معلومات

محاكاة سلامة إشارة PCB

محاكاة سلامة إشارة PCB

أصبحت سلامة الإشارة عنصرًا مهمًا بشكل متزايد في تصميم الدوائر و PCB. مع ارتفاع الترددات المستخدمة داخل الدوائر الرقمية ، تعمل حتى الاتصالات القصيرة نسبيًا كخطوط نقل ، ولها تأثير على سلامة الإشارات التي يتم نقلها. يتم تعديل الإشارات التي يمكن اعتبارها رقمية بحتة من خلال التأثيرات التي قد يُعتقد أنها تنطبق على المجال التماثلي. يمكن أن تتسبب هذه التأثيرات في عدم عمل الدوائر ، وبالتالي أصبحت سلامة الإشارة الآن مشكلة رئيسية لأي تصميم دائرة.

نظرًا لأهمية تكامل الإشارة في أي من تصميمات المعالجات عالية السرعة اليوم ، فمن الضروري دمج عمليات محاكاة التصميم وعمليات الفحص أثناء عملية تصميم وتخطيط PCB. تحتاج لوحات الدوائر بشكل فعال إلى الخضوع لهندسة سلامة الإشارة. إذا لم يتم تنفيذه أثناء التصميم ، فليس هناك الكثير مما يمكن القيام به بمجرد بناء لوحة مكتملة. في ضوء ذلك ، تتضمن حزم برامج تصميم PCB الأعلى خيارات لتضمين هندسة سلامة الإشارة وبرامج الفحص ، وهذا سيمكن من إجراء عمليات الفحص أثناء تقدم التصميم. وبهذه الطريقة يمكن تحسين تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان هندسة سلامة الإشارة بشكل صحيح وتقليل المشكلات التي تحدث بمجرد توفر ثنائي الفينيل متعدد الكلور النهائي لاختباره.

قضايا سلامة الإشارة

هناك أربعة مجالات رئيسية لتصميم وتخطيط الدائرة التي يجب أن تؤخذ في الاعتبار لضمان الحفاظ على سلامة الإشارة للوحة أو تصميم الدائرة:

  • آثار خط النقل
  • مقاومة مطابقة
  • تأثيرات التحويل المتزامن
  • الحديث المتبادل

لضمان الحفاظ على سلامة الإشارة ، يجب معالجة جميع المشكلات لضمان عدم تشويه الإشارة بأي شكل من الأشكال وتلف البيانات. وبهذه الطريقة يكون النظام قادرًا على العمل بشكل مرضٍ دون أخطاء وبالسرعة المطلوبة.

آثار خط النقل

عند الترددات المنخفضة ، يمكن اعتبار طول المسار محضًا بخصائصه DC. ولكن مع ارتفاع الترددات ، فإن التأثيرات بما في ذلك السعة والتحريض المرتبطين بالمسار تبدأ في التأثير بشكل كبير على أداء الخط. وفقًا لذلك ، من الضروري اعتبار المسارات كخطوط نقل ، ومعالجتها وفقًا لذلك ، والنظر في جوانب مثل مقاومة الخط.

نتيجة لذلك ، من الضروري التأكد من أن الخط يحافظ على نفس الممانعة المميزة على طول الخط ، وإلا سيتم إدخال الانقطاعات. قد يؤدي هذا إلى إنشاء انعكاسات إشارة قد تؤدي إلى رنين وضعف سلامة الإشارة.

من أجل التأكد من معالجة خطوط النقل بشكل صحيح. أولاً ، من الضروري أن يكون للخطوط مستوى أرضي تحتها. من الضروري أيضًا حساب مقاومة الخط. يتم تحديد ذلك من خلال مزيج من سمك الخط ، والمسافة بين الخط والمستوى الأرضي ، وثابت العزل الكهربائي للوحة. إذا حدث ذلك في كثير من الأحيان ، يحتاج الخط إلى العبور بين الطبقات وبالتالي تتغير المسافة بين الخط والمستوى الأرضي. سيكون من الضروري التأكد من بقاء مقاومة الخط كما هي ، ربما عن طريق تغيير سمك الخط.

مقاومة مطابقة

نظرًا لحقيقة أن الخطوط الموجودة على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تعمل مثل خطوط النقل مع زيادة الترددات ، فمن الضروري أيضًا النظر في الطريقة التي يجب بها مطابقة الممانعات لضمان سلامة الإشارة الجيدة. عندما يكون هناك عدم تطابق بين الخط والحمل ، لا يمتص الحمل كل طاقة شكل الموجة. ما لم يتم امتصاصه ينعكس مرة أخرى على طول الخط حيث قد لا يتم امتصاصه مرة أخرى إذا كان هناك عدم تطابق بين جهاز الإرسال والخط. يمكن أن يتسبب ذلك في التجاوز والرنين مما يؤدي إلى ضعف سلامة الإشارة ويؤدي إلى حدوث أخطاء في الإشارة. للتغلب على هذه المشكلة ، من الضروري مطابقة خط النقل مع مشغلات الخط أو أجهزة الإرسال وأجهزة استقبال الخط العديد من مخارج برامج التشغيل وأجهزة الاستقبال التي تحتوي على ممانعات مناسبة للمدخلات والمخرجات. عندما لا يكون ذلك ممكنًا ، لنقل بين خط النقل وجهاز الاستقبال ، فمن الممكن وضع المقاوم على الأرض. وبهذه الطريقة ، يمكن أن يساوي الجمع المتوازي بين مستقبل الخط والمقاوم معاوقة الخط.

في ضوء السرعات العالية وطول بعض الخطوط ، يجب أن تكون قدرة القيادة للسائقين أعلى من بعض الرقائق "المنطقية فقط" ويجب استخدام برامج تشغيل خاصة. سيكونون قادرين على توفير التيار المطلوب لقيادة الخطوط بشكل صحيح.

في بعض التطبيقات ، قد يكون من الممكن إضافة صمامات ثنائية لقط لتقليل مستوى التجاوز أو العجز عن الهدف ، وبهذه الطريقة الحفاظ على مستويات سلامة الإشارة. ولكن حيثما كان ذلك ممكنًا ، فمن الأفضل ضمان تحقيق المطابقة المناسبة.

تأثيرات التحويل المتزامن

يحدث أحد التأثيرات التي يمكن أن تعطل سلامة الإشارة على لوحة الدائرة عندما يتم تبديل العديد من خطوط الإخراج في وقت واحد. نظرًا لأن الشحنة المخزنة على المخرجات تحتاج إلى التفريغ ، فإن هذا يؤدي إلى مستويات عالية من التيارات العابرة. في حين أن مستويات العابرين مناسبة عادة لتغيير المخرجات الفردية ، إذا تم تبديل عدة خطوط في وقت واحد ، خاصة على نفس الشريحة ، فإن التيارات العابرة تكون أكبر ، وهذا يمكن أن يؤدي إلى مشاكل. تنشأ مشاكل تتعلق بسلامة الإشارة لأن الجهد ينشأ بين أرضي الجهاز وأرض اللوحة. إذا ارتفعت أرضية الشريحة بشكل كافٍ ، فقد يتسبب ذلك في تجاوز مستويات تبديل الإشارة ، مما يؤدي إلى حدوث تبديل زائف.

للتغلب على هذه المشكلة ، هناك عدد من التدابير التي يمكن دمجها. أحدهما هو التأكد من عدم حدوث التبديل المتزامن ، ولكن هذا ليس ممكنًا دائمًا ، خاصةً عند تشغيل الدوائر بطريقة متزامنة. التأريض الجيد ضروري: يجب استخدام مستوى أرضي لضمان عودة الأرض منخفضة المقاومة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يساعد الفصل الكافي مباشرة عبر الشريحة في بعض التأثيرات ذات الصلة.

الحديث المتبادل

ينشأ هذا الجانب من سلامة الإشارة من حقيقة أن الإشارات التي تظهر على سطر واحد تظهر على الخطوط القريبة. يمكن أن يؤدي هذا إلى ظهور طفرات زائفة وإشارات أخرى تظهر على الخطوط القريبة. يمكن أن يتسبب هذا في ظهور بيانات خاطئة أو ظهور نبضات تسجيل الوقت ، وقد يكون من الصعب جدًا تعقبها في بعض الظروف. ينشأ ضعف سلامة الإشارة من الحديث المتبادل من سببين ، وهما الحث المتبادل والسعة المتبادلة.

الحث المتبادل هو التأثير المستخدم في المحولات. ينشأ من حقيقة أن التيار في مسار واحد ينشئ مجالًا مغناطيسيًا. التغييرات في هذا المجال ثم إحداث تيار في مسار قريب.

تحدث السعوية المتبادلة نتيجة لاقتران المجالات الكهربائية بين مسارين. يخلق الجهد الذي يظهر على مسار واحد مجالًا كهربائيًا يمكن أن يقترن بخط آخر. يمكن أن يؤدي تغيير الفولتية ، خاصة الحواف السريعة إلى ظهور حواف متشابهة على الخطوط القريبة.

هناك العديد من التقنيات التي يمكن استخدامها للتغلب على هذه الآثار. نظرًا لأن سلامة الإشارة الضعيفة من الحديث المتبادل تنشأ من الحث المتبادل والسعة ، فإن الحلول تتضمن اتخاذ خطوات لتقليلها. يمكن تحقيق ذلك بعدة طرق عن طريق ترتيب التخطيط وفقًا لذلك. يجب أن يتجنب التوجيه الخطوط التي تعمل بالتوازي مع بعضها البعض. إذا كان لا بد من عبور الخطوط ، فيجب تحقيق ذلك بزوايا قائمة ، واستخدام طبقات متباعدة قدر الإمكان. يجب أن يكون تباعد الأسطر واسعًا قدر الإمكان ، ولتقليل خطوط السعة المتبادلة يجب أن تكون رفيعة قدر الإمكان. أخيرًا ، عند استخدام خطوط النقل ، يجب أن تكون قريبة من مستوى الأرض قدر الإمكان. سيؤدي ذلك إلى تقليل الاقتران بالخطوط الأخرى المجاورة.

مزيد من الأفكار

هناك عدد من الأفكار الأخرى التي يمكن تنفيذها للمساعدة في الحفاظ على مستويات جيدة من سلامة الإشارة. أحد المجالات التي ينبغي إيلاء اهتمام خاص لها هو دائرة تسجيل الوقت. نظرًا لأنه يولد نبضًا منتظمًا لتسجيل الوقت ، يمكن أن يؤدي ذلك إلى حدوث ضوضاء في الخلفية إذا لم يتم دمج إجراءات سلامة الإشارة وبناءً على ذلك ، من الضروري التأكد من تنفيذ تدابير تقليل الحديث المتبادل على خطوط الساعة. على وجه الخصوص ، يجب أن تبقى خطوط الإشارة بعيدة عن خطوط الساعة ، ويجب ألا يتم توجيهها تحت بعضها البعض. إذا كان هذا ضروريًا ، فيجب أن تكون الأرض أو مستوى الأرض بينهما. لضمان سلامة الإشارة ، من الضروري أيضًا التأكد من توافق الخطوط جيدًا بحيث يتم منع الرنين. يمكن أن يضيف هذا طفرات إضافية قد تنتقل حول الدائرة.

هناك طريقة أخرى لتحسين سلامة الإشارة وهي التأكد من فصل جميع الشرائح بشكل مناسب. سيضيف الفصل الضعيف إلى الضوضاء الموجودة على الدوائر وقد يؤثر ذلك على سلامة الإشارة. يجب فصل كل شريحة بما يتماشى مع إرشادات الشركات المصنعة. يجب أيضًا وضع مكثفات الفصل بالقرب من الرقائق قدر الإمكان.

تعد هندسة سلامة الإشارة الآن جزءًا لا يتجزأ وأساسيًا من عملية تصميم لوحات الدوائر المطبوعة. مع السرعات العالية المستخدمة في العديد من الدوائر الحالية ، لم يعد من الممكن تصميم الدائرة الأساسية بمعزل عن ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بدلاً من ذلك ، يجب أن يكون تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور جزءًا من التصميم الكهربائي العام. عند اعتماد هذا النهج ، سيتم تقليل احتمالية حدوث مشكلات ناجمة عن ضعف سلامة الإشارة.


شاهد الفيديو: circuit wizard برنامج محاكاة الدوائر الالكترونية (قد 2021).