Spausdintinė plokštė sunkių problemų ir sprendimų

Kl.: Kaip minėta anksčiau apie paprastus rezistorius, turi būti keletas rezistorių, kurių veikimas yra toks, kokio mes tikimės. Kas atsitinka su vielos dalies atsparumu?
A: Situacija kitokia. Tikriausiai turite omenyje laidą ar laidžią juostą spausdintinėje plokštėje, kuri veikia kaip viela. Kadangi kambario temperatūros superlaidininkų dar nėra, bet kokio ilgio metalinė viela veikia kaip mažo atsparumo rezistorius (kuris taip pat veikia kaip kondensatorius ir induktorius), ir reikia atsižvelgti į jo poveikį grandinei.
2. Klausimas: labai trumpos varinės vielos varža mažoje signalinėje grandinėje neturi būti svarbi?
A: apsvarstykime 16 bitų ADC, kurio įėjimo varža yra 5k ω. Tarkime, kad signalo liniją į ADC įvestį sudaro tipiška spausdintinė plokštė (0.038 mm storio, 0.25 mm pločio), kurios laidi 10 cm ilgio juosta. Jo atsparumas kambario temperatūroje yra apie 0.18 ω, kuris yra šiek tiek mažesnis nei 5K × 2 × 2-16 ir sukuria 2LSB stiprumo paklaidą visu laipsniu.
Galima teigti, kad šią problemą galima sušvelninti, jei, kaip jau yra, PRINTED plokštės laidžioji juosta yra išplėsta. Analoginėse grandinėse paprastai pageidautina naudoti platesnę juostą, tačiau daugelis PCB dizainerių (ir PCB dizainerių) nori naudoti minimalų juostos plotį, kad būtų lengviau išdėstyti signalo liniją. Apibendrinant, svarbu apskaičiuoti laidžios juostos varžą ir išanalizuoti jos vaidmenį visose įmanomose problemose.
3. Klausimas: Ar yra problemų dėl per didelio pločio laidžios juostos talpos ir metalo sluoksnio, esančio spausdintinės plokštės gale?
A: Tai mažas klausimas. Nors PRINTED plokštės laidžiosios juostos talpa yra svarbi (net ir žemo dažnio grandinėms, kurios gali sukelti aukšto dažnio parazitinius virpesius), ji visada turėtų būti įvertinta pirmiausia. Jei taip nėra, net plati laidi juosta, sudaranti didelę talpą, nėra problema. Jei kyla problemų, galima pašalinti nedidelį įžeminimo plotą, kad sumažėtų žemės talpa.
Klausimas: trumpam palikite šį klausimą! Kas yra įžeminimo plokštuma?
A: Jei įžeminimui naudojama vario folija visoje spausdintinės plokštės pusėje (arba visas daugiasluoksnės spausdintinės plokštės tarpsluoksnis), tai mes vadiname įžeminimo plokštuma. Bet koks įžeminimo laidas turi būti su kuo mažesniu atsparumu ir induktyvumu. Jei sistema naudoja įžeminimo plokštumą, mažiau tikėtina, kad ją paveiks įžeminimo triukšmas. Be to, įžeminimo plokštuma taip pat atlieka ekranavimo ir aušinimo funkciją
Kl.: Čia paminėta įžeminimo plokštuma gamintojams yra sunki, tiesa?
A: Prieš 20 metų buvo tam tikrų problemų. Šiandien, pagerinus rišamąją medžiagą, atsparumą litavimui ir bangų litavimo technologiją spausdintinėse plokštėse, įžeminimo plokštumos gamyba tapo įprasta spausdintinių plokščių operacija.
Klausimas: Jūs sakėte, kad galimybė įžeminti žemės triukšmą naudojant įžeminimo plokštumą yra labai maža. Kas lieka ant žemės triukšmo problemos, kurios negalima išspręsti?
A: Pagrindinė įžemintos triukšmo sistemos grandinė turi įžeminimo plokštumą, tačiau jos varža ir induktyvumas nėra lygus nuliui – jei išorinis srovės šaltinis yra pakankamai stiprus, tai paveiks tikslius signalus. Šią problemą galima sumažinti tinkamai išdėstant spausdintines plokštes taip, kad didelė srovė nepatektų į vietas, kurios turi įtakos tiksliųjų signalų įžeminimo įtampai. Kartais įžeminimo plokštumos lūžis ar plyšys gali nukreipti didelę įžeminimo srovę iš jautrios zonos, tačiau priverstinai keičiant įžeminimo plokštumą signalas taip pat gali būti nukreiptas į jautrią zoną, todėl tokią techniką reikia naudoti atsargiai.
Kl.: Kaip sužinoti įtampos kritimą, kuris susidaro įžemintoje plokštumoje?
A: paprastai galima išmatuoti įtampos kritimą, tačiau kartais galima atlikti skaičiavimus, remiantis medžiagos atsparumu įžeminimo plokštumoje (nominali 1 uncija vario turi 0–45 m /□ varža) ir ilgis laidžioji juosta, per kurią praeina srovė, nors skaičiavimai gali būti sudėtingi. Įtampa nuo nuolatinės iki žemo dažnio (50 kHz) diapazono gali būti matuojama naudojant prietaisų stiprintuvus, tokius kaip AMP02 arba AD620.
Stiprintuvo stiprinimas buvo nustatytas 1000 ir prijungtas prie osciloskopo, kurio jautrumas 5 mV/div. Stiprintuvas gali būti tiekiamas iš to paties maitinimo šaltinio, kaip ir bandoma grandinė, arba iš savo maitinimo šaltinio. Tačiau jei stiprintuvo įžeminimas yra atskirtas nuo maitinimo pagrindo, osciloskopas turi būti prijungtas prie naudojamos maitinimo grandinės maitinimo pagrindo.
Atsparumą tarp bet kurių dviejų įžeminimo plokštumos taškų galima išmatuoti pridedant zondą prie dviejų taškų. Stiprintuvo stiprinimo ir osciloskopo jautrumo derinys leidžia matavimo jautrumą pasiekti 5μV/div. Stiprintuvo skleidžiamas triukšmas padidins osciloskopo bangos formos kreivės plotį maždaug 3μV, tačiau vis tiek įmanoma pasiekti maždaug 1μV skiriamąją gebą – to pakanka, kad būtų galima atskirti daugumą žemės triukšmų su patikimumu iki 80%.
Kl.: Ką reikėtų atkreipti dėmesį į aukščiau pateiktą bandymo metodą?
A: Bet koks kintamasis magnetinis laukas sukels zondo laido įtampą, kurią galima patikrinti, trumpai sujungiant zondus (ir užtikrinant nukreipimo kelią į žemės pasipriešinimą) ir stebint osciloskopo bangos formą. Stebima kintamosios srovės bangos forma atsiranda dėl indukcijos ir gali būti sumažinta keičiant laido padėtį arba bandant pašalinti magnetinį lauką. Be to, būtina užtikrinti, kad stiprintuvo įžeminimas būtų prijungtas prie sistemos įžeminimo. Jei stiprintuvas turi šią jungtį, nėra nukreipimo grįžimo kelio ir stiprintuvas neveiks. Įžeminimas taip pat turėtų užtikrinti, kad naudojamas įžeminimo metodas netrukdytų dabartiniam bandomosios grandinės pasiskirstymui.
Kl.: Kaip išmatuoti aukšto dažnio įžeminimo triukšmą?
A: Sunku išmatuoti hf žemės triukšmą tinkamu plačiajuosčiu prietaisų stiprintuvu, todėl tinka hf ir VHF pasyvūs zondai. Jį sudaro ferito magnetinis žiedas (išorinis skersmuo 6–8 mm) su dviem ritiniais po 6–10 apsisukimų. Norint suformuoti aukšto dažnio izoliacijos transformatorių, viena ritė prijungiama prie spektro analizatoriaus įvesties, o kita-prie zondo.
Bandymo metodas yra panašus į žemo dažnio atvejį, tačiau spektro analizatorius naudoja amplitudės ir dažnio charakteristikų kreives triukšmui atvaizduoti. Skirtingai nuo laiko srities savybių, triukšmo šaltinius galima lengvai atskirti pagal jų dažnio charakteristikas. Be to, spektro analizatoriaus jautrumas yra bent 60 dB didesnis nei plačiajuosčio osciloskopo.
Klausimas: Ką apie laido induktyvumą?
A: Laidininkų ir PCB laidžių juostų induktyvumo negalima ignoruoti aukštesniais dažniais. Norint apskaičiuoti tiesios vielos ir laidžios juostos induktyvumą, čia pateikiami du apytiksliai.
Pavyzdžiui, 1 cm ilgio ir 0.25 mm pločio laidi juosta sudarys 10nH induktyvumą.
Laidininko induktyvumas = 0.0002LLN2LR-0.75 μH
Pavyzdžiui, 1 cm ilgio 0.5 mm išorinio skersmens laido induktyvumas yra 7.26 nm (2R = 0.5 mm, L = 1 cm)
Laidžiosios juostos induktyvumas = 0.0002LLN2LW+H+0.2235W+HL+0.5μH
Pavyzdžiui, 1 cm pločio 0.25 mm spausdinimo plokštės laidžiosios juostos induktyvumas yra 9.59 nm (H = 0.038 mm, W = 0.25 mm, L = 1 cm).
Tačiau indukcinė reaktyvumas paprastai yra daug mažesnis nei parazitinis srautas ir indukcinės grandinės sukelta įtampa. Kilpų plotas turi būti sumažintas iki minimumo, nes sukelta įtampa yra proporcinga kilpos plotui. Tai lengva padaryti, kai laidai yra susukti.
Spausdintinėse plokštėse švino ir grįžimo keliai turi būti arti vienas kito. Maži laidų pakeitimai dažnai sumažina poveikį, žr. A šaltinį, prijungtą prie mažos energijos kilpos B.
Sumažinus kilpos plotą arba padidinus atstumą tarp sukabinimo kilpų, poveikis bus sumažintas. Kilpos plotas paprastai sumažinamas iki minimumo, o atstumas tarp sukabinimo kilpų yra maksimalus. Kartais reikalingas magnetinis ekranavimas, tačiau jis yra brangus ir linkęs į mechaninius gedimus, todėl venkite jo.
11. Klausimas: Programų inžinierių klausimuose ir atsakymuose dažnai minimas ne idealus integruotų grandynų elgesys. Turėtų būti lengviau naudoti paprastus komponentus, tokius kaip rezistoriai. Paaiškinkite idealių komponentų artumą.
A: Aš tik noriu, kad rezistorius būtų idealus prietaisas, tačiau trumpas cilindras, esantis rezistoriaus priekyje, veikia kaip grynas rezistorius. Faktiniame rezistoriuje taip pat yra įsivaizduojamas varžos komponentas – reaktyvumo komponentas. Dauguma rezistorių turi mažą talpą (paprastai nuo 1 iki 3 pF) lygiagrečiai jų atsparumui. Nors kai kurie plėveliniai rezistoriai, jų sraigtinių griovelių pjovimas jų varžinėse plėvelėse dažniausiai yra indukcinis, jų indukcinė reaktyvumas yra dešimtys ar šimtai nahen (nH). Žinoma, vielos žaizdos varžos paprastai yra indukcinės, o ne talpinės (bent jau žemu dažniu). Galų gale, vielos suvynioti rezistoriai yra pagaminti iš ritinių, todėl neretai pasitaiko, kad vielos suvyniotų rezistorių induktyvumas yra keli mikrohm (μH) arba dešimtys mikrohm, arba net vadinamieji „neindukciniai“ vielos suvynioti rezistoriai (kai pusė ritinių yra suvyniota pagal laikrodžio rodyklę, o kita – prieš laikrodžio rodyklę). Taigi, kad induktyvumas, kurį sukuria dvi ritės pusės, panaikina viena kitą) taip pat turi 1μH ar daugiau likutinės induktyvumo. Didelės vertės vielos suvyniotiems rezistoriams, viršijantiems maždaug 10 kω, likę rezistoriai dažniausiai yra talpiniai, o ne indukciniai, o talpa yra iki 10 pF, didesnė nei standartinių plonų plėvelių ar sintetinių rezistorių. Šis reaktyvumas turi būti atidžiai apsvarstytas projektuojant aukšto dažnio grandines, kuriose yra rezistorių.
Klausimas: Tačiau daugelis jūsų aprašytų grandinių yra naudojami tiksliams matavimams esant nuolatiniam arba labai žemam dažniui. Klaidingi induktoriai ir pasklidę kondensatoriai šiose programose nėra svarbūs, tiesa?
A: taip. Kadangi tranzistoriai (tiek atskiri, tiek integruoti grandynai) turi labai platų juostos plotį, kartais gali atsirasti svyravimų šimtuose ar tūkstančiuose megahercų juostose, kai grandinė baigiasi indukcine apkrova. Su svyravimais susiję poslinkio ir ištaisymo veiksmai blogai veikia žemo dažnio tikslumą ir stabilumą.
Dar blogiau, virpesiai gali būti nematomi osciloskopu dėl to, kad osciloskopo pralaidumas yra per mažas, palyginti su matuojamų aukšto dažnio virpesių pralaidumu, arba dėl to, kad osciloskopo zondo įkrovimo pajėgumas yra pakankamas svyravimams sustabdyti. Geriausias būdas yra naudoti plačios juostos (žemo dažnio iki 1–5 GHz aukščiau) spektro analizatorių, kad būtų patikrinta, ar sistemoje nėra parazitinių virpesių. Šį patikrinimą reikia atlikti, kai įėjimas kinta per visą dinaminį diapazoną, nes parazitiniai virpesiai kartais įvyksta labai siaurame įvesties juostos diapazone.
Kl.: Ar yra klausimų apie rezistorius?
A: Rezistoriaus varža nėra fiksuota, bet kinta priklausomai nuo temperatūros. Temperatūros koeficientas (TC) svyruoja nuo kelių PPM /° C (milijonųjų dalių vienam Celsijaus laipsniui) iki kelių tūkstančių PPM /° C. Stabiliausi rezistoriai yra vielos suvynioti arba metaliniai plėvelės rezistoriai, o blogiausi – sintetinės anglies plėvelės rezistoriai.
Kartais gali būti naudingi dideli temperatūros koeficientai ( +3500 ppm/ ° C rezistorius gali būti naudojamas kT/ Q kompensuoti jungties diodo charakteristikos lygtyje, kaip anksčiau buvo minėta Q&AS taikymo inžinieriams). Tačiau apskritai atsparumas temperatūrai gali būti klaidų šaltinis tiksliose grandinėse.
Jei grandinės tikslumas priklauso nuo dviejų rezistorių, turinčių skirtingus temperatūros koeficientus, atitikimo, tai, kad ir kaip gerai būtų suderinta viena temperatūra, ji nesutaps su kita. Net jei dviejų rezistorių temperatūros koeficientai sutampa, nėra garantijos, kad jie išliks toje pačioje temperatūroje. Savaiminė šiluma, kurią sukuria vidinis energijos suvartojimas arba išorinė šiluma, perduodama iš sistemos šilumos šaltinio, gali sukelti temperatūros neatitikimą ir sukelti pasipriešinimą. Net aukštos kokybės vielos ar metalinės plėvelės rezistorių temperatūros neatitikimai gali būti šimtai (ar net tūkstančiai) PPM / ℃. Akivaizdus sprendimas yra naudoti du rezistorius, pastatytus taip, kad jie abu būtų labai arti tos pačios matricos, kad sistemos tikslumas visada būtų gerai suderintas. Pagrindas gali būti silicio plokštelės, imituojančios tikslius integrinius grandynus, stiklo plokštelės ar metalinės plėvelės. Nepriklausomai nuo pagrindo, abu rezistoriai gamybos metu gerai sutampa, turi gerai suderintus temperatūros koeficientus ir yra beveik tos pačios temperatūros (nes jie yra taip arti).