Printed circuit board mahirap na mga problema at solusyon

T: Tulad ng nabanggit kanina tungkol sa mga simpleng resistor, dapat mayroong ilang mga resistors na ang pagganap ay eksaktong inaasahan namin. Ano ang nangyayari sa paglaban ng isang seksyon ng kawad?
A: Iba ang sitwasyon. Marahil ay tumutukoy ka sa isang kawad o isang conductive band sa isang naka-print na circuit board na gumaganap bilang isang kawad. Dahil ang mga superconductor ng temperatura sa silid ay hindi pa magagamit, ang anumang haba ng metal wire ay gumaganap bilang isang resistor na may mababang resistensya (na gumaganap din bilang isang kapasitor at inductor), at ang epekto nito sa circuit ay dapat isaalang-alang.
2. Q: Ang paglaban ng isang napakaikling wire ng tanso sa isang maliit na signal circuit ay hindi dapat maging mahalaga?
A: isaalang-alang natin ang isang 16-bit ADC na may input impedance na 5k ω. Ipagpalagay na ang linya ng signal sa input ng ADC ay binubuo ng isang tipikal na naka-print na circuit board (0.038mm makapal, 0.25mm ang lapad) na may conductive band na 10cm ang haba. Ito ay may isang pagtutol ng tungkol sa 0.18 ω sa temperatura ng kuwarto, na kung saan ay isang maliit na mas mababa sa 5K ω × 2 × 2-16 at gumagawa ng isang makakuha ng error ng 2LSB sa buong degree.
Masasabing, ang problemang ito ay maaaring mapagaan kung, tulad nito, ang kondaktibong banda ng PRINTED circuit board ay ginawang mas malawak. Sa mga analog na circuit, higit na mas gusto na gumamit ng isang mas malawak na banda, ngunit maraming mga taga-disenyo ng PCB (at mga taga-disenyo ng PCB) ang mas gusto na gumamit ng isang minimum na lapad ng banda upang mapadali ang paglalagay ng linya ng signal. Sa konklusyon, mahalagang kalkulahin ang paglaban ng kondaktibong banda at pag-aralan ang papel nito sa lahat ng mga posibleng problema.
3. Q: Mayroon bang problema sa capacitance ng conductive band na may sobrang lapad at ang layer ng metal sa likuran ng PRINTED circuit board?
A: Ito ay isang maliit na katanungan. Kahit na ang capacitance mula sa conductive band ng PRINTED circuit board ay mahalaga (kahit na para sa mga low-frequency circuit, na maaaring makagawa ng high-frequency na mga parasito oscillation), dapat itong palaging tantyahin muna. Kung hindi ito ang kaso, kahit na ang isang malawak na kondaktibong banda na bumubuo ng isang malaking kapasidad ay hindi isang problema. Kung may lumabas na mga problema, maaaring alisin ang isang maliit na lugar ng ground plane upang mabawasan ang kapasidad sa lupa.
T: Iwanan ang katanungang ito sandali! Ano ang saligan na eroplano?
A: Kung ang foil ng tanso sa buong bahagi ng isang naka-print na circuit board (o ang buong interlayer ng isang multilayer na naka-print na circuit board) ay ginagamit para sa grounding, kung gayon ito ang tinatawag nating grounding plane. Ang anumang ground wire ay dapat isagawa na may pinakamaliit na posibleng paglaban at inductance. Kung ang isang sistema ay gumagamit ng eroplanong earthing, mas malamang na maapektuhan ito ng ingay sa lupa. Bilang karagdagan, ang saligan na eroplano ay mayroon ding pagpapaandar ng kalasag at paglamig
Q: Ang saligan na eroplano na nabanggit dito ay mahirap para sa mga tagagawa, tama ba?
A: Mayroong ilang mga problema 20 taon na ang nakakaraan. Ngayon, dahil sa pagpapabuti ng binder, paglaban ng solder at teknolohiya ng paghihinang ng alon sa mga naka-print na circuit board, ang paggawa ng saligan na eroplano ay naging isang karaniwang operasyon ng mga naka-print na circuit board.
T: Sinabi mo na ang posibilidad na mailantad ang isang system sa ground noise sa pamamagitan ng paggamit ng ground plane ay napakaliit. Ano ang natitirang problema sa ingay sa lupa na hindi malulutas?
A: Ang pangunahing circuit ng isang grounded noise system ay may ground plane, ngunit ang resistensya at inductance nito ay hindi zero – kung ang panlabas na kasalukuyang mapagkukunan ay sapat na malakas, makakaapekto ito sa mga eksaktong signal. Ang problemang ito ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng maayos na pag-aayos ng mga naka-print na circuit board upang ang daloy ng kasalukuyang hindi dumaloy sa mga lugar na nakakaapekto sa saligan boltahe ng mga eksaktong signal. Minsan ang isang break o slit sa ground plane ay maaaring mailipat ang isang malaking grounding current mula sa sensitibong lugar, ngunit ang sapilitang pagbabago ng ground plane ay maaari ring mailipat ang signal sa sensitibong lugar, kaya’t ang naturang pamamaraan ay dapat gamitin nang may pag-iingat.
Q: Paano ko malalaman ang pagbagsak ng boltahe na nabuo sa isang grounded na eroplano?
A: karaniwang masusukat ang boltahe, ngunit kung minsan ang mga kalkulasyon ay maaaring gawin batay sa paglaban ng materyal sa saligan na eroplano (ang isang nominal na 1 onsa ng tanso ay may pagtutol na 045m ω / □) at ang haba ng kondaktibong banda kung saan dumadaan ang kasalukuyang, bagaman ang mga kalkulasyon ay maaaring maging kumplikado. Ang mga boltahe sa dc hanggang sa mababang dalas (50kHz) na saklaw ay maaaring masukat sa mga amplifier ng instrumento tulad ng AMP02 o AD620.
Ang nakuha ng amplifier ay itinakda sa 1000 at konektado sa isang oscilloscope na may pagkasensitibo ng 5mV / div. Ang amplifier ay maaaring ibigay mula sa parehong mapagkukunan ng kuryente tulad ng circuit sa ilalim ng pagsubok, o mula sa sarili nitong mapagkukunan ng kuryente. Gayunpaman, kung ang ground amplifier ay pinaghiwalay mula sa base ng kuryente nito, ang oscilloscope ay dapat na konektado sa power base ng ginamit na power circuit.
Ang paglaban sa pagitan ng anumang dalawang puntos sa ground plane ay maaaring masukat sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang pagsisiyasat sa dalawang puntos. Ang kumbinasyon ng nakuha ng amplifier at pagiging sensitibo ng oscilloscope ay nagbibigay-daan sa pagkasensitibo sa pagsukat na maabot ang 5μV / div. Ang ingay mula sa amplifier ay tataas ang lapad ng oscilloscope waveform curve ng tungkol sa 3μV, ngunit posible pa ring makamit ang isang resolusyon na tungkol sa 1μV – sapat upang makilala ang karamihan sa ingay sa lupa na may hanggang sa 80% kumpiyansa.
Q: Ano ang dapat tandaan tungkol sa pamamaraan sa pagsubok sa itaas?
A: Anumang alternating magnetikong patlang ay mag-uudyok ng isang boltahe sa tingga ng pagsisiyasat, na maaaring masubukan sa pamamagitan ng maikling pag-ikot ng mga probe sa bawat isa (at pagbibigay ng isang landas ng pagpapalihis sa paglaban ng lupa) at pagmamasid sa oscilloscope waveform. Ang naobserbahang AC waveform ay sanhi ng induction at maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagbabago ng posisyon ng lead o sa pamamagitan ng pagsubok na tanggalin ang magnetic field. Bilang karagdagan, kinakailangan upang matiyak na ang saligan ng amplifier ay konektado sa saligan ng system. Kung ang amplifier ay may koneksyon na ito ay walang pagpapalihis sa pagbalik ng landas at ang amplifier ay hindi gagana. Dapat ding tiyakin ng grounding na ang ginamit na paraan ng saligan ay hindi makagambala sa kasalukuyang pamamahagi ng circuit sa ilalim ng pagsubok.
Q: Paano masusukat ang ingay ng grounding ng mataas na dalas?
A: Mahirap sukatin ang ingay ng lupa ng hf na may angkop na wideband instrumentation amplifier, kaya angkop ang hf at VHF passive probes. Binubuo ito ng isang ferrite magnetic ring (panlabas na diameter ng 6 ~ 8mm) na may dalawang coil na 6 ~ 10 lumiliko bawat isa. Upang bumuo ng isang high-frequency isolation transformer, ang isang coil ay konektado sa input ng spectrum analyzer at ang isa pa sa pagsisiyasat.
Ang pamamaraan ng pagsubok ay katulad ng mababang kaso ng dalas, ngunit ang spectrum analyzer ay gumagamit ng mga amplitude-frequency frequency curve upang kumatawan sa ingay. Hindi tulad ng mga pag-aari ng oras ng domain, ang mga mapagkukunan ng ingay ay madaling makilala batay sa kanilang mga katangian sa dalas. Bilang karagdagan, ang pagiging sensitibo ng spectrum analyzer ay hindi bababa sa 60dB mas mataas kaysa sa broadband oscilloscope.
Q: Paano ang tungkol sa inductance ng isang wire?
A: Ang inductance ng conductors at PCB conductive band ay hindi maaaring balewalain sa mas mataas na mga frequency. Upang makalkula ang inductance ng isang tuwid na kawad at isang kondaktibo na banda, dalawang pagtatantya ang ipinakilala dito.
Halimbawa, ang isang kondaktibong banda na 1cm ang haba at 0.25mm ang lapad ay bubuo ng isang inductance na 10nH.
Conductor inductance = 0.0002LLN2LR-0.75 μH
Halimbawa, ang inductance ng isang 1cm haba na 0.5mm panlabas na diameter wire ay 7.26nh (2R = 0.5mm, L = 1cm)
Conductive band inductance = 0.0002LLN2LW + H + 0.2235W + HL + 0.5μH
Halimbawa, ang inductance ng 1cm ang lapad na 0.25mm naka-print na circuit board conductive band ay 9.59nh (H = 0.038mm, W = 0.25mm, L = 1cm).
Gayunpaman, ang inductive reactance ay kadalasang mas maliit kaysa sa parasitic flux at sapilitan boltahe ng hiwa na inductive circuit. Ang lugar ng loop ay dapat na mabawasan dahil ang sapilitan boltahe ay proporsyonal sa lugar ng loop. Ito ay madaling gawin kapag ang mga kable ay baluktot-pares.
Sa mga naka-print na circuit board, ang mga landas ng tingga at pagbalik ay dapat na malapit na magkasama. Ang mga maliliit na pagbabago sa mga kable ay madalas na minimize ang epekto, tingnan ang pinagmulan Isang isinama sa mababang enerhiya loop B.
Ang pagbawas sa lugar ng loop o pagdaragdag ng distansya sa pagitan ng mga loop ng pagkabit ay mababawasan ang epekto. Ang lugar ng loop ay karaniwang nabawasan sa isang minimum at ang distansya sa pagitan ng mga loop ng pagkabit ay na-maximize. Minsan kinakailangan ang panangga sa magnetikong, ngunit mahal at madaling kapitan ng mekanikal na pagkabigo, kaya iwasan ito.
11. T: Sa Q&A para sa Mga Application Engineer, madalas na nabanggit ang hindi mainam na pag-uugali ng mga integrated circuit. Dapat itong mas madaling gumamit ng mga simpleng sangkap tulad ng resistors. Ipaliwanag ang kalapitan ng mga perpektong sangkap.
A: Nais ko lamang ang isang risistor upang maging isang perpektong aparato, ngunit ang maikling silindro sa tingga ng isang risistor ay kumikilos nang eksakto tulad ng isang purong risistor. Naglalaman din ang aktwal na risistor ng sangkap na paglaban sa haka-haka – ang bahagi ng reaktibo. Karamihan sa mga resistors ay may isang maliit na capacitance (karaniwang 1 hanggang 3pF) na kahanay ng kanilang paglaban. Bagaman ang ilang mga resistors ng pelikula, ang paggupit ng helical groove sa kanilang mga resistive film ay halos inductive, ang kanilang inductive reactance ay sampu o daan-daang nahen (nH). Siyempre, ang mga resistensya sa sugat ng wire ay karaniwang hindi nagpapahiwatig kaysa sa capacitive (hindi bababa sa mababang mga frequency). Pagkatapos ng lahat, ang mga resistors na may sugat sa wire ay gawa sa mga coil, kaya hindi karaniwan para sa mga resistors na may wire na sugat na magkaroon ng mga inductance ng maraming microhm (μH) o sampu-sampung microhm, o kahit na tinatawag na “non-inductive” na mga resistors na may sugat na wire-sugat (kung saan ang kalahati ng mga coil ay sugat pakaliwa at ang kalahating anticlockwise). Kaya’t ang inductance na ginawa ng dalawang halves ng coil ay nagkansela sa bawat isa) ay mayroon ding 1μH o higit pa sa mga natitirang inductance. Para sa mga resistors na may mataas na halaga na wire-sugat sa itaas ng humigit-kumulang 10k ω, ang natitirang resistors ay halos capacitive sa halip na pasaklaw, at ang capacitance ay hanggang sa 10pF, mas mataas kaysa sa karaniwang manipis na pelikula o mga sintetikong resistor. Ang reaktibo na ito ay dapat na maingat na isaalang-alang kapag nagdidisenyo ng mga high-frequency circuit na naglalaman ng resistors.
T: Ngunit marami sa mga circuit na inilalarawan mo ang ginagamit para sa tumpak na mga sukat sa DC o napakababang mga frequency. Ang mga stray inductor at stray capacitors ay hindi nauugnay sa mga application na ito, tama ba?
A: oo Dahil ang mga transistors (parehong discrete at sa loob ng integrated circuit) ay may napakalawak na lapad ng banda, ang mga oscillation ay maaaring mangyari minsan sa daan-daang o libu-libong mga megahertz band kapag nagtapos ang circuit na may isang inductive load. Ang mga pagkilos ng offset at pagwawasto na nauugnay sa mga oscillation ay may masamang epekto sa mababang kawastuhan ng katumpakan at katatagan.
Mas masahol pa, ang mga oscillation ay maaaring hindi makita sa isang oscilloscope alinman dahil ang bandwidth ng oscilloscope ay masyadong mababa kumpara sa bandwidth ng sinusukat na mataas na dalas ng oscillations, o dahil ang kapasidad ng pagsingil ng oscilloscope probe ay sapat upang ihinto ang mga oscillation. Ang pinakamahusay na pamamaraan ay ang paggamit ng isang malawak na banda (mababang dalas hanggang 15GHz sa itaas) na spectrum analyzer upang suriin ang system para sa mga oscillation ng parasitiko. Ang tseke na ito ay dapat gawin kapag ang pag-input ay nag-iiba sa buong dynamic range, dahil ang mga oscillation ng parasitiko kung minsan ay nangyayari sa isang makitid na saklaw ng input band.
Q: Mayroon bang mga katanungan tungkol sa resistors?
A: Ang paglaban ng isang risistor ay hindi naayos, ngunit nag-iiba sa temperatura. Ang temperatura coefficient (TC) ay nag-iiba mula sa ilang PPM / ° C (milyon sa bawat degree Celsius) hanggang sa libu-libong PPM / ° C. Ang pinaka-matatag na resistors ay sugat sa wire o metal film resistors, at ang pinakamalala ay mga synthetic carbon film resistors.
Ang mga malalaking coefficients ng temperatura ay maaaring maging kapaki-pakinabang minsan (isang + 3500ppm / ° C risistor ay maaaring magamit upang mabayaran ang kT / Q sa junction diode na katangian na equation, tulad ng naunang nabanggit sa Q&AS para sa Mga Application Engineer). Ngunit sa pangkalahatang paglaban sa temperatura ay maaaring maging isang mapagkukunan ng error sa mga eksaktong circuit.
Kung ang katumpakan ng circuit ay nakasalalay sa tugma ng dalawang resistors na may iba’t ibang mga coefficients ng temperatura, kung gaano man kahusay ang maitugma sa isang temperatura, hindi ito tutugma sa isa pa. Kahit na tumutugma ang mga temperatura coefficients ng dalawang resistors, walang garantiya na mananatili sila sa parehong temperatura. Ang pag-init sa sarili na nabuo ng panloob na pagkonsumo ng kuryente o panlabas na init na nakukuha mula sa isang mapagkukunan ng init sa system ay maaaring maging sanhi ng mga hindi pagkakatugma sa temperatura, na nagreresulta sa paglaban. Kahit na ang de-kalidad na wire-sugat o metal-film resistors ay maaaring magkaroon ng mga hindi pagtutugma sa temperatura ng daan-daang (o kahit na libo-libo) na PPM / ℃. Ang malinaw na solusyon ay ang paggamit ng dalawang resistors na binuo upang pareho silang malapit sa parehong matrix, upang ang kawastuhan ng system ay naipakitang maayos sa lahat ng oras. Ang substrate ay maaaring maging mga wafer ng silikon na gayahin ang tumpak na mga integrated circuit, wafer na salamin o mga metal film. Anuman ang substrate, ang dalawang resistors ay tumutugma nang maayos sa panahon ng paggawa, magkaroon ng mahusay na pagtutugma sa mga coefficients ng temperatura, at halos pareho ang temperatura (sapagkat napakalapit nito).