AGND ve DGND zemin katmanları ayrılmalı mı?
Basit cevap, duruma bağlı olduğu, ayrıntılı cevap ise genellikle ayrılmadıklarıdır.Çünkü çoğu durumda toprak katmanını ayırmak yalnızca geri dönüş akımının endüktansını artıracaktır ve bu da yarardan çok zarar getirir.V = L(di/dt) formülü, endüktans arttıkça voltaj gürültüsünün arttığını gösterir.Anahtarlama akımı arttıkça (dönüştürücü örnekleme hızı arttığı için), voltaj gürültüsü de artacaktır.Bu nedenle topraklama katmanlarının birbirine bağlanması gerekir.
Bunun bir örneği, bazı uygulamalarda, geleneksel tasarım gerekliliklerine uyum sağlamak için, kirli veri yolu gücünün veya dijital devrenin belirli alanlara yerleştirilmesi gerektiğidir, ancak aynı zamanda boyut kısıtlamaları nedeniyle de panonun iyi bir yerleşim düzeni elde edememesine neden olur. Bu durumda, ayrı topraklama katmanı iyi performans elde etmenin anahtarıdır.Ancak genel tasarımın etkili olabilmesi için bu topraklama katmanlarının pano üzerinde bir yerde bir köprü veya bağlantı noktası ile birbirine bağlanması gerekir.Bu nedenle bağlantı noktaları ayrılan topraklama katmanlarına eşit şekilde dağıtılmalıdır.Sonuçta, PCB üzerinde, performansın düşmesine neden olmadan akımın geri dönmesi için en iyi konum haline gelen bir bağlantı noktası sıklıkla olacaktır.Bu bağlantı noktası genellikle dönüştürücünün yakınında veya altında bulunur.
Güç kaynağı katmanlarını tasarlarken bu katmanlar için mevcut olan tüm bakır izlerini kullanın.Mümkünse bu katmanların hizalamaları paylaşmasına izin vermeyin; çünkü ek hizalamalar ve yollar, güç kaynağı katmanını daha küçük parçalara bölerek hızla zarar verebilir.Ortaya çıkan seyrek güç katmanı, mevcut yolları en çok ihtiyaç duyulan yere, yani dönüştürücünün güç pinlerine sıkıştırabilir.Akımın vialar ve hizalamalar arasına sıkıştırılması direnci yükseltir ve dönüştürücünün güç pinleri arasında hafif bir voltaj düşüşüne neden olur.
Son olarak, güç kaynağı katmanının yerleşimi kritik öneme sahiptir.Gürültülü bir dijital güç kaynağı katmanını asla analog bir güç kaynağı katmanının üzerine istiflemeyin; aksi takdirde ikisi, farklı katmanlarda olsalar bile yine de eşleşebilirler.Sistem performansının bozulma riskini en aza indirmek için tasarım, bu tür katmanları mümkün olduğunca bir araya getirmek yerine ayırmalıdır.
Bir PCB'nin güç dağıtım sistemi (PDS) tasarımı göz ardı edilebilir mi?
Bir PDS'nin tasarım hedefi, güç kaynağının akım talebine yanıt olarak üretilen voltaj dalgalanmasını en aza indirmektir.Tüm devreler akıma ihtiyaç duyar; bazıları yüksek talep gerektirir, bazıları ise akımın daha hızlı sağlanmasını gerektirir.Tamamen ayrılmış düşük empedanslı güç veya toprak katmanı ve iyi bir PCB laminasyonu kullanmak, devrenin mevcut talebi nedeniyle voltaj dalgalanmasını en aza indirir.Örneğin tasarım 1A anahtarlama akımı için tasarlanmışsa ve PDS'nin empedansı 10mΩ ise maksimum voltaj dalgalanması 10mV'dir.
İlk olarak, daha büyük kapasitans katmanlarını destekleyecek şekilde bir PCB yığın yapısı tasarlanmalıdır.Örneğin, altı katmanlı bir yığın, bir üst sinyal katmanını, bir birinci zemin katmanını, bir birinci güç katmanını, bir ikinci güç katmanını, bir ikinci zemin katmanını ve bir alt sinyal katmanını içerebilir.Birinci zemin katmanı ve birinci güç kaynağı katmanının istiflenmiş yapıda birbirine yakın olması sağlanır ve bu iki katman, bir iç katman kapasitansı oluşturmak için 2 ila 3 mil aralıklarla yerleştirilir.Bu kapasitörün en büyük avantajı ücretsiz olması ve yalnızca PCB üretim notlarında belirtilmesinin gerekli olmasıdır.Güç kaynağı katmanının bölünmesi gerekiyorsa ve aynı katmanda birden fazla VDD güç rayı varsa mümkün olan en büyük güç kaynağı katmanı kullanılmalıdır.Boş delik bırakmayın, aynı zamanda hassas devrelere de dikkat edin.Bu, söz konusu VDD katmanının kapasitansını en üst düzeye çıkaracaktır.Tasarım ek katmanların varlığına izin veriyorsa, birinci ve ikinci güç kaynağı katmanları arasına iki ek topraklama katmanı yerleştirilmelidir.Aynı çekirdek aralığının 2 ila 3 mil olması durumunda, lamine yapının doğal kapasitesi bu noktada iki katına çıkacaktır.
İdeal PCB laminasyonu için, güç kaynağı katmanının başlangıç giriş noktasında ve DUT çevresinde dekuplaj kapasitörleri kullanılmalıdır; bu, PDS empedansının tüm frekans aralığında düşük olmasını sağlayacaktır.Bir dizi 0,001 µF ila 100 µF kapasitör kullanılması bu aralığın karşılanmasına yardımcı olacaktır.Her yerde kapasitörlerin bulunması gerekli değildir;kapasitörlerin doğrudan DUT'a yerleştirilmesi tüm üretim kurallarını çiğneyecektir.Bu kadar ciddi önlemlere ihtiyaç duyulursa devrenin başka sorunları olur.
Açıkta Kalan Pedlerin Önemi (E-Pad)
Bu gözden kaçırılması kolay bir husustur ancak PCB tasarımında en iyi performansı ve ısı dağılımını elde etmek için kritik öneme sahiptir.
Açıkta kalan ped (Pin 0), çoğu modern yüksek hızlı IC'nin altındaki bir pedi ifade eder ve çipin tüm dahili topraklamasının cihazın altındaki merkezi bir noktaya bağlandığı önemli bir bağlantıdır.Açıkta kalan bir pedin varlığı, birçok dönüştürücünün ve amplifikatörün topraklama pimi ihtiyacını ortadan kaldırmasına olanak tanır.Önemli olan bu pedi PCB'ye lehimlerken sağlam ve güvenilir bir elektrik bağlantısı ve termal bağlantı oluşturmaktır, aksi takdirde sistem ciddi şekilde hasar görebilir.
Açıkta kalan pedler için en uygun elektrik ve termal bağlantılar üç adım izlenerek elde edilebilir.İlk olarak, mümkün olan yerlerde, açıkta kalan pedler her bir PCB katmanı üzerinde kopyalanmalıdır; bu, tüm zemin için daha kalın bir termal bağlantı sağlayacak ve dolayısıyla özellikle yüksek güçlü cihazlar için önemli olan hızlı ısı dağılımı sağlayacaktır.Elektriksel açıdan bu, tüm topraklama katmanları için iyi bir eş potansiyel bağlantı sağlayacaktır.Açıkta kalan pedleri alt katmana kopyalarken, bu, ayırıcı bir zemin noktası ve ısı emicilerin monte edileceği bir yer olarak kullanılabilir.
Daha sonra açıkta kalan pedleri birden fazla aynı bölüme ayırın.Dama tahtası şekli en iyisidir ve ekran çapraz ızgaraları veya lehim maskeleri ile elde edilebilir.Yeniden akış montajı sırasında, cihaz ile PCB arasındaki bağlantıyı kurmak için lehim pastasının nasıl aktığını belirlemek mümkün değildir, bu nedenle bağlantı mevcut olabilir ancak eşit olmayan bir şekilde dağılmış olabilir veya daha kötüsü, bağlantı küçük ve köşede yer almaktadır.Açıkta kalan pedin daha küçük bölümlere bölünmesi, her alanın bir bağlantı noktasına sahip olmasını sağlar, böylece cihaz ile PCB arasında güvenilir, eşit bir bağlantı sağlanır.
Son olarak her bölümün toprağa delik üstü bağlantısı olduğundan emin olunmalıdır.Alanlar genellikle birden fazla yolu tutacak kadar büyüktür.Montajdan önce her bir viyatı lehim pastası veya epoksi ile doldurduğunuzdan emin olun.Bu adım, açıkta kalan ped lehim pastasının vias boşluklarına geri akmamasını sağlamak için önemlidir, aksi takdirde uygun bağlantı şansı azalır.
PCB'deki katmanlar arasında çapraz bağlantı sorunu
PCB tasarımında, bazı yüksek hızlı dönüştürücülerin kablolama düzeninde kaçınılmaz olarak bir devre katmanının diğerine çapraz bağlanması olacaktır.Bazı durumlarda hassas analog katman (güç, toprak veya sinyal), yüksek gürültülü dijital katmanın doğrudan üzerinde olabilir.Çoğu tasarımcı, bu katmanların farklı katmanlarda bulunması nedeniyle bunun önemsiz olduğunu düşünüyor.Durum bu mu?Basit bir teste bakalım.
Bitişik katmanlardan birini seçin ve bu seviyede bir sinyal enjekte edin, ardından çapraz bağlı katmanları bir spektrum analizörüne bağlayın.Gördüğünüz gibi bitişik katmana bağlı çok fazla sinyal var.40 mil'lik bir aralıkta bile, bitişik katmanların hala bir kapasitans oluşturduğu ve böylece bazı frekanslarda sinyalin hala bir katmandan diğerine bağlanacağı duygusu vardır.
Bir katmandaki yüksek gürültülü bir dijital parçanın, yüksek hızlı bir anahtardan gelen 1V'luk bir sinyale sahip olduğunu varsayarsak, katmanlar arasındaki izolasyon 60dB olduğunda, sürülmeyen katman, sürülen katmandan bağlanan 1mV'lik bir sinyal görecektir.2Vp-p tam ölçekli salınımlı 12 bitlik bir analog-dijital dönüştürücü (ADC) için bu, 2LSB (en az anlamlı bit) bağlantı anlamına gelir.Belirli bir sistem için bu bir sorun olmayabilir ancak çözünürlük 12 bit'ten 14 bit'e çıkarıldığında hassasiyetin dört kat arttığı ve dolayısıyla hatanın 8LSB'ye çıktığı unutulmamalıdır.
Çapraz düzlem/katmanlar arası bağlantının göz ardı edilmesi, sistem tasarımının başarısız olmasına veya tasarımın zayıflamasına neden olmayabilir, ancak iki katman arasında beklenenden daha fazla bağlantı olabileceğinden dikkatli olunmalıdır.
Hedef spektrum içerisinde sahte gürültü bağlantısı bulunduğunda bu durum dikkate alınmalıdır.Bazen yerleşim kablolaması istenmeyen sinyallere veya katmanların farklı katmanlara çapraz bağlanmasına yol açabilir.Hassas sistemlerde hata ayıklarken bunu aklınızda bulundurun: sorun aşağıdaki katmanda olabilir.
Makale ağdan alınmıştır, herhangi bir ihlal varsa lütfen silmek için iletişime geçin, teşekkür ederim!
Gönderim zamanı: Nis-27-2022