LinkedIn YouTube Facebook
Szukaj

Newsletter

Proszę czekać.

Dziękujemy za zgłoszenie!

Wstecz
Artykuły

Projektowanie systemów cyfrowych z wykorzystaniem izolatorów

Tab. 2. Równania mikropasków dla 0,2 < w/d < 1

εeff = efektywna przenikalność elektryczna, uwzględniająca:

  • przenikalność względna powietrza
  • przenikalność względna PCB
  • wysokość nad podłożem
  • nominalna długość ścieżki

Weff = efektywna szerokość ścieżki, uwzględniająca:

  • nominalną szerokość ścieżki
  • grubość ścieżki
  • wysokość nad podłożem

Z0 = impedancja charakterystyczna, uwzględniająca:

  • efektywną szerokość ścieżki
  • wysokość nad podłożem
  • efektywną przenikalność elektryczną
Uwaga: wszystkie wymiary mają te same jednostki – cale, mile (1 cal = 1000 mili) lub mm (1 cal = 25,4 mm).
Warstwy odniesienia

Warstwy zasilania i masy w projekcie płytki PCB wysokiej szybkości muszą spełniać szereg wymagań. Przy prądzie stałym i niskich częstotliwościach muszą zapewniać stabilne napięcia odniesienia, takie jak Vcc i masa w stosunku do wejść zasilania układów zintegrowanych (IC). Przy wysokich częstotliwościach warstwy odniesienia, a w szczególności warstwy masy, pełnią liczne funkcje. Aby zaprojektować systemy transmisyjne o kontrolowanej impedancji, warstwa uziemiająca musi zapewniać silne sprzężenie elektryczne ze ścieżkami sygnałowymi na przylegającej warstwie sygnałowej.

Rozważmy pojedynczy przewodnik przenoszący prąd zmienny, wraz z towarzyszącym polem elektrycznym i magnetycznym, pokazane na rysunku 14. Brak lub niewielkie sprzężenie elektryczne pozwala fali TEM wytwarzanej przez przepływ prądu swobodnie rozchodzić się w środowisku zewnętrznym, wywołując poważne interferencje elektromagnetyczne (EMI).

Rys. 14. Redukcja pola rozchodzącego się przez bliskie sprzężenie elektryczne między przewodnikami

Rys. 14. Redukcja pola rozchodzącego się przez bliskie sprzężenie elektryczne między przewodnikami

Teraz wyobraźmy sobie drugi przewodnik w bezpośredniej bliskości, przenoszący prąd o jednakowej amplitudzie, lecz przeciwnej polaryzacji. W tym wypadku przeciwstawne pola magnetyczne przewodników znoszą się, podczas gdy pola elektryczne zostają ściśle sprzężone. Fale TEM obu przewodników, pozbawione pól magnetycznych, nie mogą teraz wypromieniować w przestrzeń.

Na rysunku 15 pokazano ten sam efekt zachodzący między podłożem uziemiającym a ściśle sprzężoną ścieżką sygnału. Prądy wysokich częstotliwości podążają drogą o najmniejszej indukcyjności, nie ścieżką o najmniejszej impedancji. Ponieważ ścieżka powrotna o najmniejszej indukcyjności leży dokładnie pod ścieżką sygnałową, powracający sygnał wykazuje tendencję do podążania tą drogą. Ograniczony przepływ powracającego prądu tworzy obszar o wysokiej gęstości prądu w warstwie podłożowej, dokładnie pod ścieżką sygnału. Ten obszar podłoża następnie działa jak pojedyncza ścieżka powrotna, pozwalając polom magnetycznym znieść się i zapewniając ścisłe sprzężenie elektryczne ze ścieżką sygnału na górze.

Rys. 15. Warstwa podłożowa działająca jak pojedyncza ścieżka powrotna

Rys. 15. Warstwa podłożowa działająca jak pojedyncza ścieżka powrotna

By zapewnić ciągłą ścieżkę o niskiej impedancji dla prądów powrotnych, warstwy odniesienia (warstwy zasilania i uziemienia) muszą być jednolitymi obszarami miedzi bez dziur i defektów. Dla warstw odniesienia ważne jest, by obszary izolacyjne przelotek nie zaburzały ścieżki prądu powrotnego. W przypadku wystąpienia przeszkody, prąd powrotny znajduje odpowiednią drogę, omijając ją. Jednakże w ten sposób pola elektromagnetyczne prądu będą najprawdopodobniej interferować z polami innych ścieżek, powodując przesłuchy. Co więcej, te przeszkody zwiększają impedancję ścieżek prowadzonych nad nimi, tym samym prowadząc do wystąpienia nieciągłości i wzrostu EMI.

Rys. 16. Porównanie ścieżki prądu zwrotnego w jednolitej i podzielonej płytce

Rys. 16. Porównanie ścieżki prądu zwrotnego w jednolitej i podzielonej płytce

Polski portal branżowy dedykowany zagadnieniom elektroniki. Przeznaczony jest dla inżynierów i konstruktorów, projektantów hardware i programistów oraz dla studentów uczelni technicznych i miłośników elektroniki. Zaglądają tu właściciele startupów, dyrektorzy działów R&D, zarządzający średniego szczebla i prezesi dużych przedsiębiorstw. Oprócz artykułów technicznych, czytelnik znajdzie tu porady i pełne kursy przedmiotowe, informacje o trendach w elektronice, a także oferty pracy. Przeczyta wywiady, przejrzy aktualności z branży w kraju i na świecie oraz zadeklaruje swój udział w wydarzeniach, szkoleniach i konferencjach. Mikrokontroler.pl pełni również rolę patrona medialnego imprez targowych, konkursów, hackathonów i seminariów. Zapraszamy do współpracy!