Влияние паразитных параметров

Любая печатная плата имеет паразитные сопротивления, ёмкости и индук­тивности. Например, дорожки, соединяющие компоненты на плате, являются простейшим типом печатных резисторов. При разводке ПП можно непреднамеренно создать «конденсаторы» на плате из па­раллельно идущих печатных проводников и мест пайки. Паразитные индуктив­ности возникают из-за наличия на плате петель из проводников, взаимных ин­дуктивностей и индуктивностей перемычек между слоями ПП. Все эти паразитные компоненты могут существенно повлиять на работу устройства, как только разработчик реализует схему на ПП.

1.4 Влияние паразитных ёмкостей

Наиболее проблемными паразитными компонентами, которые можно «создать» на ПП, являются конденсаторы. На практике такой конденсатор реализуется просто — достаточно разместить близко друг от друга два проводника ПП в од­ном слое, либо проложить две токоведущие дорожки друг над другом в двух со­седних слоях (такую ёмкость сложнее обнаружить). Обычно конденсатор получа­ется из двух близко проложенных параллельных проводников печатной платы. Формулы, приведённые на рис. ПБ5, позволяют определить ёмкость такого кон­денсатора.

Рисунок ПБ5

В обоих вариантах размещения печатных проводни­ков (в одном слое или в двух) изменение напряжения во времени ()на одном проводнике может вы­звать появление тока во втором. Если второй проводник обладает высоким со­противлением, то при протекании тока на нём возникает заметное падение на­пряжения. Как правило, быстрые перепады напряжения происходят в цифровой части схемы. Если проводники, в которых происходят эти перепады, располага­ются достаточно близко от аналоговых цепей с высоким сопротивлением, то со­здаваемая за счёт наведённых токов погрешность будет существенно снижать точность аналоговых схем. Аналоговые цепи весьма чувствительны к такого рода шумам, поскольку граничные уровни шумов для них значительно ниже, чем для цифровых, к тому же большинство сигнальных проводников соединяет высокоомные цепи.

Для минимизации последствий таких наводок можно применить один из двух методов. Наибольший эффект приносит изменение расстояния d между двумя проблемными проводниками, что, в соответствии с формулой для вычисления ёмкости, позволяет уменьшить ёмкость конденсатора. Обратите внимание, что переменная d стоит в знаменателе выражения, поэтому при её увеличениивели­чина ёмкости будет уменьшаться. Можно изменить длину L двух проводников. В этом случае при уменьшении длины уменьшается и ёмкость между двумя про­водниками.

Другой метод предполагает использование заземлённой дорожки, проложен­ной между двумя проблемными печатными проводниками. Заземлённый провод­ник с низким сопротивлением, как, впрочем, и любой другой дополнительный проводник на печатной плате, имеющий низкий импеданс, может послужить эк­раном для электромагнитных полей, вызывающих наведенные токи.

Образующийся конденсатор может создавать проблемы в системах со сме­шанными сигналами, в которых чувствительные высокоомные аналоговые цепи проходят близко от цифровых. Например, в схеме на рис. ПБ 6такая проблема вполне реальна.

Рисунок ПБ6

Схема 16-битного ЦАП на трёх 8-битных цифровых потенциометрах и трёх усилителях, который обеспечивает 65 536 различных выход­ных напряжений

Данной схемой можно воспользоваться двояко. Во-первых, она может пред­ставлять собой программно перестраиваемый источник опорного напряжения, когда цифровая часть схемы используется редко. Второй вариант применения — генератор сигналов произвольной формы. В этом случае цифровая часть данной схемы будет использоваться активно, поэтому возникает опасность наведения нежелательных токов в печатных проводниках через паразитные конденсаторы.

На рис. ПБ7 показана разводка схемы после первой попытки: дорожки цифровых сигналов были проложены возле цепей аналоговых сигналов с высоким сопротивлением.

Рисунок ПБ7

При анализе топологии становится очевидным, что здесь существует од­на потенциальная проблема. Стрелка на рисунке указывает на аналоговую цепь, проложенную от движка потенциометра к высокоомному входу операционно­го усилителя .По дорожке цифрового сигнала, отмеченной другой стрелкой, передаются цифровые данные для программирования цифрового потенциометра. Чувствительная высокоомная аналоговая цепь находится очень близко к дорожке цифрового сигнала. В этом случае при изменении уровня напряжения в цифровой цепи в аналоговой линии будет появляться шум. Индуцированная помеха распространяется по аналоговой части схемы во всех направлениях и попадает на цифровой потенциометр , который будет переключаться из одного состояния в другое.

Решение возникшей проблемы состоит в том, чтобы разнести цепи аналогового и цифрового сигналов, как показано на рис. ПБ8. Это исключает цифровой шум, вызванный электромагнитными помехами, что имело место в первом варианте разводки.

Рисунок ПБ8

Таким образом, если схема должна работать с аналоговыми и цифровыми сигнала­ми, то для успешной разводки ПП необходимо тщательно продумать расположение компонентов и токопроводящих дорожек. В частности, цифровые цепи с высоким уровнем активности, расположенные вблизи аналоговых цепей с высоким сопротивлением, способствуют появлению высокого уровня наведён­ных помех. Этого можно избежать, если разнести цепи аналоговых и цифровых сигналов подальше друг от друга.