נכתב ע"י :  שמשון סיני – Electronic Design.

 

רבים ומגוונים הם גורמי הרעש בכרטיסים אלקטרוניים. ישנם מקורות רעש אופיניים לאלקטרוניקה דיגיטלית ומקורות רעש אופיניים לאלקטרוניקה אנלוגית.

מה אם תכננת כרטיס אלקטרוני מעורב ובו מעגלים דיגיטליים ואנלוגיים גם יחד – Mixed signals  ? ברור שכאן נוצרות הפרעות הדדיות ובעיקר מהדיגיטלי לאנלוגי. שיקולי העריכה של כרטיס מעורב ורועש הופכים כאן לאומנות ממש והמתכנן (בעיקר של הכרטיס, אולם גם העורך) נדרש לידע ונסיון לא מעטים על-מנת לצאת מזה בשלום עם signal integrity אמין ויציב בכל תנאי העבודה של הכרטיס.

להלן מספר כללי אצבע לעריכה נכונה של כרטיס מעורב, שהינה חלק אינטגרלי מהתכנון והפיתוח של הכרטיס.

 

הפרדה פונקציונלית מרחבית

יש להשתדל ולהקצות על הכרטיס איזורים נפרדים למיקום קבוצות פונקציונליות שונות של רכיבים אשר ידוע שהם בעלי פוטנציאל להרעשה הדדית. כגון, איזור דיגיטלי רועש, איזור אנלוגי רגיש לרעש, איזור אנלוגי רועש.

 

שמור מרחק

אין להוליך מוליכים רועשים בסמוך ובמקביל למוליכים רגישים לרעש, כגון סיגנל דיגיטלי בסמוך לסיגנל וידאו או סיגנל שמקורו מחישן טמפרטורה הרגיש לרמות מתח של מיקרווולטים.

 

משטר אדמות והספקות

אדמות –  ההרעשה של חלק ממקורות הרעש באה לידי בטוי בהזרמת נחשולי זרם דרך האדמה של הכרטיס. הדבר גורם להפרה של הדרישה האולטימטיבית לאדמה שוות פוטנציאל בכל נקודה.

הרחקה והפרדה מרחבית אשר ראינו בסעיף הקודם פותרת חלק מהבעיה אבל לא די בכך. יש להשתמש במשטח אדמה רציף וייעודי בפרינט ולא להסתפק במוליכי אדמה עבים. בנוסף יש לדאוג שמסלולי נחשולי הזרם לא יעברו דרך האיזורים הרגישים לרעש – לעיתים יש צורך בפיצול שכבת האדמה למספר אדמות ייעודיות למעגלים השונים ואז לחבר אותם בנקודה אחת בלבד.

הספקות –  במידה וכל מרחב פונקציונלי על הכרטיס משתמש במתח הספקה שונה אזי נוצרת הפרדה טבעית בין משטחי ההספקה. אלא שגם במידה ושני מרחבים פונקציונליים או יותר משתמשים במקור מתח זהה, עדיין יהיה צורך לא אחת, להשתמש בשני מקורות עצמאים בכדי למנוע השפעה של הספקה רועשת על אלקטרוניקה רגישה לרעש.

 

קבלי Decoupling

צריכות הזרם המהירות ממקורות המתח של הכרטיס יוצרות הרעשה של המקורות. יש להקטין הרעשה זו ע"י בין השאר ע"י שמוש בקבלים נוטלי צמוד אשר יורכבו על הפרינט בין ה-VCC  ל- GND  וסמוך מאד לפיני ה-VCC של הרכיבים, הן עבור רכיבים רועשים והן עבור השקטים.

יש להשתמש לפחות בשני גדלים של קבלים – קבלים קרמיים קטנים של  0.1uF  ומטה וקבלים גדולים של  10uF ומעלה.

 

סיכוך

סיכוך סביב מוליך רועש יכול להקטין את הקרינה האלקטרומגנטית שנפלטת ממנו. מאידך סיכוך סביב מוליך שקט יכול לחסן אותו מפני אותה קרינה או קרינה מושרית כלשהי. משטחי אדמה ו-VCC יכולים לשמש לסיכוך מעל ומתחת לסיגנל. להגנה מצדי הסיגנל אפשר להוסיף זוג מוליכים המחוברים לאדמה.

 

תמסורת דיפרנציאלית של סיגנלים מהירים מאד

בכרטיסים מהירים מאד כמו PCIexp  או  GigaE  חובה להשתמש בתמסורת דיפרנציאלית של זוג מוליכים עבור כל סיגנל. טכניקה זו מחסנת משמעותית מפני הרעשה חיצונית ע"י שדות אלקטרומגנטיים מאחר והיא נעזרת בתכונת ה- CMRR המצוינת של הרסיבר. בהוראות העריכה שעל מתכנן הכרטיס האלקטרוני להגיש לעורך יש להדגיש סידרה ארוכה של כללים להולכה נכונה של סיגנלים אלה. כגון, שימוש בנגדי טרמינציה, שמירה על מקבליות וקירבה מוגדרת בין שני המוליכים הדיפרנציאליים, הימנעות משמוש בוויות במדת האפשר, הימנעות משבירת מסלולי הולכה בזויות חדות, ועוד.

 

 

        מעונין בפיתוח כרטיס Mixed signals  ….?

   צור קשר!

 

ראה גם ….

פיתוח כרטיסי CPU ותקשורת

פיתוח כרטיסי בקרה וחיישנים

פיתוח כרטיסי הספק