כיצד להתמודד עם אות PCB חוצה קו מחלק?

בתהליך תכנון PCB, חלוקת מישור הכוח או חלוקת מישור ההארקה תוביל למישור הלא שלם.באופן זה, כאשר האות מנותב, מישור הייחוס שלו יתפרש ממישור כוח אחד למישור כוח אחר.תופעה זו נקראת חלוקת טווח האותות.

p2

 

p3

תרשים סכמטי של תופעות של פילוח צולב
 
פילוח צולב, לאות המהירות הנמוכה אולי אין קשר, אבל במערכת האותות הדיגיטליים המהירים, האות המהיר לוקח את מישור הייחוס כנתיב החזרה, כלומר נתיב החזרה.כאשר מישור הייחוס אינו שלם, יתרחשו ההשפעות השליליות הבאות: פילוח צולב עשוי שלא להיות רלוונטי עבור אותות במהירות נמוכה, אך במערכות אותות דיגיטליות במהירות גבוהה, אותות במהירות גבוהה לוקחים את מישור הייחוס כנתיב החזרה, ש הוא, נתיב החזרה.כאשר מישור הייחוס אינו שלם, יתרחשו ההשפעות השליליות הבאות:
l אי רציפות עכבה וכתוצאה מכך הפעלת חוט;
l קל לגרום להצלבה בין אותות;
l זה גורם לשתקפויות בין אותות;
l צורת גל המוצא קלה לתנודה על ידי הגדלת שטח הלולאה של הזרם וההשראות של הלולאה.
l הפרעות הקרינה לחלל גדלות והשדה המגנטי בחלל מושפע בקלות.
l הגדל את האפשרות של צימוד מגנטי עם מעגלים אחרים על הלוח;
l נפילת המתח בתדר הגבוה על משרן הלולאה מהווה את מקור הקרינה המשותף, המופק דרך הכבל החיצוני.
 
לכן, חיווט PCB צריך להיות קרוב ככל האפשר למישור ולהימנע מחלוקה צולבת.אם יש צורך לחצות את החלוקה או לא יכול להיות ליד מישור ההארקה, תנאים אלה מותרים רק בקו האות במהירות נמוכה.
 
עיבוד על פני מחיצות בתכנון
אם חלוקה צולבת היא בלתי נמנעת בתכנון PCB, איך להתמודד עם זה?במקרה זה, יש לתקן את הפילוח כדי לספק נתיב חזרה קצר לאות.שיטות עיבוד נפוצות כוללות הוספת קבל התיקון וחציית גשר החוטים.
ל Stiching Capacitor
קבל קרמי 0402 או 0603 עם קיבולת של 0.01uF או 0.1uF ממוקם בדרך כלל בחתך האות.אם המקום מאפשר, ניתן להוסיף עוד כמה קבלים כאלה.
יחד עם זאת, נסה להבטיח כי חוט האות נמצא בטווח של קיבול תפירה של 200 מיליליטר, וככל שהמרחק קטן יותר, כך ייטב;הרשתות בשני הקצוות של הקבל מתאימות בהתאמה לרשתות של מישור הייחוס שדרכו עוברים האותות.ראה את הרשתות המחוברות בשני קצוות הקבל באיור למטה.שתי הרשתות השונות המודגשות בשני צבעים הן:
p4
לגשר על חוט
מקובל "לעבד" את האות על פני החלוקה בשכבת האות, ועשויים להיות גם קווי אות רשת אחרים, קו "הקרקע" עבה ככל האפשר

 

 

כישורי חיווט אות במהירות גבוהה
א)חיבור רב שכבתי
למעגל ניתוב אותות במהירות גבוהה יש לעתים קרובות אינטגרציה גבוהה, צפיפות חיווט גבוהה, שימוש בלוח רב שכבתי אינו הכרחי רק לחיווט, אלא גם אמצעי יעיל להפחתת הפרעות.
 
מבחר סביר של שכבות יכול להקטין מאוד את גודל לוח ההדפסה, יכול לעשות שימוש מלא בשכבת הביניים כדי להגדיר את המגן, יכול לממש טוב יותר את ההארקה הסמוכה, יכול להפחית ביעילות את השראות הטפילית, יכול למעשה לקצר את אורך השידור של האות , יכול להפחית מאוד את ההפרעות הצולבות בין אותות וכו'.
ב)ככל שהעופרת פחות מכופפת, כך ייטב
ככל שפחות עופרת מתכופפת בין פינים של התקני מעגל מהירים, כך ייטב.
כבל החיווט של מעגל ניתוב אותות במהירות גבוהה מאמץ קו ישר מלא וצריך להסתובב, אשר יכול לשמש כ-45° polyline או פניית קשת.דרישה זו משמשת רק כדי לשפר את חוזק ההחזקה של רדיד פלדה במעגל בתדר נמוך.
במעגלים מהירים, עמידה בדרישה זו יכולה להפחית את השידור והצימוד של אותות במהירות גבוהה, ולהפחית את הקרינה וההשתקפות של אותות.
ג)ככל שההובלה קצרה יותר, כך ייטב
ככל שההובלה בין הפינים של התקן מעגל ניתוב האותות המהיר קצר יותר, כך ייטב.
ככל שההובלה ארוכה יותר, כך גדלים ערך השראות והקיבול המחולקים, אשר ישפיעו רבות על מעבר האות בתדר גבוה של המערכת, אך גם ישנו את העכבה האופיינית של המעגל, וכתוצאה מכך ישנה השתקפות ותנודה של המערכת.
ד)ככל שפחות החלפות בין שכבות עופרת, כך ייטב
ככל שפחות חילופי שכבות בין פינים של התקני מעגל מהירים, כך ייטב.
מה שנקרא "כמה שפחות חילופי מובילים בין שכבות, כך טוב יותר" פירושו שככל שמשתמשים בפחות חורים בחיבור של רכיבים, כך טוב יותר.נמדד שחור אחד יכול להביא לקיבול מבוזר של 0.5pf, וכתוצאה מכך לעלייה משמעותית בהשהיית המעגל, הפחתת מספר החורים יכולה לשפר משמעותית את המהירות
ה)שימו לב להפרעות צולבות מקבילות
חיווט אות במהירות גבוה צריך לשים לב ל"הפרעות צולבות" שמוצגות על ידי חיווט מקביל למרחק קצר של קו האות.אם לא ניתן להימנע מהפצה מקבילה, ניתן לארגן אזור גדול של "קרקע" בצד הנגדי של קו האות המקביל כדי להפחית מאוד את ההפרעות.
ו)הימנע מענפים וגדמים
חיווט אות במהירות גבוה צריך להימנע מהסתעפות או יצירת Stub.
לגדמים יש השפעה רבה על העכבה ויכולים לגרום להחזרת אותות ולחריגה, ולכן בדרך כלל עלינו להימנע מגדמים וענפים בעיצוב.
חיווט שרשרת דייזי יפחית את ההשפעה על האות.
ז)קווי האות עוברים לקומה הפנימית ככל האפשר
קו אות בתדר גבוה שהולך על פני השטח קל לייצר קרינה אלקטרומגנטית גדולה, וגם קל להפריע לו קרינה אלקטרומגנטית חיצונית או גורמים.
קו האות בתדר גבוה מנותב בין ספק הכוח לחוט ההארקה, באמצעות בליעת גל אלקטרומגנטי על ידי ספק הכוח והשכבה התחתונה, הקרינה שנוצרת תפחת בהרבה.