Printplaat moeilike probleme en oplossings

V: Soos vroeër genoem oor eenvoudige weerstande, moet daar ‘n paar weerstande wees waarvan die prestasie presies is wat ons verwag. Wat gebeur met die weerstand van ‘n stuk draad?
A: Die situasie is anders. Vermoedelik verwys u na ‘n draad of ‘n geleidende band in ‘n printplaat wat as ‘n draad dien. Aangesien daar nog nie supergeleiers by kamertemperatuur beskikbaar is nie, dien enige lengte van metaaldrade as ‘n weerstand met ‘n lae weerstand (wat ook as ‘n kapasitor en induktor dien), en die effek daarvan op die stroombaan moet in ag geneem word.
2. V: Die weerstand van ‘n baie kort koperdraad in ‘n klein seinkring moet nie belangrik wees nie?
A: kom ons kyk na ‘n 16-bis ADC met ‘n invoerimpedansie van 5k ω. Aanvaar dat die seinlyn na die ADC -invoer bestaan ​​uit ‘n tipiese printplaat (0.038 mm dik, 0.25 mm breed) met ‘n geleidende band van 10 cm lank. Dit het ‘n weerstand van ongeveer 0.18 ω by kamertemperatuur, ‘n bietjie minder as 5K ω × 2 × 2-16 en lewer ‘n versterkingsfout van 2LSB in volle graad.
Hierdie probleem kan waarskynlik verminder word as die geleidende band van die PRINTED printplaat, soos dit reeds is, wyer gemaak word. In analoogbane is dit oor die algemeen beter om ‘n breër band te gebruik, maar baie PCB -ontwerpers (en PCB -ontwerpers) verkies om ‘n minimum bandwydte te gebruik om die siglynlynplasing te vergemaklik. Ten slotte is dit belangrik om die weerstand van die geleidende band te bereken en die rol daarvan in alle moontlike probleme te ontleed.
3. V: Is daar ‘n probleem met die kapasitansie van die geleidende band met te groot breedte en die metaallaag aan die agterkant van die PRINTED printplaat?
A: Dit is ‘n klein vraag. Alhoewel kapasitansie van die geleidende band van die PRINTED-printplaat belangrik is (selfs vir laefrekwensie-stroombane wat hoëfrekwensie parasitiese ossillasies kan veroorsaak), moet dit altyd eers geraam word. As dit nie die geval is nie, is selfs ‘n wye geleidende band wat ‘n groot kapasitansie vorm nie ‘n probleem nie. As probleme opduik, kan ‘n klein oppervlakte van die grondvlak verwyder word om die kapasitansie na die aarde te verminder.
V: Laat hierdie vraag ‘n oomblik! Wat is die grondvlak?
A: As koperfoelie aan die hele kant van ‘n GEDRUKTE printplaat (of die hele tussenlaag van ‘n meerlaagse printplaat) vir aarding gebruik word, dan noem ons dit ‘n aardingsvlak. Enige aarddraad moet met die minste moontlike weerstand en induktansie gereël word. As ‘n stelsel ‘n aardingsvlak gebruik, is dit minder geneig om deur aardingsgeraas beïnvloed te word. Boonop het die aardingsvlak ook die funksie van afskerming en afkoeling
V: Die aardingsvliegtuig wat hier genoem word, is moeilik vir vervaardigers, nie waar nie?
A: Daar was 20 jaar gelede probleme. As gevolg van die verbetering van bindmiddel, soldeerweerstand en golf soldeer tegnologie in gedrukte stroombane, het die vervaardiging van aardingsvlak ‘n roetine werking van gedrukte stroombane geword.
V: U het gesê dat die moontlikheid om ‘n stelsel bloot te stel aan grondgeraas deur ‘n grondvlak te gebruik, baie klein is. Wat bly oor van die probleem met grondgeraas wat nie opgelos kan word nie?
A: Die basiese stroombaan van ‘n geaarde geraasstelsel het ‘n grondvlak, maar die weerstand en induktansie daarvan is nie nul nie – as die eksterne stroombron sterk genoeg is, beïnvloed dit presiese seine. Hierdie probleem kan geminimaliseer word deur die gedrukte stroombane behoorlik te rangskik sodat hoë stroom nie vloei na gebiede wat die aardingspanning van presisie seine beïnvloed nie. Soms kan ‘n breuk of spleet in die grondvlak ‘n groot aardstroom van die sensitiewe gebied aflei, maar met geweld kan die sein ook na die sensitiewe gebied gelei word, dus moet so ‘n tegniek versigtig gebruik word.
V: Hoe weet ek die spanningsval wat op ‘n grondvlak ontstaan?
A: gewoonlik kan die spanningsval gemeet word, maar soms kan berekeninge gemaak word op grond van die weerstand van die materiaal in die aardingsvlak (‘n nominale 1 ounce koper het ‘n weerstand van 045m ω /□) en die lengte van die geleidende band waardeur die stroom gaan, alhoewel berekeninge ingewikkeld kan wees. Spannings in die DC tot lae frekwensie (50kHz) reeks kan gemeet word met instrumentasie versterkers soos AMP02 of AD620.
Die versterkerversterking is op 1000 gestel en gekoppel aan ‘n ossilloskoop met ‘n sensitiwiteit van 5mV/div. Die versterker kan van dieselfde kragbron as die stroombaan wat getoets word, of van sy eie kragbron voorsien word. As die versterker se grond egter van sy kragbasis geskei word, moet die ossilloskoop gekoppel word aan die kragbasis van die kragkring wat gebruik word.
Die weerstand tussen twee punte op die grondvlak kan gemeet word deur ‘n sonde by die twee punte te voeg. Die kombinasie van versterkerversterking en ossilloskoopgevoeligheid stel die metingsensitiwiteit in staat om 5μV/div te bereik. Geraas van die versterker verhoog die breedte van die ossilloskoop -golfvormkurwe met ongeveer 3μV, maar dit is steeds moontlik om ‘n resolusie van ongeveer 1μV te bereik – genoeg om die meeste grondgeraas met tot 80% vertroue te onderskei.
V: Wat moet opgemerk word oor die bogenoemde toetsmetode?
A: Enige afwisselende magnetiese veld veroorsaak ‘n spanning op die sondekabel, wat getoets kan word deur die sondes aan mekaar te kortsluit (en ‘n afbuigingspad na die grondweerstand te bied) en die ossilloskoopgolfvorm waar te neem. Die waargenome AC -golfvorm is te wyte aan induksie en kan geminimaliseer word deur die posisie van die lood te verander of deur die magnetiese veld te probeer uitskakel. Daarbenewens is dit nodig om te verseker dat die aarding van die versterker gekoppel is aan die aarding van die stelsel. As die versterker hierdie verbinding het, is daar geen terugkeerpad nie en die versterker werk nie. Aarding moet ook verseker dat die aardingsmetode wat gebruik word, nie inmeng met die stroomverspreiding van die stroombaan wat getoets word nie.
V: Hoe kan ek die hoë frekwensie -aardgeluid meet?
A: Dit is moeilik om hf -geraas te meet met ‘n geskikte breedbandinstrumentversterker, daarom is passiewe probes van hf en VHF geskik. Dit bestaan ​​uit ‘n ferriet magnetiese ring (buitedeursnee van 6 ~ 8mm) met twee spoele van 6-10 draaie elk. Om ‘n hoëfrekwensie-isolasie-transformator te vorm, word die een spoel aan die invoer van die spektrumanaliseerder gekoppel en die ander aan die sonde.
Die toetsmetode is soortgelyk aan die lae frekwensie geval, maar die spektrumanaliseerder gebruik amplitude-frekwensie kenmerkende kurwes om geraas voor te stel. Anders as tyddomeineienskappe, kan geraasbronne maklik onderskei word op grond van hul frekwensie -eienskappe. Boonop is die sensitiwiteit van die spektrumanaliseerder minstens 60dB hoër as dié van die breëband ossilloskoop.
V: Wat van die induktansie van ‘n draad?
A: Die induktansie van geleiers en PCB -geleidende bande kan nie by hoër frekwensies geïgnoreer word nie. Om die induktansie van ‘n reguit draad en ‘n geleidende band te bereken, word twee benaderings hier ingelei.
Byvoorbeeld, ‘n geleidende band van 1 cm lank en 0.25 mm breed sal ‘n induktansie van 10nH vorm.
Geleidingsinduktansie = 0.0002LLN2LR-0.75 μH
Byvoorbeeld, die induktansie van ‘n 1 cm lange draad van 0.5 mm buitediameter is 7.26 nh (2R = 0.5 mm, L = 1 cm)
Geleidende bandinduktansie = 0.0002LLN2LW+H+0.2235W+HL+0.5μH
Die induktansie van die geleidende band van 1 cm breed 0.25 mm printplaat is byvoorbeeld 9.59nh (H = 0.038 mm, W = 0.25 mm, L = 1 cm).
Die induktiewe reaktansie is egter gewoonlik baie kleiner as die parasitiese vloed en geïnduseerde spanning van die gesnyde induktiewe stroombaan. Die lusarea moet geminimaliseer word omdat die geïnduseerde spanning eweredig is aan die lusarea. Dit is maklik om te doen as die bedrading in ‘n gedraaide paar is.
In gedrukte stroombane moet die lood- en retourpaaie naby mekaar wees. Klein veranderings aan bedrading verminder die impak dikwels, sien bron A gekoppel aan lae -energie lus B.
Deur die lusarea te verminder of die afstand tussen die koppelingslusse te vergroot, word die effek tot ‘n minimum beperk. Die lusoppervlak word gewoonlik tot ‘n minimum beperk en die afstand tussen die koppelingslusse word maksimaliseer. Soms is magnetiese afskerming nodig, maar dit is duur en is geneig tot meganiese foute, so vermy dit.
11. V: In V & A vir toepassingsingenieurs word die nie-ideale gedrag van geïntegreerde stroombane gereeld genoem. Dit moet makliker wees om eenvoudige komponente soos weerstande te gebruik. Verduidelik die nabyheid van ideale komponente.
A: Ek wil net hê dat ‘n weerstand ‘n ideale toestel moet wees, maar die kort silinder aan die voorkant van ‘n weerstand werk presies soos ‘n suiwer weerstand. Die werklike weerstand bevat ook die denkbeeldige weerstandskomponent – die reaktansie -komponent. Die meeste weerstande het ‘n klein kapasitansie (tipies 1 tot 3pF) parallel met hul weerstand. Alhoewel sommige filmweerstande, snyvormige groefsny in hul weerstandsfilms meestal induktief is, is hul induktiewe reaktansie tientalle of honderde nahen (nH). Natuurlik is draadwondweerstand oor die algemeen induktief eerder as kapasitief (ten minste by lae frekwensies). Wireweerstands is immers gemaak van spoele, daarom is dit nie ongewoon dat draadwondweerstande induktans van verskeie mikrohm (μH) of tientalle mikrohm, of selfs sogenaamde “nie-induktiewe” draadwondweerstands het nie. (waar die helfte van die spoele met die kloksgewys gewikkel is en die ander helfte linksom). Sodat die induktansie wat deur die twee helftes van die spoel vervaardig word, mekaar ook kanselleer) het ook 1μH of meer residuele induktansie. Vir hoogwaardige draadwindweerstands van ongeveer 10k ω, is die oorblywende weerstande meestal kapasitief eerder as induktief, en die kapasitansie is tot 10pF, hoër as die van standaard dunfilm of sintetiese weerstande. Hierdie reaktansie moet deeglik in ag geneem word by die ontwerp van hoëfrekwensiebane wat resistors bevat.
V: Maar baie van die stroombane wat u beskryf, word gebruik vir presiese metings by DC of baie lae frekwensies. Verdwaalde induktors en verdwaalde kapasitors is irrelevant in hierdie toepassings, nie waar nie?
A: ja. Omdat transistors (beide diskreet en binne geïntegreerde stroombane) baie wye bandwydtes het, kan ossillasies soms in die honderde of duisende megahertz -bande voorkom wanneer die stroombaan eindig met ‘n induktiewe las. Die verrekenings- en regstellingsaksies wat met ossillasies verband hou, het ‘n slegte uitwerking op die akkuraatheid en stabiliteit van lae frekwensies.
Erger nog, die ossillasies is moontlik nie sigbaar op ‘n ossilloskoop nie, omdat die bandwydte van die ossilloskoop te laag is in vergelyking met die bandwydte van die hoëfrekwensie -ossillasies wat gemeet word, of omdat die laaivermoë van die ossilloskoop -sonde voldoende is om die ossillasies te stop. Die beste metode is om ‘n breë band (lae frekwensie tot 15GHz hierbo) spektrumanaliseerder te gebruik om die stelsel na parasitiese ossillasies te kyk. Hierdie kontrole moet uitgevoer word as die insette oor die hele dinamiese omvang wissel, omdat parasitiese ossillasies soms in ‘n baie nou reeks van die invoerband voorkom.
V: Is daar vrae oor weerstande?
A: Die weerstand van ‘n weerstand is nie vas nie, maar wissel met temperatuur. Die temperatuurkoëffisiënt (TC) wissel van enkele PPM /° C (miljoenste per graad Celsius) tot etlike duisende PPM /° C. Die stabielste weerstande is weerstand teen metaal of film, en die ergste is sintetiese koolstoffilmweerstand.
Soms kan groot temperatuurkoëffisiënte nuttig wees (‘n weerstand van +3500ppm/ ° C kan gebruik word om te vergoed vir kT/ Q in die kenmerkende vergelyking van die aansluitdiode, soos voorheen genoem in Q&AS vir Application Engineers). Maar in die algemeen kan weerstand teen temperatuur ‘n bron van foute in presisiekringe wees.
As die presisie van die stroombaan afhang van die pasmaat van twee weerstande met verskillende temperatuurkoëffisiënte, sal dit by die een temperatuur nie ooreenstem nie. Selfs as die temperatuurkoëffisiënte van twee weerstande ooreenstem, is daar geen waarborg dat hulle op dieselfde temperatuur sal bly nie. Selfhitte wat veroorsaak word deur interne kragverbruik of eksterne hitte wat deur ‘n hittebron in die stelsel oorgedra word, kan temperatuurverskeie veroorsaak, wat weerstand kan veroorsaak. Selfs draaddraad- of metaalfilmweerstands van hoë gehalte kan temperatuurverskeie van honderde (of selfs duisende) PPM / ℃ hê. Die voor die hand liggende oplossing is om twee weerstande te gebruik wat so gebou is dat hulle albei baie naby aan dieselfde matriks is, sodat die akkuraatheid van die stelsel te alle tye goed ooreenstem. Die substraat kan silikonplate wees wat presiese geïntegreerde stroombane, glaswafels of metaalfilms simuleer. Ongeag die substraat, pas die twee weerstande goed by tydens die vervaardiging, het hulle ‘n ooreenstemmende temperatuurkoëffisiënt en is byna dieselfde temperatuur (omdat hulle so naby is).