Thách thức của việc nối đất

Altium Designer cung cấp cho bạn đa dạng các phương pháp cần thiết để giải quyết mọi thách thức về nối đất trong tất cả các loại thiết kế khác nhau.

GIỚI THIỆU

Nối đất đã chứng tỏ là một trong những thách thức lớn nhất trong thiết kế nối đất Mạch In PCB hiện đại. Các mạch tiếp tục trở nên phức tạp hơn theo thời gian, khi các công nghệ mới làm cho chúng nhỏ hơn, và chúng ta tiếp tục chuyển đổi từ tương tự sang số. Và những thiết bị nhỏ hơn, thông minh hơn, kết nối nhiều hơn này đang mang lại một loạt thách thức ngày càng tăng khi nói đến việc nối đất cho các mạch của chúng một cách đúng đắn. Và thách thức đó không hứa hẹn sẽ trở nên dễ dàng hơn trong tương lai gần. Thật không may, không có sách hướng dẫn nào mà chúng ta có thể tra cứu cách giải quyết vô số thách thức mà chúng ta có thể đối mặt trong việc nối đất. Nếu có, chúng ta có thể đơn giản giữ nó bên cạnh trong quá trình thiết kế và không lo lắng. Tuy nhiên, thay vào đó, chúng ta phải trải qua một loạt các nhiệm vụ nhỏ, có vẻ không đáng kể trong quá trình nối đất, với kiến thức rằng bất kỳ bước sai lầm nào cũng có thể khiến thiết kế thất bại và cần phải thiết kế lại. Kết quả là, bạn kết thúc với việc vượt qua ngân sách và lịch trình, khi Thời gian Ra Thị Trường của bạn tăng lên, và đối thủ cạnh tranh của bạn có nhiều cơ hội hơn để phát hành phiên bản sản phẩm của họ trước khi bạn phát hành sản phẩm của mình. Tất cả những vấn đề này và một loạt các vấn đề khác có thể phát sinh từ thách thức nối đất. Vậy bạn sẽ đối mặt với những thách thức đó và loại bỏ lỗi như thế nào? Hãy cùng xem xét.

THẾ GIỚI SỐ VÀ TƯƠNG TỰ ĐÃ HỢP NHẤT

Chúng tôi đã nhắc đến "sự chuyển đổi" trước đây từ tương tự sang số, nhưng thực tế đó là một cách gọi không chính xác. Thực tế, thế giới tương tự và số đang hợp nhất với nhau, khiến việc nối đất trở thành vấn đề đối với cả hai loại thiết kế, đôi khi cùng một lúc.

PHƯƠNG PHÁP NỐI ĐẤT ĐÚNG CÁCH

Vậy điều này có ý nghĩa gì đối với quy trình thiết kế của bạn? Điều này có nghĩa là bạn cần kiểm soát điện áp trở về của tín hiệu và cảnh giác với các tín hiệu nối đất không mong muốn có thể làm giảm hiệu suất. Những điều này có thể xảy ra do dòng điện chung, sự kết hợp tín hiệu (cả nội bộ và bên ngoài), v.v. Với các kỹ thuật đúng đắn, bạn có thể giảm thiểu tiếng ồn và loại bỏ hầu hết các điện áp ký sinh.

Điều này dẫn chúng ta trực tiếp vào cuộc thảo luận về môi trường tín hiệu hỗn hợp, tương tự/số. IC tín hiệu hỗn hợp là một ví dụ hoàn hảo, có cả cổng số và tương tự, điều này thêm vào thách thức cho việc nối đất. Để làm cho mọi thứ càng thách thức hơn, một số IC tín hiệu hỗn hợp có dòng điện số tương đối thấp, trong khi những cái khác có dòng điện cao đáng kể. Do đó, hai loại này có nhu cầu rất khác nhau về nối đất tối ưu và phải được xử lý khác nhau.

Ngoài ra, những gì hoạt động trong một dải tần số không phải lúc nào cũng hiệu quả trong dải tần số khác. Điều quan trọng là nhận biết dòng điện chảy như thế nào. Để có cái nhìn rõ ràng hơn về chủ đề, bây giờ chúng ta hãy nói một chút về một số triết lý chung tồn tại khi nói đến phương pháp nối đất trong các thiết bị tín hiệu hỗn hợp. Có một số phương pháp khác nhau thường được sử dụng.

1) Nối Đất Hình Sao:

Lý thuyết nối đất hình sao đề cập đến việc tất cả các tín hiệu được tham chiếu từ một điểm nối đất duy nhất. Yếu tố chính là điểm “sao” đơn lẻ, từ đó tất cả các điện áp tương ứng được đo. Tập trung vào một điểm duy nhất không để lại điểm nối đất không xác định nào có thể gây ra giá trị đo không chính xác. Thật không may, mặc dù phương pháp này hoạt động tốt trên giấy, thực tế áp dụng nó trong tình huống thực tế thường khá khó khăn.

Topo Nối Đất Hình Sao

2) Sử Dụng Các Mặt Phẳng để Làm Khiên:

Chú Giải Cấu Trúc Lớp

Trong hầu hết các trường hợp, việc sử dụng các lớp mặt đất bắt đầu với một lớp đơn trong một bảng mạch đa lớp, hoặc phía dưới của một Bảng Mạch In hai mặt, được làm hoàn toàn bằng đồng. Do phía được phủ đồng có điện trở càng thấp càng tốt, nó tạo thành một lá chắn hoàn hảo, cho phép lớp này được sử dụng cho mục đích nối đất. Bởi vì nó cũng được phân bố trên toàn bộ kích thước của lớp, nó cung cấp sự cảm ứng thấp nhất có thể, cũng như dẫn điện tốt nhất, về mặt giảm thiểu các điện áp nối đất không mong muốn khác nhau.

Chúng ta cũng có thể bao gồm các mặt phẳng điện áp. Chúng hoạt động dựa trên cùng một nguyên tắc, lấp đầy toàn bộ lớp và có lợi thế là một dẫn điện có trở kháng rất thấp. Sau đó, mỗi mặt phẳng được dành riêng cho mỗi điện áp hệ thống, để một hệ thống có thể có nhiều hơn một mặt phẳng. Một lần nữa, điều này nghe có vẻ tốt trên giấy, nhưng không phải lúc nào cũng là giải pháp tốt nhất trên thực tế. Chính mặt phẳng vẫn còn một trở kháng và độ tự cảm dư. Trong một số trường hợp, đó có thể đủ để ngăn chặn mạch hoạt động theo cách mà nó được mong đợi. Đặc biệt, nếu chúng ta tiêm vào mặt phẳng một dòng điện rất cao, nó có thể gây ra sự sụt giảm điện áp làm ảnh hưởng đến chức năng của mạch. Một lợi ích khác của các mặt phẳng tiếp địa là khả năng sử dụng các kỹ thuật microstrip hoặc stripline kiểm soát trở kháng, cho việc sử dụng tín hiệu analog hoặc số tốc độ cao.

3) Tách Biệt Mặt Đất Analog và Số:

Đó là một sự thật được công nhận rộng rãi rằng mạch số ồn ào hơn nhiều so với mạch analog--đặc biệt là các mạch logic như TTL hoặc CMOS. Các mạch logic thường chỉ sử dụng vài trăm milivolt, điều này làm cho chúng gần như miễn nhiễm với môi trường ồn ào. Tuy nhiên, chúng cũng tạo ra rất nhiều tiếng ồn của riêng mình.

Mặt khác, các mạch tương tự dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài, nhưng lại không tạo ra nhiều nhiễu của chính chúng. Điều này có nghĩa là khi kết hợp mạch tương tự và mạch số, hiệu suất của mạch tương tự có thể dễ dàng bị hỏng bởi nhiễu số, trừ khi hai loại mạch này được tách biệt.

Khi bạn thêm vào các thành phần như RAM, quạt và các thiết bị tiêu thụ dòng điện cao khác, đột nhiên việc chạy hệ thống của bạn trong môi trường ồn ào mà không có bảo vệ thích hợp không còn là điều tốt nữa.

Giải pháp là giữ cho mặt đất tương tự và mặt đất số được nối lại tại một điểm duy nhất trong hệ thống của bạn, và tham chiếu tất cả các tín hiệu đến một tiềm năng chung, tương tự như hệ thống điểm sao nhưng vẫn duy trì bảo vệ thích hợp. Điểm đơn lẻ này cần được chọn một cách khôn ngoan vì vị trí có thể ảnh hưởng nhiều đến toàn bộ mạch. Trong hầu hết các trường hợp, đặt nó gần nguồn cung cấp điện sẽ mang lại kết quả tốt nhất. Do đó, việc phân tích dòng điện chảy qua thường hữu ích, để cung cấp cái nhìn tổng quan tốt hơn về thiết kế.

Nhiễu Tín Hiệu

TÓM LẠI

Vậy trong tất cả các phương pháp mà chúng ta đã thảo luận, không có phương pháp nào mang lại giải pháp hiệu quả 100% cho mọi thiết kế. Vậy bạn nên làm gì? Hãy cân nhắc kỹ lưỡng các lựa chọn của bạn cho mỗi thiết kế và xác định giải pháp nào sẽ hoạt động tốt nhất, dựa trên các đặc điểm của thiết kế. Đặc biệt khi làm việc với các thiết bị tín hiệu hỗn hợp, việc có một hệ thống trong tay, có thể hỗ trợ bất kỳ công nghệ nào bạn cần sử dụng, và giúp bạn triển khai một hệ thống tiếp đất phù hợp mang lại các cơ chế kiểm soát phù hợp, dựa trên môi trường thiết kế đã cho là rất quan trọng.

CHÚNG TÔI CÓ THỂ GIÚP BẠN NHƯ THẾ NÀO

Chúng ta đã thấy rằng có nhiều phương pháp được áp dụng cho việc tiếp đất có thể được thực hiện, cũng như tầm quan trọng của việc kiểm soát các phương pháp phân tích. Vấn đề là giải quyết tất cả những vấn đề này trong một công cụ. Tuy nhiên, Altium Designer chính xác là giải pháp đó..

Sử dụng các plugin và tính năng khác nhau của chúng tôi, như Net-Ties, chúng tôi có thể kết nối nhiều tín hiệu khác nhau tại một nơi để tạo ra một mạch tiếp đất hình sao. Các mặt phẳng được triển khai trực tiếp trong bộ xếp lớp của chúng tôi và sẵn sàng để sử dụng ngay lập tức. Công cụ cũng cung cấp tùy chọn sử dụng các mặt phẳng chia và định nghĩa kiểu kết nối trong một môi trường nhanh chóng và dễ sử dụng. Đồng thông minh, được biết đến như là Polygons có thể được sử dụng để dễ dàng lấp đầy các khu vực đã định. Nó cũng hỗ trợ công nghệ lưới có thể điều chỉnh chỉ với một cú nhấp chuột.

Với sự hỗ trợ công nghệ bổ sung cho các tính năng phân tích thông qua Hệ thống Plugin của chúng tôi, bạn luôn đi trước một bước so với vấn đề, và sẵn sàng đối mặt với bất kỳ thách thức tiếp đất nào có thể xuất hiện.