PCB խառը ազդանշանային շղթայի ձևավորումը շատ բարդ է: Բաղադրիչների դասավորությունը և լարերը, ինչպես նաև էլեկտրամատակարարման և հողային մետաղալարերի մշակումը ուղղակիորեն կազդեն շղթայի աշխատանքի և էլեկտրամագնիսական համատեղելիության աշխատանքի վրա: Սույն հոդվածում ներկայացված հողի և էլեկտրամատակարարման բաժանման ձևավորումը կարող է օպտիմալացնել խառը ազդանշանային սխեմաների աշխատանքը:

Ինչպե՞ս նվազեցնել թվային և անալոգային ազդանշանների միջամտությունը: Նախքան նախագծումը պետք է հասկանալ էլեկտրամագնիսական համատեղելիության երկու հիմնական սկզբունք. առաջին սկզբունքն է նվազագույնի հասցնել ընթացիկ հանգույցի տարածքը. Երկրորդ սկզբունքն այն է, որ համակարգը օգտագործում է միայն մեկ հղման հարթություն: Ընդհակառակը, եթե համակարգն ունի երկու հղման հարթություն, ապա հնարավոր է ձևավորել դիպոլային ալեհավաք (նշում. փոքր դիպոլային ալեհավաքի ճառագայթումը համաչափ է գծի երկարությանը, հոսող հոսանքի քանակին և հաճախականությանը): Եթե ​​ազդանշանը չի վերադառնում հնարավոր ամենափոքր օղակի միջով, կարող է ձևավորվել մեծ շրջանաձև ալեհավաք: Հնարավորինս խուսափեք երկուսն էլ ձեր դիզայնում:

Առաջարկվել է առանձնացնել թվային հողը և անալոգային հողը խառը ազդանշանային սխեմայի վրա՝ թվային հողի և անալոգային հողի միջև մեկուսացման հասնելու համար: Չնայած այս մոտեցումը իրագործելի է, այն ունի բազմաթիվ պոտենցիալ խնդիրներ, հատկապես խոշոր և բարդ համակարգերում: Ամենակարևոր խնդիրը միջնորմային բացվածքի լարերը չհատելն է, երբ միջնորմի բացը լարերը հատելուց հետո, էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը և ազդանշանի խտրականությունը կտրուկ կավելանան: PCB-ի նախագծման ամենատարածված խնդիրը EMI-ի խնդիրն է, որն առաջանում է ազդանշանային գծի գետնին կամ էլեկտրամատակարարման միջոցով:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում, մենք օգտագործում ենք վերը նշված հատվածավորման մեթոդը, և ազդանշանի գիծն անցնում է երկու հողերի միջև եղած բացը, ո՞րն է ազդանշանի հոսանքի վերադարձի ուղին: Ենթադրենք, երկու բաժանված հողերը միացված են ինչ-որ կետում (սովորաբար մեկ կետ մեկ կետում), որի դեպքում երկրի հոսանքը մեծ հանգույց կկազմի: Բարձր հաճախականության հոսանքը, որը հոսում է մեծ օղակով, կառաջացնի ճառագայթում և բարձր գետնի ինդուկտիվություն: Եթե ​​ցածր մակարդակի անալոգային հոսանքը, որը հոսում է մեծ հանգույցով, հեշտ է խանգարել արտաքին ազդանշաններին: Ամենավատն այն է, որ երբ հատվածները միմյանց միացված են էներգիայի աղբյուրի մոտ, ձևավորվում է շատ մեծ ընթացիկ հանգույց: Բացի այդ, երկար մետաղալարով միացված անալոգային և թվային հողը կազմում են դիպոլային ալեհավաք:

Ընթացիկ հետադարձ հոսքի ուղին և ռեժիմը գետնին հասկանալը խառը ազդանշանային տպատախտակի դիզայնի օպտիմալացման բանալին է: Շատ նախագծող ինժեներներ միայն հաշվի են առնում, թե որտեղ է հոսում ազդանշանի հոսանքը՝ անտեսելով հոսանքի կոնկրետ ուղին: Եթե ​​գետնի շերտը պետք է բաժանվի և պետք է անցնի միջնորմների միջև եղած բացը, ապա բաժանված գետնի միջև կարող է կատարվել մեկ կետային միացում՝ երկու գրունտային շերտերի միջև միացման կամուրջ ձևավորելու համար, այնուհետև անցնել միացման կամրջի միջով: Այսպիսով, ուղիղ հոսանքի հետադարձ հոսքի ուղին կարող է տրամադրվել յուրաքանչյուր ազդանշանային գծի տակ, ինչի արդյունքում առաջանում է փոքր օղակի տարածք:

Օպտիկական մեկուսիչ սարքերը կամ տրանսֆորմատորները կարող են օգտագործվել նաև սեգմենտացիայի բացը հատող ազդանշանի իրականացման համար: Առաջինի համար դա օպտիկական ազդանշանն է, որն ընդգրկում է հատվածավորման բացը: Տրանսֆորմատորի դեպքում դա մագնիսական դաշտն է, որն անցնում է միջնորմային բացը: Հնարավոր են նաև դիֆերենցիալ ազդանշաններ. ազդանշանները հոսում են մի գծից և վերադառնում մյուսից, որի դեպքում դրանք անհարկի օգտագործվում են որպես հետհոսքի ուղիներ:

Թվային ազդանշանի միջամտությունը անալոգային ազդանշանին ուսումնասիրելու համար նախ պետք է հասկանանք բարձր հաճախականության հոսանքի բնութագրերը: Բարձր հաճախականության հոսանքը միշտ ընտրում է ամենացածր դիմադրողականությամբ (ինդուկտիվությամբ) ուղին անմիջապես ազդանշանի տակ, ուստի վերադարձի հոսանքը կհոսի հարակից շղթայի շերտով, անկախ նրանից՝ հարակից շերտը էլեկտրամատակարարման շերտն է, թե հողային շերտը:

Գործնականում, ընդհանուր առմամբ, նախընտրելի է օգտագործել միասնական PCB միջնորմ անալոգային և թվային մասերի: Անալոգային ազդանշանները ուղղորդվում են տախտակի բոլոր շերտերի անալոգային շրջանում, մինչդեռ թվային ազդանշանները ուղղորդվում են թվային միացման շրջանում: Այս դեպքում թվային ազդանշանի վերադարձի հոսանքը չի հոսում անալոգային ազդանշանի գետնին:

Թվային ազդանշաններից անալոգային ազդանշանների միջամտությունը տեղի է ունենում միայն այն դեպքում, երբ թվային ազդանշանները փոխանցվում են կամ անալոգային ազդանշանները փոխանցվում են տպատախտակի թվային մասերի վրայով: Այս խնդիրը սեգմենտացիայի բացակայության պատճառով չէ, իրական պատճառը թվային ազդանշանների սխալ լարերն են:

PCB-ի դիզայնը օգտագործում է միասնական թվային սխեմայի և անալոգային սխեմայի բաժանման և համապատասխան ազդանշանային լարերի միջոցով, սովորաբար կարող է լուծել դասավորության և լարերի միացման ավելի բարդ խնդիրներ, բայց նաև չունի գետնի սեգմենտացիայի հետևանքով առաջացած պոտենցիալ դժվարություններ: Այս դեպքում բաղադրիչների դասավորությունը և բաժանումը դառնում է կարևոր դիզայնի որակը որոշելու համար: Եթե ​​ճիշտ տեղադրվի, թվային հողային հոսանքը կսահմանափակվի տախտակի թվային մասով և չի խանգարի անալոգային ազդանշանին: Նման լարերը պետք է ուշադիր ստուգվեն և ստուգվեն, որպեսզի ապահովվի էլեկտրահաղորդման կանոնների 100% համապատասխանությունը: Հակառակ դեպքում, ոչ պատշաճ ազդանշանային գիծը լիովին կկործանի շատ լավ տպատախտակը:

A/D փոխարկիչների անալոգային և թվային ցամաքային կապերը միասին միացնելիս A/D փոխարկիչների արտադրողներից շատերը խորհուրդ են տալիս միացնել AGND և DGND կապումները նույն ցածր դիմադրողականության գետնին՝ օգտագործելով ամենակարճ լարերը (Ծանոթագրություն. Քանի որ A/D փոխարկիչի չիպերի մեծ մասը ներքուստ չի միացնում անալոգային և թվային հողը, անալոգային և թվային հողը պետք է միացված լինի արտաքին կապիչների միջոցով), DGND-ին միացված ցանկացած արտաքին դիմադրություն ավելի շատ թվային աղմուկ կհաղորդի IC-ի ներսում անալոգային շղթային՝ մակաբուծականի միջոցով: հզորություն. Հետևելով այս առաջարկությանը, և՛ A/D փոխարկիչ AGND, և՛ DGND կապերը պետք է միացվեն անալոգային հողին, սակայն այս մոտեցումը առաջացնում է այնպիսի հարցեր, ինչպիսիք են՝ արդյոք թվային ազդանշանի անջատման կոնդենսատորի հողային ծայրը պետք է միացվի անալոգային կամ թվային հողին:

Եթե ​​համակարգն ունի միայն մեկ A/D փոխարկիչ, վերը նշված խնդիրը կարող է հեշտությամբ լուծվել: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 3-ում, հողը բաժանված է, և անալոգային և թվային հողային հատվածները միացված են միասին A/D փոխարկիչի տակ: Երբ այս մեթոդն ընդունվի, անհրաժեշտ է ապահովել, որ երկու տեղամասերի միջև կամրջի լայնությունը հավասար է IC լայնությանը, և որ ոչ մի ազդանշանային գիծ չի կարող անցնել բաժանման բացը:

Եթե ​​համակարգն ունի շատ A/D փոխարկիչներ, օրինակ՝ 10 A/D փոխարկիչներ ինչպե՞ս միացնել: Եթե ​​անալոգային և թվային հողերը միացված են յուրաքանչյուր A/D փոխարկիչի տակ, կստացվի բազմակետ միացում, և անալոգային և թվային հողերի միջև մեկուսացումն անիմաստ կլինի: Եթե ​​դա չես անում, ապա խախտում ես արտադրողի պահանջները:

Լավագույն միջոցը համազգեստից սկսելն է։ Ինչպես ցույց է տրված Նկար 4-ում, հողը միատեսակ բաժանված է անալոգային և թվային մասերի: Այս դասավորությունը ոչ միայն բավարարում է IC սարքերի արտադրողների պահանջները անալոգային և թվային գրունտների ցածր դիմադրողականության միացման համար, այլ նաև խուսափում է EMC-ի խնդիրներից, որոնք առաջանում են օղակաձև ալեհավաքից կամ դիպոլային ալեհավաքից:

Եթե ​​կասկածներ ունեք խառը ազդանշանային PCB-ի նախագծման միասնական մոտեցման վերաբերյալ, կարող եք օգտագործել վերգետնյա շերտի բաժանման մեթոդը՝ ամբողջ տպատախտակը դասավորելու և ուղղորդելու համար: Դիզայնում պետք է ուշադրություն դարձնել, որպեսզի սխեմայի տախտակը հեշտ լինի միացնել ցատկերների կամ 0 օմ դիմադրիչների հետ, որոնք 1/2 դյույմից պակաս հեռավորության վրա են գտնվում հետագա փորձի ժամանակ: Ուշադրություն դարձրեք գոտիավորմանը և լարերին, որպեսզի համոզվեք, որ թվային ազդանշանային գծեր չեն գտնվում բոլոր շերտերի անալոգային հատվածից վերև, և որ ոչ մի անալոգային ազդանշանային գծեր թվային հատվածից վեր չեն: Ավելին, ոչ մի ազդանշանային գիծ չպետք է անցնի գետնի բացը կամ բաժանի բացը էներգիայի աղբյուրների միջև: Տախտակի գործառույթը և EMC-ի կատարումը ստուգելու համար կրկին փորձարկեք տախտակի գործառույթը և EMC-ի աշխատանքը՝ երկու հարկերը միմյանց միացնելով 0 օհմ ռեզիստորի կամ ցատկի միջոցով: Համեմատելով թեստի արդյունքները՝ պարզվեց, որ գրեթե բոլոր դեպքերում միասնական լուծումը գերազանցում էր ֆունկցիոնալության և EMC կատարողականի առումով՝ համեմատած պառակտված լուծման հետ:

Հողամասի բաժանման մեթոդը դեռ գործում է։

Այս մոտեցումը կարող է օգտագործվել երեք իրավիճակներում. որոշ բժշկական սարքեր պահանջում են շատ ցածր արտահոսքի հոսանք հիվանդի հետ կապված սխեմաների և համակարգերի միջև. Արդյունաբերական գործընթացների կառավարման որոշ սարքավորումների ելքը կարող է կապված լինել աղմկոտ և հզոր էլեկտրամեխանիկական սարքավորումների հետ. Մեկ այլ դեպք, երբ PCB-ի դասավորությունը ենթակա է հատուկ սահմանափակումների:

Սովորաբար կան առանձին թվային և անալոգային սնուցման աղբյուրներ խառը ազդանշանային PCB տախտակի վրա, որը կարող է և պետք է ունենա պառակտված սնուցման երես: Այնուամենայնիվ, էլեկտրամատակարարման շերտին հարող ազդանշանային գծերը չեն կարող անցնել սնուցման աղբյուրների միջև եղած բացը, և բոլոր ազդանշանային գծերը, որոնք հատում են բացը, պետք է տեղակայվեն մեծ տարածքին հարող շղթայի շերտի վրա: Որոշ դեպքերում, անալոգային սնուցման աղբյուրը կարող է նախագծվել ոչ թե մեկ դեմքով, այլ PCB միացումներով, որպեսզի խուսափի հոսանքի երեսի բաժանումից:

Խառը ազդանշանային PCB-ի բաժանման ձևավորում

Խառը ազդանշանային PCB դիզայնը բարդ գործընթաց է, նախագծման գործընթացում պետք է ուշադրություն դարձնել հետևյալ կետերին.

1. Բաժանեք PCB-ն առանձին անալոգային և թվային մասերի:

2. Բաղադրիչների ճիշտ դասավորությունը:

3. A/D փոխարկիչը տեղադրված է միջնապատերի միջով:

4. Մի բաժանեք գետինը. Շղթայի անալոգային մասը և թվային մասը միատեսակ են դրված:

5. Տախտակի բոլոր շերտերում թվային ազդանշանը կարող է փոխանցվել միայն տախտակի թվային մասում:

6. Տախտակի բոլոր շերտերում անալոգային ազդանշանները կարող են փոխանցվել միայն տախտակի անալոգային մասում:

7. Անալոգային և թվային էներգիայի բաժանում:

8. Հաղորդալարերը չպետք է անցնեն բաժանված էլեկտրամատակարարման մակերեսների միջև եղած բացը:

9. Ազդանշանային գծերը, որոնք պետք է անցնեն պառակտված սնուցման աղբյուրների միջև ընկած բացը, պետք է տեղակայվեն մեծ տարածքի հարակից լարերի շերտի վրա:

10. Վերլուծեք երկրի հոսանքի իրական ուղին և եղանակը:

11. Օգտագործեք էլեկտրահաղորդման ճիշտ կանոններ: