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            新聞詳情

            PCB設計技巧及測試特性

            日期:2021-10-03 06:20
            瀏覽次數:2915
            摘要:
            PCB設計技巧及測試特性

            關鍵詞:PCB設計技巧及測試特性電路板測試/ICT測試/電路板在線測試儀/電路板在線檢測儀/電路在線測試儀/ict測試機/線路板測試儀/ict測試夾具/ict供應商/ict制造商/電路板故障在線檢測儀/電路板測試/線路板測試/電路板檢測/檢測電路板

             

             

             

            圖1 SCX015壓力傳感器輸出端的電壓由儀表放大器(A1和A2)放大。在儀表放大器之后,添加了一個低通濾波器 (A3),以消除來自12位A/D轉換器轉換的混疊噪聲。PCB設計技巧及測試特性

             


            圖2 來自于12位A/D轉換器MCP3201的數據的時域表示,產生了有趣的周期信號。此信號源可追溯到電源。

             


            圖3 電源噪聲充分降低后,MCP3201的輸出碼一直是一個碼,2108。

             

              本文要論述的電路如圖1所示。

              

            電源噪聲

             

              電路應用中的常見干擾源來自電源,這種干擾信號通常通過有源器件的電源引腳引入。例如,圖1中A/D轉換器輸出的時序圖如圖2所示。在此圖中,A/D轉換器的采樣速度是40ksps,進行了4096次采樣。

              在此例中,儀表放大器、參考電壓源和A/D轉換器上沒有加旁路電容。另外,電路的輸入都是以一個低噪聲、2.5V的直流電壓源作為基準。

              對電路的深入研究表明,時序圖上看到的噪聲源來自于開關電源。電路中添加了旁路電容和扼流環。電源上加了一個10mF的電容,并且在盡可能靠近有源元件的電源引腳旁放置了三個0.1mF的電容。在產生的新時序圖上可以看到,產生了穩定的直流輸出,圖3所示的柱狀圖可驗證這一點。數據顯示,電路的這些更改消除了來自電路信號路徑的噪聲源。

             

            造成干擾的外部時鐘

             

              其它系統噪聲源可能來自時鐘源或電路中的數字開關。如果這種噪聲與轉換過程有關,它不會作為轉換過程中的干擾出現。但是,如果這種噪聲與轉換過程無關,采用FFT(快速傅立葉變換)分析,可以很容易發現這種噪聲。

             

             

            圖4 耦合到模擬走線的數字噪聲有時被誤解為寬帶噪聲。FFT圖可以很容易識別這種所謂 “噪聲”的頻率,因此可識別出噪聲源。

             

             

            圖5 放大器輕微過激勵,會使信號產生失真。通過這種轉換的FFT圖,可以很快發現信號的失真。

             

              時鐘信號干擾的示例可參見圖4所示的FFT圖。此圖使用了圖1所示的電路,并添加了旁路電容。在圖4所示的FFT圖中看到的激勵,由電路板上的19.84MHz時鐘信號產生。在此例中,布線時幾乎沒有考慮走線之間的耦合作用,在FFT圖中可以看到忽略此細節的結果。

              這個問題可以通過修改布線來解決,將高阻抗模擬走線遠離數字開關走線;或者在模擬信號路徑中,在A/D轉換器之前加抗混疊濾波器。走線之間的隨機耦合在某種程度上更難以發現,在這種情況下,時域分析可能比較有效。PCB設計技巧及測試特性

            放大器使用不恰當

              回到圖1所示的電路,在儀表放大器的正相輸入端施加一個1kHz的交流信號。此信號不是壓力傳感的特性,但是可以采用這個示例來說明模擬信號路徑中器件的影響。

              圖5所示的FFT圖顯示了施加上述條件后的電路性能。注意基波看起來有失真,許多諧波也有同樣的失真。失真是由于使放大器輕微過激勵引起的。解決此問題的方法是降低放大器增益。

            結語

              解決信號完整性問題可能會花費很多時間,尤其是當工程師沒有工具來解決棘手的問題時。在“竅門箱”中有三種*佳的分析工具:頻域分析工具(FFT)、時域分析工具(示波器照片)和直流分析工具(柱狀圖)。工程師可以用這些工具來識別電源噪聲、外部時鐘源和過激勵放大器失真。
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            要解決信號完整性問題,*好有多個工具分析系統性能。如果在信號路徑中有一個A/D轉換器,那么當評估電路性能時,很容易發現三個基本問題:所有這三種方法都評估轉換過程,以及轉換過程與布線及電路其它部分的交互作用。三個關注的方面涉及到頻域分析、時域分析和直流分析技術的使用。本文將探討如何使用這些工具來確定與電路布線有關問題的根源。我們將研究如何決定找什么;到哪里找;如何通過測試檢驗問題;以及如何解決發現的問題等。
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