Паразитные связи на печатных платах

Паразитные связи на печатных платах возникают вследствие наличия паразитной емкости С и паразитной взаимоиндуктивности М между печатными проводниками.

Допустимые паразитные связи на печатных платах определяются динамической помехоустойчивостью цифровых микросхем и величиной снижения коэффициента усиления аналоговых микросхем.

Паразитная емкость между двумя проводниками

,

где С_пог – погонная емкость между проводниками;

l - длина взаимного перекрытия проводников на поверхности платы.

Погонная емкость определяется по формуле

,

где - приведенный коэффициент диэлектрической проницаемости для проводников на поверхности платы (ε _в - диэлектрическая проницаемость воздуха; ε _п - диэлектрическая проницаемость платы);

k_п - коэффициент пропорциональности, определяемый из нижеприведенного графика.

 

Допустимое значение паразитной емкости микросхемы зависит:

- для аналоговых микросхем зависит от серии (для серии К140 - С_доп= 10 пФ, для серии К740 – С_доп= 25 пФ);

- для цифровых микросхем и длительности импульсного сигнала t_и »5´t_зд.р.ср (t_зд.р.ср – время задержки импульсного сигнала) С_доп находится в пределах от 20 до80 пФ.

Зная величину С_доп из формулы С_доп = С_пог · l_{C доп} можно определить допустимую длину проводника l_{C доп}= С_доп / С_пог .

Паразитная взаимоиндукция М определяется геометрией печатного рисунка т.е. М = f (t₁, t₂, S, l₂), где l₂ – длина параллельного размещения проводников.

Для платы без экранирующей плоскости

 

Для платы с экранирующей плоскостью

 

Допустимая длина параллельно расположенных соседних проводников при воздействии только индуктивной паразитной связи может быть определена из аналитического выражения

l_{M доп} = f (t₁, t₂, S₁, S₂, U_ПУ, U₀, k_M, ΔI, t_зд.р.ср),

где S₁ - расстояние между проводниками на плоскости;

S₂ - расстояние между проводниками и экранирующей плоскостью;

U_ПУ – помехоустойчивость микросхемы по ТУ;

U₀ – значение логического нуля по ТУ;

k_M – коэффициент запаса от 0,5 до 1,0;

ΔI – перепад тока в цепи питания при переключении микросхемы;

t_зд.р.ср – время задержки режима срабатывания.

Для цифровых микросхем допустимая длина параллельно расположенных проводников с учетом одновременного действия емкостной и индуктивной паразитных связей

Индуктивность печатного проводника постоянной ширины можно определить из соотношения

,

где L_пог – погонная индуктивность печатного проводника.

Допустимая индуктивность шин заземления для микросхем различных серий лежит в пределах 0,06…0,63 мкГн при перепадах импульсного тока в шине заземления 200…10 мкА.

Рекомендации по конструированию печатных плат с учетом влияния паразитных связей:

1. Для высокоомных цепей, где влияние паразитных емкостей выше, рекомендуется применять узкие проводники.

2. Для низкоомных сигнальных цепей, где влияние сопротивления и индуктивности велико, рекомендуется применять широкие проводники.

3. Разводку схемы необходимо осуществлять так, чтобы уровни сигналов нарастали от одного конца платы к другому, а источник питания следует подключать к концу платы, на котором уровни сигналов максимальны.

4. Входные, чувствительные к наводкам участки схемы следует экранировать от других участков схемы с высокими уровнями сигналов.