Experiencia en diseño de PCB: similitudes y diferencias entre diseño digital y analógico.

Experiencia en diseño de PCB: similitudes y diferencias entre diseño digital y analógico.

Similitudes entre las estrategias de enrutamiento analógico y digital.

1) Conductores de desvío o desacoplamiento

Tanto los dispositivos analógicos como los digitales requieren este tipo de condensadores cuando se enrutan. Deben estar conectados a un condensador cerca de sus pines de alimentación. Este condensador es típicamente de 0.1 mF. Se requiere otro tipo de condensador en el lado de la fuente de alimentación del sistema. Típicamente, este condensador es de aproximadamente 10 mF.

 

Las ubicaciones de estos capacitores se muestran en la Figura 1. El rango de capacitancia está entre 1/10 y 10 veces el valor recomendado. Sin embargo, los pines deben ser cortos y lo más cerca posible del dispositivo (para capacitores de 0.1mF) o de la fuente de alimentación (para capacitores de 10mF).

 

La adición de condensadores de desvío o desacoplamiento a la placa y la ubicación de estos condensadores en la placa son de sentido común para los diseños digitales y analógicos. Pero lo interesante es que las razones son diferentes. En los diseños de cableado analógico, los condensadores de derivación se utilizan normalmente para evitar las señales de alta frecuencia en la fuente de alimentación. Si no se agregan capacitores de derivación, estas señales de alta frecuencia pueden ingresar al chip analógico sensible a través de los pines de la fuente de alimentación.

 

En general, la frecuencia de estas señales de alta frecuencia excede la capacidad de los dispositivos analógicos para rechazar señales de alta frecuencia. Si no se usa un capacitor de derivación en el circuito analógico, se puede introducir ruido en la ruta de la señal, e incluso condiciones más severas pueden causar vibración.

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En los diseños de PCB analógicos y digitales, los condensadores de desvío o desacoplamiento (1mF) deben colocarse lo más cerca posible del dispositivo. El condensador de desacoplamiento de la fuente de alimentación (10 mF) debe colocarse en la entrada de la línea de alimentación de la placa. En todos los casos, los pines de estos capacitores deben ser cortos.

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En este tablero, se utilizan diferentes rutas para enrutar las líneas eléctricas y terrestres. Debido a este ajuste incorrecto, es más probable que los componentes electrónicos y las líneas de la placa sufran alteraciones electromagnéticas.

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En este panel único, los cables de alimentación y de tierra a los dispositivos en la placa están cerca uno del otro. La correspondencia de los cables de alimentación y tierra en esta placa es más apropiada que en la Figura 2. La posibilidad de interferencia electromagnética (EMI) en los componentes electrónicos y los circuitos de la placa se reduce en 679 / 12.8 veces o aproximadamente 54 veces.

 

Para dispositivos digitales como controladores y procesadores, también se requieren desacoplamientos de los capacitores, pero por diferentes motivos. Una de las funciones de estos condensadores es actuar como un "mini" banco de carga. En los circuitos digitales, la conmutación del estado de la puerta generalmente requiere una gran corriente. Debido a que las corrientes transitorias de conmutación se generan en el chip y fluyen a través de la placa durante la conmutación, es ventajoso tener una carga de "espera" adicional. Si no hay suficiente carga al realizar la acción de conmutación, el voltaje de la fuente de alimentación cambiará enormemente. Un cambio de voltaje demasiado grande puede hacer que el nivel de la señal digital pase a un estado indeterminado y es probable que la máquina de estado en el dispositivo digital no funcione correctamente. La corriente de conmutación que fluye a través de la traza de la placa provocará un cambio de voltaje, y la traza de la placa tiene una inductancia parásita. El cambio de voltaje se puede calcular mediante la siguiente fórmula: V = LdI / dt

 

Donde V = cambio de voltaje; L = inductancia traza del tablero; dI = flujo de corriente a través de la traza; dt = hora de cambio actual.

 

Por lo tanto, es preferible aplicar un capacitor de derivación (o desacoplamiento) en la fuente de alimentación o en el pin de la fuente de alimentación del dispositivo activo por una variedad de razones.

 

2) El cable de alimentación y el cable de tierra deben estar juntos

La posición del cable de alimentación y el cable de tierra están bien adaptados para reducir la posibilidad de interferencias electromagnéticas. Si los cables de alimentación y tierra no coinciden adecuadamente, se diseña un bucle del sistema y es probable que se produzca ruido. Un ejemplo de un diseño de PCB con alimentación inadecuada y cableado a tierra se muestra en la Figura 2 anterior.

 

En este tablero, el área de bucle diseñada es de 697 cm2. Con el método que se muestra en la Figura 3 anterior, la posibilidad de ruido radiado en el tablero o fuera del tablero que induce un voltaje en el bucle se puede reducir considerablemente.

 

Diferencias entre las estrategias de enrutamiento de dominios analógicos y digitales.

El plano de tierra es un problema

Los conceptos básicos del diseño de la placa se aplican tanto a los circuitos analógicos como a los digitales. Una regla básica es el uso de planos de tierra ininterrumpidos. Este sentido común reduce el efecto dI / dt (corriente vs. tiempo) en los circuitos digitales, lo que cambia el potencial de tierra y hace que el ruido ingrese al circuito analógico. . Las técnicas de cableado para circuitos digitales y analógicos son básicamente las mismas, excepto una cosa. Otro punto a tener en cuenta sobre los circuitos analógicos es mantener las líneas de señal digital y los bucles en el plano de tierra lo más lejos posible de los circuitos analógicos. Esto se puede hacer conectando el plano de tierra analógico a la conexión a tierra del sistema solo o colocando el circuito analógico en el extremo lejano de la placa, el final de la línea. Esto se hace para mantener al mínimo la interferencia externa a la ruta de la señal. Esto no es necesario para los circuitos digitales, que pueden tolerar una gran cantidad de ruido en el plano de tierra sin problemas.

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(Izquierda) Separe la acción de conmutación digital de los circuitos analógicos para separar las secciones digitales y analógicas del circuito. (Derecha) Para separar las frecuencias altas y bajas lo más posible, los componentes de alta frecuencia deben estar cerca de los conectores de la placa.

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Es fácil formar capacitancia parásita colocando dos trazas adyacentes en la PCB. Debido a la presencia de tal capacitor, un cambio rápido de voltaje en una traza puede producir una señal de corriente en la otra traza.

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Si no presta atención a la ubicación de las trazas, las trazas en el PCB pueden causar inductancia de línea e inductancia mutua. Esta inductancia parásita es muy perjudicial para la operación de circuitos que contienen circuitos de conmutación digital.

"> Si no presta atención a la ubicación de las trazas, las trazas en el PCB pueden causar inductancia de línea e inductancia mutua. Esta inductancia parásita es muy perjudicial para el funcionamiento de los circuitos que contienen circuitos de conmutación digital.