Πρέπει να διαχωριστούν τα στρώματα εδάφους AGND και DGND;
Η απλή απάντηση είναι ότι εξαρτάται από την κατάσταση και η λεπτομερής απάντηση είναι ότι συνήθως δεν χωρίζονται.Επειδή στις περισσότερες περιπτώσεις, ο διαχωρισμός του στρώματος γείωσης θα αυξήσει μόνο την αυτεπαγωγή του ρεύματος επιστροφής, το οποίο φέρνει περισσότερο κακό παρά καλό.Ο τύπος V = L(di/dt) δείχνει ότι όσο αυξάνεται η αυτεπαγωγή, αυξάνεται και ο θόρυβος της τάσης.Και καθώς αυξάνεται το ρεύμα μεταγωγής (επειδή αυξάνεται ο ρυθμός δειγματοληψίας του μετατροπέα), θα αυξάνεται και ο θόρυβος της τάσης.Επομένως, τα στρώματα γείωσης πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους.
Ένα παράδειγμα είναι ότι σε ορισμένες εφαρμογές, προκειμένου να συμμορφωθούν με τις παραδοσιακές απαιτήσεις σχεδίασης, πρέπει να τοποθετηθεί βρώμικη ισχύς διαύλου ή ψηφιακό κύκλωμα σε ορισμένες περιοχές, αλλά και λόγω των περιορισμών μεγέθους, με αποτέλεσμα η πλακέτα να μην μπορεί να επιτύχει καλή διαμέριση διάταξης. θήκη, το ξεχωριστό στρώμα γείωσης είναι το κλειδί για την επίτευξη καλής απόδοσης.Ωστόσο, για να είναι αποτελεσματική η συνολική σχεδίαση, αυτά τα στρώματα γείωσης πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους κάπου στην πλακέτα με μια γέφυρα ή ένα σημείο σύνδεσης.Επομένως, τα σημεία σύνδεσης θα πρέπει να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα στα διαχωρισμένα στρώματα γείωσης.Τελικά, θα υπάρχει συχνά ένα σημείο σύνδεσης στο PCB που γίνεται η καλύτερη θέση για να περάσει το ρεύμα επιστροφής χωρίς να προκαλεί υποβάθμιση της απόδοσης.Αυτό το σημείο σύνδεσης βρίσκεται συνήθως κοντά ή κάτω από τον μετατροπέα.
Όταν σχεδιάζετε τα στρώματα τροφοδοσίας ρεύματος, χρησιμοποιήστε όλα τα διαθέσιμα ίχνη χαλκού για αυτά τα στρώματα.Εάν είναι δυνατόν, μην επιτρέψετε σε αυτά τα στρώματα να μοιράζονται ευθυγραμμίσεις, καθώς πρόσθετες ευθυγραμμίσεις και διόδους μπορούν να βλάψουν γρήγορα το στρώμα τροφοδοσίας ρεύματος χωρίζοντάς το σε μικρότερα κομμάτια.Το προκύπτον αραιό επίπεδο ισχύος μπορεί να συμπιέζει τις διαδρομές ρεύματος εκεί που χρειάζονται περισσότερο, δηλαδή τους ακροδέκτες ισχύος του μετατροπέα.Η συμπίεση του ρεύματος μεταξύ των vias και των ευθυγραμμίσεων αυξάνει την αντίσταση, προκαλώντας μια μικρή πτώση τάσης στους ακροδέκτες ισχύος του μετατροπέα.
Τέλος, η τοποθέτηση στρώματος τροφοδοτικού είναι κρίσιμη.Ποτέ μην στοιβάζετε ένα θορυβώδες στρώμα ψηφιακής τροφοδοσίας πάνω από ένα στρώμα αναλογικού τροφοδοτικού, διαφορετικά τα δύο μπορεί να εξακολουθούν να συνδέονται ακόμα κι αν βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα.Για να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος υποβάθμισης της απόδοσης του συστήματος, η σχεδίαση θα πρέπει να διαχωρίζει αυτούς τους τύπους στρωμάτων αντί να τα στοιβάζει μαζί όποτε είναι δυνατόν.
Μπορεί να αγνοηθεί ο σχεδιασμός του συστήματος παροχής ισχύος (PDS) ενός PCB;
Ο σχεδιαστικός στόχος ενός PDS είναι να ελαχιστοποιήσει τον κυματισμό τάσης που δημιουργείται ως απόκριση στη ζήτηση ρεύματος παροχής ρεύματος.Όλα τα κυκλώματα απαιτούν ρεύμα, άλλα με υψηλή ζήτηση και άλλα που απαιτούν ρεύμα για να παρέχεται με ταχύτερο ρυθμό.Χρησιμοποιώντας μια πλήρως αποσυνδεδεμένη ισχύ χαμηλής αντίστασης ή στρώμα γείωσης και μια καλή πλαστικοποίηση PCB ελαχιστοποιεί τον κυματισμό τάσης λόγω της ζήτησης ρεύματος του κυκλώματος.Για παράδειγμα, εάν η σχεδίαση έχει σχεδιαστεί για ρεύμα μεταγωγής 1A και η σύνθετη αντίσταση του PDS είναι 10 mΩ, η μέγιστη κυματισμός τάσης είναι 10 mV.
Πρώτον, μια δομή στοίβας PCB θα πρέπει να σχεδιαστεί για να υποστηρίζει μεγαλύτερα στρώματα χωρητικότητας.Για παράδειγμα, μια στοίβα έξι επιπέδων μπορεί να περιέχει ένα ανώτερο στρώμα σήματος, ένα πρώτο επίπεδο γείωσης, ένα πρώτο επίπεδο ισχύος, ένα δεύτερο επίπεδο ισχύος, ένα δεύτερο επίπεδο γείωσης και ένα στρώμα σήματος κάτω.Το πρώτο στρώμα εδάφους και το πρώτο στρώμα τροφοδοσίας ισχύος προβλέπονται να βρίσκονται σε κοντινή απόσταση μεταξύ τους στη στοιβαγμένη δομή, και αυτά τα δύο στρώματα απέχουν μεταξύ τους 2 έως 3 mils για να σχηματίσουν μια εγγενή χωρητικότητα στρώματος.Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτού του πυκνωτή είναι ότι είναι δωρεάν και χρειάζεται μόνο να προσδιορίζεται στις σημειώσεις κατασκευής PCB.Εάν το στρώμα τροφοδοσίας πρέπει να χωριστεί και υπάρχουν πολλές ράγες ισχύος VDD στο ίδιο στρώμα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί το μεγαλύτερο δυνατό στρώμα τροφοδοσίας.Μην αφήνετε κενές τρύπες, αλλά προσέχετε και τα ευαίσθητα κυκλώματα.Αυτό θα μεγιστοποιήσει τη χωρητικότητα αυτού του στρώματος VDD.Εάν ο σχεδιασμός επιτρέπει την παρουσία πρόσθετων στρωμάτων, θα πρέπει να τοποθετηθούν δύο πρόσθετα στρώματα γείωσης μεταξύ του πρώτου και του δεύτερου στρώματος παροχής ρεύματος.Στην περίπτωση της ίδιας απόστασης πυρήνων από 2 έως 3 mils, η εγγενής χωρητικότητα της πολυστρωματικής δομής θα διπλασιαστεί αυτή τη στιγμή.
Για ιδανική πλαστικοποίηση PCB, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται πυκνωτές αποσύνδεσης στο σημείο έναρξης εισόδου του στρώματος τροφοδοσίας ρεύματος και γύρω από το DUT, το οποίο θα διασφαλίσει ότι η σύνθετη αντίσταση PDS είναι χαμηλή σε όλο το εύρος συχνοτήτων.Η χρήση ενός αριθμού πυκνωτών 0,001 µF έως 100 µF θα βοηθήσει στην κάλυψη αυτού του εύρους.Δεν είναι απαραίτητο να υπάρχουν πυκνωτές παντού.Η σύνδεση των πυκνωτών απευθείας στο DUT θα παραβιάσει όλους τους κατασκευαστικούς κανόνες.Εάν χρειάζονται τέτοια αυστηρά μέτρα, το κύκλωμα έχει άλλα προβλήματα.
Η σημασία των εκτεθειμένων επιθεμάτων (E-Pad)
Αυτή είναι μια πτυχή που εύκολα παραβλέπεται, αλλά είναι κρίσιμης σημασίας για την επίτευξη της βέλτιστης απόδοσης και απαγωγής θερμότητας του σχεδιασμού PCB.
Το εκτεθειμένο pad (Pin 0) αναφέρεται σε ένα μαξιλάρι κάτω από τα περισσότερα σύγχρονα IC υψηλής ταχύτητας και είναι μια σημαντική σύνδεση μέσω της οποίας όλη η εσωτερική γείωση του τσιπ συνδέεται σε ένα κεντρικό σημείο κάτω από τη συσκευή.Η παρουσία ενός εκτεθειμένου μαξιλαριού επιτρέπει σε πολλούς μετατροπείς και ενισχυτές να εξαλείψουν την ανάγκη για ακίδα γείωσης.Το κλειδί είναι να δημιουργήσετε μια σταθερή και αξιόπιστη ηλεκτρική σύνδεση και θερμική σύνδεση κατά τη συγκόλληση αυτού του μαξιλαριού στο PCB, διαφορετικά το σύστημα θα μπορούσε να υποστεί σοβαρή ζημιά.
Οι βέλτιστες ηλεκτρικές και θερμικές συνδέσεις για εκτεθειμένα τακάκια μπορούν να επιτευχθούν ακολουθώντας τρία βήματα.Πρώτον, όπου είναι δυνατόν, τα εκτεθειμένα μαξιλαράκια θα πρέπει να αναπαράγονται σε κάθε στρώμα PCB, το οποίο θα παρέχει μια παχύτερη θερμική σύνδεση για όλο το έδαφος και επομένως γρήγορη απαγωγή θερμότητας, ιδιαίτερα σημαντική για συσκευές υψηλής ισχύος.Από την ηλεκτρική πλευρά, αυτό θα παρέχει μια καλή ισοδυναμική σύνδεση για όλα τα στρώματα γείωσης.Κατά την αναπαραγωγή των εκτεθειμένων μαξιλαριών στο κάτω στρώμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως σημείο γείωσης αποσύνδεσης και ως μέρος για τοποθέτηση ψυκτών θερμότητας.
Στη συνέχεια, χωρίστε τα εκτεθειμένα επιθέματα σε πολλαπλά πανομοιότυπα τμήματα.Το σχήμα σκακιέρας είναι το καλύτερο και μπορεί να επιτευχθεί με σταυροειδή πλέγματα οθόνης ή μάσκες συγκόλλησης.Κατά τη συναρμολόγηση επαναροής, δεν είναι δυνατό να προσδιοριστεί πώς ρέει η πάστα συγκόλλησης για να δημιουργηθεί η σύνδεση μεταξύ της συσκευής και του PCB, επομένως η σύνδεση μπορεί να είναι παρούσα αλλά άνισα κατανεμημένη ή χειρότερα, η σύνδεση είναι μικρή και βρίσκεται στη γωνία.Η διαίρεση του εκτεθειμένου μαξιλαριού σε μικρότερα τμήματα επιτρέπει σε κάθε περιοχή να έχει ένα σημείο σύνδεσης, διασφαλίζοντας έτσι μια αξιόπιστη, ομοιόμορφη σύνδεση μεταξύ της συσκευής και του PCB.
Τέλος, θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι κάθε τμήμα έχει μια σύνδεση υπεροπής με τη γείωση.Οι περιοχές είναι συνήθως αρκετά μεγάλες ώστε να χωρούν πολλαπλές διόδους.Πριν από τη συναρμολόγηση, φροντίστε να γεμίσετε κάθε θύρα με πάστα συγκόλλησης ή εποξειδικό.Αυτό το βήμα είναι σημαντικό για να διασφαλιστεί ότι η εκτεθειμένη πάστα συγκόλλησης του μαξιλαριού δεν ρέει πίσω στις κοιλότητες των διόδων, κάτι που διαφορετικά θα μείωνε τις πιθανότητες σωστής σύνδεσης.
Το πρόβλημα της διασταυρούμενης σύζευξης μεταξύ των στρωμάτων στο PCB
Στη σχεδίαση PCB, η καλωδίωση διάταξης ορισμένων μετατροπέων υψηλής ταχύτητας θα έχει αναπόφευκτα ένα στρώμα κυκλώματος συζευγμένο με ένα άλλο.Σε ορισμένες περιπτώσεις, το ευαίσθητο αναλογικό στρώμα (ισχύς, γείωση ή σήμα) μπορεί να βρίσκεται ακριβώς πάνω από το ψηφιακό στρώμα υψηλού θορύβου.Οι περισσότεροι σχεδιαστές πιστεύουν ότι αυτό είναι άσχετο επειδή αυτά τα στρώματα βρίσκονται σε διαφορετικά στρώματα.Είναι έτσι τα πράγματα;Ας δούμε ένα απλό τεστ.
Επιλέξτε ένα από τα γειτονικά στρώματα και εισάγετε ένα σήμα σε αυτό το επίπεδο και, στη συνέχεια, συνδέστε τα διασταυρούμενα συζευγμένα στρώματα σε έναν αναλυτή φάσματος.Όπως μπορείτε να δείτε, υπάρχουν πάρα πολλά σήματα που συνδέονται με το διπλανό στρώμα.Ακόμη και με απόσταση 40 mils, υπάρχει μια αίσθηση κατά την οποία τα παρακείμενα στρώματα εξακολουθούν να σχηματίζουν μια χωρητικότητα, έτσι ώστε σε ορισμένες συχνότητες το σήμα θα εξακολουθεί να συνδέεται από το ένα στρώμα στο άλλο.
Υποθέτοντας ότι ένα ψηφιακό τμήμα υψηλού θορύβου σε ένα στρώμα έχει σήμα 1V από διακόπτη υψηλής ταχύτητας, το μη οδηγούμενο στρώμα θα δει ένα σήμα 1 mV συζευγμένο από το οδηγούμενο στρώμα όταν η απομόνωση μεταξύ των στρωμάτων είναι 60dB.Για έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό 12-bit (ADC) με αιώρηση πλήρους κλίμακας 2Vp-p, αυτό σημαίνει 2LSB (λιγότερο σημαντικό bit) ζεύξης.Για ένα δεδομένο σύστημα, αυτό μπορεί να μην αποτελεί πρόβλημα, αλλά θα πρέπει να σημειωθεί ότι όταν η ανάλυση αυξάνεται από 12 σε 14 bit, η ευαισθησία αυξάνεται κατά τέσσερα και έτσι το σφάλμα αυξάνεται σε 8LSB.
Η παράβλεψη της σύζευξης διασταύρωσης/διασταύρωσης μπορεί να μην προκαλέσει την αποτυχία του σχεδιασμού του συστήματος ή την αποδυνάμωση του σχεδιασμού, αλλά πρέπει να παραμείνετε σε εγρήγορση, καθώς μπορεί να υπάρχει μεγαλύτερη σύζευξη μεταξύ των δύο στρωμάτων από ό,τι θα περίμενε κανείς.
Αυτό θα πρέπει να σημειωθεί όταν εντοπίζεται ψευδής σύζευξη θορύβου εντός του φάσματος στόχου.Μερικές φορές η καλωδίωση διάταξης μπορεί να οδηγήσει σε ακούσια σήματα ή σε διασταυρούμενη σύζευξη στρώματος σε διαφορετικά στρώματα.Λάβετε αυτό υπόψη κατά τον εντοπισμό σφαλμάτων ευαίσθητων συστημάτων: το πρόβλημα μπορεί να βρίσκεται στο παρακάτω επίπεδο.
Το άρθρο είναι παρμένο από το δίκτυο, αν υπάρχει κάποια παράβαση, παρακαλώ επικοινωνήστε για διαγραφή, ευχαριστώ!
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-27-2022