Что такое возвратный путь тока на печатной плате?
Знаете ли вы, как определить возвратный путь тока в конструкции платы?
Одним из основных аспектов любой электрической схемы является путь возвратного тока. Если на схеме путь, по которому идет ток, чтобы вернуться к полюсу низкого потенциала источника питания, должен быть очевиден, то он может быть не столь очевиден на плате. По словам великого Эрика Богатина (Eric Bogatin) на докладе PCB West 2019, различия между электрической схемой и топологией платы обитают в пустом пространстве схемы. Иными словами, для более глубокого понимания того, как ток движется в устройстве, необходимо рассматривать топологию платы.
Геометрия трасс и внутренних слоев является лишь одним из аспектов, который определяет путь возвратных токов в плате. Сам сигнал, в некотором смысле, выбирает собственный возвратный путь. Если конструктор понимает, как геометрия и характеристики сигнала влияют на возвратный путь, становится проще определить возвратный путь для сигналов, не прибегая к использованию 2D- и 3D-анализаторов полей.
Мы говорим, что ток идет по пути наименьшего сопротивления, но это справедливо только для цепей постоянного тока. Для изменяющихся со временем сигналов, возвратный ток следует по пути наименьшего реактивного сопротивления, который также является путем наименьшего полного сопротивления. Это значит, что возвратный путь в плате определяется полным сопротивлением цепи, по которой идет возвратный ток.
Если это звучит неясно, немного рассмотрим структуру современной платы. Ток идет от источника по шине питания или по экранному слою, далее к компонентам и затем к слою земли, по которому он идет обратно к полюсу низкого потенциала источника. У всего этого пути есть некоторое полное сопротивление.
Из базового курса электроники мы помним, что полное сопротивление можно разделить на активную часть (не зависит от частоты) и реактивную (зависит от частоты). На самом деле, любая цепь в реальной печатной плате может вести себя как чисто резистивная, чисто емкостная или чисто индуктивная, в зависимости от геометрии, работы различных компонентов и частоты протекающего через цепь сигнала. Реальные линейные цепи на плате следует моделировать по крайней мере как RLC-цепи, даже если цепь не содержит дискретных конденсаторов или индуктивностей.
Почему цепь на плате работаете как RLC-цепь? Это происходит, поскольку смежные проводники разделены диэлектрической подложкой, что создает некоторую паразитную емкость. Индуктивность возникает, поскольку путь, по которому идет ток, формирует замкнутый контур и подложка обладает некоторой магнитной проницаемостью, поэтому у каждой цепи есть некоторая паразитная индуктивность. Эти паразитное сопротивление и сопротивление по постоянному току вносят свой вклад в полное сопротивление при прохождении сигнала по плате. В совокупности с геометрией трасс и плоскостей, они определяют путь, которому следует сигнал при возврате к источнику питания.
Чтобы понять, как в плате образуется возвратный путь тока, сначала на простом примере рассмотрим, что происходит с постоянным током. На виде сверху изображения ниже показаны трассы, идущие к микросхеме, на верхней стороне платы. В нижней части изображения показан внутренний слой земли. Два проводника разделены диэлектрической подложкой, что формирует емкость между двумя слоями. Обратите внимание, что символы конденсатора, показанные ниже, не означают наличие дискретных конденсаторов – воспринимайте их как часть модели с сосредоточенными параметрами. Обратите внимание, что это, по сути, причина того, что каждая трасса в плате является линией передачи.
Постоянный ток, который начинается на верхнем слое (в точке +5 V), следует прямо вдоль трассы, что является путем наименьшего сопротивления. После того, как ток покидает микросхему, он входит во внутренний слой через переходное отверстие и идет вдоль слоя земли, после чего возвращается к источнику питания на внешнем слое через другое переходное отверстие. Для постоянного тока реактивное сопротивление между внешним слоем и слоем земли бесконечно (и, соответственно, полное сопротивление), что означает, что ток не проходит прямо на подложку через сосредоточенную емкость. Когда ток переходит на слой земли, он идет по пути наименьшего сопротивления обратно к переходному отверстию. Обратите внимание, что этот путь наименьшего сопротивления является кратчайшим расстоянием (прямая желтая линия) между двумя переходными отверстиями.
Возвратный путь тока на плате для постоянного тока
Для изменяющихся со временем сигналов (будь то импульс, цифровой или аналоговый сигнал) ситуация иная. Поскольку напряжение и ток меняются со временем, сигнал может наводить ток смещения через сосредоточенную емкость в подложке, и этот ток затем будет идти в слое земли. Активное сопротивление не изменяется с частотой, в отличие от реактивного сопротивления, образованного емкостью подложки. Ток концентрируется под трассой сигнала, которая соответствует пути наименьшего сопротивления.
Возвратный путь тока в плате для изменяющихся со временем токов
Обратите внимание, что желтые линии, показанные на виде сверху, несколько смещены от трассы сигнала для более ясного представления, и вы можете видеть разницу между этими двумя случаями. Очевидно, ситуация усложняется при большем количестве трасс, компонентов и экранных слоев в плате. На самом деле, возвратный ток имеет примерно гауссово распределение под трассой на высоких частотах (мегагерцы и выше). На средних частотах (десятки килогерц) здесь всё ещё будет некоторый ток, который идет по пути постоянного тока. Посмотрите статью Брюса Арчамбо (Bruce Archambeault) (рисунки 3-5), чтобы понять, что происходит на средних частотах.
В платах смешанного типа, управление возвратными путями становится еще более важным, поскольку необходимо устранить наведение токов в аналоговой части платы цифровыми сигналами. Разделение топологии на аналоговую и цифровую части имеет большое значение для уменьшения перекрестных помех смешанных сигналов. Тем не менее, всё ещё необходимо прилагать усилия для определения возвратного пути в плате, чтобы предотвращать влияние сигнала любого из типов на чувствительные компоненты. Франческо Подерико (Francesco Poderico) привел отличный урок по тому, как определять возвратные пути в платах смешанного типа в недавней статье.
Если вы разбираетесь в анализе топологии своих проектов, то вам, скорее всего, не нужно запускать моделирование только для того, чтобы определить возвратные пути. Тем не менее, инструменты моделирования и 2D/3D-анализаторы полей всё ещё могут быть полезными и их можно использовать для проверки конструктивных решений и работы различных цепей на плате.
Благодаря мощным средствам проектирования и анализа плат Altium Designer вы можете проводить анализ всех аспектов схем и плат и устранять потенциальные проблемы целостности сигналов, которые возникают в сложных конструкциях плат. Эти средства являются частью унифицированного ядра проектирования, что позволяет проводить важные проверки правил в процессе проектирования. В вашем распоряжении также находится полный набор инструментов планирования производства и формирования документации – вс` в рамках единой платформы.
Вы можете загрузить бесплатную пробную версию Altium Designer и узнать больше о лучших в отрасли средствах создания схем, конструирования и анализа. Поговорите с экспертом Altium, чтобы узнать больше.
Публикации |
» Публикации » Технические обзоры » Целостность сигналов на печатной плате и волновое сопротивление проводников |
В данном разделе мы рассматриваем, как избежать искажений цифрового сигнала, связанных с его передачей по проводнику на печатной плате. Несмотря на то, что это в первую очередь задача для инженера-схемотехника, разработчик печатной платы тоже зачастую повинен в проблемах с передачей сигналов по плате, а также в возникающих на плате наводка и перекрестных искажениях. Почему сигнал искажается при передаче? В чем идея передачи без искажений? Для каких сигналов искажения становятся существенными? Правило «половины длительности фронта» К сожалению, это неверный ответ. Проблемы упрощенного подхода Где применяются линии передачи? Может оказаться полезным использование линий передачи для узкополосных сигналов (например, для аналоговых измерительных сигналов) с тем, чтобы предотвратить их «загрязнение» окружающими высокочастотными полями, в частности, наводками от цифровой части схемы или от внешних источников ЭМИ. Это становится тем более важно, если учесть, что аналоговые микросхемы зачастую склонны к «детектированию» (демодуляции) радиочастотных наводок на вход, имеющих частоты порядка сотен мегагерц. Как проектировать линии передачи? Примеры линий передачи Первый пример — это проводник на поверхности печатной платы, под которым расположен опорный плана «земли» или питания (рис. 1). Этот так называемая микрополосковая линия, или просто микрополосок. Не вдаваясь в физические принципы действия, просто приведем формулы расчета. Волновое сопротивление такой линии в омах определяется как: , где Еr — диэлектрическая проницаемость материала (около 4,4 для FR4 на 100 МГц), B — ширина проводника, C — толщина меди, H — толщина диэлектрика (расстояние до опорного плана). Время распространения сигнала составляет: Второй пример — проводник во внутренних слоях платы, расположенный симметрично относительно двух опорных планов питания (рис. Время распространения сигнала составляет для симметричного полоска: Такая линия немного медленнее, чем микрополосок, зато гораздо более устойчива к помехам и гораздо меньше склонна к паразитным излучениям, что хорошо для обеспечения ЭМС. где Cd — сумма всех емкостных нагрузок, Z0 — характеристическое сопротивление ненагруженной линии, и C0 — характеристическая емкость ненагруженной линии полученная по формуле из [2]. Предпочтительной схемой подключения нагрузок к линии передачи является «одинаковое число нагрузок на единицу длины», в отличие от «подключения всех нагрузок в одну точку». Хотя можно применять и разновидности варьирования геометрических размеров различных сегментов проводника так, чтобы обеспечить одинаковое Z0 по всей длине линии, даже при подключении нескольких входов в одной точке. Как сконструировать линию передачи наилучшим образом? Как можно удешевить проект? Может ли линия передачи переходить из слоя в слой? Как ослабить негативный эффект от смены слоев? Моделирование и тестирование прототипов Обеспечение волновых сопротивлений на этапе изготовления ПП Заключение Литература Технические обзоры» |
НА БОРТУ | определение в кембриджском словаре английского языка
Примеры на борту
На борту
Они также могут похвастаться системами, которые отводят большую часть тепла, выделяемого электроникой на плате — и исполнительными механизмами, в топливо.
Из проводного
Экскурсионная утиная лодка была поставлена на якорь в судоходном канале после остановки, потому что оператор лодки увидел дым и опасался пожара.
От CNN
Социальная сеть должна подумать о том, как она может убедить своих пользователей мобильных телефонов, чтобы их друзья на — доска также.
От TechCrunch
Земля и на — борту радара показывают, что их характеристики значительно превосходят наши лучшие аэронавигационные и космические возможности.
От Хаффингтон Пост
Он претендует на то, чтобы быть чем-то другим и чем-то новым; что-то, что использует как на — board датчиков и облачных сервисов, чтобы дать нам совершенно новый опыт.
Из проводного
Когда индукционная шина проходит над этой зарядной пластиной, два магнита «настраиваются», и ток течет для зарядки на — 9.0009 плата батарея.
Из проводного
Автомобили становятся все более умными и все в большей степени связаны друг с другом и окружающей средой через свои системы на — board .
От Phys.Org
Но теперь ваш телефон сможет отслеживать мили, пройденные в вашем автомобиле, подключившись к устройству на — board .
От OregonLive.com
Говоря о компьютере on — board , он размещается в рюкзаке вместе с перезаряжаемой литий-ионной батареей, которой хватает на 8 часов работы от одной зарядки.
Из Арс Техника
Сирены автомобилей экстренных служб стали менее распространенными, поскольку автомобильные аварии снижаются благодаря на — борт автомобильные датчики, отслеживающие движущиеся объекты и человека.
Из США СЕГОДНЯ
Они знают, что им придется принести свои собственные продукты, чтобы поесть на — доска .
Из новостей CBS
Кремниевая пластина на плате — будет хранить свои изображения миллиарды лет после того, как спутник отключится.
Из Атлантики
И, естественно, это все на пленке, благодаря крейсерской на — бортовой камере.
Из ВРЕМЕНИ
Предупреждаем потенциальных посетителей: они берут плату за на — доска напитки.
Из новостей ABC
Эти примеры взяты из корпусов и источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Кембриджского словаря, издательства Кембриджского университета или его лицензиаров.
Переводы on board
на Китайский (Традиционный)
(尤指為了特殊目的而)參與, (車輛上)安裝的,裝載的…
на Китайский (упрощенный)
Узнать больше
Нужен переводчик?
Получите быстрый бесплатный перевод!
Как произносится на доске 9?0010 ?
Обзор
фраза о невыполненном заказе
Идиомы баланса
Идиомы
фраза на коленях
на борту идиома
Идиомы по вызову
фраза на камеру
на зарядке фраза
по накладной фразе
Проверьте свой словарный запас с помощью наших веселых викторин по картинкам
- {{randomImageQuizHook.
copyright1}}
- {{randomImageQuizHook.copyright2}}
Авторы изображений
Попробуйте пройти викторину
Слово дня
анекдот
Великобритания
Ваш браузер не поддерживает аудио HTML5
/ˈæn.ɪk.dəʊt/
НАС
Ваш браузер не поддерживает аудио HTML5
/ˈæn.ɪk.doʊt/
короткий, часто забавный рассказ, особенно о том, что кто-то сделал
Об этом
Блог
Скрещенные мечи и летящие искры (Идиомы о споре)
Подробнее
Новые слова
Применение ярости
В список 9 добавлены новые слова
0005
Наверх
Содержание
EnglishIntermediateExamplesTranslations
Бортовое определение и значение — Merriam-Webster
на борту ˈȯn-ˈbȯrd
ˈän-
: перевозимый внутри или находящийся на борту транспортного средства (например, спутника или автомобиля)
бортовой компьютер
бортовые регистраторы
Примеры предложений
Автомобиль комплектуется бортовым компьютером .
Недавние примеры в Интернете
Даже первоначальному сценаристу Уиллоу, Бобу Долману, было 9 лет.0009 на борту .
— Эрик Кейн, Forbes , 17 марта 2023 г.
Брэд Питт; Шанайя Твен | Авторы и права: Аксель/Бауэр-Гриффин/FilmMagic; Самир Хуссейн/WireImage К его чести, Питт полностью на борту с разделением лирического кивка с Рейнольдсом.
— Эмлин Трэвис, EW.com , 11 марта 2023 г.
Перевозчик также работает над установкой современных удобств в своем автопарке, таких как порты питания USB A и USB C на каждом сиденье и большие багажные полки, а также модернизирует свои 9 транспортных средств.0009 на борту Wi-Fi, изменяя при этом структуру ценообразования в Интернете.
— Элисон Фокс, Travel + Leisure , 10 марта 2023 г.
Встроенная точка доступа Wi-Fi , которая обеспечивает доступ к Интернету через соединение 5G, является стандартной, как и стереосистема с семью динамиками и навигация в приборной панели; стереосистема AKG с 13 динамиками не является обязательной.
— Дрю Дориан, Автомобиль и водитель , 22 февраля 2023 г.
Southwest Airlines, потратившая в прошлом году более 2 миллиардов долларов на модернизацию самолетов, теперь будет взимать плату за перелет за свои 9 рейсов.0009 на борту Wi-Fi.
— Dallas News , 17 февраля 2023 г.
Система также имеет 8 гигабайт оперативной памяти, поддерживает хранилище eMMC и NVMe и поставляется с встроенным Wi-Fi и Bluetooth.
— IEEE Spectrum , 14 января 2023 г.
Но не все на борту с предоставлением Зеленскому большего эфирного времени.
— Татьяна Сигель, 9 лет.0009 Разнообразие , 9 марта 2023 г.
Его фан-база выглядит молодой и прогрессивной, и, как показывает его плохое выступление на BAFTA, европейский избирательный блок может не полностью состоять из на борту .
— Стервятник , 27 февраля 2023 г.
Узнать больше
Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «на борту». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов.