигнала PWM (отношение заполнения от 10 до 90%) различны. В PWM - сигналах, когда состояние сигнала "включено" короче, чем состояние "выключено" (90%) (коэффициент заполнения составляет 10%), это означает, что время подъема должно быть быстрее по сравнению с более длинным импульсом состояния "включено" much. Конечно, частота сигнала также важна, потому что чем выше частота, тем быстрее она поднимается. Это эмпирическое правило полосы пропускания является моим первым инструментом для проектирования задач, связанных с пропускной способностью сигнала. Я узнал об этом давным - давно от преподавателя электронного дизайна в университете, и с тех пор я неоднократно использовал его в дизайне.

Если выбранное сопротивление RC - фильтра примерно такое же, как и выходное сопротивление сигнального привода, выходное сопротивление также должно учитываться при расчете частоты отсечения - 3дБ.

Пропускную способность можно считать такой же, как и частоту отсечения - 3dB. Крайняя частота означает, что частота в это время ослабела до половины своего исходного уровня мощности. Можно использовать и другие фильтры. Имеет смысл минимизировать последовательные помехи с помощью наилучшей конструкции компиляции PCB, но фильтр предоставляет нам еще один инструмент для минимизации последовательных помех. Я выбрал резистор 100 островов и конденсатор 100 pF. Кроме того, мы измерили выходное сопротивление сигнального привода 38 островов и емкость нагрузки ~ 10pF IC, что необходимо учитывать. Калькулятор RC - фильтра показывает частоту отсечения:

F - 3dB = 1 / 2н (100 островов + 38 островов) * (100pF + 10pF) = 10.484 МГц

Согласно расчетам пропускной способности, максимальное время увеличения пропускной способности составляет 0,35 / 10484 МГц = 33,4 ns.

Сигнал является цифровым сигналом. По форме видно, что после фильтрации мы не теряем информацию. Мы все еще можем надежно обнаружить импульсы в логике 1, и сигнал все равно будет снижаться достаточно быстро до начала следующего цикла. Кроме того, поскольку высокочастотные гармоники были ослаблены, шум намного меньше. Таким образом, мне удалось уменьшить помехи между цифровой шиной и чувствительной сенсорной линией и заставить датчик работать без перенастройки. Это достигается путем фильтрации сигналов помех без какого - либо контакта с аналоговыми сигналами, поскольку требования к пропускной способности датчика выше, чем у цифровой шины.

В печатной электронике ограничение пропускной способности до соответствующего уровня даже важнее, чем PCB. Основная причина ограничения пропускной способности печатной электроники заключается в уменьшении помех, вызванных последовательными помехами. Установив оптимальную стопку сопротивлений и последовательных помех, печатные электронные устройства были более ограниченными, и мне нужно было использовать фильтры или сигналы с ограниченной скоростью преобразования. Когда мы рассматриваем стопку печатных электронных устройств, мы видим, что перекрестные линии отделены только локально тонкими слоями печатного диэлектрика. Его толщина составляет всего несколько десятков микрон, что означает, что конденсаторная связь между перекрестными следами очень сильна. ёмкость между следами зависит от площади пересечения между ними и толщины диэлектрического слоя. В печатной электронике линия следа обычно шире, чем PCB, а слой S и слой диэлектрика намного тоньше, чем PCB, что приводит к большей емкости между линиями следа. Большая емкость означает, что более низкая частота связана через эту « емкость». Кроме того, размер области компоновки может быть почти таким же, как размер продукта, а это означает, что длина линии следа очень длинная, что увеличивает индуктивность линии. Как и более высокая емкость, более высокая индуктивность влияет на более низкие частоты.

Печатная электроника создает проблемы с низкой пропускной способностью из - за разнообразия материалов и пакетов, но производители PCB могут решить эти проблемы с помощью известных принципов и методов, широко используемых в дизайне PCB. Кроме того, понимание пропускной способности очень важно при проектировании печатной электроники и требует тщательного рассмотрения. Из - за различий в материалах проблемы, связанные со скоростью сигнала в печатной электронике, аналогичны проблемам в печатных платах, но в печатной электронике мы можем столкнуться с гораздо меньшими проблемами.