האם יש להפריד את שכבות הקרקע AGND ו-DGND?
התשובה הפשוטה היא שזה תלוי במצב, והתשובה המפורטת היא שבדרך כלל הם לא מופרדים.כי ברוב המקרים, הפרדת שכבת האדמה רק תגביר את השראות של זרם החוזר, מה שמביא יותר נזק מתועלת.הנוסחה V = L(di/dt) מראה שככל שההשראות עולה, רעש המתח גדל.וכאשר זרם המיתוג גדל (מכיוון שקצב הדגימה של הממיר גדל), גם רעש המתח יגדל.לכן, יש לחבר את שכבות ההארקה יחד.
דוגמה לכך היא שבחלק מהיישומים, על מנת לעמוד בדרישות התכנון המסורתיות, יש למקם מתח אפיק מלוכלך או מעגלים דיגיטליים באזורים מסוימים, אך גם על ידי אילוצי הגודל, מה שהופך את הלוח לא יכול להשיג מחיצת פריסה טובה, בזה במקרה, שכבת הארקה נפרדת היא המפתח להשגת ביצועים טובים.עם זאת, על מנת שהתכנון הכולל יהיה יעיל, שכבות הארקה אלו חייבות להיות מחוברות יחד איפשהו על הלוח על ידי גשר או נקודת חיבור.לכן, נקודות החיבור צריכות להיות מפוזרות באופן שווה על פני שכבות ההארקה המופרדות.בסופו של דבר, לעתים קרובות תהיה נקודת חיבור על ה-PCB שהופכת למיקום הטוב ביותר להחזרת זרם לעבור מבלי לגרום לירידה בביצועים.נקודת חיבור זו ממוקמת בדרך כלל ליד או מתחת לממיר.
בעת תכנון שכבות אספקת החשמל, השתמש בכל עקבות הנחושת הזמינות עבור שכבות אלו.במידת האפשר, אל תאפשר לשכבות אלו לחלוק יישורים, שכן יישורים נוספים וחיבורים יכולים לפגוע במהירות בשכבת אספקת החשמל על ידי פיצולה לחתיכות קטנות יותר.שכבת הכוח הדלילה המתקבלת יכולה לסחוט את נתיבי הזרם למקום שבו הם נחוצים ביותר, כלומר פיני הכוח של הממיר.סחיטת הזרם בין הצינורות והיישורים מעלה את ההתנגדות, וגורמת לירידת מתח קלה על פני פיני הכוח של הממיר.
לבסוף, מיקום שכבת אספקת החשמל הוא קריטי.לעולם אל תערום שכבת אספקת חשמל דיגיטלית רועשת על גבי שכבת ספק כוח אנלוגית, או שהשניים עדיין עשויים להיצמד למרות שהם נמצאים בשכבות שונות.כדי למזער את הסיכון לפגיעה בביצועי המערכת, העיצוב צריך להפריד סוגים אלה של שכבות במקום לערום אותן יחד במידת האפשר.
האם ניתן להתעלם מתכנון מערכת אספקת החשמל (PDS) של PCB?
מטרת התכנון של PDS היא למזער את אדוות המתח שנוצרות בתגובה לדרישת זרם אספקת החשמל.כל המעגלים דורשים זרם, חלקם עם ביקוש גבוה ואחרים הדורשים אספקת זרם בקצב מהיר יותר.שימוש בכוח בעל עכבה נמוכה או שכבת הארקה מנותקת מלאה ולמינציה טובה של PCB ממזער את אדוות המתח עקב הדרישה הנוכחית של המעגל.לדוגמה, אם התכנון מתוכנן לזרם מיתוג של 1A והעכבה של ה-PDS היא 10mΩ, אדוות המתח המקסימלית היא 10mV.
ראשית, יש לתכנן מבנה מחסנית PCB כדי לתמוך בשכבות קיבול גדולות יותר.לדוגמה, ערימה של שש שכבות עשויה להכיל שכבת אות עליונה, שכבת קרקע ראשונה, שכבת הספק ראשונה, שכבת הספק שנייה, שכבת קרקע שנייה ושכבת אות תחתונה.שכבת ההארקה הראשונה ושכבת אספקת החשמל הראשונה מסופקות להיות בסמיכות זו לזו במבנה המוערם, ושתי השכבות הללו מרוחקות במרחק של 2 עד 3 מיילים זו מזו כדי ליצור קיבול שכבה פנימי.היתרון הגדול של קבל זה הוא שהוא חינמי ורק צריך לציין אותו בהערות ייצור PCB.אם יש לפצל את שכבת אספקת החשמל וישנן מספר מסילות חשמל של VDD באותה שכבה, יש להשתמש בשכבת אספקת החשמל הגדולה ביותר האפשרית.אל תשאירו חורים ריקים, אלא שימו לב גם למעגלים רגישים.זה ימקסם את הקיבול של אותה שכבת VDD.אם התכנון מאפשר נוכחות של שכבות נוספות, יש למקם שתי שכבות הארקה נוספות בין שכבת אספקת החשמל הראשונה והשנייה.במקרה של אותו מרווח ליבה של 2 עד 3 מיליליטר, הקיבול המובנה של המבנה הלמינציה יוכפל בשלב זה.
למינציה אידיאלית של PCB, יש להשתמש בקבלי ניתוק בנקודת הכניסה ההתחלתית של שכבת אספקת החשמל ומסביב ל-DUT, מה שיבטיח שעכבת PDS נמוכה בכל טווח התדרים.שימוש במספר קבלים של 0.001µF עד 100µF יעזור לכסות את הטווח הזה.אין צורך להחזיק קבלים בכל מקום;עגינה של קבלים ישירות מול ה-DUT תפר את כל כללי הייצור.אם יש צורך באמצעים חמורים כאלה, למעגל יש בעיות אחרות.
החשיבות של רפידות חשופות (E-Pad)
זהו היבט שקל להתעלם ממנו, אך הוא קריטי להשגת הביצועים הטובים ביותר ופיזור החום של עיצוב ה-PCB.
משטח חשוף (Pin 0) מתייחס למשטח מתחת לרוב ה-IC המהיר המודרני, וזהו חיבור חשוב שדרכו כל ההארקה הפנימית של השבב מחוברת לנקודה מרכזית מתחת למכשיר.הנוכחות של פד חשוף מאפשרת לממירים ומגברים רבים לבטל את הצורך בפין הארקה.המפתח הוא ליצור חיבור חשמלי וחיבור תרמי יציב ואמין בעת הלחמת רפידה זו ל-PCB, אחרת המערכת עלולה להינזק קשות.
ניתן להשיג חיבורים חשמליים ותרמיים אופטימליים עבור רפידות חשופות על ידי ביצוע שלושה שלבים.ראשית, במידת האפשר, יש לשכפל את הרפידות החשופות על כל שכבת PCB, מה שיספק חיבור תרמי עבה יותר לכל הארקה ובכך פיזור חום מהיר, חשוב במיוחד עבור התקני הספק גבוה.בצד החשמלי, זה יספק חיבור שווי פוטנציאל טוב לכל שכבות ההארקה.כאשר משכפלים את הרפידות החשופות על השכבה התחתונה, ניתן להשתמש בה כנקודת קרקע לניתוק וכמקום להרכבת גופי קירור.
לאחר מכן, פצל את הרפידות החשופות למספר חלקים זהים.צורת לוח דמקה היא הטובה ביותר וניתן להשיג אותה על ידי רשתות צולבות מסך או מסכות הלחמה.במהלך הרכבה מזרימה חוזרת, לא ניתן לקבוע כיצד משחת ההלחמה זורמת כדי ליצור את החיבור בין ההתקן ל-PCB, כך שהחיבור עשוי להיות קיים אך מופץ בצורה לא אחידה, או גרוע מכך, החיבור קטן וממוקם בפינה.חלוקת הכרית החשופה לחלקים קטנים יותר מאפשרת לכל אזור לקבל נקודת חיבור, ובכך להבטיח חיבור אמין ואחיד בין המכשיר ל-PCB.
לבסוף, יש לוודא שלכל חלק יש חיבור מעל חור לאדמה.השטחים הם בדרך כלל גדולים מספיק כדי להחזיק מספר דרך.לפני ההרכבה, הקפד למלא כל דרך במשחת הלחמה או אפוקסי.שלב זה חשוב כדי להבטיח שמשחת ההלחמה של הכרית החשופה לא תזרום חזרה לתוך חללי המעבר, שאחרת יפחית את הסיכויים לחיבור תקין.
בעיית הצמוד בין השכבות ב-PCB
בתכנון PCB, בחיווט הפריסה של כמה ממירים מהירים תהיה בהכרח שכבת מעגל אחת מצומדת עם אחרת.במקרים מסוימים, השכבה האנלוגית הרגישה (הספק, הארקה או אות) עשויה להיות ישירות מעל השכבה הדיגיטלית בעלת הרעש הגבוה.רוב המעצבים חושבים שזה לא רלוונטי כי שכבות אלו ממוקמות על שכבות שונות.האם זה המקרה?בואו נסתכל על מבחן פשוט.
בחר אחת מהשכבות הסמוכות והזריק אות ברמה זו, לאחר מכן חבר את השכבות המצולבות למנתח ספקטרום.כפי שאתה יכול לראות, יש הרבה מאוד אותות המקושרים לשכבה הסמוכה.אפילו עם מרווח של 40 מיל, יש תחושה שבה השכבות הסמוכות עדיין יוצרות קיבול, כך שבתדרים מסוימים האות עדיין יהיה מקושר משכבה אחת לאחרת.
בהנחה שלחלק דיגיטלי עם רעש גבוה בשכבה יש אות 1V ממתג מהירות גבוהה, השכבה הלא מונעת תראה אות 1mV מחובר מהשכבה המונעת כאשר הבידוד בין השכבות הוא 60dB.עבור ממיר אנלוגי-לדיגיטלי (ADC) של 12 סיביות עם תנופה בקנה מידה מלא של 2Vp-p, המשמעות היא 2LSB (הביט הפחות משמעותי) של צימוד.עבור מערכת נתונה, זו אולי לא בעיה, אך יש לשים לב שכאשר הרזולוציה מוגברת מ-12 ל-14 סיביות, הרגישות עולה בפקטור של ארבע וכך השגיאה עולה ל-8LSB.
התעלמות מצימוד חוצה מישור/שכבה עלולה לא לגרום לתכנון המערכת להיכשל, או להחליש את התכנון, אך יש לשמור על ערנות, מכיוון שייתכן שיש יותר צימוד בין שתי השכבות ממה שניתן לצפות.
יש לציין זאת כאשר נמצא צימוד מזויף של רעש בתוך ספקטרום היעד.לפעמים חיווט פריסה יכול להוביל לאותות לא מכוונים או לצמוד שכבות לשכבות שונות.זכור זאת בעת איתור באגים במערכות רגישות: הבעיה עשויה להיות בשכבה למטה.
הכתבה לקוחה מהרשת, במידה ויש הפרה נא ליצור קשר למחיקה, תודה!
זמן פרסום: 27 באפריל 2022