적절한 우회 및 접지는 유감스럽게도 잘 배우지 못하고 이해하기 어려운 주제입니다. 실제로 두 가지 별도의 문제입니다. 바이 패스에 대해 묻고 있지만 암시 적으로 접지에 들어갔습니다.
대부분의 신호 문제에서 예외는 아니며 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 문제를 고려하는 데 도움이됩니다. 이론적으로 분석하거나 수학적으로 변환 할 수 있지만 각각 사람의 뇌에 대해 다른 통찰력을 제공합니다.
디커플링은 전류의 거의 단기 변화에서 전압을 부드럽게하기 위해 에너지의 거의 저수지를 제공합니다. 전원 공급 장치로 돌아가는 라인에는 인덕턴스가 있으며 전원 공급 장치는 더 많은 전류를 생성하기 전에 전압 강하에 응답하는 데 약간의 시간이 걸립니다. 단일 보드에서는 일반적으로 몇 마이크로 초 (수십) 또는 수십 밀리 초 안에 잡을 수 있습니다. 그러나 디지털 칩은 전류 소모량을 단 몇 나노초 (ns)만으로 크게 바꿀 수 있습니다. 디커플링 캡은 디지털 칩 전력에 근접해야하며 접지 리드는 그 역할을 수행해야합니다.
그것은 시간 도메인 뷰였습니다. 주파수 영역에서 디지털 칩은 전원과 접지 핀 사이의 AC 전류 소스입니다. DC 전원은 주 전원 공급 장치에서 공급되며 모두 정상이므로 DC를 무시합니다. 이 전류 소스는 광범위한 주파수를 생성합니다. 일부 주파수는 너무 높아 비교적 긴 인덕턴스로 인해 주 전원 공급 장치가 중요한 임피던스가되기 시작합니다. 즉, 이러한 고주파수는 다루지 않는 한 국부적 전압 변동을 일으킬 것입니다. 바이 패스 캡은 이러한 고주파에 대한 낮은 임피던스 분로입니다. 다시, 바이 패스 캡의 리드는 짧아야합니다. 그렇지 않으면 인덕턴스가 너무 높아지고 커패시터가 칩에 의해 생성 된 고주파 전류를 단락시키는 방식으로 방해가됩니다.
이보기에서는 모든 레이아웃이 잘 보입니다. 캡은 각각의 경우 전원 및 접지 칩에 가깝습니다. 그러나 나는 다른 이유로 그들을 좋아하지 않으며, 그 이유는 근거입니다.
좋은 접지는 우회보다 설명하기가 어렵습니다. 이 문제에 실제로 들어가려면 전체 책이 필요하므로 조각에 대해서만 언급 할 것입니다. 접지의 첫 번째 작업은 범용 전압 레퍼런스를 공급하는 것입니다.이 전압은 다른 모든 것이 접지 망과 관련하여 고려되므로 일반적으로 0V로 간주됩니다. 그러나 접지 망을 통해 전류를 흐르면 어떻게 될지 생각하십시오. 저항이 0이 아니므로 접지의 다른 지점 사이에 작은 전압 차이가 발생합니다. PCB에서 구리 평면의 DC 저항은 일반적으로 충분히 낮아서 대부분의 회로에 큰 문제가되지 않습니다. 순수한 디지털 회로는 적어도 100 mV 잡음 마진을 갖기 때문에 10 ~ 100 uV 접지 오프셋은 그리 중요하지 않습니다. 일부 아날로그 회로에서는 문제가 아니지만 여기서 해결하려는 문제는 아닙니다.
접지면을 가로 질러 흐르는 전류의 주파수가 점점 높아질 때 어떤 일이 발생하는지 생각해보십시오. 어떤 시점에서 전체 접지면은 1/2 파장에 지나지 않습니다. 이제 더 이상 접지면이없고 패치 안테나가 있습니다. 이제 마이크로 컨트롤러는 고주파수 구성 요소가있는 광대역 전류 소스라는 것을 기억하십시오. 조금이라도 접지면을 가로 질러 즉각적인 접지 전류를 흐르면 중앙 급지 패치 안테나가 있습니다.
내가 일반적으로 사용하고 그것이 잘 작동하는 정량적 증거를 가진 해결책은 로컬 고주파 전류를 접지면으로부터 멀리하는 것입니다. 마이크로 컨트롤러 전원 및 접지 연결의 로컬 넷을 만들고 로컬로 바이 패스 한 다음 각 시스템에 주 시스템 전원 및 접지 넷에 대해 하나의 연결 만 설정하려고합니다. 마이크로 컨트롤러에 의해 생성 된 고주파 전류는 전원 핀을 통과하고 바이 패스 캡을 통해 접지 핀으로 돌아갑니다. 해당 루프 주위에는 많은 고주파 전류가 흐를 수 있지만 해당 루프에 보드 전원 및 접지 망에 단일 연결 만있는 경우 해당 전류는 대부분 차단됩니다.
따라서 이것을 다시 레이아웃으로 가져 오려면, 각 바이 패스 캡에 전원과 접지를위한 별도의 비아가있는 것 같습니다. 이것이 보드의 주요 전원 및 접지면이라면 나쁘다. 충분한 레이어가 있고 비아가 실제로 로컬 전력 및 접지 평면으로 이동하는 경우 해당 로컬 평면이 한 지점에서만 메인 평면 에 연결되어 있으면 괜찮습니다 .
이를 수행하기 위해 로컬 비행기가 필요하지 않습니다. 나는 2 층 보드에서도 로컬 전력 및 접지 망 기술을 일상적으로 사용합니다. 다른 모든 것을 라우팅하기 전에 모든 접지 핀과 모든 전원 핀, 바이 패스 캡, 크리스탈 회로를 수동으로 연결합니다. 이 로컬 네트는 마이크로 컨트롤러 바로 아래에 별이 될 수 있으며 필요에 따라 다른 신호를 라우팅 할 수 있습니다. 그러나이 로컬 네트는 다시 한 번 메인 보드 전원 및 접지 네트에 정확히 연결되어야합니다. 당신이 보드 레벨 접지면이있는 경우, 다음이있을 것 하나 접지면에 로컬 접지 그물을 연결하는 어떤 장소를 통해.
할 수 있으면 보통 조금 더갑니다. 100nF 또는 1uF 세라믹 바이 패스 캡을 가능한 한 전원 및 접지 핀에 가깝게 배치 한 다음 두 로컬 네트 (전력 및 접지)를 피드 포인트에 연결하고 더 큰 (일반적으로 10uF) 캡을 두어 단일 연결을 만듭니다. 캡의 반대쪽에있는 보드 접지와 전 원망에 연결하십시오. 이 2 차 캡은 개별 바이 패스 캡에 의해 션트되는 이스케이프 된 고주파 전류에 대한 또 다른 션트를 제공합니다. 나머지 보드의 관점에서 볼 때 마이크로 컨트롤러로의 전원 / 접지 피드는 불쾌한 고주파수없이 훌륭하게 작동합니다.
이제 레이아웃이 중요한지 생각하고 모범 사례와 비교할 수 있는지에 대한 질문을 해결하십시오. 나는 당신이 칩의 전원 / 접지 핀을 충분히 우회했다고 생각합니다. 즉, 제대로 작동해야합니다. 그러나 각각 주 접지면에 대한 별도의 비아가있는 경우 나중에 EMI 문제가 발생할 수 있습니다. 회로가 제대로 작동하지만 합법적으로 판매하지 못할 수도 있습니다. RF 전송 및 수신은 상호 적입니다. 신호에서 RF를 방출 할 수있는 회로도 마찬가지로 이러한 신호가 외부 RF를 포착하여 신호 위에 잡음이있을 수 있으므로 다른 사람의 문제 만이 아닙니다. 예를 들어 근처 압축기가 시동 될 때까지 장치가 제대로 작동 할 수 있습니다. 이것은 단지 이론적 인 시나리오가 아닙니다. 정확히 그런 경우를 보았습니다.
다음은 이러한 것들이 어떻게 실질적인 차이를 만들 수 있는지 보여주는 일화입니다. 한 회사가 생산하는 데 120 달러의 비용이 드는 작은 기즈모를 만들고있었습니다. 디자인을 업데이트하고 가능한 경우 생산 비용을 $ 100 이하로 낮추기 위해 고용되었습니다. 이전 엔지니어는 RF 방출 및 접지를 실제로 이해하지 못했습니다. 그는 많은 RF 쓰레기를 방출하는 마이크로 프로세서를 가지고있었습니다. FCC 테스트를 통과 한 그의 해결책은 캔 전체를 엉망으로 만드는 것입니다. 그는 바닥 레이어가있는 6 레이어 보드를 만든 다음 생산시 불쾌한 부분에 맞춤형 판금 조각을 납땜했습니다. 그는 발산되지 않는 모든 것을 금속으로 둘러싼다고 생각했다. 그건 틀렸지 만, 옆으로 치우 치지 않겠습니다. 캔은 방출을 줄임으로써 FCC 테스트에 의해 1/2 dB로 여분의 시간을 줄였습니다.
필자의 디자인은 위에서 설명한대로이 로컬 접지 평면과 로컬 전 원망을위한 단일 포인트 연결을 갖춘 몇 가지 선택 IC에 대해 4 개의 레이어, 단일 보드 전체 접지 평면, 전원 평면은 없지만 로컬 접지 평면 만 사용했습니다. 긴 이야기를 짧게 만들려면 FCC 제한을 15dB (많이) 초과했습니다. 한 가지 장점은이 장치가 부분적으로 라디오 수신기였으며 훨씬 더 조용한 회로는 더 적은 노이즈를 라디오에 공급하고 그 범위를 효과적으로 두 배로 늘렸다는 것입니다. 최종 생산 비용은 $ 87였습니다. 다른 엔지니어는 해당 회사에서 다시는 일하지 않았습니다.
따라서 올바른 루프 바이 패스, 접지, 시각화 및 고주파 루프 전류 처리가 중요합니다. 이 경우 제품을 동시에 더 저렴하고 저렴하게 만드는 데 기여했으며이를 얻지 못한 엔지니어는 실직했습니다. 아니요, 이것은 사실입니다.
이미지에 극성이 없으므로 하나의 "전원"이 접지되고 다른 하나는 VCC라고 가정하십시오.
