قوانین مهم مسیریابی PCB که باید هنگام استفاده از مبدل های پرسرعت رعایت شود چیست؟

آیا لایه های زمینی AGND و DGND باید از هم جدا شوند؟

پاسخ ساده این است که بستگی به موقعیت دارد و پاسخ تفصیلی این است که معمولاً از هم جدا نیستند.زیرا در بیشتر موارد جداسازی لایه زمین تنها باعث افزایش اندوکتانس جریان برگشتی می شود که ضرر بیشتری به همراه دارد تا سود.فرمول V = L(di/dt) نشان می دهد که با افزایش اندوکتانس، نویز ولتاژ افزایش می یابد.و با افزایش جریان سوئیچینگ (به دلیل افزایش نرخ نمونه برداری مبدل)، نویز ولتاژ نیز افزایش می یابد.بنابراین، لایه های زمین باید به یکدیگر متصل شوند.

به عنوان مثال در برخی از کاربردها، به منظور مطابقت با الزامات طراحی سنتی، برق اتوبوس کثیف یا مدار دیجیتال باید در مناطق خاصی قرار داده شود، اما همچنین با توجه به محدودیت های اندازه، باعث می شود که برد نتواند به یک پارتیشن چیدمان خوب دست یابد. در مورد، لایه زمین جداگانه کلید دستیابی به عملکرد خوب است.با این حال، برای اینکه طراحی کلی موثر باشد، این لایه های زمین باید در جایی روی برد توسط یک پل یا نقطه اتصال به یکدیگر متصل شوند.بنابراین، نقاط اتصال باید به طور مساوی در بین لایه های زمین جدا شده توزیع شوند.در نهایت، اغلب یک نقطه اتصال روی PCB وجود دارد که بهترین مکان برای عبور جریان برگشتی بدون ایجاد افت عملکرد است.این نقطه اتصال معمولا نزدیک یا زیر مبدل قرار دارد.

هنگام طراحی لایه های منبع تغذیه، از تمام آثار مسی موجود برای این لایه ها استفاده کنید.در صورت امکان، اجازه ندهید این لایه‌ها ترازهای مشترکی داشته باشند، زیرا ترازها و Viasهای اضافی می‌توانند با تقسیم کردن آن به قطعات کوچک‌تر، به سرعت به لایه منبع تغذیه آسیب بزنند.لایه قدرت پراکنده حاصل می تواند مسیرهای جریان را به جایی که بیشتر مورد نیاز است، یعنی پایه های برق مبدل، فشرده کند.فشار دادن جریان بین vias و ترازها مقاومت را افزایش می دهد و باعث افت ولتاژ جزئی در پایه های برق مبدل می شود.

در نهایت، قرار دادن لایه منبع تغذیه حیاتی است.هرگز یک لایه منبع تغذیه دیجیتال پر سر و صدا را روی یک لایه منبع تغذیه آنالوگ قرار ندهید، در غیر این صورت ممکن است این دو با وجود اینکه در لایه‌های مختلف قرار دارند، همچنان جفت شوند.برای به حداقل رساندن خطر کاهش عملکرد سیستم، طراحی باید این نوع لایه‌ها را جدا کند تا اینکه در صورت امکان آنها را روی هم قرار دهد.

آیا می توان طراحی سیستم تحویل برق PCB (PDS) را نادیده گرفت؟

هدف طراحی PDS به حداقل رساندن موج ولتاژ تولید شده در پاسخ به تقاضای جریان منبع تغذیه است.همه مدارها نیاز به جریان دارند، برخی با تقاضای بالا و برخی دیگر که نیاز به جریان با سرعت بیشتری دارند.استفاده از یک لایه کاملاً جدا شده با امپدانس کم یا لایه زمین و یک لایه لایه مدار چاپی خوب، موج ولتاژ را به دلیل تقاضای فعلی مدار به حداقل می رساند.برای مثال، اگر طرح برای جریان سوئیچینگ 1 آمپر طراحی شده باشد و امپدانس PDS 10mΩ باشد، حداکثر ریپل ولتاژ 10mV است.

اول، یک ساختار پشته PCB باید برای پشتیبانی از لایه های بزرگتر ظرفیت طراحی شود.به عنوان مثال، یک پشته شش لایه ممکن است شامل یک لایه سیگنال بالا، یک لایه زمین اول، یک لایه قدرت اول، یک لایه قدرت دوم، یک لایه زمین دوم و یک لایه سیگنال پایین باشد.اولین لایه زمین و اولین لایه منبع تغذیه به گونه ای در نظر گرفته شده اند که در ساختار پشته ای در مجاورت یکدیگر قرار گیرند و این دو لایه با فاصله 2 تا 3 میلی متری از هم فاصله دارند تا ظرفیت لایه ذاتی را تشکیل دهند.مزیت بزرگ این خازن رایگان بودن آن است و فقط باید در یادداشت های ساخت PCB مشخص شود.اگر لایه منبع تغذیه باید شکافته شود و چندین ریل برق VDD روی همان لایه وجود دارد، باید از بزرگترین لایه منبع تغذیه ممکن استفاده شود.سوراخ ها را خالی نگذارید، بلکه به مدارهای حساس نیز توجه کنید.این باعث می شود که ظرفیت لایه VDD به حداکثر برسد.اگر طراحی اجازه حضور لایه‌های اضافی را می‌دهد، باید دو لایه زمین اضافی بین لایه اول و دوم منبع تغذیه قرار داده شود.در مورد فاصله هسته یکسان 2 تا 3 میل، ظرفیت ذاتی سازه چند لایه در این زمان دو برابر خواهد شد.

برای لایه‌برداری ایده‌آل PCB، خازن‌های جداکننده باید در نقطه شروع لایه منبع تغذیه و اطراف DUT استفاده شوند، که این اطمینان را می‌دهد که امپدانس PDS در کل محدوده فرکانس پایین است.استفاده از تعدادی خازن 0.001μF تا 100μF به پوشش این محدوده کمک می کند.وجود خازن در همه جا ضروری نیست.اتصال خازن ها به طور مستقیم در برابر DUT، تمام قوانین ساخت را زیر پا می گذارد.اگر چنین اقدامات شدیدی لازم باشد، مدار مشکلات دیگری دارد.

اهمیت پدهای در معرض دید (E-Pad)

این جنبه ای است که به راحتی قابل چشم پوشی است، اما برای دستیابی به بهترین عملکرد و اتلاف گرما در طراحی PCB بسیار مهم است.

پد اکسپوز (پین 0) به پدی در زیر اکثر آی سی های پرسرعت مدرن اطلاق می شود و این یک اتصال مهم است که از طریق آن تمام زمین های داخلی تراشه به یک نقطه مرکزی در زیر دستگاه متصل می شود.وجود یک پد در معرض این امکان را به بسیاری از مبدل ها و تقویت کننده ها می دهد تا نیاز به پین ​​زمین را از بین ببرند.نکته کلیدی این است که هنگام لحیم کردن این پد به PCB، یک اتصال الکتریکی و اتصال حرارتی پایدار و قابل اعتماد ایجاد کنید، در غیر این صورت ممکن است سیستم به شدت آسیب ببیند.

اتصالات الکتریکی و حرارتی بهینه برای پدهای در معرض دید را می توان با انجام سه مرحله به دست آورد.ابتدا، در صورت امکان، پدهای در معرض دید باید روی هر لایه PCB تکثیر شوند، که اتصال حرارتی ضخیم‌تری را برای تمام زمین و در نتیجه اتلاف سریع گرما فراهم می‌کند، به ویژه برای دستگاه‌های با قدرت بالا.در سمت الکتریکی، این اتصال همسان پتانسیل خوبی برای تمام لایه های زمین فراهم می کند.هنگام تکثیر پدهای در معرض در لایه زیرین، می توان از آن به عنوان نقطه جداکننده زمین و مکانی برای نصب هیت سینک استفاده کرد.

سپس، پدهای در معرض دید را به چندین بخش یکسان تقسیم کنید.شکل شطرنجی بهترین است و می توان با شبکه های متقاطع صفحه یا ماسک های لحیم کاری به دست آورد.در طول مونتاژ جریان مجدد، تعیین نحوه جریان خمیر لحیم کاری برای برقراری ارتباط بین دستگاه و PCB امکان پذیر نیست، بنابراین اتصال ممکن است وجود داشته باشد اما به طور ناموزون توزیع شده باشد، یا بدتر از آن، اتصال کوچک و در گوشه قرار دارد.تقسیم پد در معرض به بخش های کوچکتر به هر ناحیه اجازه می دهد تا یک نقطه اتصال داشته باشد، بنابراین اتصال قابل اعتماد و یکنواخت بین دستگاه و PCB را تضمین می کند.

در نهایت، باید اطمینان حاصل شود که هر بخش دارای یک اتصال بیش از حد به زمین است.نواحی معمولاً به اندازه کافی بزرگ هستند که چندین ویاز را در خود جای دهند.قبل از مونتاژ، مطمئن شوید که هر ویا را با خمیر لحیم کاری یا اپوکسی پر کنید.این مرحله برای اطمینان از اینکه خمیر لحیم کاری لحیم کاری در معرض دید به داخل حفره‌های ورودی باز نمی‌گردد، مهم است که در غیر این صورت شانس اتصال مناسب را کاهش می‌دهد.

مشکل اتصال متقاطع بین لایه ها در PCB

در طراحی PCB، سیم‌کشی طرح‌بندی برخی مبدل‌های پرسرعت ناگزیر دارای یک لایه مدار با لایه دیگر خواهد بود.در برخی موارد، لایه حساس آنالوگ (قدرت، زمین، یا سیگنال) ممکن است مستقیماً بالای لایه دیجیتال پر نویز باشد.اکثر طراحان فکر می کنند که این موضوع بی ربط است زیرا این لایه ها روی لایه های مختلفی قرار دارند.آیا این مورد است؟بیایید به یک تست ساده نگاه کنیم.

یکی از لایه های مجاور را انتخاب کنید و سیگنالی را در آن سطح تزریق کنید، سپس لایه های متقاطع را به یک تحلیلگر طیف متصل کنید.همانطور که می بینید، سیگنال های بسیار زیادی به لایه مجاور متصل می شوند.حتی با فاصله 40 میل، این حس وجود دارد که در آن لایه‌های مجاور همچنان یک خازن تشکیل می‌دهند، به طوری که در برخی فرکانس‌ها سیگنال همچنان از یک لایه به لایه دیگر کوپل می‌شود.

با فرض اینکه یک قطعه دیجیتال با نویز بالا روی یک لایه دارای سیگنال 1 ولتی از یک سوئیچ با سرعت بالا باشد، لایه غیر محرک یک سیگنال 1 میلی ولتی را می بیند که از لایه محرک کوپل شده است زمانی که ایزوله بین لایه ها 60 دسی بل باشد.برای یک مبدل 12 بیتی آنالوگ به دیجیتال (ADC) با یک نوسان در مقیاس کامل 2Vp-p، این به معنای 2LSB (کمترین بیت مهم) کوپلینگ است.برای یک سیستم معین، این ممکن است مشکلی نداشته باشد، اما باید توجه داشت که وقتی وضوح از 12 به 14 بیت افزایش می یابد، حساسیت به ضریب چهار افزایش می یابد و در نتیجه خطا به 8LSB افزایش می یابد.

نادیده گرفتن کوپلینگ متقابل/متقابل لایه ممکن است باعث شکست طراحی سیستم یا تضعیف طراحی نشود، اما باید مراقب بود، زیرا ممکن است جفت شدن بین دو لایه بیشتر از حد انتظار باشد.

هنگامی که جفت کاذب نویز در طیف هدف یافت می شود باید به این نکته توجه داشت.گاهی اوقات سیم کشی طرح می تواند منجر به سیگنال های ناخواسته یا اتصال متقابل لایه ها به لایه های مختلف شود.این را در هنگام اشکال زدایی سیستم های حساس به خاطر داشته باشید: ممکن است مشکل در لایه زیر باشد.

مقاله برگرفته از شبکه است، در صورت وجود هرگونه تخلف لطفا تماس بگیرید تا حذف شود، ممنون!