Технология PCB - Понимание технологии проектирования полосы пропускания при проектировании PCB

Эта статья касается печатной электроники и PCB. Я приобрел технологию проектирования полосы пропускания 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.

При вычислении сигнала 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 компонент постоянного тока, за которым следуют многие менее интенсивные компоненты переменного тока, 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, цифровой сигнал - это сумма сигналов постоянного тока 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 где - то в частотном диапазоне, и все частотные составляющие, необходимые для этой информации, определяют пропускную способность. Частоты вне полосы пропускания не нужны и могут быть отвергнуты, например, путем фильтрации, поскольку эти частоты не несут дополнительной информации о сигнале.

Пропускную способность можно рассматривать как рабочую область электрического сигнала, в которой он не теряет информацию, а также как необходимую для диаметра схемы сигнала (т.е. маршрутизации) или нагрузки. Затем соответствующим образом спроектировано электронное устройство, которое в лучшем случае остается неизменным, когда сигнал подается в линию следа. Если скорость сигнала превышает пропускную способность трекера 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 для увеличения, просто потому, что сигнал отличается. Даже если частота сигнала идентична, требования к времени подъема и падения цифрового сигнала (50 - процентное отношение пустоты) и сигнала PWM (отношение пустоты от 10 до 90%) различны. В PWM - сигналах, когда состояние "включения" сигнала короче, чем состояние "выключения" (90%) (коэффициент заполнения 10%), это означает, что время подъема должно быть быстрее, чем более длительный импульс "включения". Конечно, частота сигнала также важна, потому что чем выше частота, тем быстрее требуется время ее подъема. 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 находится примерно на том же Оме, что и выходное сопротивление сигнального привода, выходное сопротивление также должно учитываться при расчете частоты отсечения - 3дБ.

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

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

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

Этот сигнал является цифровым. По форме видно, что после фильтрации мы не теряем информацию. Мы все еще можем надежно обнаружить импульсы логики 1, и сигнал все равно будет снижаться достаточно быстро до начала следующего цикла. Кроме того, поскольку высокочастотные гармоники затухают, шум намного меньше. Таким образом, мне удалось уменьшить последовательные помехи между цифровой шиной и чувствительной сенсорной линией и сделать датчик работоспособным без перегруппировки. 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 гораздо важнее ограничить пропускную способность до соответствующего уровня, чем в PCB. Основной причиной ограничения пропускной способности печатной электроники является уменьшение помех, вызванных последовательными помехами. Создавая лучший стек сопротивления и помех, печатная электроника была более ограничена, и мне нужно было использовать фильтры или сигналы с ограниченной скоростью преобразования. Когда мы рассматриваем стеки печатной электроники, 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 S и диэлектрический слой намного тоньше, чем PCB, что приводит к большей емкости между линиями следа. Большая емкость означает, что частота связи через эту « емкость» ниже. Кроме того, размер области компоновки может быть почти таким же, как и размер продукта, а это означает, что линия следа 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, поскольку она включает в себя широкий спектр материалов и стеков, 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 в дизайне печатной электроники и требует тщательного рассмотрения. Из - за различий в материалах проблемы, связанные со скоростью сигнала в печатной электронике, аналогичны проблемам в PCB, но в печатной электронике мы можем столкнуться с гораздо меньшими проблемами.