B’ċirkwit stampat problemi u soluzzjonijiet diffiċli

Q: Kif issemma qabel dwar resistors sempliċi, għandu jkun hemm xi resistors li l-prestazzjoni tagħhom hija eżattament dak li nistennew. X’jiġri mir-reżistenza ta ‘sezzjoni ta’ wajer?
A: Is-sitwazzjoni hija differenti. Preżumibbilment qed tirreferi għal wajer jew faxxa konduttiva f’bord taċ-ċirkwit stampat li jaġixxi bħala wajer. Peress li s-superkondutturi tat-temperatura tal-kamra għadhom mhumiex disponibbli, kwalunkwe tul ta ‘wajer tal-metall jaġixxi bħala reżistenza ta’ reżistenza baxxa (li taġixxi wkoll bħala kapaċitatur u induttur), u l-effett tiegħu fuq iċ-ċirkwit għandu jiġi kkunsidrat.
2. Q: Ir-reżistenza ta ‘wajer tar-ram qasir ħafna f’ċirkwit ta’ sinjal żgħir m’għandhiex tkun importanti?
A: ejja nikkunsidraw ADC ta ’16-il bit b’impedenza tal-input ta’ 5k ω. Assumi li l-linja tas-sinjal għall-input ADC tikkonsisti minn bord ta ‘ċirkwit stampat tipiku (0.038mm ħoxna, 0.25mm wiesgħa) b’medda konduttiva ta’ 10cm fit-tul. Għandha reżistenza ta ‘madwar 0.18 ω f’temperatura tal-kamra, li hija ftit inqas minn 5K ω × 2 × 2-16 u tipproduċi żball ta’ qligħ ta ‘2LSB fi grad sħiħ.
Probabbilment, din il-problema tista ‘tittaffa jekk, kif diġà hija, il-faxxa konduttiva taċ-ċirkwit PRINTED issir usa’. F’ċirkwiti analogi, ġeneralment huwa preferibbli li tuża medda usa ‘, iżda ħafna disinjaturi tal-PCB (u disinjaturi tal-PCB) jippreferu jużaw wisa’ minimu tal-medda biex jiffaċilitaw it-tqegħid tal-linja tas-sinjal. Bħala konklużjoni, huwa importanti li tikkalkula r-reżistenza tal-faxxa konduttiva u tanalizza r-rwol tagħha fil-problemi kollha possibbli.
3. M: Hemm problema bil-kapaċitanza tal-faxxa konduttiva b’wisa ‘kbira wisq u s-saff tal-metall fuq wara tal-bord taċ-ċirkwit STAMPAT?
A: Hija mistoqsija żgħira. Għalkemm il-kapaċitanza mill-medda konduttiva taċ-ċirkwit PRINTED hija importanti (anke għal ċirkwiti ta ‘frekwenza baxxa, li jistgħu jipproduċu oxxillazzjonijiet parassitiċi ta’ frekwenza għolja), għandha dejjem tiġi stmata l-ewwel. Jekk dan mhuwiex il-każ, anke faxxa konduttiva wiesgħa li tifforma kapaċitanza kbira mhix problema. Jekk jinqalgħu problemi, żona żgħira tal-pjan terren tista ‘titneħħa biex titnaqqas il-kapaċitanza għall-art.
Q: Ħalli din il-mistoqsija għal mument! X’inhu l-pjan ta ‘l-ert?
A: Jekk fojl tar-ram fuq in-naħa kollha ta ‘bord ta’ ċirkwit PRINTED (jew is-saff tan-nofs kollu ta ‘bord ta’ ċirkwit stampat b’ħafna saffi) jintuża għall-ert, allura dan huwa dak li nsejħu pjan ta ‘ert. Kull wajer ta ‘l-art għandu jkun irranġat bl-iżgħar reżistenza u induttanza possibbli. Jekk sistema tuża pjan ta ‘l-ert, huwa inqas probabbli li tkun affettwata mill-ħoss ta’ l-ert. Barra minn hekk, il-pjan ta ‘l-ert għandu wkoll il-funzjoni ta’ lqugħ u tkessiħ
M: Il-pjan ta ‘l-ert imsemmi hawn huwa diffiċli għall-manifatturi, hux?
A: Kien hemm xi problemi 20 sena ilu. Illum, minħabba t-titjib tal-legaturi, ir-reżistenza tal-istann u t-teknoloġija tal-issaldjar tal-mewġ fil-bordijiet taċ-ċirkwiti stampati, il-manifattura tal-pjan tal-ert saret operazzjoni ta ‘rutina tal-bordijiet taċ-ċirkwiti stampati.
M: Int għidt li l-possibbiltà li sistema tiġi esposta għall-istorbju tal-art billi tuża pjan tal-art hija żgħira ħafna. X’jibqa ‘mill-problema tal-ħoss tal-art li ma tistax tissolva?
A: Iċ-ċirkwit bażiku ta ‘sistema ta’ ħoss ertjat għandu pjan ta ‘l-art, iżda r-reżistenza u l-induttanza tiegħu mhumiex żero – jekk is-sors tal-kurrent estern ikun b’saħħtu biżżejjed, jaffettwa sinjali preċiżi. Din il-problema tista ‘tiġi minimizzata billi jiġu rranġati sew il-bordijiet taċ-ċirkwiti stampati sabiex kurrent għoli ma jiċċirkolax lejn żoni li jaffettwaw il-vultaġġ ta’ l-ert ta ‘sinjali ta’ preċiżjoni. Kultant waqfa jew qasma fil-pjan terren tista ‘tiddevja kurrent kbir ta’ atterrar miż-żona sensittiva, iżda li tbiddel bil-forza l-pjan terren jista ‘wkoll jiddevja s-sinjal fiż-żona sensittiva, għalhekk teknika bħal din għandha tintuża b’attenzjoni.
Q: Kif inkun naf il-waqgħa tal-vultaġġ iġġenerata fuq pjan ertjat?
A: ġeneralment il-waqgħa tal-vultaġġ tista ‘titkejjel, imma xi kultant jistgħu jsiru kalkoli bbażati fuq ir-reżistenza tal-materjal fil-pjan ta’ l-ert (1 uqija nominali ta ‘ram għandha reżistenza ta’ 045m ω / □) u t-tul tal- faxxa konduttiva li minnha jgħaddi l-kurrent, għalkemm il-kalkoli jistgħu jkunu kkumplikati. Vultaġġi fil-medda ta ‘frekwenza dc sa baxxa (50kHz) jistgħu jitkejlu b’amplifikaturi ta’ strumentazzjoni bħal AMP02 jew AD620.
Il-qligħ tal-amplifikatur ġie ssettjat għal 1000 u mqabbad ma ‘oxxilloskopju b’sensittività ta’ 5mV / div. L-amplifikatur jista ‘jiġi fornut mill-istess sors ta’ enerġija bħaċ-ċirkwit li jkun ittestjat, jew mis-sors ta ‘enerġija tiegħu stess. Madankollu, jekk l-art tal-amplifikatur hija separata mill-bażi tal-enerġija tagħha, l-oxxilloskopju għandu jkun imqabbad mal-bażi tal-enerġija taċ-ċirkwit tal-enerġija użat.
Ir-reżistenza bejn kwalunkwe żewġ punti fuq il-pjan terren tista ‘titkejjel billi żżid sonda maż-żewġ punti. Il-kombinazzjoni tal-qligħ tal-amplifikatur u s-sensittività tal-oxxilloskopju tippermetti li s-sensittività tal-kejl tilħaq 5μV / div. L-istorbju mill-amplifikatur iżid il-wisa ‘tal-kurva tal-forma tal-mewġ ta’ l-oxxilloskopju b’madwar 3μV, iżda xorta huwa possibbli li tinkiseb riżoluzzjoni ta ‘madwar 1μV – biżżejjed biex tiddistingwi l-biċċa l-kbira tal-ħsejjes ta’ l-art b’fiduċja sa 80%.
M: X’għandu jiġi nnutat dwar il-metodu tat-test ta ‘hawn fuq?
A: Kwalunkwe kamp manjetiku li jalterna jinduċi vultaġġ fuq iċ-ċomb tas-sonda, li jista ‘jiġi ttestjat billi tqassar is-sondi lil xulxin (u tipprovdi mogħdija ta’ deflessjoni għar-reżistenza tal-art) u tosserva l-forma tal-mewġa tal-oxxilloskopju. Il-forma ta ‘mewġa AC osservata hija dovuta għall-induzzjoni u tista’ tiġi minimizzata billi tinbidel il-pożizzjoni taċ-ċomb jew billi tipprova telimina l-kamp manjetiku. Barra minn hekk, huwa meħtieġ li jiġi żgurat li l-ert tal-amplifikatur ikun imqabbad mal-ert tas-sistema. Jekk l-amplifikatur għandu din il-konnessjoni m’hemm l-ebda mogħdija ta ‘ritorn ta’ devjazzjoni u l-amplifikatur ma jaħdimx. L-ert għandu jiżgura wkoll li l-metodu ta ‘l-ert użat ma jinterferixxix mad-distribuzzjoni tal-kurrent taċ-ċirkwit li jkun ittestjat.
Q: Kif tkejjel il-ħoss ta ‘l-ert ta’ frekwenza għolja?
A: Huwa diffiċli li tkejjel l-istorbju ta ‘l-art ta’ l-hf b’amplifikatur ta ‘strumentazzjoni broadband adattat, għalhekk sondi passivi hf u VHF huma xierqa. Din tikkonsisti f’ċirku manjetiku tal-ferrite (dijametru ta ‘barra ta’ 6 ~ 8mm) b’żewġ koljaturi ta ‘6 ~ 10 dawriet kull wieħed. Biex tifforma transformer ta ‘iżolament ta’ frekwenza għolja, kolja waħda hija mqabbda mal-input tal-analizzatur tal-ispettru u l-oħra mas-sonda.
Il-metodu tat-test huwa simili għall-każ ta ‘frekwenza baxxa, iżda l-analizzatur ta’ l-ispettru juża kurvi karatteristiċi ta ‘amplitudni-frekwenza biex jirrappreżenta l-istorbju. B’differenza mill-proprjetajiet tad-dominju tal-ħin, sorsi ta ‘storbju jistgħu jiġu distinti faċilment abbażi tal-karatteristiċi tal-frekwenza tagħhom. Barra minn hekk, is-sensittività tal-analizzatur tal-ispettru hija mill-inqas 60dB ogħla minn dik tal-oxxilloskopju tal-broadband.
Q: Xi ngħidu dwar l-inductance ta ‘wajer?
A: L-induttanza tal-kondutturi u l-meded konduttivi tal-PCB ma tistax tiġi injorata fi frekwenzi ogħla. Sabiex tiġi kkalkulata l-induttanza ta ‘wajer dritta u faxxa konduttiva, hawn huma introdotti żewġ approssimazzjonijiet.
Pereżempju, faxxa konduttiva twila 1cm u wiesgħa 0.25mm tifforma inductance ta ’10nH.
Induttanza tal-konduttur = 0.0002LLN2LR-0.75 μH
Pereżempju, l-inductance ta ‘wajer b’dijametru ta’ barra 1mm twil 0.5cm huwa 7.26nh (2R = 0.5mm, L = 1cm)
Induttanza tal-medda konduttiva = 0.0002LLN2LW + H + 0.2235W + HL + 0.5μH
Pereżempju, l-induttanza tal-faxxa konduttiva tal-bord taċ-ċirkwit stampat wiesa ‘1mm hija ta’ 0.25nh (H = 9.59mm, W = 0.038mm, L = 0.25cm).
Madankollu, ir-reattanza induttiva hija ġeneralment ħafna iżgħar mill-fluss parassitiku u l-vultaġġ indott taċ-ċirkwit induttiv maqtugħ. L-erja tal-linja għandha tkun minimizzata minħabba li l-vultaġġ indott huwa proporzjonali għall-erja tal-linja. Dan huwa faċli biex tagħmel meta l-wajers huma mibrumin.
Fil-bordijiet taċ-ċirkwiti stampati, il-mogħdijiet taċ-ċomb u tar-ritorn għandhom ikunu viċin xulxin. Tibdil żgħir fil-wajers ħafna drabi jimminimizza l-impatt, ara s-sors A akkoppjat mal-linja B. ta ‘enerġija baxxa.
It-tnaqqis taż-żona tal-linja jew iż-żieda tad-distanza bejn il-linji tal-igganċjar inaqqas l-effett. Iż-żona tal-linja hija ġeneralment imnaqqsa għal minimu u d-distanza bejn il-linji tal-igganċjar hija mmassimizzata. Lqugħ manjetiku kultant huwa meħtieġ, iżda huwa għali u suxxettibbli għal falliment mekkaniku, allura evitah.
11. M: Fil-Mistoqsijiet u Tweġibiet għall-Inġiniera tal-Applikazzjoni, imġieba mhux ideali taċ-ċirkwiti integrati hija spiss imsemmija. Għandu jkun aktar faċli li tuża komponenti sempliċi bħal reżisturi. Spjega l-prossimità ta ‘komponenti ideali.
A: Irrid biss li resister ikun apparat ideali, iżda ċ-ċilindru qasir fiċ-ċomb ta ‘resistor jaġixxi eżattament bħal resistor pur. Ir-reżistenza attwali fiha wkoll il-komponent ta ‘reżistenza immaġinarja – il-komponent ta’ reattanza. Ħafna reżisturi għandhom kapaċitanza żgħira (tipikament 1 sa 3pF) b’mod parallel mar-reżistenza tagħhom. Għalkemm xi resistors tal-film, il-qtugħ spirali tal-kanal fil-films reżistivi tagħhom huwa l-aktar induttiv, ir-reattanza induttiva tagħhom hija għexieren jew mijiet ta ‘nahen (nH). Naturalment, ir-reżistenzi tal-wajer tal-wajer huma ġeneralment induttivi aktar milli kapaċitattivi (għallinqas bi frekwenzi baxxi). Wara kollox, ir-reżisturi mdawra bil-wajer huma magħmula minn koljaturi, u għalhekk mhux rari li r-reżisturi mdawra bil-wajer ikollhom induttanzi ta ’bosta mikrohm (μH) jew għexieren ta’ mikrohm, jew anke l-hekk imsejħa reżisturi tal-wajer “mhux induttivi” (fejn nofs il-koljaturi huma mdawra lejn il-lemin u n-nofs l-ieħor lejn ix-xellug). Sabiex l-inductance prodotta miż-żewġ nofsijiet tal-coil tikkanċella lil xulxin) għandha wkoll 1μH jew aktar ta ‘inductance residwa. Għal resistors ta ‘valur għoli mdawwar bil-wajer’ il fuq minn madwar 10k ω, ir-resistors li jifdal huma l-aktar kapaċitattivi minflok induttivi, u l-capacitance hija sa 10pF, ogħla minn dik ta ‘film irqiq standard jew resistors sintetiċi. Din ir-reattanza għandha tiġi kkunsidrata bir-reqqa meta jiġu ddisinjati ċirkwiti ta ‘frekwenza għolja li jkun fihom ir-reżisturi.
Q: Iżda ħafna miċ-ċirkwiti li tiddeskrivi jintużaw għal kejl preċiż fi DC jew frekwenzi baxxi ħafna. L-indutturi mitlufa u l-kapaċitaturi mitlufin huma irrilevanti f’dawn l-applikazzjonijiet, hux?
A: iva. Minħabba li t-transisters (kemm diskreti kif ukoll fi ħdan ċirkwiti integrati) għandhom wisa ‘ta’ medda wiesgħa ħafna, xi kultant jistgħu jseħħu oxxillazzjonijiet fil-mijiet jew eluf ta ‘meded ta’ megahertz meta ċ-ċirkwit jispiċċa b’tagħbija induttiva. L-azzjonijiet ta ‘offset u rettifika assoċjati ma’ oxxillazzjonijiet għandhom effetti ħżiena fuq preċiżjoni u stabbiltà ta ‘frekwenza baxxa.
Agħar minn hekk, l-oxxillazzjonijiet jistgħu ma jkunux viżibbli fuq oxxilloskopju jew minħabba li l-wisa ‘tal-frekwenza tal-oxxilloskopju hija baxxa wisq meta mqabbla mal-wisa’ tal-frekwenza tal-oxxillazzjonijiet ta ‘frekwenza għolja li qed jitkejlu, jew minħabba li l-kapaċità ta’ ċarġ tas-sonda tal-oxxilloskopju hija biżżejjed biex twaqqaf l-oxxillazzjonijiet. L-aħjar metodu huwa li tuża medda wiesgħa (frekwenza baxxa sa 15GHz ‘il fuq) analizzatur tal-ispettru biex tiċċekkja s-sistema għal oxxillazzjonijiet parassitiċi. Din il-verifika għandha ssir meta l-input ivarja fuq il-medda dinamika kollha, minħabba li xi kultant iseħħu oxxillazzjonijiet parassitiċi f’medda dejqa ħafna tal-medda ta ‘input.
Q: Hemm xi mistoqsijiet dwar ir-reżisturi?
A: Ir-reżistenza ta ‘reżistenza mhix fissa, iżda tvarja skont it-temperatura. Il-koeffiċjent tat-temperatura (TC) ivarja minn ftit PPM / ° C (miljun minn kull grad Celsius) għal bosta eluf ta ‘PPM / ° C. Ir-reżisturi l-aktar stabbli huma r-reżisturi tal-wajer jew tal-film tal-metall, u l-agħar huma r-resistors tal-film tal-karbonju sintetiku.
Koeffiċjenti kbar ta ’temperatura kultant jistgħu jkunu utli (reżistenza ta’ + 3500ppm / ° C tista ’tintuża biex tikkumpensa għal kT / Q fl-ekwazzjoni karatteristika tad-dijodu tal-junction, kif imsemmi qabel f’Q&AS għall-Inġiniera tal-Applikazzjoni). Iżda ġeneralment ir-reżistenza bit-temperatura tista ‘tkun sors ta’ żball f’ċirkwiti ta ‘preċiżjoni.
Jekk il-preċiżjoni taċ-ċirkwit tiddependi fuq it-taqbila ta ‘żewġ resistors b’koeffiċjenti ta’ temperatura differenti, allura tkun kemm tkun imqabbla tajjeb f’temperatura waħda, ma taqbilx ma ‘l-oħra. Anki jekk il-koeffiċjenti tat-temperatura ta ‘żewġ resistors jaqblu, m’hemm l-ebda garanzija li jibqgħu fl-istess temperatura. Is-sħana nnifisha ġġenerata mill-konsum ta ‘enerġija interna jew sħana esterna trasmessa minn sors ta’ sħana fis-sistema tista ‘tikkawża diskrepanzi fit-temperatura, li jirriżultaw f’reżistenza. Anke r-reżisturi tal-wajer jew tal-film tal-metall ta ‘kwalità għolja jista’ jkollhom diskrepanzi fit-temperatura ta ‘mijiet (jew saħansitra eluf) PPM / ℃. Is-soluzzjoni ovvja hija li tuża żewġ resistors mibnija sabiex it-tnejn ikunu viċin ħafna tal-istess matriċi, sabiex il-preċiżjoni tas-sistema tkun imqabbla sewwa l-ħin kollu. Is-sottostrat jista ‘jkun wejfers tas-silikon li jissimulaw ċirkuwiti integrati preċiżi, wejfers tal-ħġieġ jew films tal-metall. Irrispettivament mis-sottostrat, iż-żewġ resistors jaqblu sewwa matul il-manifattura, għandhom koeffiċjenti tat-temperatura mqabbla sew, u huma kważi fl-istess temperatura (minħabba li huma tant viċin).