Meniul
AcasăFoto și video

Integritatea semnalului pe placa de circuit imprimat și impedanța caracteristică a conductorilor. Aspect PCB

11 decembrie 2016 la 17:48

Micile secrete ale plăcilor de urmărire cu operaționale și amplificatoare de instrumente

  • Internetul Lucrurilor,
  • sunet,
  • Electronice pentru începători
  • Tutorial
La proiectarea plăcilor
Nimic nu vine atât de ieftin
Și nu este apreciat atât de mult
Cum să urmăriți corect.


În era Internetului lucrurilor și a disponibilității plăcilor cu circuite imprimate, și nu numai folosind tehnologia LUT, proiectarea acestora este adesea realizată de oameni a căror întreagă activitate este legată de tehnologia digitală.

Chiar și atunci când urmărirea este simplă tabla digitala Există reguli nerostite pe care le respect mereu în proiectele mele, iar în cazul dezvoltării dispozitivelor de măsurare cu secțiuni de circuit digital-analogic, acest lucru este pur și simplu necesar.

În acest articol, vreau să direcționez designerii începători către o serie de tehnici elementare care ar trebui urmate pentru a obține un circuit de funcționare stabil și pentru a reduce eroarea de măsurare sau a minimiza coeficientul de distorsiune al căii audio. Pentru claritate, informațiile sunt prezentate sub forma a două exemple.

Exemplul numărul doi. Urmărirea unui circuit simplu de amplificator operațional



Orez. 1. Circuit amplificator op-amp


Orez. 2. Două opțiuni pentru trasarea plăcii amplificatorului la amplificatorul operațional

Un mic subiect în afara subiectului, care nu are legătură directă cu subiectul articolului de astăzi

Vă sfătuiesc insistent să utilizați aceeași tehnică atunci când furnizați energie altor tipuri de microcircuite, în special ADC-uri, DAC-uri și numeroși pini de alimentare ale microcontrolerelor. Dacă utilizați module de microcontrolere analogice încorporate - ADC, DAC, comparatoare, surse de tensiune de referință, nu vă leneși să priviți fișa de date și să vedeți ce condensatoare de blocare, în ce cantitate și unde ar trebui instalate. Un circuit de decuplare sub formă de filtru sau cel puțin o rezistență între sursa principală de alimentare digitală a microcontrolerului și cea analogică nu ar strica. Este mai bine să plasați pământul analogic ca un poligon separat sau un strat de ecran și să îl conectați la pământul principal la un moment dat, în unele cazuri este util printr-un filtru


Elementele circuitului părere ar trebui să fie amplasat cât mai aproape de intrarea neinversoare, ceea ce reduce la minimum posibilitatea interferenței cu circuitul de intrare de înaltă impedanță.

Să trecem la un caz mai serios și mai interesant din domeniul măsurătorilor, unde trasarea poate fi extrem de importantă.

Exemplul numărul unu. Urmărirea unui monitor de consum de curent pe un amplificator de instrumente


Orez. 3. Circuitul de monitorizare a curentului folosind amplificatorul operațional de instrumentare

Figura prezintă o diagramă a unui contor de consum de curent. Elementul de măsurare este rezistența de șunt inclusă în circuitul de putere. Sarcina la care se măsoară curentul este R sarcină. Tensiunea măsurată este îndepărtată din rezistență R shunt si filtrat folosind un circuit simetric pe elementele R1, R2, C1-C3. Cipul U2 servește la alimentarea tensiunii de referință. R4, C5 - filtru de ieșire.

Când urmăriți, desigur, trebuie să urmați toate recomandările date mai sus.


Orez. 4. Două opțiuni pentru rutarea plăcii amplificatorului pe un amplificator operațional de instrumentare

Să ne uităm la deficiențele pe care le are diagrama din stânga:

  • Deoarece avem o intrare diferențială, este necesar să facem cele două căi de semnal ale sale cât mai simetrice posibil. Conductoarele liniei de semnal trebuie să fie de aceeași lungime și amplasate aproape unul de celălalt. Ideal la aceeași distanță unul de celălalt;
  • IC-ul de referință trebuie să fie situat cât mai aproape de intrarea tensiunii de referință a amplificatorului de instrumente.
Observand foarte reguli simple iti faci viata mai usoara. În unele cazuri, pur și simplu nu provoacă daune, în altele pot îmbunătăți semnificativ atât stabilitatea circuitului în ansamblu, cât și precizia măsurătorilor.

Nu țineți un pistol încărcat pe perete. Într-o zi cu siguranță va trage și va alege cel mai incomod moment pentru asta.

După cum sa menționat mai sus, circuitele sunt diferite: partea digitală; parte analogică; secțiunea de putere; partea de interfață. Toate aceste părți ale lanțului trebuie spațializate dacă este posibil. În caz contrar, se pot întâmpla „miracole”. Deci, de exemplu, dacă dispozitivul dvs. are un touchpad (capacitatea este trasă de substratul de cupru de pe placă), iar lângă acesta plasați convertor de impulsuri sursă de alimentare, atunci interferența vor duce la alarme false. Un alt exemplu: amplasarea unei piese de alimentare, cum ar fi un releu, în apropierea părții digitale sau analogice poate, în cel mai rău caz, să deterioreze interiorul microcontrolerului, creând un potențial mai mare de 5 volți pe pin și să dea false pozitive (în partea digitală) sau citiri incorecte (în partea analogică), totuși, dacă rezoluția ADC nu depășește 10 biți, atunci terenurile nu trebuie separate, deoarece impactul este de obicei minim).

Făcând terenurile „diferite”, reduceți impactul pe care îl au unul asupra celuilalt. Ce trebuie să urmați când cultivați pământ?

Prin maximizarea suprafeței de sol a PCB-ului, inductanța acestuia este redusă la minimum, ceea ce, la rândul său, duce la o radiație redusă. În plus, prin creșterea zonei, crește imunitatea la zgomot a plăcii de circuit imprimat. Există două moduri de a mări suprafața: umpleți complet tabla sau faceți-o sub formă de grilă.

Umplerea completă vă permite să obțineți cea mai mică impedanță - acesta este un sistem de pământ „ideal” (plasa este puțin mai proastă).

Cu toate acestea, pe plăci de suprafață mare, umplerea continuă cu un poligon de pământ poate. Poligonul trebuie așezat pe ambele părți ale tablei cât mai uniform posibil. Folosind grila, trebuie să-i controlați pasul: .

Poligoanele de pe plăcile multistrat trebuie conectate în mai multe locuri; mai jos este o „cușcă Faraday” în designul unei plăci de circuit imprimat. Această tehnică este utilizată la frecvențe gigahertzi.


Dacă pământul este direcționat ca o simplă urmă, atunci se recomandă rutarea liniei de alimentare pe partea opusă a plăcii. În cazul unei plăci multistrat, liniile de pământ și electrice sunt, de asemenea, situate pe straturi diferite.

Rezistența conductorilor depinde și de frecvență (vezi. ). Cu cât frecvența este mai mare, cu atât este mai mare rezistența la urmă/la sol. Deci, de exemplu, dacă la 100 Hz rezistența la sol este de 574 μOhm, iar pista semnalului (lățime 1 mm, lungime 10 mm, grosime 35 μm) este de 5,74 mOhm, atunci la o frecvență de 1 Hz vor lua valori de 11,6 mOhm și 43,7 Ohm. După cum puteți vedea, diferența este colosală. În plus, placa în sine începe să emită radiații, mai ales în zonele în care firele sunt conectate la placă.

Am privit „terenul” dintr-un punct de vedere general, dar intrând în detalii, trebuie să discutăm despre așa-numitul teren „semnal”, unde:

A) conexiunea într-un singur punct este o topologie nedorită din punct de vedere al zgomotului. Din cauza conexiune serială impedanța la sol crește, ceea ce duce la probleme frecvente inalte. Intervalul acceptabil pentru această topologie este de la 1 Hz la 10 MHz, cu condiția ca cea mai lungă urmă de sol să nu depășească 1/20 din lungimea de undă.


B) o conexiune multipunct are o impedanță semnificativ mai mică - recomandată în circuitele digitale și la frecvențe înalte. Conexiunile trebuie să fie cât mai scurte posibil pentru a minimiza rezistența. În circuitele cu frecvențe joase, această topologie nu este cea mai buna alegere. Dacă placa are o parte LF și HF, atunci HF ar trebui să fie plasat mai aproape de pământ, iar LF mai aproape de linia de alimentare.


C) conexiune hibridă - se recomandă utilizarea acesteia dacă pe o placă de circuit imprimat există diferite componente: parte digitală, analogică sau putere. Acestea funcționează la frecvențe diferite și nu trebuie amestecate pentru o mai mare acuratețe și stabilitate a dispozitivului.


Exemplu de împărțire a terenului:

În cazul nostru (în general vorbind) există o singură parte - digitală. Pe placă vor fi conectori, dar curenții care trec prin ei sunt nesemnificativi (programator, pin UART pentru Modul Wi-Fi) și nu ar trebui să afecteze funcționarea dispozitivului. În ciuda faptului că frecvența de ceas a microcontrolerului este de 24 MHz, toate perifericele la care este conectat vor funcționa la frecvențe semnificativ mai mici de 10 MHz (cu excepția modulului Wi-Fi, care are o frecvență de 2,4 GHz). Cu alte cuvinte, dispozitivul nostru poate folosi o conexiune cu un singur punct, dar este potrivit și un sistem cu mai multe puncte. De asemenea, este recomandat să plasați poligonul sub toate circuitele de înaltă frecvență neemițătoare (cum ar fi microcontrolerul nostru, dar despre asta vom vorbi mai târziu).


Când utilizați o umplere completă pentru o groapă de gunoi, merită să îndepărtați cuprul de sub modulul Wi-Fi - acest lucru va evita protejarea radiațiilor acestuia.


Toate secțiunile izolate de cupru (ing. cupru mort) trebuie îndepărtate, deoarece la RF încep să radieze și să interfereze cu liniile de semnal. Potențialul în astfel de zone este diferit de cel al solului și este nedorit.


Pe lângă sol/poligon, există și alte piste pe bord - piste de semnal. Ele pot transporta un semnal de ceas (de exemplu, linia SCK a cipul MAX7219) sau pot transmite date (UART urmărește RX și TX de la modulul Wi-Fi). Conectarea lor nu este mai puțin responsabilă - trebuie să cunoașteți câteva reguli. În primul rând, pentru a minimiza interferența de la un conductor la altul, distanța dintre ele trebuie menținută.

Pentru semnalele de ceas, precum și pentru liniile audio, video și de resetare, se recomandă să lăsați cel puțin două lățimi de urme pe laterale. În cazuri deosebit de critice, ei încearcă să evite intersectarea cu piste de pe partea opusă a tablei.

Cu siguranță ați văzut deja plăci de circuite imprimate ale diferitelor dispozitive - și ați observat că majoritatea nu au unghiuri drepte.

La frecvente inalte vor actiona ca antene, asa ca la intoarcere apeleaza la unghiuri de 45 de grade.

Anterior, plăcile de circuite imprimate erau desenate manual, ceea ce înseamnă că unghiurile erau arbitrare (nu strict 45 de grade). Din punct de vedere EMC, acest aspect este mai bun, dar nu face placa mai ușor de înțeles. În prezent, toate sistemele CAD moderne suportă în mod predominant .


Printre altele, la întoarcerea la 90 de grade, ceea ce înseamnă în lanțuri puternice cu curenți mari acest lucru poate duce la supraîncălzirea și arderea zonei. În circuitele de joasă frecvență, utilizarea conexiunilor în formă de T nu este interzisă, dar în circuitele de înaltă frecvență acest lucru va duce la probleme.

Pe de altă parte, colțurile ascuțite ar trebui evitate - acest lucru este rău din punct de vedere tehnologic. În astfel de locuri, se formează o „stagnare” a reactanților chimici, iar în timpul gravării, o parte a conductorului va fi pur și simplu gravată.


Printre altele, lățimea conductorului trebuie să fie constantă, deoarece atunci când se schimbă, pista începe să se comporte ca o antenă. Nu se recomandă amplasarea găurilor prin intermediul suportului sau în imediata apropiere a elementului (fără a le separa cu o mască de lipit), deoarece acest lucru poate duce la fluxul de lipire și, ca urmare, poate provoca defecte în timpul asamblarii. Cel mai bine este să acoperiți vias cu o mască de lipit.

Elementele care sunt conectate la depozitul de deșeuri trebuie separate printr-o barieră termică, care ajută la prevenirea încălzirii neuniforme a șantierului în timpul lipirii.


Microcontroler

Am acoperit elementele de bază ale aspectului PCB-ului, acum este timpul să trecem la lucruri specifice, în special, luați în considerare cele mai bune practici pentru rutarea liniilor de alimentare și de masă ale microcontrolerului.


Condensatoarele de blocare trebuie plasate cât mai aproape de bornele microcontrolerului, astfel încât acestea să fie amplasate de-a lungul „calei” curentului. Altfel, pur și simplu nu are rost în ele.


Pentru imprimarea pe o singură față, șablonul arată astfel:


În cazul unei plăci cu două fețe, este convenabil să plasați condensatorii sub microcontroler, dar cu un lot mare și instalarea automată, acest lucru va cauza dificultăți tehnice. De obicei, ei încearcă să plaseze componentele pe o parte.


Rezonator cu cuarț, sursa ceasului, ar trebui să fie, de asemenea, amplasată cât mai aproape de picioare. Placă cu o singură față:


Toate jumperii dintre picioarele cipurilor SMD trebuie să fie amplasate în afara zonei de lipit:


Și în sfârșit, câteva sfaturi utile.


CONSIDERENTE GENERALE

Datorită diferențelor semnificative dintre circuitele analogice și cele digitale, porțiunea analogică a circuitului trebuie separată de restul și trebuie respectate metode și reguli speciale la cablarea acesteia. Efectele care decurg din caracteristicile neideale ale plăcilor cu circuite imprimate devin deosebit de vizibile în circuitele analogice de înaltă frecvență, dar erorile vedere generala, descris în acest articol, poate afecta caracteristicile de calitate ale dispozitivelor care funcționează chiar și în domeniul de frecvență audio.

Intenția acestui articol este de a discuta despre greșelile comune făcute de designerii PCB, de a descrie impactul acestor greșeli asupra performanței calității și de a oferi recomandări pentru rezolvarea problemelor care apar.

Placă de circuit imprimat - componentă a circuitului

Numai în cazuri rare poate fi direcționat un circuit analogic PCB astfel încât influențele pe care le introduce să nu aibă niciun efect asupra funcționării circuitului. În același timp, orice astfel de impact poate fi minimizat, astfel încât caracteristicile circuitelor analogice ale dispozitivului să fie aceleași cu cele ale modelului și prototipului.

Aspect

Dezvoltatori circuite digitale poate corecta mici erori de pe placa fabricată prin adăugarea de jumperi la aceasta sau, dimpotrivă, îndepărtarea conductoarelor inutile, efectuarea de modificări în funcționarea microcircuitelor programabile etc., trecând foarte rapid la următoarea dezvoltare. Acesta nu este cazul unui circuit analogic. Unele dintre erorile comune discutate în acest articol nu pot fi corectate prin adăugarea de jumperi sau prin eliminarea conductorilor în exces. Ele pot și vor face ca întreaga placă de circuit imprimat să fie inoperabilă.

Este foarte important pentru un proiectant de circuite digitale care utilizează astfel de metode de corecție să citească și să înțeleagă materialul prezentat în acest articol cu ​​mult înainte de a trimite proiectul la producție. O mică atenție la proiectare și o discuție asupra opțiunilor posibile nu numai că va împiedica PCB-ul să devină vechi, ci și va reduce costul erorilor grave într-o mică parte analogică a circuitului. Găsirea erorilor și remedierea lor poate duce la sute de ore pierdute. Prototiparea poate reduce acest timp la o zi sau mai puțin. Breadboard toate circuitele dvs. analogice.

Surse de zgomot și interferențe

Zgomotul și interferența sunt principalele elemente care limitează calitatea circuitelor. Interferența poate fi fie emisă de surse, fie indusă pe elementele circuitului. Circuitele analogice sunt adesea amplasate pe o placă de circuit imprimat împreună cu componente digitale de mare viteză, inclusiv procesoare de semnal digital ( DSP).

Semnalele logice de înaltă frecvență generează interferențe RF semnificative ( RFI). Numărul surselor de emisie de zgomot este enorm: surse de alimentare cheie pentru sisteme digitale, telefoane mobile, radio și televiziune, surse de alimentare pentru lămpi lumina zilei, calculatoare personale, descărcări de fulgere etc. Chiar dacă un circuit analogic funcționează în domeniul de frecvență audio, interferența de radiofrecvență poate crea zgomot vizibil în semnalul de ieșire.

Alegerea designului PCB este factor important, care determină caracteristicile mecanice la utilizarea dispozitivului în ansamblu. Materiale utilizate pentru realizarea plăcilor de circuite imprimate diverse niveluri calitate. Va fi cel mai potrivit și convenabil pentru dezvoltator dacă producătorul plăcii de circuite imprimate este situat în apropiere. În acest caz, este ușor să controlați rezistivitatea și constanta dielectrică - principalii parametri ai materialului plăcii de circuit imprimat. Din păcate, acest lucru nu este suficient și cunoașterea altor parametri precum inflamabilitatea, stabilitatea la temperatură ridicată și coeficientul de higroscopicitate este adesea necesară. Acești parametri pot fi cunoscuți numai de producătorul componentelor utilizate în producția de plăci cu circuite imprimate.

Materialele stratificate sunt desemnate prin indicii FR ( rezistent la flacără, rezistență la aprindere) și G. Materialul cu indice FR-1 are cea mai mare inflamabilitate, iar FR-5 - cea mai mică. Materialele cu indici G10 și G11 au caracteristici speciale. Materialele plăcilor cu circuite imprimate sunt date în tabel. 1.

Nu utilizați PCB categoria FR-1. Există multe exemple de PCB-uri FR-1 care au suferit daune termice din cauza componentelor de mare putere. Plăcile cu circuite imprimate din această categorie sunt mai asemănătoare cu cartonul.

FR-4 este adesea folosit la fabricarea de echipamente industriale, în timp ce FR-2 este folosit la fabricarea de aparate electrocasnice. Aceste două categorii sunt standardizate în industrie, iar PCB-urile FR-2 și FR-4 sunt adesea potrivite pentru majoritatea aplicațiilor. Dar uneori caracteristicile imperfecte ale acestor categorii forțează utilizarea altor materiale. De exemplu, pentru aplicații de foarte înaltă frecvență, fluoroplasticele și chiar ceramica sunt folosite ca materiale pentru plăcile de circuite imprimate. Cu toate acestea, cu cât materialul PCB este mai exotic, cu atât prețul poate fi mai mare.

Atunci când alegeți un material PCB, acordați o atenție deosebită higroscopicității acestuia, deoarece acest parametru poate avea un efect negativ puternic asupra caracteristicilor dorite ale plăcii - rezistența la suprafață, scurgerile, proprietățile de izolare de înaltă tensiune (defecțiune și scântei) și rezistența mecanică. De asemenea, acordați atenție Temperatura de Operare. Loturi cu temperatura ridicata poate apărea în locuri neașteptate, cum ar fi lângă circuite mari digitale integrate care comută la frecvențe înalte. Dacă astfel de zone sunt situate direct sub componentele analogice, temperaturile crescute pot afecta performanța circuitului analogic.

tabelul 1

Componente, comentarii

hârtie, compoziție fenolică: presare și ștanțare la temperatura camerei, coeficient de higroscopicitate ridicat

hârtie, compoziție fenolică: aplicabilă pentru plăcile cu circuite imprimate pe o singură față ale aparatelor de uz casnic, coeficient de higroscopicitate scăzut

hârtie, compoziție epoxidice: modele cu caracteristici mecanice și electrice bune

fibră de sticlă, compoziție epoxidice: proprietăți mecanice și electrice excelente

fibra de sticla, compozitie epoxidica: rezistenta ridicata la temperaturi ridicate, neinflamabil

fibră de sticlă, compoziție epoxidice: proprietăți izolante ridicate, cea mai mare rezistență a fibrei de sticlă, coeficient de higroscopicitate scăzut

fibră de sticlă, compoziție epoxidice: rezistență ridicată la încovoiere la temperaturi ridicate, rezistență ridicată la solvenți

Odată ce materialul PCB este selectat, trebuie determinată grosimea foliei PCB. Acest parametru este selectat în primul rând pe baza valorii maxime a curentului care curge. Dacă este posibil, încercați să evitați utilizarea foliei foarte subțiri.

NUMĂR DE STRATURILE DE PLACĂ IMPRIMATĂ

În funcție de complexitatea generală a circuitului și de cerințele de calitate, proiectantul trebuie să determine numărul de straturi ale PCB.

PCB-uri cu un singur strat

Foarte simplu circuite electronice sunt realizate pe plăci cu o singură față folosind materiale de folie ieftine (FR-1 sau FR-2) și au adesea multe jumperi, asemănătoare plăcilor cu două fețe. Această metodă de creare a plăcilor de circuite imprimate este recomandată numai pentru circuite de joasă frecvență. Din motive care vor fi descrise mai jos, plăcile de circuite imprimate pe o singură față sunt foarte susceptibile la interferențe . Un PCB bun cu o singură față este destul de dificil de proiectat din multe motive. Cu toate acestea, există plăci bune de acest tip, dar atunci când le proiectați, trebuie să vă gândiți mult în avans.

PCB-uri cu strat dublu

Pe Nivelul următor Există plăci de circuite imprimate pe două fețe, care în cele mai multe cazuri folosesc FR-4 ca material substrat, deși uneori se găsește și FR-2. Utilizarea FR-4 este mai de preferat, deoarece orificiile plăcilor de circuite imprimate realizate din acest material sunt de o calitate mai bună. Circuitele de pe plăcile de circuite imprimate cu două fețe sunt mult mai ușor de conectat deoarece În două straturi este mai ușor să traseți rutele care se intersectează. Cu toate acestea, pentru circuitele analogice, încrucișarea urmelor nu este recomandată. Acolo unde este posibil, stratul inferior ( fund) trebuie alocate sub groapa de gunoi, iar semnalele rămase trebuie direcționate în stratul superior ( top). Utilizarea unei gropi de gunoi ca autobuz de pământ oferă mai multe avantaje:

  • firul comun este firul cel mai frecvent conectat în circuit; prin urmare, este rezonabil să aveți „multe” fire comune pentru a simplifica cablarea.
  • rezistența mecanică a plăcii crește.
  • rezistența tuturor conexiunilor la firul comun scade, ceea ce, la rândul său, reduce zgomotul și interferența.
  • Capacitatea distribuită pentru fiecare circuit de circuit este crescută, ajutând la suprimarea zgomotului radiat.
  • poligonul, care este un ecran, suprimă interferența emisă de sursele situate pe partea laterală a poligonului.

PCB-urile cu două fețe, în ciuda tuturor avantajelor lor, nu sunt cele mai bune, în special pentru circuitele cu semnal scăzut sau de mare viteză. În general, grosimea plăcii de circuit imprimat, adică distanța dintre straturile de metalizare este de 1,5 mm, ceea ce este prea mare pentru a realiza pe deplin unele dintre avantajele unei plăci de circuit imprimat cu două straturi prezentate mai sus. Capacitatea distribuită, de exemplu, este prea mică din cauza unui interval atât de mare.

PCB-uri multistrat

Pentru proiectarea circuitelor critice, sunt necesare plăci de circuite imprimate multistrat (MPB). Câteva motive pentru utilizarea lor sunt evidente:

  • Distribuția magistralelor de alimentare este la fel de convenabilă ca și pentru magistrala comună; dacă poligoane de pe un strat separat sunt folosite ca magistrale de alimentare, atunci este destul de simplu să furnizați energie fiecărui element de circuit folosind vias;
  • straturile de semnal sunt eliberate de magistralele de alimentare, ceea ce facilitează cablarea conductorilor de semnal;
  • Capacitatea distribuită apare între poligoane de pământ și putere, ceea ce reduce zgomotul de înaltă frecvență.

Pe lângă aceste motive pentru utilizarea plăcilor cu circuite imprimate multistrat, există și altele, mai puțin evidente:

  • suprimare electromagnetică mai bună ( EMI) și frecvența radio ( RFI) interferențe datorate efectului de reflexie ( efectul plan al imaginii), cunoscut pe vremea lui Marconi. Când un conductor este plasat aproape de o suprafață conducătoare plană, majoritatea curenților de retur de înaltă frecvență vor curge de-a lungul planului direct sub conductor. Direcția acestor curenți va fi opusă direcției curenților din conductor. Astfel, reflexia conductorului în plan creează o linie de transmisie a semnalului. Deoarece curenții din conductor și din plan sunt egale ca mărime și opuse ca direcție, se creează o oarecare reducere a interferenței radiate. Efectul de reflexie funcționează eficient numai cu poligoane solide neîntrerupte (acestea pot fi atât poligoane de sol, cât și poligoane de putere). Orice pierdere a integrității va duce la reducerea interferențelor.
  • reducerea costurilor totale pentru producția la scară mică. Deși PCB-urile multistrat sunt mai scumpe de fabricat, radiația lor potențială este mai mică decât cea a PCB-urilor cu un singur și dublu strat. Prin urmare, în unele cazuri, utilizarea numai a plăcilor multistrat vă va permite să îndepliniți cerințele de emisie stabilite în timpul proiectării, fără testare și testare suplimentară. Utilizarea MPP poate reduce nivelul de interferență radiată cu 20 dB în comparație cu plăcile cu două straturi.

Ordinea straturilor

Designerii neexperimentați au adesea o oarecare confuzie cu privire la ordinea optimă a straturilor PCB. Să luăm, de exemplu, o cameră cu 4 straturi care conține două straturi de semnal și două straturi de poligoane - un strat de sol și un strat de putere. Care este cea mai bună ordine a straturilor? Straturi de semnal între poligoane care vor servi drept ecrane? Sau ar trebui să facem straturile poligoanelor interne pentru a reduce interferența straturilor de semnal?

Când abordăm această problemă, este important să ne amintim că de multe ori locația straturilor nu contează prea mult, deoarece componentele sunt oricum situate pe straturile exterioare, iar magistralele care furnizează semnale pinii lor trec uneori prin toate straturile. Prin urmare, orice efect de ecran este doar un compromis. În acest caz, este mai bine să aveți grijă de a crea o capacitate mare distribuită între poligoane de putere și de pământ, plasându-le în straturile interioare.

Un alt avantaj al plasării straturilor de semnal în exterior este disponibilitatea semnalelor pentru testare, precum și posibilitatea modificării conexiunilor. Oricine a schimbat vreodată conexiunile conductoarelor amplasate în straturile interioare va aprecia această oportunitate.

Pentru PCB-urile cu mai mult de patru straturi, există regula generala plasați conductori de semnal de mare viteză între poligoane de pământ și de putere și direcționați conductorii de semnal de joasă frecvență către straturile exterioare.

PĂMÂNTARE

Împământare bună - cerinta generala sistem bogat, pe mai multe niveluri. Și ar trebui să fie planificat încă din primul pas al dezvoltării designului.

Regula de bază: împărțirea pământului .

Împărțirea pământului în părți analogice și digitale este una dintre cele mai simple și cele mai multe metode eficiente antifonare. Unul sau mai multe straturi ale unei plăci de circuit imprimat multistrat sunt de obicei dedicate unui strat de poligoane de pământ. Dacă dezvoltatorul nu este foarte experimentat sau neatent, atunci pământul părții analogice va fi conectat direct la aceste poligoane, adică returul curent analogic va folosi același circuit ca și curentul retur digital. Auto-distribuitorii funcționează aproape în același mod și unesc toate terenurile împreună.

Dacă o placă de circuit imprimat dezvoltată anterior cu un singur poligon de împământare care combină pământuri analogice și digitale este supusă prelucrării, atunci este necesar să se separe fizic mai întâi pământurile de pe placă (după această operațiune, funcționarea plăcii devine aproape imposibilă). După aceasta, toate conexiunile sunt realizate la masa analogică a componentelor circuitului analogic (se formează împământarea analogică) și la masa digitală a componentelor circuitului digital (se formează masa digitală). Și numai după aceasta, pământul digital și analogic sunt combinate la sursă.

Alte reguli pentru formarea terenului:

Aproape toate semnalele de ceas sunt semnale de frecvență suficient de mare încât chiar și capacități mici între urme și poligoane pot crea cuplari semnificative. Trebuie amintit că nu numai frecvența fundamentală de ceas poate cauza o problemă, ci și armonicile sale superioare.

Exemplu de plasare bună a componentelor

Figura 4 prezintă un aspect posibil al tuturor componentelor de pe placă, inclusiv al sursei de alimentare. Acesta utilizează trei planuri de masă/putere separate și izolate: unul pentru sursă, unul pentru circuitul digital și unul pentru circuitul analogic. Circuitele de masă și de alimentare ale părților analogice și digitale sunt combinate numai în sursa de alimentare. Zgomotul de înaltă frecvență este filtrat în circuitele de alimentare prin șocuri. În acest exemplu, semnalele de înaltă frecvență ale părților analogice și digitale sunt separate unul de celălalt. Acest design are o probabilitate foarte mare de un rezultat favorabil, deoarece este asigurat cazare buna componente şi respectând regulile de separare a circuitelor.

Există un singur caz în care este necesară combinarea semnalelor analogice și digitale pe o zonă de masă analogică. Analog-digital și convertoare digital-analogic plasate în carcase cu pini de împământare analogi și digitali. Ținând cont de discuția anterioară, se poate presupune că pinul de masă digital și pinul de împământare analogic ar trebui să fie conectate la magistralele de masă digitale și, respectiv, analogice. Cu toate acestea, în acest caz, acest lucru nu este adevărat.

Denumirile pinilor (analogici sau digitali) se refera doar la structura interna a convertorului, la acesta conexiuni interne. În circuit, acești pini trebuie să fie conectați la magistrala analogică de masă. Conexiunea se poate face si intern circuit integrat, cu toate acestea, este destul de dificil să se obțină o rezistență scăzută a unei astfel de conexiuni din cauza restricțiilor topologice. Prin urmare, atunci când se utilizează convertoare, se presupune îmbinare exterioară pini de masă analogi și digitali. Dacă nu se face acest lucru, atunci parametrii microcircuitului vor fi semnificativ mai răi decât cei indicați în specificație.

Trebuie avut în vedere faptul că elementele digitale ale convertorului pot degrada caracteristicile de calitate ale circuitului prin introducerea de zgomot digital în circuitele analogice de masă și de putere analogice. Acest lucru este luat în considerare la dezvoltarea convertoarelor. impact negativ astfel încât partea digitală să consume cât mai puțină energie. În același timp, interferența de la elementele logice de comutare este redusă. Dacă pinii digitali ai convertorului nu sunt încărcați puternic, atunci comutarea internă de obicei nu provoacă probleme speciale. Atunci când proiectați un PCB care conține un ADC sau DAC, trebuie acordată o atenție deosebită decuplării sursei de alimentare digitală a convertorului la masă analogică.

CARACTERISTICI DE FRECVENTA ALE COMPONENTELOR PASIVE

Pentru operatiune adecvata circuitele analogice sunt foarte importante alegerea potrivita componente pasive. Începeți-vă proiectarea luând în considerare cu atenție caracteristicile de înaltă frecvență ale componentelor pasive și amplasarea preliminară și aspectul acestora pe schița plăcii.

Un număr mare de designeri ignoră complet limitările de frecvență ale componentelor pasive atunci când sunt utilizate în circuite analogice. Aceste componente au intervale de frecvență limitate și operarea lor în afara intervalului de frecvență specificat poate duce la rezultate imprevizibile. Unii ar putea crede că această discuție se referă doar la circuitele analogice de mare viteză. Cu toate acestea, acest lucru este departe de a fi adevărat - semnalele de înaltă frecvență au un impact puternic asupra componentelor pasive ale circuitelor de joasă frecvență prin radiație sau comunicare directă prin conductori. De exemplu, un filtru trece-jos simplu pe un amplificator operațional poate deveni cu ușurință un filtru trece-înalt atunci când este expus la frecvență înaltă la intrarea sa.

Rezistoare

Pot fi reprezentate caracteristicile de înaltă frecvență ale rezistențelor circuit echivalent prezentat în figura 5.

Există trei tipuri de rezistențe utilizate în mod obișnuit: 1) bobinat, 2) compozit de carbon și 3) film. Nu este nevoie de multă imaginație pentru a înțelege cum un rezistor bobinat poate fi convertit într-o inductanță, deoarece este o bobină de sârmă din metal de înaltă rezistență. Majoritatea dezvoltatorilor dispozitive electronice habar n-am despre structura internă a rezistențelor de film, care sunt, de asemenea, o bobină, deși sunt făcute dintr-o peliculă metalică. Prin urmare, rezistențele de film au și o inductanță mai mică decât cea a rezistențelor bobinate. Rezistoarele de film cu o rezistență de cel mult 2 kOhm pot fi utilizate liber în circuite de înaltă frecvență. Terminalele rezistoarelor sunt paralele între ele, astfel încât există o cuplare capacitivă vizibilă între ele. Pentru rezistențele de mare valoare, capacitatea de la terminal la terminal va reduce impedanța totală la frecvențe înalte.

Condensatoare

Caracteristicile de înaltă frecvență ale condensatoarelor pot fi reprezentate de circuitul echivalent prezentat în Figura 6.

Condensatorii din circuitele analogice sunt utilizați ca componente de decuplare și filtrare. Pentru un condensator ideal, reactanța este determinată de următoarea formulă:

Prin urmare, un condensator electrolitic de 10 µF va avea o rezistență de 1,6 ohmi la 10 kHz și 160 µohmi la 100 MHz. E chiar asa?

Când utilizați condensatori electrolitici, trebuie să aveți grijă conexiune corectă. Borna pozitivă trebuie conectată la un potențial constant mai pozitiv. Conexiune incorectă duce la un flux de curent continuu prin condensatorul electrolitic, care poate deteriora nu numai condensatorul în sine, ci și o parte a circuitului.

În cazuri rare, diferența de potențial DC între două puncte din circuit își poate schimba semnul. Acest lucru necesită utilizarea de condensatoare electrolitice nepolare, a căror structură internă este echivalentă cu doi condensatoare polare, conectat în serie.

Inductanţă

Caracteristicile de înaltă frecvență ale inductanțelor pot fi reprezentate de circuitul echivalent prezentat în Figura 7.

Reactanța inductanței este descrisă prin următoarea formulă:

Prin urmare, o inductanță de 10 mH va avea o reactanță de 628 ohmi la 10 kHz și o reactanță de 6,28 megaohmi la 100 MHz. Dreapta?

Placă de circuit imprimat

Placa de circuit imprimat în sine are caracteristicile componentelor pasive discutate mai sus, deși nu sunt atât de evidente.

Modelul conductorilor de pe o placă de circuit imprimat poate fi atât o sursă, cât și un receptor de interferență. Cablajul bun reduce sensibilitatea circuitului analogic la sursele de radiații.

Placa de circuit imprimat este susceptibilă la radiații deoarece conductorii și conductorii componentelor formează un fel de antenă. Teoria antenei este un subiect destul de complex de studiat și nu este tratată în acest articol. Cu toate acestea, câteva elemente de bază sunt furnizate aici.

Un pic de teorie a antenei

Pe DC sau frecvente joase predomină componenta activă. Pe măsură ce frecvența crește, componenta reactivă devine din ce în ce mai semnificativă. În intervalul de la 1 kHz la 10 kHz, componenta inductivă începe să aibă efect, iar conductorul nu mai este un conector de impedanță scăzută, ci acționează mai degrabă ca un inductor.

Formula pentru calcularea inductanței unui conductor PCB este următoarea:

De obicei, urmele de pe o placă de circuit imprimat au valori de la 6 nH la 12 nH pe centimetru de lungime. De exemplu, un conductor de 10 cm are o rezistență de 57 mOhm și o inductanță de 8 nH pe cm. La o frecvență de 100 kHz, reactanța devine 50 mOhm, iar la frecvențe mai mari conductorul va fi mai degrabă o inductanță decât una rezistivă. .

Regula pentru o antenă bici este că începe să interacționeze vizibil cu câmpul la aproximativ 1/20 din lungimea de undă, iar interacțiunea maximă are loc la o lungime a tijei de 1/4 din lungimea de undă. Prin urmare, conductorul de 10 cm din exemplul din paragraful anterior va începe să devină o antenă destul de bună la frecvențe de peste 150 MHz. Trebuie amintit că deși generatorul frecvența ceasului Este posibil ca un circuit digital să nu funcționeze la frecvențe mai mari de 150 MHz; semnalul său conține întotdeauna armonici mai mari. Dacă placa de circuit imprimat conține componente cu pini de lungime considerabilă, atunci astfel de pini pot servi și ca antene.

Celălalt tip principal de antenă este antena buclă. Inductanța unui conductor drept crește foarte mult atunci când se îndoaie și devine parte a unui arc. Creșterea inductanței scade frecvența la care antena începe să interacționeze cu liniile de câmp.

Designerii PCB cu experiență, cu o înțelegere rezonabilă a teoriei antenei cu buclă, știu să nu proiecteze bucle pentru semnale critice. Unii designeri, însă, nu se gândesc la acest lucru, iar conductorii de curent de retur și semnal din circuitele lor sunt bucle. Crearea antenelor buclă este ușor de demonstrat cu un exemplu (Fig. 8). În plus, crearea unei antene cu slot este prezentată aici.

Să luăm în considerare trei cazuri:

Opțiunea A este un exemplu de design prost. Nu folosește deloc un poligon de pământ analogic. Circuitul buclă este format din conductorii de masă și de semnal. Când trece un curent, apar un câmp electric și un câmp magnetic perpendicular pe acesta. Aceste câmpuri formează baza antenă buclă. Regula antenei buclă prevede că pentru o eficiență optimă, lungimea fiecărui conductor ar trebui să fie egală cu jumătate din lungimea de undă a radiației primite. Cu toate acestea, nu trebuie să uităm că, chiar și la 1/20 din lungimea de undă, antena buclă este încă destul de eficientă.

Opțiunea B varianta mai buna A, dar există un decalaj în poligon, probabil pentru a crea un loc specific pentru rutarea firelor de semnal. Căile de semnal și de curent de retur formează o antenă cu slot. Alte bucle se formează în decupările din jurul chipsurilor.

Opțiunea B - exemplu cel mai bun design. Căile semnalului și ale curentului de retur coincid, anulând eficiența antenei bucle. Rețineți că acest design are și decupaje în jurul cipurilor, dar acestea sunt separate de calea curentului de întoarcere.

Teoria reflectării și potrivirii semnalului este apropiată de teoria antenelor.

Când conductorul PCB este rotit cu un unghi de 90°, poate apărea reflexia semnalului. Acest lucru se datorează în principal modificărilor lățimii căii curente. La vârful colțului, lățimea urmei crește de 1.414 ori, ceea ce duce la o nepotrivire a caracteristicilor liniei de transmisie, în special capacitatea distribuită și inductanța proprie a urmei. Destul de des este necesar să rotiți o urmă pe o placă de circuit imprimat cu 90°. Multe pachete CAD moderne vă permit să neteziți colțurile rutelor desenate sau să desenați trasee sub formă de arc. Figura 9 prezintă doi pași pentru îmbunătățirea formei colțului. Numai ultimul exemplu menține o lățime constantă a traseului și minimizează reflexiile.

Sfat pentru designeri de PCB cu experiență: lăsați procesul de netezire pentru ultima etapă de lucru înainte de a crea știfturi în formă de lacrimă și de a umple poligoane. În caz contrar, pachetul CAD va dura mai mult pentru a se netezi din cauza calculelor mai complexe.

Cuplarea capacitivă are loc între conductorii PCB de pe diferite straturi atunci când se intersectează. Uneori, acest lucru poate crea o problemă. Conductorii plasați unul deasupra celuilalt pe straturi adiacente creează un condensator cu peliculă lungă. Capacitatea unui astfel de condensator este calculată folosind formula prezentată în Figura 10.

De exemplu, o placă de circuit imprimat poate avea următorii parametri:
- 4 straturi; straturile poligonului de semnal și de sol sunt adiacente,
- distanța dintre straturi - 0,2 mm,
- latimea conductorului - 0,75 mm,
- lungimea conductorului - 7,5 mm.

Constanta dielectrică tipică ER pentru FR-4 este 4,5.

Înlocuind toate valorile în formulă, obținem o valoare a capacității între aceste două magistrale egală cu 1,1 pF. Chiar și o astfel de capacitate aparent mică este inacceptabilă pentru unele aplicații. Figura 11 ilustrează efectul unei capacități de 1 pF atunci când este conectată la intrarea de inversare a unui amplificator operațional de înaltă frecvență.

Se poate observa că amplitudinea semnalului de ieșire se dublează la frecvențe apropiate de limita superioară a intervalului de frecvență al amplificatorului operațional. Acest lucru, la rândul său, poate duce la oscilații, în special la frecvențele de funcționare a antenei (peste 180 MHz).

Acest efect dă naștere la numeroase probleme, pentru care există, totuși, multe modalități de a le rezolva. Cea mai evidentă dintre ele este reducerea lungimii conductorilor. O altă modalitate este de a reduce lățimea acestora. Nu există niciun motiv să folosiți un conductor de această lățime pentru a conecta semnalul la intrarea inversoare, deoarece Prin acest conductor trece foarte puțin curent. Reducerea lungimii urmei la 2,5 mm și a lățimii la 0,2 mm va duce la o scădere a capacității la 0,1 pF, iar o astfel de capacitate nu va mai duce la o creștere atât de semnificativă a răspunsului în frecvență. O altă soluție este eliminarea unei părți a poligonului de sub intrarea inversoare și a conductorului care merge la acesta.

Lățimea conductorilor PCB nu poate fi redusă la infinit. Lățimea limită este definită ca proces tehnologic, și grosimea foliei. Dacă doi conductori trec aproape unul de celălalt, atunci între ei se formează un cuplaj capacitiv și inductiv (Fig. 12).

Conductoarele de semnal nu trebuie dirijate paralel între ele, cu excepția cazului liniilor diferențiale sau microbande. Distanța dintre conductori trebuie să fie de cel puțin trei ori lățimea conductorilor.

Capacitatea dintre urme în circuitele analogice poate crea probleme cu valori mari ale rezistenței (mai mulți megaohmi). Cuplajul capacitiv relativ mare dintre intrările inversoare și neinversoare ale unui amplificator operațional poate provoca cu ușurință circuitul să oscileze.

De exemplu, cu d=0,4 mm și h=1,5 mm (valori destul de comune), inductanța găurii este de 1,1 nH.

Amintiți-vă că, dacă există rezistențe mari în circuit, atunci trebuie acordată o atenție deosebită curățării plăcii. În timpul operațiunilor finale de fabricație a unei plăci de circuit imprimat, orice flux și contaminanți rămase trebuie îndepărtați. Recent, la instalarea plăcilor cu circuite imprimate, se folosesc adesea fluxuri solubile în apă. Fiind mai puțin dăunătoare, se îndepărtează ușor cu apă. Dar, în același timp, spălarea plăcii cu apă insuficient curată poate duce la o contaminare suplimentară care înrăutățește caracteristicile dielectrice. Prin urmare, este foarte important să curățați placa de circuite de înaltă impedanță cu apă proaspătă distilată.

IZOLAREA SEMNALULUI

După cum sa menționat deja, interferențele pot pătrunde în partea analogică a circuitului prin circuitele de alimentare. Pentru a reduce astfel de interferențe, condensatorii de decuplare (blocare) sunt utilizați pentru a reduce impedanța locală a magistralelor de alimentare.

Dacă trebuie să așezați o placă de circuit imprimat care are atât părți analogice, cât și digitale, atunci trebuie să aveți cel puțin o mică înțelegere a caracteristici electrice elemente logice.

O etapă tipică de ieșire a unui element logic conține două tranzistoare conectate în serie între ele, precum și între circuitele de putere și de masă (Fig. 14).

Acești tranzistori funcționează în mod ideal strict în antifază, adică. când unul dintre ele este deschis, atunci în același moment de timp al doilea este închis, generând fie unul logic, fie un semnal logic zero la ieșire. În starea logică constantă, consumul de energie al elementului logic este mic.

Situația se schimbă dramatic atunci când treapta de ieșire trece de la o stare logică la alta. În acest caz, pentru o perioadă scurtă de timp, ambele tranzistoare pot fi deschise simultan, iar curentul de alimentare al etapei de ieșire crește foarte mult, deoarece rezistența căii curentului de la magistrala de alimentare la magistrala de masă prin două tranzistoare conectate în serie scade. Consumul de energie crește brusc și apoi scade și el, ceea ce duce la schimbare locală tensiunea de alimentare și apariția unei schimbări bruște, pe termen scurt, a curentului. Aceste modificări ale curentului au ca rezultat emisia de energie de radiofrecvență. Chiar și pe o placă de circuit imprimat relativ simplă pot exista zeci sau sute de etape de ieșire considerate ale elementelor logice, astfel încât efectul total al funcționării lor simultane poate fi foarte mare.

Este imposibil să se prezică cu exactitate intervalul de frecvență în care vor apărea aceste supratensiuni de curent, deoarece frecvența apariției lor depinde de mulți factori, inclusiv de întârzierea de propagare a tranzistoarelor de comutare ale elementului logic. Întârzierea, la rândul său, depinde și de multe motive aleatorii care apar în timpul procesului de producție. Zgomotul de comutare are o distribuție în bandă largă a componentelor armonice pe întreaga gamă. Există mai multe metode de suprimare a zgomotului digital, a căror aplicare depinde de distribuția spectrală a zgomotului.

Tabelul 2 prezintă frecvențele maxime de funcționare pentru tipurile comune de condensatoare.

masa 2

Din tabel este evident că condensatorii electrolitici cu tantal sunt utilizați pentru frecvențe sub 1 MHz; la frecvențe mai mari, ar trebui să se utilizeze condensatoare ceramice. Trebuie amintit că condensatorii au propria lor rezonanță și alegerea lor incorectă nu numai că nu ajută, ci și agravează problema. Figura 15 prezintă autorezonanțe tipice a două condensatoare comune - 10 μF tantal electrolitic și 0,01 μF ceramică.

Specificațiile reale pot varia între diferiți producători și chiar de la lot la lot în cadrul aceluiași producător. Este important să înțelegeți că pentru munca eficienta condensator, frecvențele pe care le suprimă trebuie să fie într-un interval mai mic decât frecvența propriei rezonanțe. În caz contrar, natura reactanței va fi inductivă, iar condensatorul nu va mai funcționa eficient.

Nu vă înșelați că un condensator de 0,1 µF va suprima toate frecvențele. Condensatoarele mici (10 nF sau mai puțin) pot funcționa mai eficient la frecvențe mai mari.

Decuplarea puterii IC

Decuplarea sursei de alimentare a circuitelor integrate pentru a suprima zgomotul de înaltă frecvență constă în utilizarea unuia sau mai multor condensatori conectați între pinii de alimentare și de masă. Este important ca conductorii care conectează conductorii la condensatori să fie scurti. Dacă nu este cazul, atunci auto-inductanța conductorilor va juca un rol semnificativ și va anula beneficiile utilizării condensatoarelor de decuplare.

Un condensator de decuplare trebuie conectat la fiecare pachet de cip, indiferent dacă există 1, 2 sau 4 amplificatori operaționali în interiorul pachetului. Dacă amplificatorul operațional este alimentat dublu, atunci este de la sine înțeles că condensatorii de decuplare ar trebui să fie amplasați la fiecare pin de alimentare. Valoarea capacității trebuie selectată cu atenție în funcție de tipul de zgomot și interferență prezente în circuit.

În cazuri deosebit de dificile, poate fi necesar să adăugați o inductanță conectată în serie cu puterea de ieșire. Inductanța ar trebui să fie situată înainte, nu după, condensatoare.

O altă modalitate, mai ieftină, este să înlocuiți inductanța cu un rezistor cu rezistență scăzută (10...100 Ohmi). În acest caz, împreună cu condensatorul de decuplare, rezistența formează un filtru trece-jos. Această metodă reduce intervalul de alimentare a amplificatorului operațional, care devine și mai dependent de consumul de energie.

De obicei, pentru a suprima zgomotul de joasă frecvență în circuitele de alimentare, este suficient să folosiți unul sau mai mulți condensatori electrolitici din aluminiu sau tantal la conectorul de intrare de alimentare. Un condensator ceramic suplimentar va suprima interferențele de înaltă frecvență de la alte plăci.

IZOLAREA SEMNALELOR DE INTRARE ŞI IEŞIRE

Multe probleme de zgomot rezultă din conectarea directă a pinilor de intrare și de ieșire. Ca urmare a limitărilor de înaltă frecvență ale componentelor pasive, răspunsul unui circuit atunci când este expus la zgomot de înaltă frecvență poate fi destul de imprevizibil.

Într-o situație în care domeniul de frecvență al zgomotului indus este într-o mare măsură diferă de intervalul de frecvență al circuitului, soluția este simplă și evidentă - plasarea unui filtru RC pasiv pentru a suprima interferențele de înaltă frecvență. Cu toate acestea, atunci când utilizați un filtru pasiv, trebuie să aveți grijă: caracteristicile acestuia (datorită caracteristicilor de frecvență neideale ale componentelor pasive) își pierd proprietățile la frecvențe de 100...1000 de ori mai mari decât frecvența de tăiere (f 3db). Când utilizați filtre conectate în serie, reglate pe diferite game de frecvență, filtrul de frecvență mai mare ar trebui să fie cel mai aproape de sursa de interferență. Inductorii inel de ferită pot fi, de asemenea, utilizați pentru a suprima zgomotul; ele păstrează caracterul inductiv al rezistenţei până la un anumit o anumită frecvență, iar deasupra rezistența lor devine activă.

Sfaturi despre circuit analogic pot fi atât de mari încât este posibil să scăpați de ele (sau cel puțin să le reduceți) doar prin utilizarea ecranelor. Pentru a funcționa eficient, acestea trebuie proiectate cu atenție, astfel încât frecvențele producătoare cele mai mari probleme, nu a putut intra în schemă. Aceasta înseamnă că ecranul nu trebuie să aibă găuri sau decupaje mai mari de 1/20 din lungimea de undă a radiației ecranate. Bună idee Alocați spațiu suficient pentru scutul propus încă de la începutul proiectării PCB. Când utilizați un scut, puteți utiliza opțional inele de ferită (sau margele) pentru toate conexiunile la circuit.

CAZURI AMPLIFICATOR OPERAȚIONAL

Unul, două sau patru amplificatoare operaționale sunt de obicei plasate într-un singur pachet (Fig. 16).

Un singur amplificator operațional are adesea și intrări suplimentare, de exemplu pentru a regla tensiunea de compensare. Amplificatoarele operaționale duale și cvadruple au doar intrări și ieșiri inversoare și neinversoare. Prin urmare, dacă este necesar să aveți ajustări suplimentare, este necesar să folosiți un singur amplificator operațional. Atunci când utilizați ieșiri suplimentare, trebuie să vă amintiți că prin structura lor sunt intrări auxiliare, deci trebuie controlate cu atenție și în conformitate cu recomandările producătorului.

Într-un singur amplificator operațional, ieșirea este situată pe partea opusă a intrărilor. Acest lucru poate face dificilă operarea amplificatorului la frecvențe înalte din cauza liniilor lungi de feedback. O modalitate de a depăși acest lucru este să plasați amplificatorul și componentele de feedback laturi diferite placă de circuit imprimat. Acest lucru, totuși, are ca rezultat cel puțin două găuri și tăieturi suplimentare în poligonul solului. Uneori, merită să folosiți un amplificator operațional dual pentru a rezolva această problemă, chiar dacă al doilea amplificator nu este folosit (și pinii săi trebuie conectați corect). Figura 17 ilustrează reducerea lungimii conductorilor circuitului de feedback pentru o conexiune inversabilă.

Amplificatoarele operaționale duble sunt deosebit de comune în amplificatoarele stereo, iar amplificatoarele operaționale cvadruple sunt utilizate în circuitele cu filtre cu mai multe etape. Cu toate acestea, există un dezavantaj destul de semnificativ în acest sens. Cu toate că tehnologie moderna asigură o izolare decentă între semnalele amplificatoarelor situate pe același cip de siliciu, există încă o anumită diafonie între ele. Dacă este necesar să existe o cantitate foarte mică de astfel de interferențe, atunci este necesar să folosiți amplificatoare operaționale unice. Diafonia nu are loc numai atunci când se utilizează amplificatoare duale sau cvadruple. Sursa lor poate fi proximitatea foarte apropiată a componentelor pasive ale diferitelor canale.

Amplificatoarele operaționale duble și cvadruple, pe lângă cele de mai sus, permit o instalare mai densă. Amplificatoarele individuale par a fi o imagine în oglindă unul față de celălalt (Fig. 18).

Figurile 17 și 18 nu arată toate conexiunile necesare pentru operatie normala, de exemplu, un modelator de nivel mediu cu sursa de alimentare unipolara. Figura 19 prezintă o diagramă a unui astfel de modelator atunci când se utilizează un amplificator quad.

Diagrama prezintă toate conexiunile necesare pentru implementarea a trei etape de inversare independente. Este necesar să se acorde atenție faptului că conductoarele driverului de semialimentare sunt amplasate direct sub carcasa circuitului integrat, ceea ce face posibilă reducerea lungimii lor. Acest exemplu ilustrează nu ce ar trebui să fie, ci ce ar trebui făcut. Tensiunea de nivel mediu, de exemplu, ar putea fi aceeași pentru toate cele patru amplificatoare. Componentele pasive pot fi dimensionate corespunzător. De exemplu, componentele plane de dimensiunea cadrului 0402 se potrivesc cu distanța dintre pini a unui pachet SO standard. Acest lucru permite menținerea lungimii conductorilor foarte scurte pentru aplicații de înaltă frecvență.

MONTARE 3D SI SUPRAFATA

Când amplasați amplificatoare operaționale în pachete DIP și componente pasive cu fire de plumb, pe placa de circuit imprimat trebuie să fie furnizate canale pentru a le monta. Astfel de componente sunt utilizate în prezent atunci când nu există cerințe speciale pentru dimensiunile plăcii de circuit imprimat; Ele sunt de obicei mai ieftine, dar costul plăcii de circuit imprimat crește în timpul procesului de fabricație datorită găurii suplimentare pentru cablurile componente.

În plus, la utilizarea componentelor externe, dimensiunile plăcii și lungimea conductorilor cresc, ceea ce nu permite circuitului să funcționeze la frecvențe înalte. Vias au propria lor inductanță, care limitează și caracteristicile dinamice ale circuitului. Prin urmare, componentele aeriene nu sunt recomandate pentru implementarea circuitelor de înaltă frecvență sau pentru circuitele analogice situate în apropierea circuitelor logice de mare viteză.

Unii designeri, încercând să reducă lungimea conductorilor, plasează rezistențele pe verticală. La prima vedere poate părea că acest lucru scurtează lungimea traseului. Cu toate acestea, acest lucru crește calea curentului prin rezistor, iar rezistorul în sine reprezintă o buclă (turnarea inductanței). Capacitatea de emitere și recepție crește de multe ori.

Montarea la suprafață nu necesită un orificiu pentru fiecare cablu component. Cu toate acestea, apar probleme la testarea circuitului și este necesar să se utilizeze vias ca puncte de testare, mai ales când se folosesc componente mici.

SECȚIUNI OP-AMP NEUTILIZATE

Atunci când utilizați amplificatoare operaționale duale și cvadruple într-un circuit, unele secțiuni pot rămâne neutilizate și trebuie conectate corect în acest caz. Conexiunile incorecte pot duce la un consum crescut de energie, mai multă căldură și mai mult zgomot de la amplificatoarele operaționale utilizate în același pachet. Pinii amplificatoarelor operaționale neutilizate pot fi conectați așa cum se arată în Fig. 20a. Pini de conectare cu componente suplimentare(Fig. 20b) va facilita utilizarea acestui amplificator operațional în timpul configurării.

CONCLUZIE

Rețineți următoarele puncte de bază și păstrați-le în minte în orice moment atunci când proiectați și conectați circuite analogice.

Sunt comune:

  • gândiți-vă la o placă de circuit imprimat ca la o componentă a unui circuit electric;
  • să aibă conștientizarea și înțelegerea surselor de zgomot și interferențe;
  • modele și circuite de așezare.

Placă de circuit imprimat:

  • utilizați numai plăci de circuite imprimate din material de calitate(de exemplu FR-4);
  • circuitele realizate pe plăci cu circuite imprimate multistrat sunt cu 20 dB mai puțin susceptibile la interferențe externe decât circuitele realizate pe plăci cu două straturi;
  • folosiți poligoane separate, care nu se suprapun pentru diferite terenuri și furaje;
  • Așezați poligoanele de pământ și de putere pe straturile interioare ale PCB-ului.

Componente:

  • Fiți conștienți de limitările de frecvență introduse de componentele pasive și urmele plăcii;
  • încearcă să eviți plasare verticală componente pasive în circuite de mare viteză;
  • Pentru circuitele de înaltă frecvență, utilizați componente proiectate pentru montare la suprafață;
  • conductoarele ar trebui să fie mai scurte, cu atât mai bine;
  • dacă este necesară o lungime mai mare a conductorului, atunci reduceți lățimea acestuia;
  • Pinii neutilizați ai componentelor active trebuie să fie conectați corect.

Cablaj:

  • plasați circuitul analogic lângă conectorul de alimentare;
  • nu direcționați niciodată conductorii care transmit semnale logice prin zona analogică a plăcii și invers;
  • faceți conductoarele potrivite pentru intrarea inversă a scurtcircuitului operațional;
  • asigurați-vă că conductorii intrărilor inversoare și neinversoare ale amplificatorului operațional nu sunt amplasați paralel unul cu celălalt pe o distanță lungă;
  • încercați să evitați să folosiți vias suplimentare, pentru că... propria lor inductanță poate cauza probleme suplimentare;
  • nu dirijați conductorii în unghi drept și neteziți vârfurile colțurilor dacă este posibil.

Schimb:

  • utilizați tipurile corecte de condensatoare pentru a suprima zgomotul în circuitele de alimentare;
  • pentru a suprima interferența și zgomotul de joasă frecvență, utilizați condensatori de tantal la conectorul de intrare de alimentare;
  • Pentru a suprima interferența și zgomotul de înaltă frecvență, utilizați condensatori ceramici la conectorul de intrare de alimentare;
  • utilizați condensatori ceramici la fiecare pin de alimentare al microcircuitului; dacă este necesar, utilizați mai mulți condensatori pentru diferite intervale de frecvență;
  • dacă în circuit are loc excitația, atunci este necesar să folosiți condensatori cu o valoare mai mică a capacității și nu una mai mare;
  • în cazuri dificile, utilizați rezistențe conectate în serie de rezistență scăzută sau inductanță în circuitele de putere;
  • Condensatoarele analogice de decuplare a puterii trebuie conectate numai la împământarea analogică, nu la masa digitală.

1. Dispoziții generale

Pentru a preveni problemele de electrostatică și zgomot, trebuie respectate anumite reguli la așezarea plăcii de circuit imprimat. Punctul cel mai critic este pinul C, deoarece este conectat la sursa de alimentare încorporată de 3,3 volți a miezului MK. Prin urmare, condensatorul de filtru ar trebui să fie amplasat cât mai aproape de terminal.

De asemenea, ar trebui să acordați o atenție deosebită cablajului circuitelor de alimentare și de masă. Mâncarea este furnizată de o „stea”. Vă recomandăm să plasați un strat de pământ pe partea de instalare direct sub corpul MK. Liniile Vcc și Vss ar trebui să aibă un singur punct de conectare la restul circuitului pentru a evita interferențele pe MK și de la MK. Condensatoarele de filtru (DeCaps) ar trebui să fie amplasate cât mai aproape de bornele corespunzătoare. Dacă sunt îndepărtate prea mult, ei încetează să-și îndeplinească funcția.

Când se utilizează rezonatoare cu cuarț, acestea ar trebui să fie amplasate la o distanță minimă de bornele Xn(A).

Dacă este posibil, este recomandabil să plasați condensatori de filtru pe partea de montare MK.

2 Cablajul sursei de alimentare

Autobuzele Vcc și Vss trebuie direcționate nu într-un lanț de serie, ci într-o „stea”. Pentru Vss, se recomandă un poligon de pământ sub corpul MK, conectat la un punct la restul circuitului.

Mai jos sunt două exemple de cablare proastă și bună a sursei de alimentare.

3 Ieșire de filtrare C

4 Circuite de putere de filtrare

Condensatoarele de filtru (DeCaps) pentru circuitele de alimentare trebuie să fie amplasate pe calea curenților de putere, altfel utilizarea lor nu are sens. Următoarea figură explică această afirmație:

5 Amplasarea rezonatorului de cuarț și cablarea circuitelor de semnal

Cuarțul ar trebui să fie situat cât mai aproape de MK posibil. Astfel, condensatorii generatorului vor fi amplasați „în spatele” cuarțului.

6 Documentație suplimentară

Mai multe suplimentare informatii detaliate cuprinse în Note de aplicare 16bit-EMC-Guideline.

7 Lista concluziilor MK

Tabelul arată concluziile MK care sunt critice pentru interacțiunile electromagnetice și informatie scurta despre legătura lor.

Nume de ieșire Funcția îndeplinită
Vcc
Vss Alimentare principală pentru porturile I/O ale miezului MK, lângă intrarea regulatorului intern de 3,3 V, lângă oscilatorul cu cristal
CU Condensator de netezire extern pentru regulatorul încorporat de 3,3 V utilizat pentru alimentarea miezului MK. Vă rugăm să rețineți că acest pin este principala sursă de zgomot.
AVcc* Alimentare ADC
AVss* Alimentare ADC
AVRL*
AVRH* Intrare de referință ADC
DVcc*, HVcc* Sursa de alimentare pentru ieșirile PWM de mare curent, cu Vcc neconectat, trebuie conectată la o sursă de alimentare suplimentară.
DVss*, HVss* Sursa de alimentare pentru ieșirile PWM cu curent ridicat, cu Vss neconectat, trebuie conectată la o sursă de alimentare suplimentară.
X0, X0A* Intrare generator. Dacă nu este utilizat, conectați printr-un rezistor la sursa de alimentare „+” sau la masă (vezi DS).
X1, X1A* Ieșire generator. Cristalul și condensatorul trebuie conectate pe calea cea mai scurtă la pinul X1. Dacă nu este folosit, lăsați neconectat.

* - este posibil să nu fie prezent într-un anumit MK

În această secțiune, ne uităm la cum să evitați distorsiunile semnal digital asociat cu transmiterea acestuia printr-un conductor pe o placă de circuit imprimat. Deși aceasta este în primul rând o sarcină pentru inginerul de circuite, proiectantul de PCB este adesea vinovat pentru problemele cu transmisia semnalului pe placă, precum și pentru diafonia și diafonia care apar pe placă.

De ce semnalul este distorsionat în timpul transmisiei?
În primul rând, distorsiunea este caracteristică semnalelor de înaltă frecvență, cu o frecvență de 1 GHz sau mai mult. Acest lucru se datorează efectelor rezonanțelor și reflexiilor asupra segmentelor individuale de fir, a canalelor, a ieșirilor de ventilație de pe placă și la intrările receptorului. Cu toate acestea, problema este că semnalele cu o frecvență de până la 500 MHz, tipice pentru circuitele digitale standard, așa cum vom vedea mai târziu, pot fi adesea distorsionate semnificativ, ceea ce înseamnă că pot fi clasificate și ca de înaltă frecvență.

Care este ideea de transmitere fără distorsiuni?
Principiul transmisiei semnalului fără distorsiuni este că conductorul este realizat ca o linie de transmisie (sau „linie lungă”) cu o anumită impedanță caracteristică (undă), adică. impedanta Z 0 , aceeasi pe toata lungimea de la sursa la receptorul de semnal, care asigura omogenitatea liniei. A doua cerință este consistența liniei cu sursa și receptorul semnalului. Spre deosebire de un conductor convențional, o astfel de linie de transmisie nu duce la rezonanță, distorsiune și reflexie în timpul transmisiei semnalului, indiferent de cât de lungă este. Liniile de transmisie pot fi implementate cu ușurință pe o placă de circuit imprimat prin utilizarea materialelor cu parametri cunoscuți și asigurând dimensiunile necesare ale elementelor de model imprimat. Există potriviri de linie serială și paralelă și este necesar să folosiți anumite rezistențe de potrivire la ieșirea sursei și/sau intrarea receptorului de semnal. Liniile de transmisie formate pe placă pot fi, desigur, extinse în afara plăcii folosind conectori și cabluri cu impedanță caracteristică controlată Z 0 .

Pentru ce semnale devine semnificativă distorsiunea?
Prin compararea lungimii conductorului de pe placă cu lungimea de undă a celei mai mari componente de frecvență a semnalului transmis (când se propagă, de exemplu, în material FR4), se poate determina așa-numita lungime electrică a conductorului. Lungimea electrică poate fi exprimată în fracții din lungimea de undă minimă sau în fracții din valoarea sa inversă - durata frontului. Dacă conductorul are o lungime electrică prea mare, atunci pentru a preveni distorsiunea excesivă a semnalului, acest conductor trebuie configurat ca o linie de transmisie. Rețineți că atunci când transmiteți semnale de înaltă frecvență, liniile de transmisie ar trebui folosite nu numai pentru a reduce distorsiunea, ci și pentru a reduce nivelul. radiatie electromagnetica(AMY).

Regula „jumătate din durata frontului”
O regulă aproximativă este că conductorul este „lung electric” (ceea ce se numește în inginerie electrică "linie lunga"), dacă timpul necesar pentru ca frontul de semnal să treacă de la sursă la cel mai îndepărtat receptor depășește jumătate din timpul de semnal al frontului. În acest caz, reflexiile în linie pot distorsiona semnificativ frontul semnalului. Să presupunem că dispozitivul conține cipuri cu un timp de creștere de 2 ns (de exemplu, conform documentației pentru seria FastTTL). Constanta dielectrică a materialului PCB (FR4) la frecvențe înalte este aproape de 4,0, ceea ce dă o viteză frontală de aproximativ 50% din viteza luminii sau 1,5,10 8 m/s. Aceasta corespunde unui timp de propagare frontal de 6,7 ps/mm. Cu această viteză, frontul se va deplasa cu aproximativ 300 mm în 2 ns. Din aceasta putem concluziona că pentru astfel de semnale „liniile de transmisie” ar trebui folosite numai dacă lungimea conductorului depășește jumătate din această distanță - adică 150 mm.

Din păcate, acesta este răspunsul greșit. Regula „timp de creștere la jumătate” este prea simplistă și poate duce la probleme dacă deficiențele sale nu sunt luate în considerare.

Probleme cu abordarea simplificată
Datele privind timpul de creștere date în documentația pentru microcircuite reflectă valoarea maximă și adesea în timp real comutarea este semnificativ mai mică (să zicem, poate fi de 3-4 ori mai mică decât cea „maximă” și este greu de garantat că nu se va schimba de la un lot la altul de microcircuite). Mai mult, componenta capacitivă inevitabilă a sarcinii (de la intrările IC conectate la linie) reduce viteza de propagare a semnalului în comparație cu viteza de proiectare realizabilă pe o placă de circuite goale. Prin urmare, pentru a obține o integritate adecvată a semnalului transmis, liniile de transmisie ar trebui utilizate cu conductori mult mai scurti decât sugerează regula descrisă anterior. Se poate arăta că pentru semnalele cu un timp de creștere (conform documentației) de 2 ns, este indicat să se folosească linii de transmisie pentru conductoarele a căror lungime depășește doar 30 mm (și uneori mai puțin)! Acest lucru se aplică în special semnalelor care poartă o funcție de sincronizare sau de gate. Tocmai aceste semnale sunt caracterizate de probleme asociate cu „pozitive false”, „recalculare”, „înregistrarea datelor incorecte” și altele.

Cum se proiectează linii de transmisie?
Există multe publicații dedicate ce tipuri de linii de transmisie pot exista, cum să le proiectați pe o placă de circuit imprimat și cum să le verificați parametrii. În special, standardul IEC 1188-1-2: 1988 oferă îndrumări detaliate în acest sens. Există, de asemenea, multe produse software disponibile care vă permit să selectați designul liniei de transmisie și structura PCB. Majoritatea sistemelor moderne de proiectare PCB vin cu programe încorporate care permit proiectantului să proiecteze linii de transmisie cu parametri specificați. Exemplele includ programe precum AppCAD, CITS25, TXLine. Cele mai complete capabilități sunt oferite de produse software de la Polar Instruments.

Exemple de linii de transmisie
Ca exemple, luați în considerare cele mai multe tipuri simple linii de transmisie.

Cum să proiectați linia de transmisie în cel mai bun mod?
Semnalele cu cea mai mare viteză (sau cele mai critice) ar trebui să fie în straturi adiacente planului de masă (GND), de preferință unul care este asociat cu planul de putere de decuplare. Semnale mai puțin critice pot fi aplicate planurilor de alimentare dacă planurile sunt decuplate în mod adecvat și nu sunt foarte zgomotoase. Fiecare astfel de plan de alimentare trebuie să fie asociat cu microcircuitul de la care sau către care este primit acest semnal. Cea mai bună imunitate la zgomot și EMC sunt asigurate de liniile de bandă trasate între două planuri GND, fiecare dintre acestea fiind asociat cu propriul plan de alimentare pentru decuplare.
Linia de transmisie nu trebuie să aibă găuri, rupturi sau rupturi în niciunul dintre planurile de referință la care este trasată, deoarece acest lucru va duce la modificări semnificative în Z 0 . Mai mult, linia benzii trebuie să fie cât mai departe posibil de orice discontinuitate din plan sau de marginea planului de susținere, iar această distanță nu trebuie să fie mai mică de zece ori lățimea conductorului. Liniile de transmisie adiacente trebuie să fie separate de cel puțin trei lățimi ale conductorului pentru a elimina diafonia. Semnalele foarte critice sau „agresive” (cum ar fi comunicarea cu o antenă radio) pot beneficia de EMC prin utilizarea unei linii simetrice cu două rânduri de interfețe strâns distanțate, ca și cum ar fi blocat-o de alți conductori și creând o structură coaxială în placa de circuit imprimat . Cu toate acestea, pentru astfel de structuri, Z 0 este calculat folosind formule diferite.

Cum poți reduce costul unui proiect?
Tipurile de linii de transmisie descrise mai sus necesită aproape întotdeauna utilizarea unei plăci multistrat și, prin urmare, este posibil să nu fie aplicabile pentru crearea de produse de gamă joasă produse în masă. categorie de pret(deși la volume mari, PCB-urile cu 4 straturi sunt doar cu 20-30% mai scumpe decât cele cu două fețe). Cu toate acestea, pentru proiectele cu costuri reduse, se folosesc și tipuri de linii precum echilibrat (uniform) sau coplanar, care pot fi construite pe o placă cu un singur strat. Trebuie avut în vedere faptul că tipurile de linii de transmisie cu un singur strat ocupă de câteva ori mai multă zonă pe placă decât liniile microstrip și stripline. În plus, în timp ce economisiți costul plăcii de circuit imprimat, veți fi forțat să plătiți mai mult pentru ecranarea suplimentară a dispozitivului și filtrarea zgomotului. O regulă generală este că rezolvarea problemelor EMC la nivel de ambalare costă de 10-100 de ori mai mult decât rezolvarea aceleiași probleme la nivel de PCB.
Prin urmare, atunci când vă reduceți bugetul de dezvoltare prin reducerea numărului de straturi de PCB, fiți pregătit să cheltuiți Timp suplimentarși bani pentru mai multe iterații de comandă de plăci de mostre pentru a asigura nivelul necesar de integritate a semnalului și EMC.

Cum să reduceți efectul negativ al schimbării straturilor?
Conform regulilor standard de cablare, există cel puțin un condensator de decuplare lângă fiecare cip, astfel încât să putem schimba stratul de lângă cip. Cu toate acestea, trebuie luată în considerare lungimea totală a segmentelor care nu sunt situate în stratul „fâșie”. O regulă aproximativă este că lungimea electrică totală a acestor segmente nu trebuie să depășească o opteme din timpul de creștere. Dacă poate apărea o modificare prea mare a Z 0 pe oricare dintre aceste segmente (de exemplu, când utilizați prize ZIF sau alte tipuri de prize pentru microcircuite), este mai bine să vă străduiți să minimizați această lungime la o zecime din timpul de creștere. Utilizați această regulă pentru a determina lungimea totală maximă admisă a segmentelor nestandardizate și încercați să o minimizați în aceste limite cât mai mult posibil.
Pe baza acestui lucru, pentru semnalele cu un timp de creștere (conform documentației) de 2 ns, trebuie să schimbăm stratul la cel mult 10 mm de centrul microcircuitului sau de centrul rezistenței de potrivire. Această regulă a fost elaborată ținând cont de o marjă de 4 ori pentru faptul că timpul real de comutare poate fi semnificativ mai mic decât cel maxim conform documentației. La aproximativ aceeași distanță (nu mai mult) de locul în care sunt schimbate straturile, ar trebui să existe cel puțin un condensator de decuplare care conectează planurile de masă și de alimentare corespunzătoare. Distanțe atât de mici sunt dificil de atins atunci când se folosesc cipuri mari, așa că amenajarea circuitelor moderne de mare viteză necesită compromisuri. Cu toate acestea, această regulă justifică faptul că microcircuitele de dimensiuni mici sunt de preferat în circuitele de mare viteză și explică faptul că dezvoltarea rapidă a tehnologiilor BGA și flip-chip, care minimizează calea semnalului de la conductorul de pe placă la cip. a microcircuitului.

Simularea și testarea prototipurilor
Deoarece există atât de multe opțiuni IC și chiar mai multe aplicații, unii ingineri pot considera că aceste reguli generale sunt mai puțin precise, iar unii le pot considera exagerate, dar acesta este rolul „regulilor generale” - sunt doar o aproximare aproximativă. pentru a permite proiectarea intuitivă să fie realizată corect.dispozitive de lucru.
În zilele noastre, instrumentele de modelare pe computer devin din ce în ce mai accesibile și mai avansate. Acestea vă permit să calculați parametrii de integritate a semnalului, EMC, în funcție de structura reală a stratului și de rutarea semnalului. Desigur, utilizarea lor va da rezultate mai precise decât aproximările noastre brute, așa că vă recomandăm să folosiți pe cât posibil simulări pe computer. Cu toate acestea, nu uitați că timpul real de comutare al microcircuitelor poate fi semnificativ mai scurt decât cel indicat în documentație, iar acest lucru poate duce la rezultate incorecte, așa că asigurați-vă că modelul etapelor de ieșire și de intrare corespunde realității.
Următorul pas este verificarea trecerii semnalului critic pe primul eșantion „prototip” al plăcii de circuit imprimat, folosind un osciloscop de înaltă frecvență. Trebuie să vă asigurați că forma de undă nu este distorsionată pe măsură ce se deplasează pe toată lungimea plăcii de circuit, iar doar respectarea regulilor de mai sus este puțin probabil să dea un rezultat excelent prima dată, deși poate fi destul de bun. Utilizarea unui analizor de câmp electromagnetic RF sau a unui analizor de spectru de emisie poate fi o altă modalitate de a examina integritatea semnalului și problemele EMC la nivel de PCB „prototip”. Metodele pentru o astfel de analiză nu fac obiectul acestui articol.
Chiar dacă utilizați simularea circuitelor complexe, nu neglijați integritatea semnalului și testarea EMC pe primele dvs. prototipuri de PCB.

Furnizarea impedanțelor de undă în etapa de fabricație a PCB-ului
Un material FR4 tipic destinat fabricării plăcilor cu circuite imprimate are o valoare a constantei dielectrice (E r) de aproximativ 3,8...4,2 la 1 GHz. Valori reale E r poate fluctua în ±25%. Există materiale FR4 care au o valoare E r care este evaluată și garantată de furnizor și nu sunt mult mai scumpe decât materialele convenționale, dar producătorii de PCB nu sunt obligați să utilizeze clase FR4 „evaluate” decât dacă sunt specificate în mod specific în comanda PCB.
Producătorii de PCB lucrează cu grosimi dielectrice standard („preimpregnate” și „laminate”), iar grosimea acestora în fiecare strat trebuie determinată înainte ca placa să fie pusă în producție, ținând cont de toleranțele de grosime (aproximativ ± 10%). Pentru a asigura un anumit Z 0, pentru o anumită grosime dielectrică, puteți selecta lățimea conductorului corespunzătoare. Pentru unii producători este necesar să se indice lățimea efectivă necesară a conductorului, pentru alții - cu o marjă pentru subtăieri, care poate ajunge la 25-50 de microni față de lățimea nominală. Cea mai bună opțiune este o indicație pentru producător ce lățime a conductorului în care este proiectată straturile ținând cont de asigurarea unui anumit Z 0. În acest caz, producătorul poate ajusta lățimea conductorului și structura stratului pentru a se asigura parametrii dațiîn conformitate cu tehnologia sa de producție. În plus, producătorul măsoară impedanța reală a undei pe fiecare semifabricat din fabrică și respinge plăcile pe care Z 0 nu se încadrează în toleranța de ±10% sau mai precis.
Pentru semnale de peste 1 GHz, poate fi necesar să se utilizeze materiale cu frecvență mai înaltă, cu o stabilitate mai bună și alte proprietăți dielectrice (cum ar fi Duroid de la Rogers etc.).

Literatură
1. Design Techniques for EMC & Signal Integrity, Eur Ing Keith Armstrong.
2. IEC 61188-1-2: 1998 Plăci imprimate și ansambluri de plăci imprimate - Proiectare și utilizare. Partea 1-2: Cerințe generice - Impedanță controlată, www.iec.ch.
3. Design de plăci de circuite imprimate multistrat de complexitate ridicată. Seminar Tehnologia PCB, 2006.
4. http://library.espec.ws/books/chooseant/CHAPTER6/6-1.htm
5. Design hardware. Walt Kester.