Dấu vết cắt ngang máy bay điện


12

Hầu hết các nguồn trên internet thảo luận về các tín hiệu định tuyến trên một mặt phẳng công suất phân chia và làm thế nào để làm điều này đúng. Giải pháp chính ở đây là tạo ra một đường dẫn hiện tại ngắn. Tôi đang tự hỏi liệu các tín hiệu định tuyến trên mặt phẳng cung cấp điện phân chia (không phải mặt phẳng mặt đất) sẽ có bất kỳ ảnh hưởng đáng chú ý nào đến tính toàn vẹn tín hiệu hay không và liệu tôi có nên thực hiện các biện pháp hay không.

Hoàn cảnh của tôi:

PCB 4 lớp:

  • Lớp trên cùng: tín hiệu
  • Mặt phẳng bên trong: mặt đất tách (analog / kỹ thuật số)
  • Mặt phẳng bên trong: mặt phẳng cung cấp điện tách (kỹ thuật số 3,3V và tương tự 3,3V có liên quan trong trường hợp này)
  • Lớp dưới cùng: tín hiệu

Tôi đang định tuyến một vài tín hiệu đồng hồ ở lớp dưới cùng bắt đầu từ phần kỹ thuật số đến phần tương tự. Các tín hiệu sẽ vượt qua mặt phẳng công suất được phân chia giữa phần kỹ thuật số và analog (khoảng cách rộng 0,5mm). Tôi sẽ cung cấp một đường hồi lưu dòng rắn trên mặt phẳng mặt đất (cầu nối giữa kỹ thuật số và analog) vì vậy dòng trở lại không phải là một vấn đề.

Tín hiệu đồng hồ chỉ trên 12 MHz, dấu vết rộng 0,2mm và chiều dài tối đa 13,4cm. Các dấu vết được kết thúc với một điện trở loạt.


1
Mặc dù câu trả lời của David Kessner là tuyệt vời, nhưng để được hướng dẫn chi tiết hơn, bạn có thể muốn tham khảo các bài viết sau của Keith Armstrong, yêu cầu đăng ký miễn phí và cuốn sách của anh ấy, EMC cho Bảng mạch in của Keith Armstrong
Martin

Câu trả lời:


16

Câu trả lời nhanh:

Bất kỳ tín hiệu nào vượt qua sự phân chia trong mặt phẳng nguồn HOẶC mặt đất là xấu. Tốc độ chuyển đổi càng cao (và các cạnh tín hiệu càng nhanh) thì hiệu ứng sẽ càng tệ.

Câu trả lời dài:

Khi bạn nói, "Tôi sẽ cung cấp đường dẫn trở lại vững chắc trên mặt phẳng mặt đất (cầu nối giữa kỹ thuật số và analog) để dòng điện trở lại không phải là vấn đề", hoặc bạn không hiểu vấn đề hoặc tôi không hiểu tuyên bố của bạn. Lý do mà tôi nói điều này là vì bạn không thể có "đường dẫn hoàn trả vững chắc" và vẫn có mặt phẳng phân tách. Phải có một số người không rắn trong đó.

Dòng trở lại sẽ chảy trên mặt phẳng nguồn HOẶC mặt đất gần nhất với tín hiệu. Vì vậy, trong trường hợp của bạn, nếu tín hiệu của bạn ở lớp trên cùng thì dòng trở lại sẽ ở trên lớp mặt đất của bạn. Nhưng nếu tín hiệu của bạn ở lớp dưới cùng thì dòng trở lại sẽ ở trên lớp nguồn. Đối với hầu hết các tín hiệu tốc độ trung bình đến cao, dòng trở lại sẽ đi theo vết tín hiệu và không đi theo con đường ngắn nhất. Nói cách khác, dòng trở lại sẽ cố gắng giảm thiểu "vùng vòng lặp".

Nếu tín hiệu của bạn chuyển từ dưới lên trên (hoặc ngược lại) thì dòng trở lại cũng sẽ chuyển đổi, chảy qua một nắp tách. Đây là lý do tại sao cần phải rắc các nắp tách rời trên PCB, ngay cả khi nó ở quá xa chip để tạo ra bất kỳ sự khác biệt nào về năng lượng.

Giảm thiểu diện tích vòng lặp là rất quan trọng đối với tính toàn vẹn tín hiệu, giảm thiểu EMI và giảm các ảnh hưởng của ESD.

Nếu tín hiệu của bạn cắt ngang qua một phần tách trong mặt phẳng nguồn / mặt đất thì dòng trở lại buộc phải đi đường vòng. Trong một số trường hợp, đường vòng này có thể tăng diện tích vòng lặp lên gấp 2 hoặc 10 lần! Cách đơn giản nhất và tốt nhất để tránh điều này là không chạy tín hiệu qua một phần tách.

Một số bảng có các mặt phẳng tương tự và kỹ thuật số, hoặc trên một số hệ thống có nhiều đường ray điện. Dưới đây là danh sách những điều có thể giúp ích trong những trường hợp sau:

  1. Đối với những thứ như đồng hồ hoặc dòng dữ liệu hoạt động, bạn thực sự không muốn vượt qua sự phân chia. Một số định tuyến PCB sáng tạo là giải pháp tốt nhất, mặc dù đôi khi bạn chỉ cần có một mặt phẳng analog / kỹ thuật số kết hợp thay vì chia tách nó.

  2. Đối với tín hiệu tốc độ thấp, hoặc tín hiệu chủ yếu là DC, bạn có thể vượt qua sự phân tách nhưng hãy cẩn thận và chọn lọc về nó. Nếu bạn có thể, làm chậm tốc độ cạnh bằng điện trở và có thể là nắp. Thông thường các điện trở sẽ là cầu nối vật lý chia.

  3. Những thứ như điện trở 0-ohm, hoặc mũ, có thể được sử dụng để cung cấp cho đường dẫn tín hiệu trở lại giữa hai mặt phẳng. Ví dụ: nếu tín hiệu không nhảy tách, việc thêm một nắp giữa hai mặt phẳng gần tín hiệu có thể giúp ích. Nhưng hãy cẩn thận, nếu điều này không được thực hiện tốt thì nó có thể phủ nhận mọi tác động tích cực của việc phân tách ở vị trí đầu tiên (IE, giữ cho nhiễu kỹ thuật số không đi vào mặt phẳng tương tự). Điều tuyệt vời khi sử dụng mũ hoặc điện trở 0 ohm cho điều này là nó cho phép bạn chơi xung quanh với thiết kế sau khi PCB được chế tạo. Bạn luôn có thể nhồi hoặc bỏ các bộ phận để xem điều gì sẽ xảy ra.

Mặc dù nhiều thiết kế PCB sẽ liên quan đến một số loại thỏa hiệp, cố gắng không thỏa hiệp trừ khi bạn thực sự phải làm. Bạn sẽ bớt đau đầu và rụng tóc ít hơn bằng cách đó.

Tôi cũng nên chỉ ra rằng tôi hoàn toàn chú ý đến vấn đề thay đổi trở kháng do sự phân tách, và điều đó có nghĩa là gì. Trong khi quan trọng, nó không quan trọng bằng việc giảm thiểu diện tích vòng lặp và các thứ. Và hiểu được khu vực vòng lặp dễ dàng hơn nhiều so với việc hiểu sự thay đổi trở kháng sẽ ảnh hưởng đến tính toàn vẹn tín hiệu.


Nếu bạn hoàn toàn phải sử dụng nắp để "khâu" các mặt phẳng phân tách lại với nhau, hãy đảm bảo bạn gắn nắp vào hai bên của mặt phẳng. Các kỹ sư có thói quen xấu khi cho rằng một chân của nắp luôn gắn với GND và chân kia với một số VCC, trong thực tế, bạn sẽ kết nối cả hai bên với GND hoặc cả hai bên với VCC, tùy thuộc vào mặt phẳng bạn đang khâu .
ajs410

Tôi đã giả định rằng dòng trở lại sẽ đi qua con đường mặt đất gần nhất / ngắn nhất và không cần thiết máy bay năng lượng dường như sai
Bianco Zandbergen

@Bianco, nó sẽ đi theo bất cứ con đường nào giảm thiểu độ tự cảm. Cái mà chúng ta gọi là sức mạnh vẫn là một tấm meta được giữ ở một điện áp không đổi và sẽ tạo thành đường dẫn trở lại. Đó là bởi vì tại chip của bạn nên có các nắp tách rời, tín hiệu có thể sử dụng những cái này để "hoàn thành" mạch nếu cần. Thường thì bạn cũng đang chuyển đổi tín hiệu nguồn, trong trường hợp đó, các nắp sẽ không cần thiết.
Kortuk

4

Tôi phải đá một số trí tuệ thông thường vào lề đường. Ít nhất là đối với các bảng RF tôi đã thực hiện, tôi đã thấy rằng hiệu suất được cải thiện bằng cách không có cơ sở phân chia cho analog và kỹ thuật số. Thay vào đó, sử dụng mặt phẳng rắn và đổ đất để giữ đường dẫn có độ tự cảm / điện trở thấp đến một nút mặt đất thống nhất duy nhất đã hoạt động tốt hơn cho các loại sản phẩm tôi đã thực hiện, kích thước nhỏ (cầm tay) và RF nặng (máy thu và các máy phát trong dải 500 MHz trở lên.

Tôi thường không sử dụng các mặt phẳng Power, vì nó không mất nhiều chiều rộng để giảm bất kỳ sự sụt giảm điện áp IR nào xuống phạm vi microvolt, và tôi muốn có mặt đất ở đó.

Chỉ là một cách tiếp cận khác.


Tôi đọc lời khuyên như thế này thường xuyên và tôi cho rằng những người không đạt được kết quả tốt hơn với kế hoạch phân chia sẽ không làm đúng. Thiết kế một bảng RF tốc độ cao là một công việc nghiêm túc, thiết kế một bảng RF tốc độ cao với các cơ sở tương tự và kỹ thuật số riêng biệt là công việc nghiêm túc hơn. Đây là một ý kiến, nhưng với thực tiễn thiết kế tuyệt vời và một thiết kế tẻ nhạt, một bảng tách biệt có thể nhận được lợi ích cho hệ thống tương tự của bạn. Những dòng kỹ thuật số chỉ tạo ra rất nhiều tần số. Nếu bạn có kỹ thuật số tốc độ rất thấp thì kỹ thuật số của bạn không cần phải cách ly.
Kortuk

Tôi nghĩ rằng, giống như hầu hết các kỹ thuật không phải là một nhiệm vụ dễ dàng có cùng không gian giải pháp mỗi lần. Đó là lý do tại sao họ trả tiền cho các kỹ sư tốt.
Kortuk

@ Kortuk-Âm đôi là một chút khó hiểu. Tôi lấy nó bạn đang nói rằng nếu bạn làm đúng, một mặt phẳng phân chia sẽ cho bạn kết quả tốt hơn? Đó không phải là kinh nghiệm của tôi, nhưng bạn nói đúng rằng không có cùng một không gian giải pháp mỗi lần, đó có thể là điểm lớn hơn! Bạn phải bắt đầu với một sơ đồ tầng tốt, tách biệt nguồn cung cấp năng lượng tương tự, kỹ thuật số và năng lượng càng nhiều càng tốt để bắt đầu, hoặc bạn đang bơi ngược dòng ...
rfdave

@Kortuk: Howard Johnson trong "Thiết kế kỹ thuật số tốc độ cao" ủng hộ cho một chiếc máy bay mặt đất duy nhất khá mạnh mẽ.
darron

1

Người ta có thể hỏi - tại sao tín hiệu đồng hồ đi vào vùng tương tự? Có lẽ bạn cần phải điều chỉnh các máy bay của mình để đưa mặt đất kỹ thuật số đến các mặt kỹ thuật số của bộ DAC / ADC của bạn (Tôi cho rằng 'những gì đang diễn ra ở đây.)


Đây thực sự là tín hiệu đồng hồ cho ADC. Các đầu vào dao động tinh thể nằm ở phần tương tự của chip. Tôi đã chọn không sử dụng một tinh thể bên ngoài nhưng cung cấp tín hiệu đồng hồ bên ngoài. Tín hiệu này được tạo tập trung trong phần kỹ thuật số và được phân phối khắp bảng thông qua bộ đệm.
Bianco Zandbergen

@Bianco, nghe có vẻ như là nguồn gốc của một lượng lớn các vấn đề tiếng ồn. Đồng hồ tần số cao là ma quỷ trong các chi tiết.
Kortuk

Bây giờ tôi đang làm lại thiết kế của mình để sử dụng nhiều nguồn đồng hồ thay vì nguồn trung tâm. Tôi muốn tránh sự chế nhạo không chính thống với ma quỷ.
Bianco Zandbergen

Bên cạnh tín hiệu đồng hồ, các đường dữ liệu ADC của bạn cũng sẽ phải được kết nối - nhiều đường ADC được thiết kế để có DGND và AGND riêng biệt và để tách các chân kỹ thuật số khỏi analog - sau đó bạn có thể tách các mặt phẳng ngay dưới IC (xem analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-031.pdf hình 8) Sự tách biệt đó không tồn tại trong ADC của bạn phải không?
Toybuilder

1

Đồng hồ không nên đi qua vias. Có một mức giá tự cảm và điện dung mà bạn phải trả khi bạn sử dụng vias và khi tần số đồng hồ của bạn tăng lên, điều này cuối cùng sẽ cắn bạn. Nó cũng buộc các dòng trở lại của đồng hồ thông qua một nắp tách. Nó thực sự chỉ là thực hành tốt nhất để giữ tất cả đồng hồ trên một lớp.

Đây là ngoài những lời khuyên ở trên.


1
Nó thực sự phụ thuộc vào hội đồng quản trị. Đối với PCB 4 lớp, bạn hoàn toàn chính xác. Đối với các bảng có nhiều hơn 4 lớp, tốt hơn là đặt đồng hồ của bạn vào một lớp bên trong (giữa các mặt phẳng nguồn / mặt đất). Nếu có một lớp tín hiệu giữa đỉnh và mặt phẳng đầu tiên thì trở kháng của dấu vết trên đỉnh sẽ rất khủng khiếp vì vậy việc đặt đồng hồ lên một lớp khác có thể là một điểm cộng. Và cuối cùng, đối với BGA, bạn thường không thể phát tín hiệu ra mà không đi đến lớp bên trong - trong trường hợp đó bạn không có lựa chọn nào khác. Nó giúp đặt một nắp gần đồng hồ thông qua, để giảm dòng vòng.

1

Tùy thuộc vào tốc độ của đồng hồ và định tuyến của nó, tôi hy vọng rằng bạn có thể hưởng lợi từ việc đưa nó qua một thiết bị ở ranh giới của hai mặt phẳng, đầu vào của nó so với mặt phẳng kỹ thuật số và đầu ra của nó có liên quan đến mặt phẳng tương tự. Nếu đồng hồ được sử dụng cho nhiều mục đích, bạn cũng có thể đặt cổng ở đó để chỉ các xung đồng hồ thực sự phù hợp với ADC sẽ đi qua ranh giới.


1

Định tuyến đồng hồ của bạn trên các mặt phẳng điện phân chia sẽ có tác động tiêu cực. Như một số người khác đã đề cập, tốt hơn là sử dụng một mặt phẳng rắn và phân vùng định tuyến tương tự và kỹ thuật số của bạn để giữ cho chúng cách ly. Tôi sẽ quan tâm đến EMI khi đồng hồ của bạn đi qua mặt phẳng phân tách (trông giống như một ăng-ten khe) và bạn có thể muốn xem xét thay đổi từ chấm dứt loạt sang song song cho dòng đồng hồ của mình.

Tôi không nói rằng việc vượt qua các mặt phẳng phân chia trong kiểu thiết lập này không thể được thực hiện nhưng bạn nên cẩn thận và hiểu rằng sẽ có rủi ro liên quan đến việc bạn sẽ không thể dễ dàng định lượng được.

Nếu bạn định giữ bố cục của mình theo cách tôi muốn ở một số ghi chú ứng dụng của những người ADC như Thiết bị analog (hoặc chip nhà cung cấp ADC của bạn) để xem họ có đề xuất gì khi thực hiện kiểu bố trí mặt phẳng phân chia này.


0

Đáng buồn thay, các điện trường sẽ đẩy các electron khám phá TẤT CẢ các đường trở về có thể, tỷ lệ thuận với độ dẫn (độ nhạy, đối với tín hiệu AC).

Có, một số đường dẫn sẽ được ưa thích vì có trở kháng thấp hơn. Nhưng một số điện tử vẫn sẽ đi theo những con đường khác, bởi vì những con đường khác đó tồn tại.

Ở tần số cao hơn SkinFrequency (5 MHz cho 35 micron 1 ounce / foot ^ 2), các điện tử không có thời gian để xuyên qua lá và (hầu hết) vẫn ở một bên. Ở 20 MHz, bạn có 2 SkinDepth, hoặc 2 * 8,9dB = 18dB giảm (gần 10: 1). Ở tốc độ 80 MHz, bạn có 4 SkinDepth, hoặc giảm 4 * 8,9dB = 36dB (gần 180: 1). Với tốc độ 320 MHz (có lẽ là 1 Nam giây), bạn có 8 SkinDepth hoặc 8 * 8,9dB = 72dB giảm (hơn 30.000: 1).

Lưu ý rằng VẪN LÀ PHONG CÁCH ĐIỆN TỬ thông qua lá, sang một bên đối diện với dấu vết của kẻ xâm lược. Vẫn còn tôi * R thả ở phía "yên tĩnh" đó của máy bay.

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.