Чи повинні бути розділені шари землі AGND і DGND?
Проста відповідь полягає в тому, що це залежить від ситуації, а детальна відповідь полягає в тому, що вони зазвичай не розлучаються.Тому що в більшості випадків відокремлення заземлюючого шару тільки збільшить індуктивність зворотного струму, що приносить більше шкоди, ніж користі.Формула V = L(di/dt) показує, що зі збільшенням індуктивності зростає шум напруги.І зі збільшенням струму перемикання (оскільки збільшується частота дискретизації перетворювача), шум напруги також зростатиме.Тому шари заземлення повинні бути з'єднані між собою.
Прикладом є те, що в деяких додатках, щоб відповідати вимогам традиційного дизайну, брудна шина живлення або цифрові схеми повинні бути розміщені в певних областях, але також через обмеження розміру, що робить плату не може досягти гарного розподілу макета, в цьому окремий шар заземлення є ключем до досягнення високої продуктивності.Однак для того, щоб загальна конструкція була ефективною, ці шари заземлення повинні бути з’єднані між собою десь на платі мостом або точкою з’єднання.Тому точки підключення повинні бути рівномірно розподілені між розділеними шарами заземлення.Зрештою, на друкованій платі часто буде точка з’єднання, яка стає найкращим місцем для проходження зворотного струму без погіршення продуктивності.Ця точка підключення зазвичай розташована поблизу або під конвертером.
Під час проектування шарів джерела живлення використовуйте всі мідні траси, доступні для цих шарів.Якщо можливо, не дозволяйте цим шарам використовувати спільні вирівнювання, оскільки додаткові вирівнювання та переходи можуть швидко пошкодити рівень джерела живлення, розділивши його на менші частини.Отриманий розріджений шар живлення може стиснути шляхи струму туди, де вони найбільше потрібні, а саме до контактів живлення перетворювача.Стискання струму між отворами та вирівнюваннями підвищує опір, викликаючи невелике падіння напруги на контактах живлення перетворювача.
Нарешті, критично важливим є розміщення рівня джерела живлення.Ніколи не накладайте шумний рівень цифрового джерела живлення поверх аналогового рівня джерела живлення, інакше вони можуть з’єднатися, навіть якщо вони знаходяться на різних рівнях.Щоб звести до мінімуму ризик зниження продуктивності системи, дизайн має розділяти ці типи рівнів, а не збирати їх разом, коли це можливо.
Чи можна ігнорувати конструкцію системи доставки живлення (PDS) друкованої плати?
Метою розробки PDS є мінімізація пульсацій напруги, що виникають у відповідь на потребу струму джерела живлення.Усі ланцюги вимагають струму, деякі мають високу потребу, а інші потребують більшої швидкості струму.Використання повністю розв’язаного низькоімпедансного шару живлення або заземлення та хорошого ламінування друкованої плати мінімізує пульсації напруги через струмове споживання схеми.Наприклад, якщо конструкція розрахована на струм комутації 1 А, а повний опір PDS становить 10 мОм, максимальна пульсація напруги становить 10 мВ.
По-перше, структура стека друкованих плат повинна бути розроблена для підтримки більших шарів ємності.Наприклад, шестирівневий стек може містити верхній рівень сигналу, перший рівень заземлення, перший рівень живлення, другий рівень живлення, другий рівень заземлення та нижній рівень сигналу.Перший шар заземлення та перший шар джерела живлення розташовані в безпосередній близькості один до одного в складеній структурі, і ці два шари розташовані на відстані 2-3 милі один від одного, щоб утворити власну ємність шару.Великою перевагою цього конденсатора є те, що він безкоштовний і потребує лише вказівки в примітках до виготовлення друкованої плати.Якщо рівень джерела живлення необхідно розділити, а на одному рівні є кілька шин живлення VDD, слід використовувати максимально великий рівень джерела живлення.Не залишайте порожні отвори, але також зверніть увагу на чутливі схеми.Це максимізує ємність шару VDD.Якщо конструкція передбачає наявність додаткових шарів, то між першим і другим шарами електроживлення слід розмістити два додаткових шари заземлення.У разі однакової відстані між жилами від 2 до 3 мілів власна ємність ламінованої структури в цей час буде подвоєна.
Для ідеального ламінування друкованої плати слід використовувати розв’язувальні конденсатори на початковій точці входу рівня джерела живлення та навколо випробуваного пристрою, що забезпечить низький опір PDS у всьому діапазоні частот.Використання ряду конденсаторів від 0,001 мкФ до 100 мкФ допоможе покрити цей діапазон.Не обов'язково мати всюди конденсатори;підключення конденсаторів безпосередньо до випробувального пристрою порушить усі правила виробництва.Якщо потрібні такі суворі заходи, схема має інші проблеми.
Важливість відкритих прокладок (E-Pad)
Цей аспект легко не помітити, але він важливий для досягнення найкращої продуктивності та розсіювання тепла конструкції друкованої плати.
Відкрита площадка (Pin 0) відноситься до площадки під більшістю сучасних високошвидкісних мікросхем, і це важливе з’єднання, через яке все внутрішнє заземлення мікросхеми під’єднується до центральної точки під пристроєм.Наявність відкритої колодки дозволяє багатьом перетворювачам і підсилювачам позбутися від необхідності контакту заземлення.Ключовим моментом є формування стабільного та надійного електричного з’єднання та теплового з’єднання під час пайки цієї площадки до друкованої плати, інакше система може бути серйозно пошкоджена.
Оптимального електричного та теплового з’єднання для відкритих колодок можна досягти, виконавши три кроки.По-перше, там, де це можливо, відкриті колодки слід відтворити на кожному шарі друкованої плати, що забезпечить більш товсте теплове з’єднання для всього заземлення та, отже, швидке розсіювання тепла, що особливо важливо для пристроїв високої потужності.З боку електрики це забезпечить хороший еквіпотенціальний зв’язок для всіх шарів заземлення.Під час копіювання відкритих колодок на нижньому шарі його можна використовувати як точку роз’єднання заземлення та місце для встановлення радіаторів.
Потім розділіть відкриті подушечки на кілька однакових секцій.Форма шахової дошки найкраща, і її можна досягти за допомогою поперечних сіток екрану або паяльних масок.Під час складання оплавленням неможливо визначити, як тече паяльна паста, щоб встановити з’єднання між пристроєм і друкованою платою, тому з’єднання може бути присутнім, але нерівномірно розподіленим, або, що ще гірше, з’єднання маленьке та розташоване в кутку.Поділ відкритої панелі на менші секції дозволяє кожній області мати точку з’єднання, таким чином забезпечуючи надійне рівномірне з’єднання між пристроєм і друкованою платою.
Нарешті, слід переконатися, що кожна секція має підключення до землі через отвір.Області, як правило, достатньо великі, щоб утримувати кілька отворів.Перед складанням обов’язково заповніть кожне отвір паяльною пастою або епоксидною смолою.Цей крок важливий, щоб гарантувати, що відкрита паяльна паста для колодок не затікає назад у порожнини переходів, що інакше зменшило б шанси на належне з’єднання.
Проблема перехресного зв'язку між шарами в друкованій платі
У дизайні друкованої плати компонування проводки деяких високошвидкісних перетворювачів неминуче матиме один шар схеми, з’єднаний з іншим.У деяких випадках чутливий аналоговий рівень (живлення, земля або сигнал) може бути безпосередньо над цифровим рівнем із високим рівнем шуму.Більшість дизайнерів вважають, що це не має значення, оскільки ці шари розташовані на різних шарах.Це так?Давайте розглянемо простий тест.
Виберіть один із суміжних шарів і введіть сигнал на цьому рівні, а потім підключіть перехресні шари до аналізатора спектру.Як бачите, на сусідньому шарі сполучено дуже багато сигналів.Навіть з відстанню в 40 міл є сенс, в якому сусідні шари все ще утворюють ємність, так що на деяких частотах сигнал все одно буде передаватись з одного шару на інший.
Якщо припустити, що цифрова частина з високим рівнем шуму на рівні має сигнал 1 В від високошвидкісного перемикача, некерований рівень бачитиме сигнал 1 мВ, пов’язаний з керованим шаром, коли ізоляція між шарами становить 60 дБ.Для 12-розрядного аналого-цифрового перетворювача (АЦП) із повним розмахом 2 Вp-p це означає 2LSB (молодший значущий біт) зв’язку.Для даної системи це може не бути проблемою, але слід зазначити, що коли роздільна здатність збільшується з 12 до 14 біт, чутливість збільшується в чотири рази, і, таким чином, помилка зростає до 8LSB.
Ігнорування зв’язку між площинами/шарами не може спричинити збій дизайну системи чи послабити дизайн, але потрібно залишатися пильним, оскільки зв’язок між двома шарами може бути сильнішим, ніж можна було очікувати.
Це слід зазначити, коли в цільовому спектрі виявлено паразитний шумовий зв’язок.Іноді розводка компонування може призвести до ненавмисних сигналів або перехресного зв’язку між різними шарами.Пам’ятайте про це під час налагодження чутливих систем: проблема може бути на рівні нижче.
Стаття взята з мережі, якщо є порушення, звертайтеся, щоб видалити, дякую!
Час публікації: 27 квітня 2022 р