العالم ، أثر ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، مايو. لأن تتبع ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو العمل. وتفتح هذه المقالة كتلة كاملة ، والغرض منها هو إعطاء الأدوات المناسبة لهذه المهمة. إنه يؤكد أهمية التحكم في مسار تيار العودة وتقليل تحريض الدائرة الحالية لخطوط الإشارة الحرجة ، بالإضافة إلى توصيات لتتبعها الأمثل.
كما سبق ذكره في المقالات السابقة من الدورة ، في عملية تطوير لوحة الدوائر المطبوعة يجب أن تأخذ في الاعتبار إمكانيات التكنولوجيا بأسعار معقولة لإنتاجها. علاوة على ذلك ، من خلال "إمكانية الوصول" ، يجب فهمها هنا على أنها "إمكانية الوصول في الوقت المحدد والإطار المالي والتنظيمي". تعتبر القيود التكنولوجية مهمة بشكل خاص خلال مرحلة تتبع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لذلك ، قبل البدء في التتبع ، يوصى بدراسة المعايير التكنولوجية للشركة المصنعة المقترحة وإنشاء مجموعة من القواعد في نظام CAD المستخدم ، والتي سيتم رصد تنفيذها تلقائيًا عند تتبع لوحة الدوائر المطبوعة. على الفور ، نلاحظ أنه على الرغم من أن أنظمة CAD الحديثة توفر أدوات لتتبع لوحة الدوائر المطبوعة تلقائيًا ، فلن يتم أخذها في الاعتبار في هذه المقالة ، وبشكل عام ، لا يوصى باستخدامها. فقط من أجل مشروع بسيط نسبيًا مع وضع جيد للمكونات ومجموعة من القواعد المدروسة جيدًا ، توفر هذه الأدوات طوبولوجيا عالية الجودة.
لا تنسى عودة التيار
تتبع ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو العملية التي يقوم المطور من خلالها بتعيين مسارات التدفق الحالي في طبقات التعدين في ثنائي الفينيل متعدد الكلور. في الدوائر الكهربائية ، تتدفق التيارات على طول المسارات المغلقة - الدوائر - من القطب الموجب لمصدر الجهد إلى السالب. لذلك ، يجب أن يكون من المفهوم أن التيار المباشر المتدفق من مصدر الجهد إلى الحمل يتوافق دائمًا مع تيار العودة المتدفق من الحمل إلى المصدر. يشكل هذا الزوج من التيارات حلقة مغلقة ، والتحكم في معلماتها ، خاصة في حالة الإشارات عالية التردد ، هي المهمة الرئيسية للمطور. يرجع عدد كبير من الأخطاء والمشكلات مع EMC و EMR لألواح الدوائر المطبوعة إلى حقيقة أن المطور لا يحلل المسارات والتأثير المتبادل لتيارات العودة. في الشكل. يوضح الشكل 1 مسار تيار نموذجي لخط الإشارة ، ويبرز مستطيل ملون الجزء من هذه الدائرة ، والذي يتلقى عادةً معظم اهتمام المطور ، بينما يبقى الجزء المتبقي من الدائرة أحيانًا من تلقاء نفسه. يعكس الشكل أيضًا حقيقة أن الدوائر المتكاملة ليست مصادر للطاقة الكهربائية. إنها تؤدي وظيفة العناصر الرئيسية المعقدة ، في حين أن مصادر الطاقة هي البطاريات والمكثفات للنظام الفرعي للطاقة ، وكذلك المصادر الخارجية للوحة الدائرة.
عندما لا يتم تعيين مسار تيار العودة من قبل المطور ، يتم تحديده من خلال هيكل اللوحة (السلك المشترك في المقام الأول) وقوانين الفيزياء (كما هو الحال دائمًا) - هناك توزيع للكثافة الحالية على طول المسارات بنسبة عكسية مع معاوقتها. في الحالة العامة ، لا يتم التعبير عن هذا التوزيع بشكل تحليلي ، ومع ذلك ، في الحالات البسيطة ، توجد حلول. في المادة
الثانية من الدورة ، تم تقديم توصية لوضع طبقات إشارة بالقرب من طبقة مستمرة من الأرض أو الطاقة. في هذا التكوين ، يكون توزيع تيار الإرجاع في الطبقة المرجعية لإشارة التردد المنخفض قريبًا من التوحيد (الشكل 2 أ) ، نظرًا لأنه مع توسع منطقة التدفق الحالية ، تنخفض الممانعة التي يحددها المكون المقاوم. مع زيادة التردد ، يصبح تأثير المكون التفاعلي حاسمًا ويكون للمسار الممر تحت مسار الإشارة حد أدنى من الحث ، حيث تكون منطقة الحلقة في أضيق الحدود (الشكل 2 ب ، انظر المقالة
الأولى ). يتم إعطاء تقدير تحليلي لكثافة التوزيع لتيار العودة لخط ميكروستريب رفيع (عرض w ≤ h) بالصيغة التالية (x هي المسافة من المركز الهندسي للخط ، h هي الارتفاع فوق الطبقة المرجعية):
يوفر هذا التوزيع الحد الأدنى من قيمة الحث ، أي لجميع الترددات التي تكون المقاومة الأومية لها ضئيلة مقارنة بالمفاعلة ، سيتم وصفها في هذه الصيغة. يوضح تحليل التوزيع أن 50٪ من التيار يتركز في نطاق ± h ، و 80٪ من التيار في نطاق ± 3h.
من المهم أن نفهم أن الإشارات الحقيقية تتكون من مجموعة من الترددات لها توزيع طيفي معين ، بينما غالبًا ما يكون لها جزء ضوضاء ، يمكن أن يختلف طيفه بشكل كبير عن طيف الإشارة نفسها. على سبيل المثال ، في خط الطاقة "منخفض التردد" ، يمكن أن تحدث ضوضاء نبضة عالية التردد عند تبديل الدوائر الرقمية. وبالتالي ، بالنسبة لمكونات الإشارة منخفضة التردد ، يتم توزيع تيار العودة بشكل موحد في منطقة واسعة على طول أقصر مسار ، وبالنسبة للتردد العالي (f≳100 kHz) ، يتركز في منطقة ضيقة في أقصى مسافة قريبة من التيار المباشر.
تجنب القواطع في الطبقة الأساسية
أي انحراف في التوزيع الحالي عن الأمثل يؤدي إلى زيادة في الحث للحلقة الحالية. يحدث الانحراف إذا كان هناك قطع (الانقسام ، الفتحة ، الفجوة) في طبقة الدعم ، والتي يمكن أن تسببها من خلال الميكانيكية وفتحات ، عدد من الفتحات أو الخيوط الطرفية ، مسار إشارة في طبقة الدعامة (الشكل 3). يعطي Howard Howard في [2 ، القسم 5.3] تقديرًا للمحاثة الناتجة عن انقطاع ضيق للطول D:
حيث w هو عرض المسار ، فإن تأثير عرض الفجوة نفسها صغير. بالنسبة لمسار إشارة بعرض w = 0.2 مم مع فجوة بطول D = 1 سم ، ستكون الزيادة في الحث ∆L1 ≈ 8 nH. للمقارنة ، إذا تم رسم مسار الإشارة حول الفجوة ، فسيزداد طوله في المتوسط بمقدار D ، والذي بدوره يؤدي مع ارتفاع المسار فوق الطبقة المرجعية h = 0.25 مم ، إلى زيادة أصغر في الحث:
التقليل من الحث
الحث الطفيلي موجود لكل عنصر من عناصر لوحة الدوائر المطبوعة - المسارات ، الفتحات ، الطبقات المستمرة ، المفاصل الملحومة ، أسلاك الدائرة الدقيقة ، لحام الأسلاك الصغيرة. لماذا من المهم تقليل الحث الشارد للخطوط الحرجة (المصادر العدوانية للضوضاء عالية التردد والدوائر التناظرية ذات التيار المنخفض الحساسة)؟ يكفي تذكر بعض الصيغ التي يتم فيها تضمين الحث كمعلمة: صيغة تتعلق بتدفق المجال المغناطيسي والقوة الحالية في الموصل
الصيغة التي تربط emf الحث عندما يتغير التيار في الموصل
صيغ تردد الرنين
وعامل الجودة لدائرة LC
وبالتالي ، كلما زاد الحث ، كلما زاد الإشعاع ، زادت الضوضاء النبضية ، بما في ذلك الحديث المتبادل ، كلما انخفض تكرار إثارة التذبذبات الزائفة وطول وقت التحلل. جميع هذه التأثيرات ، بالطبع ، غير مرغوب فيها ، ولا يمكن دائمًا حل المشكلات المرتبطة بها عن طريق إعادة صياغة لوحة الدوائر المطبوعة ، مثل تثبيت مكونات تصفية إضافية ، والحماية.
R.1.
من الأهمية بمكان توجيه خطوط الإشارة عالية التردد ، مما يقلل من تحريض الدائرة ، والذي يتحقق من خلال:
- التقليل من طول مسار الطباعة ،
- استبعاد التحولات بين طبقات الإشارة ،
- قرب المسار من الطبقة المرجعية ،
- غياب الفجوات في الطبقة المرجعية على مسار تيار العودة.
إذا لم يكن من الممكن إزالة الفجوة الممتدة في الطبقة المرجعية تحت خط الإشارة ، فمن المستحسن أن يكون مكثف خزفي واحد على الأقل (مكثف خياطة إنجليزي) موجودًا في أقصى مسافة قريبة من خط الإشارة ، مما يوفر مسار تيار العودة عبر القسم. ومع ذلك ، كلما زاد التردد ، فإن الحث الطفيلي للمكثف ومركباته مع الطبقة المرجعية يقلل من كفاءة المحلول.
تحسين انتقالات الطبقة
مطلوب مسألة منفصلة للنظر في القضية الهامة لانتقال المسار بين طبقات الإشارة ، لأنه ليس من الممكن دائمًا استبعاد التقاطع لكل الإشارات الحرجة. في الشكل. يوضح الشكل 4 مسارات التيارات الأمامية والعودة للخيارات المختلفة للانتقال بين الطبقات. يوضح الشكل بشكل مشروط تأثير تأثير الجلد: تدفق التيارات العائدة في الطبقة السطحية للموصل. من خلال زيادة عدد الأسهم الحمراء ، يمكن للمرء أن يحكم على الزيادة في الحث الكلي للمسار الذي يضاف إليه تحريض الأوعية الدموية ، وفي حالة طبقات مرجعية مختلفة ، تحريض المفاصل الملحومة وحث المتسلسلة للمكثف (الإنجليزية سلسلة الحث المكافئ ، ESL). بالإضافة إلى ذلك ، في حالة دعم الطبقات ذات الإمكانات المختلفة ، يتدفق الجزء عالي التردد من تيار العودة في شكل تيارات انحياز (سهام حمراء متقطعة). بالإضافة إلى مشاكل سلامة الإشارة ، يؤدي ذلك إلى ظهور ضوضاء في دائرة تزويد الطاقة هذه وزيادة في مستوى الإشعاع الكهرومغناطيسي [3].
يعرض هنري أوت في [4 ، القسم 16.3.3] بيانات تجربة تم فيها دراسة التغير في مستوى الإشعاع الكهرومغناطيسي للوحة الدوائر المطبوعة المكونة من أربع طبقات في حالة انتقال خط واحد عالي التردد من الطبقة العليا إلى الطبقة السفلية مع تلك الأرضية المرجعية. لم يتم ربط طبقات الدعم ببعضها عن طريق فياس ، ولكن فقط بسبب الاقتران السعوي. تم أخذ مستوى الإشعاع لنفس اللوحة حيث تم فصل خط الإشارة في طبقة واحدة كطبقة أولية. كانت الزيادة حوالي 30 ديسيبل بتردد ~ 250 ميغاهرتز ، وفقط بعد 2 غيغاهرتز ، قدمت السعة الموزعة للوحة الدائرة المطبوعة مقاومة منخفضة بما فيه الكفاية للانتقال بين الطبقات المرجعية بحيث لا يختلف مستوى EMR كثيرًا. تظهر التجربة أهمية القضاء على التحولات بين طبقات الإشارة لخطوط التردد العالي.
ص 2.
في الحالات التي يكون فيها من المستحيل تجنب الانتقال ، يوصى بالخيارات التالية بترتيب الأولوية:
- بين طبقتين متجاورتين مع نفس طبقة الدعم (الشكل 4 ب) ،
- بين طبقتين مجاورتين لطبقات الدعم من نفس الإمكانات (الطاقة / الأرض) ، بينما في أقصى مسافة قريبة من مكان تغيير الطبقة (الشكل 4 ب) ، ويفضل ، على طول خط الإشارة ، توصيل طبقات الدعم عن طريق فيا ،
- بين طبقتين متجاورتين مع طبقات دعم مجاورة ذات إمكانات مختلفة ، بينما في أقصى مسافة قريبة من مكان تغيير الطبقة ، يتم توصيل طبقات الدعم بواسطة مكثفين من السيراميك على الأقل مع محاثة اتصال منخفضة (الشكل 4G) ،
- بين طبقتين مجاورتين لطبقات دعم متباعدة ذات إمكانات مختلفة ، بينما في أقصى مسافة قريبة من مكان تغيير الطبقة ، يتم توصيل طبقات الدعم بواسطة مكثفات خزفية مع محاثة اقتران منخفضة - غير مستحسن للإشارات الحرجة ذات حواف من 1 نانوثانية.
لا يوصى بالتغيير بين أكثر من طبقتين للإشارات الحرجة. طبقة الدعم المفضلة في الخيارين الأولين هي الطبقة الأرضية. إذا كانت الطبقة المرجعية هي طبقة القدرة ، فمن الضروري توفير مقاومة منخفضة لنظام الطاقة الفرعي في نطاق طيف الإشارة. لاحظ أنه غالبًا ما يوجد عدد كبير من المكثفات الخزفية بالقرب من الدوائر المصغرة ، وبالتالي فإن تغيير طبقة مسار الإشارة بالقرب من جهاز الاستقبال / جهاز الإرسال هو الأكثر مثالية وفي أفضل الأحوال لا يتطلب وضع مكونات إضافية.
في لوحات الدوائر المطبوعة المعقدة ، هناك العديد من خطوط الإشارة ولا يمكن تنفيذ التوصيات المحددة في هذه المقالة لجميع الإشارات ، خاصة بالنظر إلى المتطلبات العالية لأبعاد المنتجات النهائية. هذا هو السبب في أنه من الضروري اختيار مجموعة من الإشارات الحساسة عالية التردد والإشارات الحساسة وبدء التتبع منها. في هذه الحالة ، يجب أن يوفر ترتيب المكونات المرتبطة بهذه المجموعة فرصة التوصيل الأمثل للإشارات الحرجة. إن مهمة تقليل محاثة الحلقة الحالية ليست سوى جانب واحد من جوانب تتبع خط الإشارة ؛ في المقالات التالية من الدورة ، سيتم النظر في تقنيات الأسلاك والدوائر المطابقة التي تقلل الانعكاسات والتداخل المتبادل في الخطوط.
الأدب
[1] هولواي CL ، Kuester EF "تعبيرات مغلقة الشكل للكثافة الحالية على المستوى الأرضي لخط مجهرية ، مع تطبيقات لفقدان الطائرة الأرضية." معاملات IEEE على نظرية وتقنيات الميكروويف ، المجلد. 43 ، لا. 5 مايو 1995.
[2] جونسون هـ. "تصميم رقمي عالي السرعة: دليل السحر الأسود" ، برنتيس هول ، 1993.
[3] Cui W. ، Ye X. ، Archambeault B. ، إلخ. "EMI الناتجة عن الإشارة عبر التحولات من خلال ناقل الطاقة DC" ، ندوة IEEE الدولية حول التوافق الكهرومغناطيسي ، 2000.
[4] Ott، HW Electromagnetic Compatibility Engineering، Wiley، 2009.
نُشر المقال لأول مرة في دورية Components and Technologies 2018، No. 2. تم الاتفاق على النشر على Geektimes مع محرري المجلة.