Друкаваная плата складаныя праблемы і рашэнні

Пытанне: Як ужо згадвалася раней аб простых рэзістарах, павінны быць некаторыя рэзістары, прадукцыйнасць якіх якраз і чакаецца. Што адбываецца з супрацівам перасеку дроту?
A: Сітуацыя іншая. Верагодна, вы маеце на ўвазе провад або токаправодную паласу ў друкаванай плаце, якая выконвае ролю провада. Паколькі звышправаднікі пакаёвай тэмпературы яшчэ недаступныя, любая даўжыня металічнага провада выступае ў якасці нізка супраціўляльнага рэзістара (які таксама выконвае ролю кандэнсатара і індуктара), і яго ўплыў на ланцуг трэба ўлічваць.
2. Пытанне: Супраціў вельмі кароткага меднага провада ў невялікай сігнальнай ланцугу не павінен быць важным?
A: Давайце разгледзім 16-разрадны АЦП з уваходным супрацівам 5k ω. Выкажам здагадку, што сігнальная лінія на ўваход АЦП складаецца з тыповай друкаванай платы (таўшчыня 0.038 мм, шырыня 0.25 мм) з токаправоднай паласой даўжынёй 10 см. Ён мае супраціў каля 0.18 ω пры пакаёвай тэмпературы, што крыху менш за 5K ω × 2 × 2-16 і пры поўнай ступені дае памылку ўзмацнення 2LSB.
Можна меркаваць, што гэтая праблема можа быць зменшана, калі, як ужо ёсць, токаправодная паласа друкаванай платы пашырыцца. У аналагавых схемах, як правіла, лепш выкарыстоўваць больш шырокую паласу, але многія канструктары друкаваных плат (і дызайнераў друкаваных плат) аддаюць перавагу выкарыстоўваць мінімальную шырыню паласы для палягчэння размяшчэння сігнальнай лініі. У заключэнне важна разлічыць супраціў зоны праводнасці і прааналізаваць яе ролю ва ўсіх магчымых праблемах.
3. Пытанне: Ці ёсць праблемы з ёмістасцю токаправоднай паласы з занадта вялікай шырынёй і металічным пластом на задняй панэлі друкаванай платы?
A: Гэта невялікае пытанне. Нягледзячы на ​​тое, што ёмістасць з токаправоднай паласы друкаванай платы важная (нават для нізкачашчынных схем, якія могуць выклікаць высокачашчынныя паразітныя ваганні), яе заўсёды варта ацаніць першай. Калі гэта не так, нават шырокая праводная паласа, якая ўтварае вялікую ёмістасць, не з’яўляецца праблемай. Калі ўзнікаюць праблемы, невялікую плошчу зазямлення можна выдаліць, каб паменшыць ёмістасць да зямлі.
Пытанне: пакіньце гэтае пытанне на імгненне! Што такое плоскасць зазямлення?
A: Калі для зазямлення выкарыстоўваецца медная фальга па ўсёй баку друкаванай платы (або ўсёй праслойкі шматслаёвай друкаванай платы), гэта тое, што мы называем плоскасцю зазямлення. Любы провад зазямлення павінен размяшчацца з найменшым магчымым супрацівам і індуктыўнасцю. Калі сістэма выкарыстоўвае плоскасць зазямлення, менш верагодна, што на яе паўплывае шум зазямлення. Акрамя таго, плоскасць зазямлення таксама мае функцыю экранавання і астуджэння
Пытанне: Згаданы тут самалёт зазямлення складаны для вытворцаў, так?
A: 20 гадоў таму былі некаторыя праблемы. Сёння, дзякуючы ўдасканаленню злучнага, супраціву прыпою і тэхналогіі паяння хваляў у друкаваных платах, выраб заземляючай плоскасці стаў звычайнай аперацыяй друкаваных плат.
Пытанне: Вы сказалі, што магчымасць падвядзення сістэмы шуму на зямлю з дапамогай заземлення вельмі малая. Што застаецца ад праблемы шуму грунту, якую нельга вырашыць?
A: Асноўная схема заземленай шумавой сістэмы мае плоскасць зазямлення, але яе супраціў і індуктыўнасць не роўныя нулю – калі знешні крыніца току досыць моцны, гэта паўплывае на дакладныя сігналы. Гэтую праблему можна звесці да мінімуму, правільна размясціўшы друкаваныя платы так, каб высокі ток не паступаў на ўчасткі, якія ўплываюць на напружанне зазямлення дакладных сігналаў. Часам разрыў або прарэз у плоскасці зазямлення можа адвесці вялікі ток зазямлення ад адчувальнай зоны, але гвалтоўнае змяненне плоскасці зазямлення таксама можа адвесці сігнал у адчувальную зону, таму з такой асцярожнасцю трэба карыстацца такой тэхнікай.
Пытанне: Як даведацца падзенне напружання, якое ствараецца на заземленай плоскасці?
A: звычайна падзенне напружання можна вымераць, але часам можна зрабіць разлік на аснове супраціву матэрыялу ў плоскасці зазямлення (намінальная 1 унцыя медзі мае супраціў 045m ω /□) і даўжыні Праводная паласа, праз якую праходзіць ток, хоць разлікі могуць быць складанымі. Напружанне ў дыяпазоне пастаяннага току да нізкачашчынных (50 кГц) можна вымераць з дапамогай прыборабудаўнічых узмацняльнікаў, такіх як AMP02 або AD620.
Узмацняльнік ўзмацняльніка быў усталяваны на 1000 і падлучаны да асцылографа з адчувальнасцю 5 мВ/дзел. Ўзмацняльнік можа харчавацца ад той жа крыніцы харчавання, што і тэставая схема, або ад уласнай крыніцы харчавання. Аднак калі зазямленне ўзмацняльніка адлучаецца ад яго базы харчавання, асцылограф павінен быць падлучаны да базы харчавання выкарыстоўванай ланцуга харчавання.
Супраціў паміж любымі двума кропкамі на плоскасці зямлі можна вымераць, дадаўшы да гэтых кропак зонд. Спалучэнне ўзмацнення ўзмацняльніка і адчувальнасці асцылографа дазваляе адчувальнасці вымярэння дасягнуць 5 мкВ/дзял. Шум ад узмацняльніка павялічвае шырыню крывой формы асцылографа прыкладна на 3 мкВ, але ўсё ж можна дасягнуць дазволу прыкладна 1 мкв – дастаткова, каб адрозніць большасць заземленых шумоў з упэўненасцю да 80%.
Пытанне: Што варта адзначыць у прыведзеным вышэй метадзе тэставання?
A: Любое пераменнае магнітнае поле выкліча напружанне на вывадзе зонда, якое можна праверыць шляхам кароткага замыкання зондаў адзін да аднаго (і забеспячэння шляху адхілення да супраціву зямлі) і назірання за формай хвалі асцылографа. Назіраная форма хвалі пераменнага току абумоўлена індукцыяй і можа быць зведзена да мінімуму, змяняючы становішча адвядзення або спрабуючы ліквідаваць магнітнае поле. Акрамя таго, неабходна пераканацца, што зазямленне ўзмацняльніка падключана да зазямлення сістэмы. Калі ўзмацняльнік мае такое падключэнне, няма зваротнага шляху адхілення, і ўзмацняльнік не будзе працаваць. Зазямленне таксама павінна гарантаваць, што выкарыстаны метад зазямлення не перашкаджае размеркаванню току ў выпрабавальнай ланцугу.
Пытанне: Як вымераць высокачашчынны шум зазямлення?
A: Цяжка вымераць ВЧ шум зямлі з адпаведным шырокапалосным інструментальным узмацняльнікам, таму падыходзяць ВЧ і УКХ пасіўныя зонды. Ён складаецца з ферытавага магнітнага кольца (вонкавы дыяметр 6 ~ 8 мм) з двума шпулькамі па 6 ~ 10 віткоў у кожнай. Для фарміравання высокачашчыннага ізаляцыйнага трансфарматара адна катушка падключаецца да ўваходу аналізатара спектра, а другая-да зонда.
Метад тэставання падобны да нізкачашчыннага выпадку, але аналізатар спектру выкарыстоўвае амплітудна-частотныя характарыстычныя крывыя для прадстаўлення шуму. У адрозненне ад уласцівасцяў часовай вобласці, крыніцы шуму можна лёгка адрозніць па іх частотных характарыстыках. Акрамя таго, адчувальнасць спектральнага аналізатара прынамсі на 60 дБ вышэй, чым у шырокапалоснага асцылографа.
Пытанне: Што наконт індуктыўнасці провада?
A: Індуктыўнасць праваднікоў і друкаваных палос друкаванай платы нельга ігнараваць на больш высокіх частотах. Для таго, каб вылічыць індуктыўнасць прамога провада і токаправоднай паласы, тут уводзяцца два набліжэння.
Напрыклад, токаправодная паласа даўжынёй 1 см і шырынёй 0.25 мм утворыць індуктыўнасць 10 нГн.
Індуктыўнасць правадніка = 0.0002LLN2LR-0.75 мкГн
Напрыклад, індуктыўнасць дроту вонкавага дыяметра даўжынёй 1 см складае 0.5 нг (7.26R = 2 мм, L = 0.5 см)
Індуктыўнасць праводнай паласы = 0.0002LLN2LW+H+0.2235W+HL+0.5μH
Напрыклад, індуктыўнасць кандуктыўнай паласы друкаванай платы шырынёй 1 см шырынёй 0.25 см складае 9.59 нг (Н = 0.038 мм, Ш = 0.25 мм, L = 1 см).
Аднак індукцыйнае супраціўленне звычайна значна менш, чым паразітны паток і індукаванае напружанне разрэзанай індуктыўнай ланцуга. Плошча завесы павінна быць зведзена да мінімуму, паколькі індукаванае напружанне прапарцыянальна плошчы завесы. Гэта лёгка зрабіць, калі праводка вітая пара.
У друкаваных платах шляхі вядзення і звароту павінны быць блізка адзін да аднаго. Невялікія змены праводкі часта зводзяць да мінімуму ўздзеянне, гл. Крыніца А, звязаная з нізкаэнергетычнай пятлёй В.
Памяншэнне плошчы завесы або павелічэнне адлегласці паміж злучальнымі завесамі знізіць эфект. Плошча завесы звычайна памяншаецца да мінімуму, а адлегласць паміж злучальнымі завесамі павялічваецца. Часам патрабуецца магнітнае экранаванне, але яно дарагое і схільнае да механічных пашкоджанняў, таму пазбягайце яго.
11. Пытанне: У пытаннях і адказах для інжынераў прыкладанняў часта згадваецца неідэальнае паводзіны інтэгральных схем. Карыстацца простымі кампанентамі, напрыклад, рэзістарамі, павінна быць прасцей. Растлумачце блізкасць ідэальных кампанентаў.
A: Я проста хачу, каб рэзістар быў ідэальным прыборам, але кароткі цыліндр у адвароце рэзістара дзейнічае сапраўды як чысты рэзістар. Фактычны рэзістар таксама змяшчае ўяўны кампанент супраціву – кампанент рэактыўнага супраціву. Большасць рэзістараў маюць невялікую ёмістасць (звычайна ад 1 да 3 пФ) паралельна іх супраціву. Нягледзячы на ​​тое, што некаторыя плёнкавыя рэзістары, рэзанне па спіральных пазах у іх рэзістыўных плёнках у асноўным індуктыўнае, іх індуктыўнае супраціўленне складае дзясяткі або сотні нахенаў (нГн). Вядома, супраціў наматання дроту звычайна індуктыўны, а не ёмістны (прынамсі, на нізкіх частотах). У рэшце рэшт, дротавыя рэзістары зроблены з шпулек, таму нярэдкія выпадкі, калі дротавыя рэзістары маюць індукцыйнасць у некалькі мікрамм (мкГн) або дзясяткі мікром, або нават так званыя “неіндуктыўныя” дротавыя рэзістары (дзе палова шпулек наматаная па гадзіннікавай стрэлцы, а другая палова супраць гадзінны стрэлкі). Так што індуктыўнасць, якую вырабляюць дзве паловы шпулькі, адмяняе адна адну) таксама мае 1μH або больш рэшткавай індуктыўнасці. Для высокакаштоўных дротавых рэзістараў вышэй прыкладна 10k ω астатнія рэзістары ў асноўным ёмістныя, а не індуктыўныя, а ёмістасць да 10 пФ, што вышэй, чым у стандартных тонкаплёнкавых або сінтэтычных рэзістараў. Гэта рэактыўнае супраціўленне неабходна ўважліва ўлічваць пры распрацоўцы высокачашчынных схем, якія змяшчаюць рэзістары.
Пытанне: Але многія схемы, якія вы апісваеце, выкарыстоўваюцца для дакладных вымярэнняў на пастаянным току або на вельмі нізкіх частотах. Блукаючыя індуктары і кандэнсатары збіцця не маюць значэння ў гэтых сферах прымянення, ці не так?
A: так. Паколькі транзістары (як дыскрэтныя, так і ўнутры інтэгральных схем) маюць вельмі шырокую шырыню дыяпазону, часам ваганні могуць узнікаць у сотнях ці тысячах мегагерц, калі схема заканчваецца індуктыўнай нагрузкай. Дзеянні зрушэння і выпраўлення, звязаныя з ваганнямі, дрэнна ўплываюць на нізкачашчынную дакладнасць і стабільнасць.
Што яшчэ горш, ваганні могуць быць не бачныя на асцылографе таксама таму, што прапускная здольнасць асцылографа занадта нізкая ў параўнанні з прапускной здольнасцю высокачашчынных ваганняў, якія вымяраюцца, або таму, што ёмістасці зарада асцылографа дастаткова, каб спыніць ваганні. Лепшы метад – выкарыстоўваць шырокапалосны (з нізкай частоты да 15 Ггц вышэй) аналізатар спектра для праверкі сістэмы на наяўнасць паразітных ваганняў. Гэтую праверку трэба праводзіць, калі ўваход змяняецца па ўсім дынамічным дыяпазоне, таму што паразітычныя ваганні часам узнікаюць у вельмі вузкім дыяпазоне ўваходнай паласы.
Пытанне: Ці ёсць пытанні наконт рэзістараў?
A: Супраціў рэзістара не фіксаваны, але змяняецца ў залежнасці ад тэмпературы. Тэмпературны каэфіцыент (TC) вагаецца ад некалькіх PPM /° C (мільённыя долі на градус Цэльсія) да некалькіх тысяч PPM /° C. Самымі стабільнымі рэзістарамі з’яўляюцца драцяныя або металічныя плёнкавыя рэзістары, а горшымі – плёнкавыя рэзістары з сінтэтычнага вугляроду.
Вялікія тэмпературныя каэфіцыенты часам могуць быць карыснымі (рэзістар +3500ppm/ ° C можа быць выкарыстаны для кампенсацыі kT/ Q у характарыстычным ураўненні дыёднага злучэння, як раней згадвалася ў Q&AS для інжынераў па прымяненні). Але ў цэлым супраціў з тэмпературай можа быць крыніцай памылкі ў дакладных схемах.
Калі дакладнасць ланцуга залежыць ад супадзення двух рэзістараў з рознымі тэмпературнымі каэфіцыентамі, то незалежна ад таго, наколькі добра падабрана адна тэмпература, яна не будзе супадаць з другой. Нават калі тэмпературныя каэфіцыенты двух рэзістараў супадаюць, няма гарантыі, што яны застануцца пры адной тэмпературы. Самацёк, якое выпрацоўваецца ўнутраным спажываннем электраэнергіі або знешнім цяплом, якое перадаецца ад крыніцы цяпла ў сістэме, можа выклікаць неадпаведнасць тэмпературы, што прыводзіць да супраціву. Нават якасныя дротавыя або металаплёнкавыя рэзістары могуць мець неадпаведнасць тэмпературы ў сотні (ці нават тысячы) PPM / ℃. Відавочным рашэннем з’яўляецца выкарыстанне двух рэзістараў, пабудаваных так, каб яны былі вельмі блізкія да адной і той жа матрыцы, каб дакладнасць сістэмы пастаянна адпавядала. Падкладкай могуць служыць крамянёвыя пласціны, якія імітуюць дакладныя інтэгральныя схемы, шкляныя пласціны або металічныя плёнкі. Незалежна ад падкладкі, гэтыя два рэзістара добра супадаюць падчас вытворчасці, маюць добра падабраныя тэмпературныя каэфіцыенты і знаходзяцца пры амаль аднолькавай тэмпературы (таму што яны настолькі блізкія).