กฎการกำหนดเส้นทาง PCB ที่สำคัญที่ควรปฏิบัติตามเมื่อใช้ตัวแปลงความเร็วสูงคืออะไร

ชั้นกราวด์ AGND และ DGND ควรแยกออกจากกันหรือไม่

คำตอบง่ายๆ ก็คือ ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และคำตอบโดยละเอียดก็คือ ปกติแล้วจะไม่แยกจากกันเพราะโดยส่วนใหญ่แล้วการแยกชั้นดินออกมีแต่จะเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำของกระแสไหลกลับซึ่งนำมาซึ่งผลเสียมากกว่าผลดีสูตร V = L(di/dt) แสดงว่าเมื่อความเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้น สัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นและเมื่อกระแสสวิตชิ่งเพิ่มขึ้น (เนื่องจากอัตราการสุ่มตัวอย่างคอนเวอร์เตอร์เพิ่มขึ้น) สัญญาณรบกวนแรงดันไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกันดังนั้นควรเชื่อมต่อชั้นกราวด์เข้าด้วยกัน

ตัวอย่างคือ ในบางแอปพลิเคชัน เพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดการออกแบบแบบดั้งเดิม จะต้องวางกำลังบัสสกปรกหรือวงจรดิจิทัลในบางพื้นที่ แต่ยังรวมถึงข้อจำกัดด้านขนาดด้วย ทำให้บอร์ดไม่สามารถบรรลุพาร์ติชันโครงร่างที่ดีได้ ในเรื่องนี้ กรณีชั้นกราวด์แยกเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุประสิทธิภาพที่ดีอย่างไรก็ตาม เพื่อให้การออกแบบโดยรวมมีประสิทธิภาพ ชั้นกราวด์เหล่านี้จะต้องเชื่อมต่อเข้าด้วยกันที่ใดที่หนึ่งบนกระดานด้วยสะพานหรือจุดเชื่อมต่อดังนั้นจุดเชื่อมต่อควรกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งชั้นกราวด์ที่แยกจากกันท้ายที่สุดแล้วมักจะมีจุดเชื่อมต่อบน PCB ซึ่งกลายเป็นตำแหน่งที่ดีที่สุดในการจ่ายกระแสไฟกลับโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงจุดเชื่อมต่อนี้มักจะอยู่ใกล้หรือต่ำกว่าตัวแปลง

เมื่อออกแบบชั้นของแหล่งจ่ายไฟ ให้ใช้รอยทองแดงทั้งหมดที่มีสำหรับชั้นเหล่านี้หากเป็นไปได้ อย่าปล่อยให้เลเยอร์เหล่านี้แชร์การจัดตำแหน่ง เนื่องจากการจัดตำแหน่งและจุดแวะเพิ่มเติมอาจทำให้เลเยอร์แหล่งจ่ายไฟเสียหายได้อย่างรวดเร็วโดยการแยกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆชั้นพลังงานกระจัดกระจายที่เกิดขึ้นสามารถบีบเส้นทางปัจจุบันไปยังตำแหน่งที่ต้องการมากที่สุด กล่าวคือ พินกำลังของคอนเวอร์เตอร์การบีบกระแสระหว่างจุดแวะและการจัดตำแหน่งจะทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมหมุดกำลังของคอนเวอร์เตอร์เล็กน้อย

สุดท้ายนี้ การวางตำแหน่งเลเยอร์ของพาวเวอร์ซัพพลายเป็นสิ่งสำคัญอย่าวางชั้นแหล่งจ่ายไฟดิจิทัลที่มีเสียงดังทับซ้อนกันบนชั้นแหล่งจ่ายไฟแบบอะนาล็อก ไม่เช่นนั้นทั้งสองอาจยังคงเชื่อมต่อกันแม้ว่าจะอยู่บนชั้นที่แตกต่างกันก็ตามเพื่อลดความเสี่ยงที่ประสิทธิภาพของระบบจะลดลง การออกแบบควรแยกเลเยอร์ประเภทนี้ออก แทนที่จะซ้อนกันทุกครั้งที่เป็นไปได้

การออกแบบระบบส่งกำลัง (PDS) ของ PCB สามารถถูกละเลยได้หรือไม่?

เป้าหมายการออกแบบของ PDS คือการลดระลอกแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการกระแสไฟของแหล่งจ่ายไฟวงจรทั้งหมดต้องการกระแสไฟฟ้า บางวงจรมีความต้องการสูง และวงจรอื่นๆ ต้องการกระแสไฟฟ้าเพื่อจ่ายในอัตราที่เร็วกว่าการใช้กำลังไฟฟ้าอิมพีแดนซ์ต่ำหรือชั้นกราวด์ที่แยกส่วนอย่างสมบูรณ์และการเคลือบ PCB ที่ดีจะช่วยลดแรงกระเพื่อมของแรงดันไฟฟ้าเนื่องจากความต้องการกระแสไฟของวงจรตัวอย่างเช่น หากการออกแบบได้รับการออกแบบสำหรับกระแสสวิตชิ่ง 1A และอิมพีแดนซ์ของ PDS คือ 10mΩ แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมสูงสุดจะอยู่ที่ 10mV

ขั้นแรก ควรออกแบบโครงสร้างสแต็ก PCB เพื่อรองรับชั้นความจุที่ใหญ่ขึ้นตัวอย่างเช่น สแต็กหกชั้นอาจมีชั้นสัญญาณด้านบน ชั้นกราวด์ชั้นแรก ชั้นพาวเวอร์แรก ชั้นพาวเวอร์ที่สอง ชั้นกราวด์ที่สอง และชั้นสัญญาณด้านล่างชั้นกราวด์ชั้นแรกและชั้นแหล่งจ่ายไฟชั้นแรกนั้นถูกจัดเตรียมให้อยู่ใกล้กันในโครงสร้างแบบเรียงซ้อน และสองชั้นนี้จะมีระยะห่างระหว่าง 2 ถึง 3 มิล เพื่อสร้างความจุไฟฟ้าของชั้นที่แท้จริงข้อได้เปรียบที่ยอดเยี่ยมของตัวเก็บประจุนี้คือ เป็นอิสระ และต้องระบุไว้ในบันทึกการผลิต PCB เท่านั้นหากต้องแยกเลเยอร์พาวเวอร์ซัพพลายและมีรางจ่ายไฟ VDD หลายรางบนเลเยอร์เดียวกัน ควรใช้เลเยอร์พาวเวอร์ซัพพลายที่ใหญ่ที่สุดที่เป็นไปได้อย่าทิ้งรูว่างไว้ แต่ต้องใส่ใจกับวงจรที่มีความละเอียดอ่อนด้วยสิ่งนี้จะเพิ่มความจุของเลเยอร์ VDD นั้นให้สูงสุดหากการออกแบบอนุญาตให้มีชั้นเพิ่มเติมได้ ควรวางชั้นกราวด์เพิ่มเติมอีกสองชั้นระหว่างชั้นแหล่งจ่ายไฟที่หนึ่งและที่สองในกรณีที่ระยะห่างแกนกลางเท่ากันคือ 2 ถึง 3 มิล ความจุโดยธรรมชาติของโครงสร้างเคลือบจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในเวลานี้

เพื่อให้การเคลือบ PCB เหมาะสม ควรใช้ตัวเก็บประจุแบบแยกส่วนที่จุดเริ่มต้นของชั้นแหล่งจ่ายไฟและรอบๆ DUT ซึ่งจะทำให้แน่ใจได้ว่าอิมพีแดนซ์ของ PDS ต่ำตลอดช่วงความถี่ทั้งหมดการใช้ตัวเก็บประจุขนาด 0.001µF ถึง 100µF จำนวนมากจะช่วยครอบคลุมช่วงนี้ไม่จำเป็นต้องมีตัวเก็บประจุอยู่ทุกที่การต่อตัวเก็บประจุเข้ากับ DUT โดยตรงจะฝ่าฝืนกฎการผลิตทั้งหมดหากจำเป็นต้องใช้มาตรการที่รุนแรง วงจรจะมีปัญหาอื่นๆ

ความสำคัญของแผ่นสัมผัส (E-Pad)

นี่เป็นเรื่องง่ายที่จะมองข้าม แต่จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องบรรลุประสิทธิภาพที่ดีที่สุดและการกระจายความร้อนของการออกแบบ PCB

แผ่นสัมผัส (พิน 0) หมายถึงแผ่นที่อยู่ใต้ IC ความเร็วสูงที่ทันสมัยที่สุด และเป็นการเชื่อมต่อที่สำคัญโดยเชื่อมต่อสายดินภายในทั้งหมดของชิปเข้ากับจุดศูนย์กลางใต้อุปกรณ์การมีแผ่นสัมผัสช่วยให้คอนเวอร์เตอร์และแอมพลิฟายเออร์จำนวนมากไม่จำเป็นต้องใช้พินกราวด์สิ่งสำคัญคือต้องสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและความร้อนที่มั่นคงและเชื่อถือได้เมื่อบัดกรีแผ่นนี้กับ PCB มิฉะนั้นระบบอาจได้รับความเสียหายอย่างรุนแรง

การเชื่อมต่อไฟฟ้าและความร้อนที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแผ่นอิเล็กโทรดแบบเปิดสามารถทำได้โดยทำตามสามขั้นตอนขั้นแรก หากเป็นไปได้ ควรจำลองแผ่นอิเล็กโทรดที่เปิดโล่งบนแต่ละชั้น PCB ซึ่งจะให้การเชื่อมต่อความร้อนที่หนาขึ้นสำหรับพื้นดินทั้งหมด และด้วยเหตุนี้จึงกระจายความร้อนได้รวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์กำลังสูงในด้านไฟฟ้า สิ่งนี้จะให้การเชื่อมต่อที่เท่ากันที่ดีสำหรับชั้นกราวด์ทั้งหมดเมื่อจำลองแผ่นสัมผัสที่ชั้นล่าง สามารถใช้เป็นจุดแยกพื้นดินและเป็นสถานที่สำหรับติดตั้งแผ่นระบายความร้อน

จากนั้น ให้แบ่งแผ่นอิเล็กโทรดที่เปิดออกออกเป็นหลายส่วนที่เหมือนกันรูปร่างกระดานหมากรุกจะดีที่สุดและสามารถทำได้โดยใช้ตะแกรงไขว้หรือหน้ากากประสานในระหว่างการประกอบ reflow ไม่สามารถระบุได้ว่าการบัดกรีจะไหลอย่างไรเพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์และ PCB ดังนั้นการเชื่อมต่ออาจมีอยู่แต่มีการกระจายไม่สม่ำเสมอ หรือแย่กว่านั้นคือการเชื่อมต่อมีขนาดเล็กและอยู่ที่มุมการแบ่งแผ่นสัมผัสออกเป็นส่วนเล็กๆ ช่วยให้แต่ละพื้นที่มีจุดเชื่อมต่อ จึงรับประกันการเชื่อมต่อที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ระหว่างอุปกรณ์และ PCB

ท้ายที่สุด ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแต่ละส่วนมีการเชื่อมต่อกับกราวด์เกินรูพื้นที่มักจะใหญ่พอที่จะเก็บจุดแวะได้หลายแห่งก่อนการประกอบ ต้องแน่ใจว่าได้เติมจุดแวะแต่ละจุดด้วยสารบัดกรีหรืออีพอกซีขั้นตอนนี้มีความสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าแผ่นบัดกรีที่เปลือยเปล่าจะไม่ไหลกลับเข้าไปในช่อง Vias ซึ่งจะลดโอกาสในการเชื่อมต่อที่เหมาะสม

ปัญหาการต่อเชื่อมระหว่างชั้นใน PCB

ในการออกแบบ PCB การเดินสายไฟแบบเค้าโครงของตัวแปลงความเร็วสูงบางตัวย่อมมีชั้นวงจรหนึ่งซ้อนทับกับอีกชั้นหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในบางกรณี เลเยอร์แอนะล็อกที่มีความละเอียดอ่อน (กำลัง กราวด์ หรือสัญญาณ) อาจอยู่เหนือเลเยอร์ดิจิทัลที่มีสัญญาณรบกวนสูงโดยตรงนักออกแบบส่วนใหญ่คิดว่าสิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องเนื่องจากเลเยอร์เหล่านี้อยู่บนเลเยอร์ที่แตกต่างกันเป็นกรณีนี้หรือไม่?มาดูการทดสอบง่ายๆกัน

เลือกหนึ่งในเลเยอร์ที่อยู่ติดกันและส่งสัญญาณที่ระดับนั้น จากนั้นเชื่อมต่อเลเยอร์ครอสคัปเปิลกับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมอย่างที่คุณเห็น มีสัญญาณมากมายที่เชื่อมต่อกับเลเยอร์ที่อยู่ติดกันแม้ว่าจะมีระยะห่าง 40 มิล แต่ก็มีความรู้สึกว่าชั้นที่อยู่ติดกันยังคงสร้างประจุไฟฟ้า ดังนั้นที่ความถี่บางความถี่ สัญญาณจะยังคงเชื่อมต่อจากชั้นหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง

สมมติว่าชิ้นส่วนดิจิทัลที่มีสัญญาณรบกวนสูงบนเลเยอร์มีสัญญาณ 1V จากสวิตช์ความเร็วสูง เลเยอร์ที่ไม่ขับเคลื่อนจะเห็นสัญญาณ 1mV ประกอบจากเลเยอร์ขับเคลื่อน เมื่อการแยกระหว่างเลเยอร์อยู่ที่ 60dBสำหรับตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัล (ADC) 12 บิตที่มีการแกว่งเต็มสเกล 2Vp-p นี่หมายถึงคัปปลิ้ง 2LSB (บิตที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุด)สำหรับระบบที่กำหนด สิ่งนี้อาจไม่เป็นปัญหา แต่ควรสังเกตว่าเมื่อความละเอียดเพิ่มขึ้นจาก 12 เป็น 14 บิต ความไวจะเพิ่มขึ้นสี่เท่าและทำให้ข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้นเป็น 8LSB

การเพิกเฉยต่อการเชื่อมต่อข้ามระนาบ/ข้ามเลเยอร์อาจไม่ทำให้การออกแบบระบบล้มเหลวหรือทำให้การออกแบบอ่อนแอลง แต่เราต้องระมัดระวัง เนื่องจากอาจมีการเชื่อมต่อระหว่างสองชั้นมากกว่าที่คาดไว้

สิ่งนี้ควรสังเกตเมื่อพบการมีเพศสัมพันธ์ปลอมแปลงสัญญาณรบกวนภายในสเปกตรัมเป้าหมายบางครั้งการวางสายไฟอาจทำให้เกิดสัญญาณที่ไม่ได้ตั้งใจหรือการเชื่อมต่อข้ามชั้นไปยังชั้นต่างๆโปรดคำนึงถึงสิ่งนี้เมื่อทำการดีบักระบบที่มีความละเอียดอ่อน ปัญหาอาจอยู่ที่เลเยอร์ด้านล่าง

บทความนี้นำมาจากเครือข่าย หากมีการละเมิด กรุณาติดต่อลบ ขอบคุณค่ะ!