Приложение Б

Разводка печатных плат аналоговых и цифровых схем

Технологии разводки печатных плат для аналоговых и цифро­вых схем при некотором сходстве методов для обоих типов схем имеют и оп­ределённые различия, которые могут усложнить оптимальную разводку даже от­носительно простой печатной платы.

Обшие подходы и отличия

Между практикой разводки аналоговых и цифровых схем много общего. Цифровые системы становятся всё более быстродействующими, что делает их всё больше похожими на аналоговые. Когда говорят об общих аспектах этих двух об­ластей схемотехники, то имеют в виду, например, одинаковые методы примене­ния развязывающих конденсаторов и слоев разводки питания. Различия прояв­ляются при анализе шумов, вызванных переключениями, и расположения уст­ройств на печатной плате.

Развязывающие конденсаторы

Разводка как аналоговых, так и цифровых схем не обходится без применения развязывающих конденсаторов. В обоих случаях конденсаторы должны устанав­ливаться как можно ближе к выводам питания устройства. Как правило, ёмкость такого конденсатора выбирается равной 0, 1 мкФ, хотя иногда используют и кон­денсаторы ёмкостью 1 мкФ (в низкочастотных цепях) или 0, 01 мкФ (в высоко­частотных). Ещё один конденсатор следует установить вблизи точки подключения источника питания, обычно его ёмкость составляет около 10 мкФ. Вопросы выбора подходящей ёмкости конденсатора относятся к схемотехнике. На рис. ПБ1 показано размещение этих конденсаторов.

Рисунок ПБ1

При разработке печатных плат для аналоговых и цифровых схем развязывающие

кон­денсаторы ёмкостью 0, 1 мкФ необходимо размешать как можно ближе к устройству, а развязывающие конденсаторы ёмкостью 10 мкФ — как можно ближе к источнику пи­тания или там, где на плату вводятся шины питания.

Все конденсаторы должны иметь по возможности минимальную длину выводов.

Их ёмкости могут из­меняться в большую или меньшую сторону (в 10 раз), но выводы обоих конденса­торов должны быть по возможности короткими. Более короткие выводы имеют меньшую индуктивность, что снижает вероятность возникновения резонанса в схеме. Конденсатор меньшей ёмкости должен располагаться как можно ближе к устройству, а конденсатор большей ёмкости — как можно ближе к источнику пи­тания.

Установка развязывающих конденсаторов необходима как для аналоговых, так и для цифровых схем, но по разным причинам. При разводке аналоговой схемы развязывающие конденсаторы устанавливаются для отвода вы­сокочастотных шумов с шины питания на землю. В противном случае, шумы мо­гут попасть через вывод питания во внутренние цепи чувствительной аналоговой микросхемы. Обычно эти паразитные ВЧ сигналы имеют частоты, ко­торые аналоговые устройства не способны подавить, поэтому при отсутствии раз­вязывающего конденсатора на выводах питания шумы попадут в сигнальную цепь, или, что ещё хуже, вызовут генерацию.

Для цифровых устройств (контроллеров, процессоров и т.д.) также необходи­мо устанавливать развязывающий конденсатор на выводах питания, но причина здесь другая. Одной из функций таких конденсаторов является накопление заря­да, т.е. они служат для временного хранения заряда. В цифровых схемах при пере­ключениях часто изменяются состояния логических элементов и возникают зна­чительные переходные токи. В этом случае такие дополнительные источники за­ряда позволяют уменьшить последствия переходных процессов, стабилизируя напряжение источника питания. Если бы подобные источники дополнительного заряда отсутствовали, то это могло бы привести к значительным динамическим и статическим перепадам напряжения питания. При больших перепадах напряже­ния питания может возникнуть ситуация, когда уровни цифровых сигналов при­мут неопределённое состояние, в результате чего конечные автоматы цифровых устройств будут работать с ошибками.

Ток переключения, протекающий по дорожке печатной платы, приводит к скачкам напряжения питания из-за паразитной индуктивности проводников. Перепад напряжения в этом случае можно определить по формуле:

,

где V — изменение напряжения,

L — индуктивность проводника на печатной плате,

δ I — изменение тока в проводнике,

δ t — время изменения тока.

Как видно, имеются веские причины, чтобы шунтировать источник питания и выводы питания всех активных устройств по переменному току.