UWAGI OGÓLNE

Ze względu na znaczne różnice między obwodami analogowymi i cyfrowymi, część analogowa obwodu musi być oddzielona od reszty, a podczas jej okablowania należy przestrzegać specjalnych metod i zasad. Skutki nieidealnej pracy PCB są szczególnie zauważalne w obwodach analogowych wysokiej częstotliwości, ale ogólny typ błędów opisany w tym artykule może mieć wpływ na wydajność urządzeń pracujących nawet w zakresie częstotliwości audio.

Celem tego artykułu jest omówienie typowych błędów popełnianych przez projektantów PCB, opisanie wpływu tych błędów na jakość wykonania oraz przedstawienie zaleceń dotyczących rozwiązywania pojawiających się problemów.

Płytka drukowana - element obwodu

Tylko w rzadkich przypadkach płytkę drukowaną obwodu analogowego można poprowadzić tak, aby wprowadzane przez nią wpływy nie miały żadnego wpływu na działanie obwodu. Jednocześnie każdy taki wpływ można zminimalizować, dzięki czemu charakterystyka obwodów analogowych urządzenia będzie taka sama jak modelu i prototypu.

Układ

Twórcy obwodów cyfrowych mogą korygować drobne błędy na wyprodukowanej płytce, dodając do niej zworki lub odwrotnie, usuwając niepotrzebne przewodniki, wprowadzając zmiany w działaniu programowalnych chipów itp., Bardzo szybko przechodząc do następnego rozwoju. Nie dotyczy to obwodu analogowego. Niektórych typowych błędów omówionych w tym artykule nie można skorygować poprzez dodanie zworek lub usunięcie nadmiaru przewodów. Mogą i spowodują, że cała płytka drukowana przestanie działać.

Dla projektanta obwodów cyfrowych korzystającego z takich metod korekcji bardzo ważne jest przeczytanie i zrozumienie materiału przedstawionego w tym artykule na długo przed przesłaniem projektu do produkcji. Niewielka uwaga projektowa i omówienie możliwych opcji nie tylko zapobiegnie zezłomowaniu płytki PCB, ale także zmniejszy koszty poważnych błędów w małej analogowej części obwodu. Znalezienie błędów i ich naprawienie może skutkować setkami straconych godzin. Prototypowanie może skrócić ten czas do jednego dnia lub mniej. Płytka prototypowa wszystkich obwodów analogowych.

Źródła hałasu i zakłóceń

Szum i zakłócenia to główne elementy ograniczające jakość obwodów. Zakłócenia mogą być emitowane przez źródła lub indukowane na elementach obwodu. Obwody analogowe są często umieszczane na płytce drukowanej wraz z szybkimi komponentami cyfrowymi, w tym cyfrowymi procesorami sygnałowymi (DSP).

Sygnały logiczne o wysokiej częstotliwości generują znaczne zakłócenia częstotliwości radiowej (RFI). Liczba źródeł emisji hałasu jest ogromna: kluczowe zasilacze systemów cyfrowych, telefonów komórkowych, radia i telewizji, zasilacze świetlówek, komputerów osobistych, oświetlenia itp. Nawet jeśli obwód analogowy działa w zakresie częstotliwości audio, zakłócenia częstotliwości radiowej mogą powodować zauważalne szumy w sygnale wyjściowym.

KATEGORIE PCB

Wybór projektu PCB jest ważnym czynnikiem decydującym o wydajności mechanicznej całego urządzenia. Do produkcji płytek drukowanych wykorzystywane są materiały o różnym poziomie jakości. Dla dewelopera będzie najbardziej odpowiednie i wygodne, jeśli w pobliżu znajduje się producent płytek PCB. W tym przypadku łatwo jest kontrolować rezystywność i stałą dielektryczną – główne parametry materiału płytki drukowanej. Niestety to nie wystarczy i często konieczna jest znajomość innych parametrów, takich jak palność, stabilność w wysokich temperaturach czy współczynnik higroskopijności. Parametry te może znać jedynie producent komponentów stosowanych do produkcji płytek drukowanych.

Materiały warstwowe oznaczane są wskaźnikami FR (trudnopalność) i G. Największą palność wykazuje materiał o indeksie FR-1, najmniejszą zaś FR-5. Materiały o indeksach G10 i G11 mają specjalne właściwości. Materiały na płytki drukowane podano w tabeli. 1.

Nie należy używać płytek PCB kategorii FR-1. Istnieje wiele przykładów płytek PCB FR-1, które uległy uszkodzeniu termicznemu na skutek działania komponentów dużej mocy. Płytki drukowane w tej kategorii są bardziej podobne do tektury.

FR-4 jest często stosowany w produkcji urządzeń przemysłowych, natomiast FR-2 jest stosowany w produkcji sprzętu AGD. Te dwie kategorie są ustandaryzowane w branży, a płytki PCB FR-2 i FR-4 często nadają się do większości zastosowań. Czasami jednak niedoskonałe cechy tych kategorii wymuszają użycie innych materiałów. Na przykład w zastosowaniach wymagających bardzo wysokich częstotliwości jako materiały na płytki drukowane stosuje się tworzywa fluorowe, a nawet ceramikę. Jednak im bardziej egzotyczny materiał PCB, tym wyższa może być cena.

Wybierając materiał na PCB, należy zwrócić szczególną uwagę na jego higroskopijność, ponieważ parametr ten może mieć silny negatywny wpływ na pożądane właściwości płytki - rezystancję powierzchniową, wyciek, właściwości izolacyjne wysokiego napięcia (przebicie i iskrzenie) oraz wytrzymałość mechaniczną. Zwróć także uwagę na temperaturę pracy. Gorące punkty mogą pojawiać się w nieoczekiwanych miejscach, na przykład w pobliżu dużych cyfrowych układów scalonych przełączających się przy wysokich częstotliwościach. Jeśli takie obszary znajdują się bezpośrednio pod komponentami analogowymi, podwyższona temperatura może mieć wpływ na działanie obwodu analogowego.

Tabela 1

kategoria	Komponenty, komentarze
FR-1	papier, skład fenolowy: prasowanie i tłoczenie w temperaturze pokojowej, wysoki współczynnik higroskopijności
FR-2	papier o składzie fenolowym: przeznaczony do jednostronnych płytek drukowanych sprzętu AGD, niski współczynnik higroskopijności
FR-3	papier, skład epoksydowy: konstrukcje o dobrych właściwościach mechanicznych i elektrycznych
FR-4	włókno szklane, skład epoksydowy: doskonałe właściwości mechaniczne i elektryczne
FR-5	włókno szklane, skład epoksydowy: wysoka wytrzymałość w podwyższonych temperaturach, niepalny
G10	włókno szklane, skład epoksydowy: wysokie właściwości izolacyjne, najwyższa wytrzymałość włókna szklanego, niski współczynnik higroskopijności
G11	włókno szklane, skład epoksydowy: wysoka wytrzymałość na zginanie w podwyższonych temperaturach, wysoka odporność na rozpuszczalniki

Po wybraniu materiału PCB należy określić grubość folii PCB. Parametr ten dobierany jest przede wszystkim w oparciu o maksymalną wartość płynącego prądu. Jeśli to możliwe, staraj się unikać bardzo cienkiej folii.

ILOŚĆ WARSTW ZADRUKOWANYCH

Jednowarstwowe płytki drukowane

Bardzo proste układy elektroniczne wykonane są na jednostronnych płytkach z tanich materiałów foliowych (FR-1 lub FR-2) i często posiadają wiele zworek, przypominających płytki dwustronne. Ta metoda tworzenia płytek drukowanych jest zalecana tylko w przypadku obwodów o niskiej częstotliwości. Z powodów, które zostaną opisane poniżej, Jednostronne płytki drukowane są bardzo podatne na zakłócenia. Dobra jednostronna płytka PCB jest dość trudna do zaprojektowania z wielu powodów. Niemniej jednak istnieją dobre deski tego typu, jednak przy ich projektowaniu trzeba dużo pomyśleć z wyprzedzeniem.

Dwuwarstwowe płytki drukowane

Na kolejnym poziomie znajdują się dwustronne płytki drukowane, w których w większości przypadków jako materiał podłoża wykorzystuje się FR-4, chociaż czasami spotyka się również FR-2. Bardziej preferowane jest zastosowanie FR-4, ponieważ otwory w płytkach drukowanych wykonanych z tego materiału są lepszej jakości. Obwody na dwustronnych płytkach drukowanych są znacznie łatwiejsze do okablowania, ponieważ W dwóch warstwach łatwiej jest poprowadzić przecinające się trasy. Jednakże w przypadku obwodów analogowych nie zaleca się krzyżowania śladów. Tam, gdzie jest to możliwe, warstwę dolną (dolną) należy przypisać do wielokąta masy, a pozostałe sygnały skierować do warstwy górnej (górnej). Korzystanie ze składowiska jako autobusu ziemnego ma kilka zalet:

• przewód wspólny jest najczęściej podłączanym przewodem w obwodzie; Dlatego rozsądne jest posiadanie dużej liczby wspólnych przewodów, aby uprościć okablowanie.
• zwiększa się wytrzymałość mechaniczna płyty.
• zmniejsza się rezystancja wszystkich połączeń do wspólnego przewodu, co z kolei zmniejsza hałas i zakłócenia.
• Zwiększona jest rozproszona pojemność każdego obwodu obwodu, co pomaga w tłumieniu emitowanego hałasu.
• wielokąt będący ekranem tłumi zakłócenia emitowane przez źródła znajdujące się z boku wielokąta.

Dwustronne płytki PCB, pomimo wszystkich swoich zalet, nie są najlepsze, szczególnie w przypadku obwodów o niskim sygnale lub o dużej prędkości. Ogólnie rzecz biorąc, grubość płytki drukowanej, tj. odległość pomiędzy warstwami metalizacji wynosi 1,5 mm, co jest zbyt duże, aby w pełni wykorzystać niektóre z podanych powyżej zalet dwuwarstwowej płytki drukowanej. Na przykład rozproszona pojemność jest zbyt mała ze względu na tak duży odstęp czasu.

Wielowarstwowe płytki drukowane

Do krytycznego projektowania obwodów wymagane są wielowarstwowe płytki drukowane (MPB). Niektóre powody ich stosowania są oczywiste:

• Dystrybucja szyn zasilających jest tak samo wygodna, jak w przypadku wspólnej magistrali przewodowej; jeśli jako szyny zasilające użyte zostaną wielokąty na osobnej warstwie, wówczas dość łatwo jest dostarczyć zasilanie do każdego elementu obwodu za pomocą przelotek;
• warstwy sygnałowe są wolne od szyn zasilających, co ułatwia okablowanie przewodów sygnałowych;
• Pomiędzy uziemieniem a wielokątami mocy pojawia się rozproszona pojemność, która redukuje szumy o wysokiej częstotliwości.

Oprócz tych powodów stosowania wielowarstwowych płytek drukowanych istnieją inne, mniej oczywiste:

• lepsze tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i radiowych (RFI) dzięki efektowi odbicia (efektu płaszczyzny obrazu), znanemu już od czasów Marconiego. Kiedy przewodnik zostanie umieszczony blisko płaskiej powierzchni przewodzącej, większość prądów powrotnych o wysokiej częstotliwości będzie płynąć wzdłuż płaszczyzny znajdującej się bezpośrednio pod przewodnikiem. Kierunek tych prądów będzie przeciwny do kierunku prądów w przewodniku. W ten sposób odbicie przewodnika w płaszczyźnie tworzy linię przesyłową sygnału. Ponieważ prądy w przewodniku i w płaszczyźnie są równe pod względem wielkości i mają przeciwny kierunek, powstaje pewna redukcja zakłóceń promieniowanych. Efekt odbicia działa skutecznie tylko w przypadku nieprzerwanych wielokątów bryłowych (mogą to być zarówno wielokąty uziemiające, jak i wielokąty potęgowe). Jakakolwiek utrata integralności spowoduje zmniejszenie tłumienia zakłóceń.
• obniżenie kosztów całkowitych produkcji na małą skalę. Chociaż wielowarstwowe płytki PCB są droższe w produkcji, ich potencjalne promieniowanie jest niższe niż w przypadku jedno- i dwuwarstwowych płytek PCB. Dlatego w niektórych przypadkach zastosowanie wyłącznie płyt wielowarstwowych pozwoli spełnić wymagania emisyjne ustalone podczas projektowania, bez dodatkowych badań i badań. Zastosowanie MPP pozwala obniżyć poziom emitowanych zakłóceń o 20 dB w porównaniu do płyt dwuwarstwowych.

Kolejność warstw

Niedoświadczeni projektanci często mają pewne wątpliwości co do optymalnej kolejności warstw PCB. Weźmy na przykład komorę 4-warstwową zawierającą dwie warstwy sygnałowe i dwie warstwy wielokątne – warstwę uziemiającą i warstwę mocy. Jaka jest najlepsza kolejność warstw? Warstwy sygnałowe pomiędzy wielokątami, które posłużą za ekrany? A może powinniśmy stworzyć warstwy wielokątów wewnętrzne, aby zmniejszyć zakłócenia warstw sygnałowych?

Rozwiązując ten problem należy pamiętać, że często lokalizacja warstw nie ma większego znaczenia, gdyż komponenty i tak znajdują się na warstwach zewnętrznych, a magistrale dostarczające sygnały do ​​ich pinów czasami przechodzą przez wszystkie warstwy. Dlatego wszelkie efekty ekranowe są tylko kompromisem. W takim przypadku lepiej zadbać o utworzenie dużej mocy rozproszonej pomiędzy wielokątami zasilającymi i uziemiającymi, umieszczając je w warstwach wewnętrznych.

Kolejną zaletą umieszczenia warstw sygnałowych na zewnątrz jest dostępność sygnałów do testów, a także możliwość modyfikacji połączeń. Każdy, kto kiedykolwiek zmieniał połączenia przewodów znajdujących się w warstwach wewnętrznych, doceni tę możliwość.

W przypadku płytek PCB z więcej niż czterema warstwami ogólną zasadą jest umieszczenie szybkich przewodów sygnałowych pomiędzy uziemieniem a wielokątami mocy i poprowadzenie przewodów sygnałowych niskiej częstotliwości do warstw zewnętrznych.

GRUNT

Podział gruntu na część analogową i cyfrową jest jedną z najprostszych i najskuteczniejszych metod redukcji szumów. Jedna lub więcej warstw wielowarstwowej płytki drukowanej jest zwykle dedykowana warstwie uziemionych wielokątów. Jeśli programista nie jest zbyt doświadczony lub nieuważny, wówczas masa części analogowej zostanie bezpośrednio połączona z tymi wielokątami, tj. analogowy prąd powrotny będzie korzystał z tego samego obwodu, co cyfrowy prąd powrotny. Auto-dystrybutorzy działają w podobny sposób i jednoczą wszystkie krainy w jedną całość.

Jeżeli obróbce poddawana jest opracowana wcześniej płytka drukowana z pojedynczym wielokątem masy łączącym masy analogowe i cyfrowe, wówczas należy najpierw fizycznie oddzielić masy na płytce (po tej operacji praca płytki staje się prawie niemożliwa). Następnie wykonuje się wszystkie połączenia z masą analogową elementów obwodu analogowego (powstaje masa analogowa) i z masą cyfrową elementów obwodu cyfrowego (powstaje masa cyfrowa). I dopiero potem u źródła łączy się masę cyfrową i analogową.

Inne zasady kształtowania terenu:

• Szyny zasilające i uziemiające muszą mieć ten sam potencjał AC, co oznacza zastosowanie kondensatorów odsprzęgających i rozproszonej pojemności.
• Unikaj nakładania się wielokątów analogowych i cyfrowych (ryc. 1). Umieść analogowe szyny zasilające i wielokąty nad analogowym wielokątem masy (podobnie jak w przypadku cyfrowych szyn zasilających). Jeśli w dowolnym miejscu obszary analogowe i cyfrowe nakładają się, rozproszona pojemność pomiędzy nakładającymi się obszarami utworzy sprzężenie prądu przemiennego, a szum z komponentów cyfrowych zostanie przeniesiony do obwodu analogowego. Takie nakładanie się unieważnia izolację składowisk.
  
• Separacja nie oznacza elektrycznego odizolowania masy analogowej od masy cyfrowej (rysunek 2). Muszą być połączone w jakiś, najlepiej jeden, węzeł o niskiej impedancji. Prawidłowy system uziemiający ma tylko jedno uziemienie, którym jest styk uziemiający w przypadku systemów zasilanych prądem przemiennym lub wspólna masa w przypadku systemów zasilanych prądem stałym (takich jak akumulator). Wszystkie prądy sygnałowe i zasilające w tym obwodzie muszą w jednym punkcie powrócić do masy, która będzie służyć jako masa systemu. Takim punktem może być końcówka korpusu urządzenia. Ważne jest, aby zrozumieć, że podłączając wspólny zacisk obwodu do kilku punktów na podwoziu, mogą powstać pętle masy. Stworzenie jednego wspólnego punktu scalania gruntów jest jednym z najtrudniejszych aspektów projektowania systemu.
  
• Jeśli to możliwe, oddzielne styki złącza przeznaczone do przenoszenia prądów powrotnych — prądy powrotne powinny być łączone tylko w punkcie uziemienia systemu. Starzenie się styków złączy, a także częste rozłączanie ich współpracujących części, prowadzi do wzrostu rezystancji styków, dlatego dla bardziej niezawodnej pracy konieczne jest stosowanie złączy z określoną liczbą dodatkowych pinów. Złożone cyfrowe płytki drukowane mają wiele warstw i zawierają setki lub tysiące przewodników. Dodanie kolejnego przewodu rzadko stwarza problem, ale dodanie dodatkowych styków złącza już tak. Jeśli nie da się tego zrobić, konieczne jest utworzenie dwóch przewodów prądu powrotnego dla każdej ścieżki zasilania na płytce, zachowując specjalne środki ostrożności.
• Ważne jest, aby odseparować cyfrowe szyny sygnałowe od miejsc na płytce PCB, w których znajdują się analogowe elementy układu. Obejmuje to izolację (ekranowanie) za pomocą wielokątów, tworzenie krótkich ścieżek sygnału analogowego i ostrożne rozmieszczenie elementów pasywnych w sąsiedztwie szybkich cyfrowych i analogowych szyn sygnałowych o krytycznym znaczeniu. Cyfrowe magistrale sygnałowe muszą być poprowadzone wokół obszarów z komponentami analogowymi i nie mogą zachodzić na szyny oraz obszary z analogową masą i mocą analogową. Jeśli nie zostanie to zrobione, projekt będzie zawierał nowy niezamierzony element - antenę, której promieniowanie będzie miało wpływ na komponenty analogowe i przewodniki o wysokiej impedancji (ryc. 3).

• Dobrą koncepcją jest umieszczenie analogowej części obwodu blisko złączy we/wy płytki. Projektanci cyfrowych płytek drukowanych wykorzystujących układy scalone dużej mocy często mają tendencję do prowadzenia szyn o szerokości 1 mm i długości kilku centymetrów do łączenia komponentów analogowych, wierząc, że niska rezystancja ścieżki pomoże wyeliminować zakłócenia. Tworzy to kondensator o wydłużonej folii, który będzie indukowany przez fałszywe sygnały z komponentów cyfrowych, cyfrowej masy i zasilania cyfrowego, co zaostrzy problem.

Przykład dobrego rozmieszczenia komponentów

Rysunek 4 przedstawia możliwy układ wszystkich komponentów na płytce, łącznie z zasilaczem. Wykorzystuje trzy oddzielne i izolowane płaszczyzny uziemienia/zasilania: jedną dla źródła, jedną dla obwodu cyfrowego i jedną dla obwodu analogowego. Obwody masy i zasilania części analogowej i cyfrowej są połączone tylko w zasilaczu. Szum o wysokiej częstotliwości jest filtrowany w obwodach mocy za pomocą dławików. W tym przykładzie sygnały wysokiej częstotliwości części analogowej i cyfrowej są oddzielone od siebie. Konstrukcja ta ma bardzo duże prawdopodobieństwo pozytywnego wyniku, gdyż zapewnia dobre rozmieszczenie podzespołów i przestrzeganie zasad separacji obwodów.

Jest tylko jeden przypadek, w którym konieczne jest połączenie sygnałów analogowych i cyfrowych na analogowym obszarze uziemienia. Przetworniki analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe umieszczone są w obudowach z pinami uziemiającymi analogowymi i cyfrowymi. Biorąc pod uwagę poprzednią dyskusję, można założyć, że cyfrowy pin uziemiający i analogowy pin uziemiający należy podłączyć odpowiednio do szyny uziemiającej cyfrowej i analogowej. Jednak w tym przypadku nie jest to prawdą.

Nazwy pinów (analogowe lub cyfrowe) odnoszą się wyłącznie do wewnętrznej budowy przetwornika, do jego wewnętrznych połączeń. W obwodzie te piny muszą być podłączone do analogowej szyny uziemiającej. Połączenie można wykonać także wewnątrz układu scalonego, jednak uzyskanie małej rezystancji takiego połączenia jest dość trudne ze względu na ograniczenia topologiczne. Dlatego przy stosowaniu konwerterów przyjmuje się, że piny masy analogowej i cyfrowej są połączone zewnętrznie. Jeśli nie zostanie to zrobione, parametry mikroukładu będą znacznie gorsze niż podane w specyfikacji.

Należy wziąć pod uwagę, że cyfrowe elementy przetwornika mogą pogorszyć charakterystykę jakościową obwodu poprzez wprowadzenie szumu cyfrowego do analogowych obwodów masy i analogowych obwodów mocy. Projektując przetwornice uwzględnia się ten negatywny wpływ tak, aby część cyfrowa pobierała jak najmniej prądu. Jednocześnie zmniejszone są zakłócenia powodowane przez przełączające elementy logiczne. Jeśli piny cyfrowe przetwornika nie są mocno obciążone, to wewnętrzne przełączanie zwykle nie powoduje specjalnych problemów. Projektując płytkę drukowaną zawierającą przetwornik ADC lub DAC, należy zwrócić szczególną uwagę na oddzielenie cyfrowego zasilania przetwornika od masy analogowej.

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE ELEMENTÓW PASYWNYCH

Wielu projektantów całkowicie ignoruje ograniczenia częstotliwościowe elementów pasywnych stosowanych w obwodach analogowych. Komponenty te mają ograniczone zakresy częstotliwości i eksploatacja ich poza określonym zakresem częstotliwości może prowadzić do nieprzewidywalnych wyników. Niektórzy mogą pomyśleć, że ta dyskusja dotyczy tylko szybkich obwodów analogowych. Nie jest to jednak prawdą – sygnały o wysokiej częstotliwości mają silny wpływ na elementy pasywne obwodów o niskiej częstotliwości poprzez promieniowanie lub bezpośrednią komunikację przez przewodniki. Na przykład prosty filtr dolnoprzepustowy we wzmacniaczu operacyjnym może z łatwością stać się filtrem górnoprzepustowym pod wpływem wysokiej częstotliwości na jego wejściu.

Rezystory

Charakterystykę rezystorów o wysokiej częstotliwości można przedstawić za pomocą obwodu zastępczego pokazanego na rysunku 5.

Kondensatory

Charakterystykę kondensatorów o wysokiej częstotliwości można przedstawić za pomocą obwodu zastępczego pokazanego na rysunku 6.

Tak naprawdę nikt nigdy nie widział kondensatora elektrolitycznego o reaktancji 160 μΩ. Płytki folii i kondensatorów elektrolitycznych to skręcone warstwy folii, które tworzą pasożytniczą indukcyjność. Efekt indukcyjności własnej w kondensatorach ceramicznych jest znacznie mniejszy, co pozwala na ich stosowanie podczas pracy przy wysokich częstotliwościach. Ponadto w kondensatorach występuje prąd upływowy pomiędzy płytkami, który jest odpowiednikiem rezystora podłączonego równolegle do ich zacisków, co dodaje swój efekt pasożytniczy do efektu rezystancji połączonych szeregowo zacisków i płytek. Ponadto elektrolit nie jest idealnym przewodnikiem. Wszystkie te rezystancje sumują się, tworząc równoważną rezystancję szeregową (ESR). Kondensatory stosowane jako odsprzęgacze muszą mieć niski ESR, ponieważ rezystancja szeregowa ogranicza skuteczność tłumienia tętnień i szumów. Zwiększanie temperatury roboczej znacznie zwiększa zastępczą rezystancję szeregową i może prowadzić do pogorszenia wydajności kondensatora. Dlatego też, jeśli planowane jest zastosowanie aluminiowego kondensatora elektrolitycznego w podwyższonych temperaturach pracy, konieczne jest zastosowanie kondensatorów odpowiedniego typu (105°C).

Przewody kondensatora również przyczyniają się do wzrostu indukcyjności pasożytniczej. W przypadku małych wartości pojemności ważne jest, aby długość przewodów była krótka. Połączenie pasożytniczej indukcyjności i pojemności może stworzyć obwód rezonansowy. Zakładając, że przewody mają indukcyjność około 8 nH na centymetr długości, kondensator 0,01 µF z przewodami o długości każdego centymetra będzie miał częstotliwość rezonansową około 12,5 MHz. Efekt ten jest znany inżynierom, którzy kilkadziesiąt lat temu opracowali elektroniczne urządzenia próżniowe. Każdy, kto odnawia zabytkowe radia i nie jest świadomy tego efektu, napotyka wiele problemów.

W przypadku stosowania kondensatorów elektrolitycznych należy zwrócić uwagę na prawidłowe podłączenie. Zacisk dodatni musi być podłączony do bardziej dodatniego stałego potencjału. Nieprawidłowe podłączenie powoduje przepływ prądu stałego przez kondensator elektrolityczny, co może uszkodzić nie tylko sam kondensator, ale także część obwodu.

W rzadkich przypadkach różnica potencjałów prądu stałego pomiędzy dwoma punktami obwodu może zmienić swój znak. Wymaga to zastosowania niepolarnych kondensatorów elektrolitycznych, których budowa wewnętrzna odpowiada dwóm kondensatorom polarnym połączonym szeregowo.

indukcyjność

Charakterystykę indukcyjności o wysokiej częstotliwości można przedstawić za pomocą obwodu zastępczego pokazanego na rysunku 7.

W rzeczywistości nie ma indukcyjności przy reaktancji 6,28 MΩ. Charakter występowania oporów pasożytniczych jest łatwy do zrozumienia – zwoje cewki wykonane są z drutu, który ma pewien opór na jednostkę długości. Pojemność pasożytniczą trudniej jest dostrzec, dopóki nie weźmie się pod uwagę, że kolejny zwój cewki znajduje się blisko poprzedniego, a sprzężenie pojemnościowe zachodzi pomiędzy blisko rozmieszczonymi przewodnikami. Pojemność pasożytnicza ogranicza górną częstotliwość roboczą. Drobne cewki drutowe zaczynają być nieskuteczne w zakresie 10...100 MHz.

Płytka drukowana

Sama płytka drukowana ma cechy omówionych powyżej elementów pasywnych, chociaż nie jest to tak oczywiste.

Układ przewodów na płytce drukowanej może być zarówno źródłem, jak i odbiornikiem zakłóceń. Dobre okablowanie zmniejsza wrażliwość obwodu analogowego na źródła promieniowania.

Płytka drukowana jest podatna na promieniowanie, ponieważ przewodniki i przewody elementów tworzą rodzaj anteny. Teoria anteny jest dość złożonym przedmiotem badań i nie jest omawiana w tym artykule. Jednakże podano tutaj pewne podstawy.

Trochę teorii anten

Jednym z głównych typów anten jest przewód biczowy lub prosty. Taka antena działa, ponieważ prosty przewodnik ma pasożytniczą indukcyjność i dlatego może skupiać i wychwytywać promieniowanie ze źródeł zewnętrznych. Całkowita impedancja prostego przewodnika składa się ze składników rezystancyjnych (aktywnych) i indukcyjnych (reaktywnych):

Przy prądzie stałym lub niskich częstotliwościach dominuje składnik aktywny. Wraz ze wzrostem częstotliwości składnik reaktywny staje się coraz bardziej znaczący. W zakresie od 1 kHz do 10 kHz zaczyna działać element indukcyjny, a przewodnik nie jest już złączem o niskiej impedancji, ale działa jak cewka indukcyjna.

Wzór na obliczenie indukcyjności przewodu PCB jest następujący:

Zazwyczaj ścieżki na płytce drukowanej mają wartości od 6 nH do 12 nH na centymetr długości. Na przykład przewodnik o długości 10 cm ma rezystancję 57 mOhm i indukcyjność 8 nH na cm.Przy częstotliwości 100 kHz reaktancja wynosi 50 mOhm, a przy wyższych częstotliwościach przewodnik będzie raczej indukcyjny niż rezystancyjny .

Zasada działania anteny biczowej jest taka, że ​​zaczyna ona zauważalnie oddziaływać z polem przy około 1/20 długości fali, a maksymalne oddziaływanie występuje przy długości pręta wynoszącej 1/4 długości fali. Zatem 10-centymetrowy przewodnik z przykładu z poprzedniego akapitu zacznie być całkiem dobrą anteną przy częstotliwościach powyżej 150 MHz. Należy pamiętać, że choć generator zegarowy układu cyfrowego może nie pracować na częstotliwościach powyżej 150 MHz, w jego sygnale zawsze obecne są wyższe harmoniczne. Jeśli na płytce drukowanej znajdują się elementy z pinami o znacznej długości, to takie piny mogą również służyć jako anteny.

Drugim głównym typem anteny jest antena pętlowa. Indukcyjność prostego przewodnika znacznie wzrasta, gdy zgina się i staje się częścią łuku. Zwiększanie indukcyjności zmniejsza częstotliwość, przy której antena zaczyna oddziaływać z liniami pola.

Doświadczeni projektanci PCB z rozsądną znajomością teorii anten pętlowych wiedzą, że nie należy projektować pętli dla sygnałów krytycznych. Niektórzy projektanci jednak o tym nie myślą, a przewodniki prądu powrotnego i sygnałowego w ich obwodach to pętle. Tworzenie anten pętlowych można łatwo zademonstrować na przykładzie (ryc. 8). Dodatkowo pokazano tutaj tworzenie anteny szczelinowej.

Rozważ trzy przypadki:

Opcja A jest przykładem złego projektu. W ogóle nie używa analogowego wielokąta uziemienia. Obwód pętli składa się z przewodu uziemiającego i sygnałowego. Kiedy przepływa prąd, powstaje pole elektryczne i pole magnetyczne prostopadłe do niego. Pola te stanowią podstawę anteny pętlowej. Zasada anteny pętlowej stanowi, że dla najlepszej wydajności długość każdego przewodnika powinna być równa połowie długości fali odbieranego promieniowania. Nie powinniśmy jednak zapominać, że nawet przy 1/20 długości fali antena pętlowa jest nadal dość skuteczna.

Opcja B jest lepsza od opcji A, ale w wielokącie jest przerwa, prawdopodobnie po to, aby stworzyć specjalne miejsce na poprowadzenie przewodów sygnałowych. Ścieżki sygnału i prądu powrotnego tworzą antenę szczelinową. Inne pętle tworzą się w wycięciach wokół żetonów.

Opcja B jest przykładem lepszego projektu. Ścieżki sygnału i prądu powrotnego pokrywają się, co neguje skuteczność anteny pętlowej. Należy pamiętać, że ta konstrukcja ma również wycięcia wokół chipów, ale są one oddzielone od ścieżki prądu powrotnego.

Teoria odbicia i dopasowania sygnału jest bliska teorii anten.

Kiedy przewód PCB zostanie obrócony o kąt 90°, może wystąpić odbicie sygnału. Wynika to głównie ze zmian szerokości toru prądowego. Na wierzchołku narożnika szerokość ścieżki zwiększa się 1.414 razy, co prowadzi do niedopasowania charakterystyki linii przesyłowej, zwłaszcza rozproszonej pojemności i własnej indukcyjności ścieżki. Dość często konieczne jest obrócenie ścieżki na płytce drukowanej o 90°. Wiele nowoczesnych pakietów CAD umożliwia wygładzenie narożników rysowanych tras lub rysowanie tras w formie łuku. Rysunek 9 przedstawia dwa etapy poprawy kształtu narożnika. Tylko ostatni przykład utrzymuje stałą szerokość ścieżki i minimalizuje odbicia.

Wskazówka dla doświadczonych projektantów PCB: proces wygładzania zostaw na ostatni etap pracy, zanim zaczniesz tworzyć piny w kształcie łezki i wypełniać wielokąty. W przeciwnym razie wygładzanie pakietu CAD będzie trwało dłużej ze względu na bardziej złożone obliczenia.

EFEKTY PASOŻYTNICZE PŁYTY DRUKOWANEJ

- 4 warstwy; warstwa wielokąta sygnału i podłoża przylegają do siebie,

- rozstaw międzywarstwowy - 0,2 mm,

- szerokość przewodu - 0,75 mm,

- długość przewodu - 7,5 mm.

Typowa stała dielektryczna ER dla FR-4 wynosi 4.5.

Podstawiając wszystkie wartości do wzoru, otrzymujemy wartość pojemności między tymi dwiema szynami równą 1,1 pF. Nawet tak pozornie mała pojemność jest w niektórych zastosowaniach nie do zaakceptowania. Rysunek 11 ilustruje wpływ pojemności 1 pF po podłączeniu do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego wysokiej częstotliwości.

Efekt ten rodzi liczne problemy, dla których istnieje jednak wiele sposobów ich rozwiązania. Najbardziej oczywistym z nich jest zmniejszenie długości przewodów. Innym sposobem jest zmniejszenie ich szerokości. Nie ma powodu, aby używać przewodu o tej szerokości do podłączenia sygnału do wejścia odwracającego, ponieważ Przez ten przewodnik przepływa bardzo mały prąd. Zmniejszenie długości ścieżki do 2,5 mm i szerokości do 0,2 mm doprowadzi do zmniejszenia pojemności do 0,1 pF, a taka pojemność nie będzie już prowadzić do tak znacznego wzrostu odpowiedzi częstotliwościowej. Innym rozwiązaniem jest usunięcie części wielokąta znajdującego się pod wejściem odwracającym i przewodu do niego prowadzącego.

Wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego, szczególnie szybkiego, jest bardzo podatne na oscylacje w obwodach o dużym wzmocnieniu. Jest to spowodowane niepożądaną pojemnością stopnia wejściowego wzmacniacza operacyjnego. Dlatego niezwykle ważne jest zmniejszenie pojemności pasożytniczej i umiejscowienie składowych sprzężenia zwrotnego jak najbliżej wejścia odwracającego. Jeżeli pomimo podjętych działań wzmacniacz zostanie wzbudzony, konieczne jest proporcjonalne zmniejszenie rezystancji rezystorów sprzężenia zwrotnego, aby zmienić częstotliwość rezonansową obwodu. Zwiększenie rezystorów też może pomóc, chociaż znacznie rzadziej, bo efekt wzbudzenia zależy również od impedancji obwodu. Zmieniając rezystory sprzężenia zwrotnego nie możemy zapomnieć o zmianie pojemności kondensatora korekcyjnego. Nie wolno nam również zapominać, że wraz ze spadkiem rezystancji rezystorów wzrasta zużycie energii przez obwód.

Szerokość przewodów PCB nie może być zmniejszana w nieskończoność. O maksymalnej szerokości decyduje zarówno proces technologiczny, jak i grubość folii. Jeżeli dwa przewodniki przechodzą blisko siebie, wówczas powstaje między nimi sprzężenie pojemnościowe i indukcyjne (ryc. 12).

Zależności opisujące te pasożytnicze efekty są na tyle złożone, że można je przedstawić w tym artykule, ale można je znaleźć w literaturze dotyczącej linii transmisyjnych i linii paskowych.

Przewodów sygnałowych nie należy prowadzić równolegle do siebie, z wyjątkiem linii różnicowych lub mikropaskowych. Odstęp między przewodami powinien być co najmniej trzykrotnie większy od szerokości przewodów.

Pojemność między ścieżkami w obwodach analogowych może powodować problemy przy dużych wartościach rezystorów (kilka megaomów). Stosunkowo duże sprzężenie pojemnościowe pomiędzy wejściami odwracającymi i nieodwracającymi wzmacniacza operacyjnego może łatwo spowodować oscylacje obwodu.

Zawsze, gdy podczas układania płytki drukowanej istnieje potrzeba wykonania przelotki, czyli tzw. połączenia międzywarstwowego (rys. 13), należy pamiętać, że powstaje również indukcyjność pasożytnicza. Przy średnicy otworu po metalizacji d i długości kanału h indukcyjność można obliczyć za pomocą następującego przybliżonego wzoru:

Na przykład dla d=0,4 mm i h=1,5 mm (dość powszechne wartości) indukcyjność otworu wynosi 1,1 nH.

Należy pamiętać, że indukcyjność otworu wraz z tą samą pasożytniczą pojemnością tworzy obwód rezonansowy, który może mieć wpływ podczas pracy przy wysokich częstotliwościach. Indukcyjność własna przelotki jest dość mała, a częstotliwość rezonansowa mieści się gdzieś w zakresie gigaherców, ale jeśli sygnał zostanie zmuszony do przejścia przez kilka przelotek na swojej drodze, wówczas ich indukcyjności sumują się (połączenie szeregowe), a rezonans częstotliwość maleje. Wniosek: staraj się unikać dużej liczby przelotek podczas prowadzenia krytycznych przewodów wysokiej częstotliwości w obwodach analogowych. Kolejne negatywne zjawisko: przy dużej liczbie przelotek w wielokącie uziemiającym można tworzyć pętle. Najlepsze okablowanie analogowe - wszystkie przewody sygnałowe znajdują się na jednej warstwie płytki drukowanej.

Oprócz omówionych powyżej skutków pasożytniczych, zdarzają się również takie, które związane są z niedostatecznie czystą powierzchnią deski.

Pamiętaj, że jeśli w obwodzie występują duże rezystancje, należy zwrócić szczególną uwagę na czyszczenie płytki. Podczas końcowych operacji wytwarzania płytki drukowanej należy usunąć wszelki pozostały topnik i zanieczyszczenia. Ostatnio przy montażu płytek drukowanych często stosuje się topniki rozpuszczalne w wodzie. Ponieważ są mniej szkodliwe, można je łatwo usunąć wodą. Ale jednocześnie mycie płyty niewystarczająco czystą wodą może prowadzić do dodatkowego zanieczyszczenia, które pogarsza właściwości dielektryczne. Dlatego bardzo ważne jest czyszczenie płytki drukowanej o wysokiej impedancji świeżą wodą destylowaną.

SPRZĘŻENIE SYGNAŁÓW

Jeśli chcesz ułożyć płytkę drukowaną zawierającą zarówno części analogowe, jak i cyfrowe, musisz przynajmniej w niewielkim stopniu zrozumieć charakterystykę elektryczną elementów logicznych.

Typowy stopień wyjściowy elementu logicznego składa się z dwóch tranzystorów połączonych szeregowo ze sobą oraz pomiędzy obwodami zasilania i masy (rys. 14).

Sytuacja zmienia się radykalnie, gdy stopień wyjściowy przechodzi z jednego stanu logicznego do drugiego. W takim przypadku przez krótki czas oba tranzystory mogą być otwarte jednocześnie, a prąd zasilania stopnia wyjściowego znacznie wzrasta, ponieważ rezystancja ścieżki prądowej od szyny zasilającej do szyny uziemiającej przez dwa połączone szeregowo tranzystory maleje. Pobór mocy gwałtownie wzrasta, a następnie maleje, co prowadzi do lokalnej zmiany napięcia zasilania i wystąpienia ostrej, krótkotrwałej zmiany prądu. Te zmiany prądu powodują emisję energii o częstotliwości radiowej. Nawet na stosunkowo prostej płytce drukowanej można uwzględnić dziesiątki lub setki stopni wyjściowych elementów logicznych, zatem łączny efekt ich jednoczesnego działania może być bardzo duży.

Niemożliwe jest dokładne przewidzenie zakresu częstotliwości, w jakim wystąpią te skoki prądu, ponieważ częstotliwość ich występowania zależy od wielu czynników, w tym od opóźnienia propagacji tranzystorów przełączających elementu logicznego. Opóźnienie z kolei zależy również od wielu przyczyn losowych, które powstają w trakcie procesu produkcyjnego. Szum przełączający charakteryzuje się szerokopasmowym rozkładem składowych harmonicznych w całym zakresie. Istnieje kilka metod tłumienia szumu cyfrowego, których zastosowanie zależy od rozkładu widmowego szumu.

Tabela 2 pokazuje maksymalne częstotliwości robocze dla popularnych typów kondensatorów.

Tabela 2

Typ	Maksymalna częstotliwość
elektrolit aluminiowy,	100 кГц
tantal elektrolityczny	1 MHz
mika	500 MHz
керамический	1 GHz

Z tabeli wynika, że ​​dla częstotliwości poniżej 1 MHz stosuje się kondensatory elektrolityczne tantalowe, przy wyższych częstotliwościach należy stosować kondensatory ceramiczne. Należy pamiętać, że kondensatory mają swój rezonans i ich nieprawidłowy dobór może nie tylko nie pomóc, ale i pogorszyć problem. Rysunek 15 pokazuje typowe rezonanse własne dwóch popularnych kondensatorów - elektrolitycznego tantalu 10 μF i ceramicznego 0,01 μF.

Rzeczywiste specyfikacje mogą się różnić u różnych producentów, a nawet w zależności od partii tego samego producenta. Ważne jest, aby zrozumieć, że aby kondensator działał skutecznie, częstotliwości, które tłumi, muszą znajdować się w niższym zakresie niż jego własna częstotliwość rezonansowa. W przeciwnym razie charakter reaktancji będzie indukcyjny, a kondensator nie będzie już działał skutecznie.

Nie należy się mylić, że jeden kondensator 0,1 µF stłumi wszystkie częstotliwości. Małe kondensatory (10 nF lub mniej) mogą działać wydajniej przy wyższych częstotliwościach.

Oddzielenie zasilania IC

Oddzielenie zasilania układów scalonych w celu tłumienia szumów o wysokiej częstotliwości polega na zastosowaniu jednego lub większej liczby kondensatorów podłączonych pomiędzy pinami zasilania i masy. Ważne jest, aby przewody łączące przewody z kondensatorami były krótkie. Jeżeli tak nie jest, indukcyjność własna przewodników odegra znaczącą rolę i zniweczy korzyści wynikające ze stosowania kondensatorów odsprzęgających.

Kondensator odsprzęgający musi być podłączony do każdego pakietu chipów, niezależnie od tego, czy w pakiecie znajduje się 1, 2, czy 4 wzmacniacze operacyjne.Jeśli wzmacniacz operacyjny jest zasilany podwójnie, jest rzeczą oczywistą, że kondensatory odsprzęgające powinny być umieszczone w każdy pin zasilania. Wartość pojemności należy starannie dobrać w zależności od rodzaju szumu i zakłóceń występujących w obwodzie.

W szczególnie trudnych przypadkach może zaistnieć konieczność dodania indukcyjności połączonej szeregowo z mocą wyjściową. Indukcyjność powinna być umieszczona przed, a nie za kondensatorami.

Innym, tańszym sposobem jest wymiana indukcyjności na rezystor o małej rezystancji (10...100 omów). W tym przypadku wraz z kondensatorem odsprzęgającym rezystor tworzy filtr dolnoprzepustowy. Ta metoda zmniejsza zakres zasilania wzmacniacza operacyjnego, który również staje się bardziej zależny od zużycia energii.

Zwykle, aby stłumić szumy o niskiej częstotliwości w obwodach mocy, wystarczy zastosować jeden lub więcej aluminiowych lub tantalowych kondensatorów elektrolitycznych na złączu wejściowym zasilania. Dodatkowy kondensator ceramiczny stłumi zakłócenia o wysokiej częstotliwości z innych płytek.

DEPOZYT ​​WEJŚCIOWY I WYJŚCIOWY

W sytuacji, gdy zakres częstotliwości indukowanego szumu znacznie różni się od zakresu częstotliwości obwodu, rozwiązanie jest proste i oczywiste - umieszczenie pasywnego filtra RC w celu tłumienia zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Stosując jednak filtr pasywny należy zachować ostrożność: jego charakterystyka (ze względu na nieidealną charakterystykę częstotliwościową elementów pasywnych) traci swoje właściwości przy częstotliwościach 100...1000 razy wyższych od częstotliwości odcięcia (f_3db). W przypadku stosowania filtrów połączonych szeregowo, dostrojonych do różnych zakresów częstotliwości, filtr o wyższej częstotliwości powinien znajdować się najbliżej źródła zakłóceń. Do tłumienia hałasu można również zastosować cewki z pierścieniem ferrytowym; zachowują indukcyjny charakter rezystancji do określonej częstotliwości, a powyżej ich rezystancja staje się aktywna.

Zakłócenia w obwodzie analogowym mogą być tak duże, że można się ich pozbyć (lub przynajmniej zmniejszyć) jedynie za pomocą ekranów. Aby działały skutecznie, muszą być starannie zaprojektowane, aby częstotliwości powodujące najwięcej problemów nie mogły przedostać się do obwodu. Oznacza to, że ekran nie powinien mieć otworów ani wycięć większych niż 1/20 długości fali ekranowanego promieniowania. Warto już na samym początku projektowania PCB przeznaczyć odpowiednią ilość miejsca na proponowany ekran. W przypadku korzystania z ekranu można opcjonalnie zastosować pierścienie ferrytowe (lub koraliki) do wszystkich połączeń w obwodzie.

KORPUSY OP-AMP

W pojedynczym wzmacniaczu operacyjnym wyjście znajduje się po przeciwnej stronie wejść. Może to utrudniać obsługę wzmacniacza przy wysokich częstotliwościach ze względu na długie linie sprzężenia zwrotnego. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest umieszczenie wzmacniacza i elementów sprzężenia zwrotnego po różnych stronach płytki drukowanej. To jednak skutkuje co najmniej dwoma dodatkowymi otworami i nacięciami w wielokącie szlifowanym. Czasami warto zastosować podwójny wzmacniacz operacyjny, aby rozwiązać ten problem, nawet jeśli drugi wzmacniacz nie jest używany (a jego piny muszą być prawidłowo podłączone). Rysunek 17 ilustruje redukcję długości przewodów obwodu sprzężenia zwrotnego dla połączenia odwracającego.

Oprócz powyższych, podwójne i poczwórne wzmacniacze operacyjne pozwalają na gęstszą instalację. Poszczególne wzmacniacze wydają się być względem siebie lustrzanym odbiciem (rys. 18).

Rysunki 17 i 18 nie pokazują wszystkich połączeń wymaganych do normalnej pracy, np. sterownika średniego poziomu na jednym zasilaniu. Rysunek 19 pokazuje schemat takiego modułu kształtującego przy użyciu wzmacniacza poczwórnego.

Schemat pokazuje wszystkie niezbędne połączenia do realizacji trzech niezależnych stopni odwracania. Należy zwrócić uwagę na to, że przewody sterownika napięcia połowy zasilania znajdują się bezpośrednio pod obudową układu scalonego, co pozwala na zmniejszenie ich długości. Ten przykład ilustruje nie to, co powinno być, ale co należy zrobić. Na przykład średni poziom napięcia może być taki sam dla wszystkich czterech wzmacniaczy. Elementy pasywne można odpowiednio dobrać. Na przykład elementy planarne o rozmiarze ramy 0402 odpowiadają rozstawowi pinów standardowego pakietu SO. Pozwala to na zachowanie bardzo krótkich długości przewodów w zastosowaniach o wysokiej częstotliwości.

Typy pakietów wzmacniaczy operacyjnych obejmują głównie DIP (dual-in-line) i SO (mały zarys). Wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru opakowania zmniejsza się również odstęp między przewodami, co pozwala na zastosowanie mniejszych elementów pasywnych. Ogólne zmniejszenie rozmiaru obwodu zmniejsza indukcyjność pasożytniczą i umożliwia pracę przy wyższych częstotliwościach. Jednakże powoduje to również większy przesłuch ze względu na zwiększone sprzężenie pojemnościowe pomiędzy elementami i przewodnikami.

MONTAŻ WOLUMETRYCZNY I POWIERZCHNIOWY

Ponadto przy zastosowaniu komponentów zewnętrznych zwiększają się wymiary płytki i długość przewodów, co nie pozwala na pracę obwodu przy wysokich częstotliwościach. Przelotki mają własną indukcyjność, co również ogranicza charakterystykę dynamiczną obwodu. Dlatego komponenty napowietrzne nie są zalecane do realizacji obwodów wysokiej częstotliwości lub obwodów analogowych zlokalizowanych w pobliżu szybkich obwodów logicznych.

Niektórzy projektanci, próbując zmniejszyć długość przewodów, umieszczają rezystory pionowo. Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że skraca to długość trasy. Zwiększa to jednak ścieżkę prądu przez rezystor, a sam rezystor stanowi pętlę (zwrot indukcyjności). Zdolność emitowania i odbierania wzrasta wielokrotnie.

Montaż powierzchniowy nie wymaga otworu na każdy przewód komponentowy. Jednakże podczas testowania obwodu pojawiają się problemy i konieczne jest wykorzystanie przelotek jako punktów testowych, szczególnie w przypadku stosowania małych elementów.

NIEUŻYWANE SEKCJE

WNIOSEK

• pomyśl o płytce drukowanej jako o elemencie obwodu elektrycznego;
• mieć świadomość i zrozumienie źródeł hałasu i zakłóceń;
• model i układ obwodów.

Płytka drukowana:

• używaj płytek drukowanych wyłącznie z materiału wysokiej jakości (na przykład FR-4);
• obwody wykonane na wielowarstwowych płytkach drukowanych są o 20 dB mniej podatne na zakłócenia zewnętrzne niż obwody wykonane na płytkach dwuwarstwowych;
• używaj oddzielnych, nie nakładających się wielokątów dla różnych gruntów i kanałów;
• Umieść wielokąty masy i zasilania na wewnętrznych warstwach płytki PCB.

Składniki:

• Należy pamiętać o ograniczeniach częstotliwości wprowadzanych przez komponenty pasywne i ścieżki na płytce;
• staraj się unikać pionowego umieszczania elementów pasywnych w obwodach o dużej prędkości;
• W przypadku obwodów wysokiej częstotliwości należy stosować komponenty przeznaczone do montażu powierzchniowego;
• przewodniki powinny być krótsze, tym lepiej;
• jeśli wymagana jest większa długość przewodu, zmniejsz jego szerokość;
• Niewykorzystane piny elementów aktywnych muszą być prawidłowo podłączone.

• umieść obwód analogowy w pobliżu złącza zasilania;
• nigdy nie prowadź przewodów przesyłających sygnały logiczne przez obszar analogowy płytki i odwrotnie;
• zwarcie przewodów odpowiednich dla wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego;
• upewnij się, że przewody wejść odwracających i nieodwracających wzmacniacza operacyjnego nie są umieszczone równolegle do siebie na dużej odległości;
• staraj się unikać używania dodatkowych przelotek, ponieważ... ich własna indukcyjność może powodować dodatkowe problemy;
• nie prowadzić przewodów pod kątem prostym i w miarę możliwości wygładzić wierzchołki narożników.

Wymieniać:

• stosować odpowiednie typy kondensatorów w celu tłumienia szumów w obwodach zasilających;
• aby stłumić zakłócenia i szumy o niskiej częstotliwości, należy zastosować kondensatory tantalowe na złączu wejściowym zasilania;
• Aby stłumić zakłócenia i szumy o wysokiej częstotliwości, należy zastosować kondensatory ceramiczne na złączu wejściowym zasilania;
• użyj kondensatorów ceramicznych na każdym pinie zasilania mikroukładu; w razie potrzeby użyj kilku kondensatorów dla różnych zakresów częstotliwości;
• jeśli w obwodzie występuje wzbudzenie, konieczne jest zastosowanie kondensatorów o niższej wartości pojemności, a nie większej;
• w trudnych przypadkach należy w obwodach mocy stosować połączone szeregowo rezystory o małej rezystancji lub indukcyjności;
• Kondensatory odsprzęgające moc analogową należy podłączać wyłącznie do masy analogowej, a nie cyfrowej.

Opony samochodowe z żywym mchem w środku 19.03.2018

Goodyear zaprezentował na kolejnym Salonie Samochodowym w Genewie bardzo nietypową koncepcję - opony Oxygene z żywym mchem w środku, który pochłania dwutlenek węgla i wytwarza tlen.

Zakłada się, że takie opony będą w stanie generować energię poprzez fotosyntezę. Zgodnie z planem firmy będą pochłaniały CO2 z powietrza i wilgoć z nawierzchni drogi, odżywiając mech wewnątrz ściany bocznej i wytwarzając tlen. Goodyear szacuje, że w mieście wielkości Paryża, w którym porusza się około 2,5 miliona samochodów, powszechne stosowanie opon Oxygene będzie generować około 3 ton tlenu i pochłaniać ponad 000 ton dwutlenku węgla rocznie.

Ponadto opony koncepcyjne wykorzystują uzyskaną energię do zasilania wewnętrznej elektroniki, w szczególności wbudowanych czujników i jednostki przetwarzania danych. Zwraca się również uwagę, że opony będą korzystały z technologii Li-Fi, co pozwoli im „komunikować się” z innymi samochodami i infrastrukturą drogową. Według Goodyeara, bieżniki zostaną wydrukowane w 3D z proszku gumowego uzyskanego z opon pochodzących z recyklingu.