هل يجب فصل الطبقات الأرضية AGND وDGND؟
الجواب البسيط هو أن ذلك يعتمد على الموقف، والإجابة التفصيلية هي أنهما عادة لا ينفصلان.لأنه في معظم الحالات، لن يؤدي فصل الطبقة الأرضية إلا إلى زيادة محاثة تيار العودة، مما يؤدي إلى ضرر أكثر من نفعه.توضح الصيغة V = L(di/dt) أنه مع زيادة الحث، يزداد ضوضاء الجهد.ومع زيادة تيار التحويل (بسبب زيادة معدل أخذ عينات المحول)، فإن ضوضاء الجهد ستزداد أيضًا.ولذلك، يجب أن تكون طبقات التأريض متصلة ببعضها البعض.
على سبيل المثال، في بعض التطبيقات، من أجل الامتثال لمتطلبات التصميم التقليدية، يجب وضع طاقة الناقل المتسخ أو الدوائر الرقمية في مناطق معينة، ولكن أيضًا بسبب قيود الحجم، مما يجعل اللوحة لا يمكنها تحقيق قسم تخطيط جيد، في هذا في هذه الحالة، تعتبر طبقة التأريض المنفصلة هي المفتاح لتحقيق الأداء الجيد.ومع ذلك، لكي يكون التصميم العام فعالاً، يجب أن يتم ربط طبقات التأريض هذه معًا في مكان ما على اللوحة بواسطة جسر أو نقطة اتصال.ولذلك، ينبغي توزيع نقاط الاتصال بالتساوي عبر طبقات التأريض المنفصلة.في النهاية، غالبًا ما تكون هناك نقطة اتصال على PCB والتي تصبح أفضل موقع لإرجاع التيار دون التسبب في تدهور الأداء.توجد نقطة الاتصال هذه عادةً بالقرب من المحول أو أسفله.
عند تصميم طبقات إمداد الطاقة يجب استخدام جميع الآثار النحاسية المتوفرة لهذه الطبقات.إذا كان ذلك ممكنًا، لا تسمح لهذه الطبقات بمشاركة المحاذاة، حيث يمكن أن تؤدي المحاذاة والمنافذ الإضافية إلى إتلاف طبقة مصدر الطاقة بسرعة عن طريق تقسيمها إلى أجزاء أصغر.يمكن لطبقة الطاقة المتفرقة الناتجة أن تضغط على المسارات الحالية إلى حيث تشتد الحاجة إليها، أي دبابيس الطاقة الخاصة بالمحول.يؤدي ضغط التيار بين الممرات والمحاذاة إلى رفع المقاومة، مما يتسبب في انخفاض طفيف في الجهد عبر أطراف طاقة المحول.
وأخيرًا، يعد وضع طبقة مصدر الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.لا تقم مطلقًا بتكديس طبقة إمداد طاقة رقمية صاخبة فوق طبقة إمداد طاقة تناظرية، وإلا فقد يظل الاثنان متزاوجين على الرغم من وجودهما في طبقات مختلفة.لتقليل مخاطر تدهور أداء النظام، يجب أن يفصل التصميم هذه الأنواع من الطبقات بدلاً من تجميعها معًا كلما أمكن ذلك.
هل يمكن تجاهل تصميم نظام توصيل الطاقة (PDS) لثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
الهدف من تصميم نظام التوزيع العام هو تقليل تموج الجهد الناتج استجابة للطلب الحالي لإمدادات الطاقة.تتطلب جميع الدوائر تيارًا، بعضها يتطلب طلبًا مرتفعًا والبعض الآخر يتطلب توفير التيار بمعدل أسرع.إن استخدام طاقة منخفضة المعاوقة أو طبقة أرضية منفصلة تمامًا وتصفيح PCB جيد يقلل من تموج الجهد بسبب الطلب الحالي للدائرة.على سبيل المثال، إذا كان التصميم مصممًا لتيار تحويل قدره 1 أمبير وكانت مقاومة نظام التوزيع العام 10 مللي أوم، فإن الحد الأقصى لتموج الجهد هو 10 مللي فولت.
أولاً، ينبغي تصميم هيكل مكدس ثنائي الفينيل متعدد الكلور لدعم طبقات أكبر من السعة.على سبيل المثال، قد تحتوي المجموعة المكونة من ستة طبقات على طبقة إشارة عليا، وطبقة أرضية أولى، وطبقة طاقة أولى، وطبقة طاقة ثانية، وطبقة أرضية ثانية، وطبقة إشارة سفلية.يتم توفير الطبقة الأرضية الأولى وطبقة إمداد الطاقة الأولى لتكون على مقربة من بعضها البعض في الهيكل المكدس، ويتم تباعد هاتين الطبقتين بمقدار 2 إلى 3 مل لتشكيل سعة طبقة جوهرية.الميزة الكبيرة لهذا المكثف هي أنه مجاني ويحتاج فقط إلى تحديده في ملاحظات تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور.إذا كان يجب تقسيم طبقة مصدر الطاقة وكان هناك العديد من قضبان طاقة VDD على نفس الطبقة، فيجب استخدام أكبر طبقة مصدر طاقة ممكنة.لا تترك ثقوبًا فارغة، بل انتبه أيضًا إلى الدوائر الحساسة.سيؤدي هذا إلى تعظيم سعة طبقة VDD.إذا كان التصميم يسمح بوجود طبقات إضافية، فيجب وضع طبقتين أرضيتين إضافيتين بين طبقتي مصدر الطاقة الأولى والثانية.في حالة نفس التباعد الأساسي من 2 إلى 3 مل، سيتم مضاعفة السعة الكامنة للهيكل الرقائقي في هذا الوقت.
للحصول على تصفيح ثنائي الفينيل متعدد الكلور مثالي، يجب استخدام مكثفات الفصل عند نقطة دخول البداية لطبقة إمداد الطاقة وحول DUT، مما يضمن أن تكون مقاومة PDS منخفضة عبر نطاق التردد بأكمله.سيساعد استخدام عدد من المكثفات 0.001 درجة فهرنهايت إلى 100 درجة فهرنهايت في تغطية هذا النطاق.ليس من الضروري أن يكون لديك مكثفات في كل مكان؛إن إرساء المكثفات مباشرة على DUT سوف يكسر جميع قواعد التصنيع.إذا كانت هناك حاجة إلى مثل هذه التدابير الصارمة، فإن الدائرة لديها مشاكل أخرى.
أهمية الوسادات المكشوفة (E-Pad)
يعد هذا جانبًا يسهل التغاضي عنه، ولكنه ضروري لتحقيق أفضل أداء وتبديد للحرارة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
تشير اللوحة المكشوفة (دبوس 0) إلى لوحة أسفل معظم الدوائر المتكاملة الحديثة عالية السرعة، وهي عبارة عن اتصال مهم يتم من خلاله توصيل كل التأريض الداخلي للرقاقة بنقطة مركزية أسفل الجهاز.يسمح وجود لوحة مكشوفة للعديد من المحولات ومكبرات الصوت بإلغاء الحاجة إلى دبوس أرضي.المفتاح هو تكوين اتصال كهربائي مستقر وموثوق واتصال حراري عند لحام هذه اللوحة بلوحة PCB، وإلا فقد يتعرض النظام لأضرار بالغة.
يمكن تحقيق التوصيلات الكهربائية والحرارية المثالية للوسادات المكشوفة باتباع ثلاث خطوات.أولاً، حيثما أمكن، يجب تكرار الوسادات المكشوفة على كل طبقة من طبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، مما سيوفر اتصالًا حراريًا أكثر سمكًا لجميع الأرض وبالتالي تبديدًا سريعًا للحرارة، وهو أمر مهم بشكل خاص للأجهزة عالية الطاقة.على الجانب الكهربائي، سيوفر ذلك اتصالاً جيدًا متساوي الجهد لجميع طبقات التأريض.عند تكرار الوسادات المكشوفة على الطبقة السفلية، يمكن استخدامها كنقطة أرضية للفصل ومكان لتركيب المشتتات الحرارية.
بعد ذلك، قم بتقسيم الوسادات المكشوفة إلى أقسام متطابقة متعددة.يعتبر شكل رقعة الشطرنج هو الأفضل ويمكن تحقيقه عن طريق شبكات الشاشة المتقاطعة أو أقنعة اللحام.أثناء تجميع إعادة التدفق، لا يمكن تحديد كيفية تدفق معجون اللحام لتأسيس الاتصال بين الجهاز وثنائي الفينيل متعدد الكلور، لذلك قد يكون الاتصال موجودًا ولكن موزعًا بشكل غير متساوٍ، أو ما هو أسوأ من ذلك، يكون الاتصال صغيرًا ويقع في الزاوية.يتيح تقسيم اللوحة المكشوفة إلى أقسام أصغر أن يكون لكل منطقة نقطة اتصال، وبالتالي ضمان اتصال موثوق ومتساوي بين الجهاز ولوحة PCB.
وأخيرًا، يجب التأكد من أن كل قسم لديه اتصال عبر الفتحة بالأرض.عادة ما تكون المناطق كبيرة بما يكفي لاستيعاب منافذ متعددة.قبل التجميع، تأكد من ملء كل فتحة بمعجون اللحام أو الإيبوكسي.هذه الخطوة مهمة للتأكد من أن معجون اللحام المكشوف لا يتدفق مرة أخرى إلى تجاويف المنافذ، مما قد يقلل من فرص الاتصال المناسب.
مشكلة الاقتران بين الطبقات في PCB
في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ستحتوي أسلاك التخطيط لبعض المحولات عالية السرعة حتمًا على طبقة دائرة واحدة مقترنة بطبقة أخرى.في بعض الحالات، قد تكون الطبقة التناظرية الحساسة (الطاقة أو الأرض أو الإشارة) أعلى مباشرة من الطبقة الرقمية عالية الضوضاء.يعتقد معظم المصممين أن هذا غير ذي صلة لأن هذه الطبقات تقع على طبقات مختلفة.هل هذا هو الحال؟دعونا نلقي نظرة على اختبار بسيط.
حدد إحدى الطبقات المجاورة وقم بإدخال إشارة عند هذا المستوى، ثم قم بتوصيل الطبقات المتقاطعة بمحلل الطيف.كما ترون، هناك عدد كبير جدًا من الإشارات المقترنة بالطبقة المجاورة.حتى مع وجود تباعد قدره 40 مل، هناك شعور بأن الطبقات المجاورة لا تزال تشكل سعة، بحيث في بعض الترددات ستظل الإشارة مقترنة من طبقة إلى أخرى.
بافتراض أن الجزء الرقمي عالي الضوضاء على الطبقة لديه إشارة 1 فولت من مفتاح عالي السرعة، فإن الطبقة غير المدفوعة سوف ترى إشارة 1 مللي فولت مقترنة من الطبقة المدفوعة عندما يكون العزل بين الطبقات 60 ديسيبل.بالنسبة للمحول التناظري إلى الرقمي (ADC) ذو 12 بت مع تأرجح واسع النطاق 2Vp-p، فهذا يعني 2LSB (البت الأقل أهمية) من الاقتران.بالنسبة لنظام معين، قد لا يمثل هذا مشكلة، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه عند زيادة الدقة من 12 إلى 14 بت، تزداد الحساسية بعامل أربعة وبالتالي يزيد الخطأ إلى 8LSB.
قد لا يؤدي تجاهل الاقتران عبر المستوى/عبر الطبقات إلى فشل تصميم النظام أو إضعاف التصميم، ولكن يجب على المرء أن يظل يقظًا، حيث قد يكون هناك المزيد من الاقتران بين الطبقتين أكثر مما قد يتوقعه المرء.
وتجدر الإشارة إلى ذلك عند العثور على اقتران زائف بالضوضاء ضمن الطيف المستهدف.في بعض الأحيان، يمكن أن تؤدي أسلاك التخطيط إلى إشارات غير مقصودة أو اقتران الطبقة بطبقات مختلفة.ضع ذلك في الاعتبار عند تصحيح أخطاء الأنظمة الحساسة: قد تكمن المشكلة في الطبقة أدناه.
المقال مأخوذ من الشبكة، في حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل للحذف، وشكرا!
وقت النشر: 27 أبريل 2022