Menerapkan jejak / cincin pelindung dalam desain PCB

Saya telah membaca di sana-sini beberapa artikel tentang jejak penjaga / cincin pcb. Tetapi tidak satu pun dari mereka yang membahas bagaimana cara mengimplementasikannya dengan benar. Apa yang dapat saya temukan adalah beberapa gambar dan perbandingan yang tidak dapat membantu saya saat ini!

Apa yang ingin saya ketahui adalah bagaimana saya bisa membuat rangkaian berikut ini lebih banyak bukti kebocoran saat ini (Dalam kasus desain - Saya tahu bahwa bahan PCB dan SIR memainkan aturan besar).

Sirkuit akan memasok hingga 30V melalui resistor dan setiap resistor terhubung ke kapasitor. Setiap kapasitor kemudian dihubungkan ke matrik sakelar dan akhirnya keluaran tunggal dari sakelar matrik dihubungkan ke picoammeter untuk mengukur arus bocor kapasitor.

Saya bertanya-tanya apakah saya harus peduli dengan kebocoran arus di sirkuit atau tidak! Jika demikian, bagaimana saya bisa memperbaikinya?

Ini adalah rangkaian pengujian saya:

Saya berpikir untuk menghubungkan kapasitor hanya dengan kawat ke sirkuit, yaitu satu pin kapasitor yang disolder oleh kawat di sirkuit kecil yang saya rancang, dan pin lainnya juga dengan kawat yang disolder ke perisai BNC yang menuju picoammeter dan sama dengan sumber tegangan (SMU)

Sebuah cincin pengaman secara tradisional digunakan untuk melindungi simpul-simpul impedansi tinggi dalam suatu rangkaian dari arus kebocoran permukaan. Cincin pelindung adalah cincin tembaga yang digerakkan oleh sumber impedansi rendah ke tegangan yang sama dengan simpul impedansi tinggi. Ini biasanya merupakan pin input op-amp.

Berikut adalah contoh tata letak cincin pelindung klasik untuk op-amp kaleng logam dari National Semi's AN-241 :

Dan inilah contoh bagaimana itu akan terhubung, dari majalah Analog Dialog Analog :

Fitur kuncinya adalah bahwa cincin pengaman terhubung ke sebuah simpul yang akan didorong ke tegangan yang sama dengan simpul impedansi tinggi yang dilindungi, tetapi dengan impedansi sumber yang jauh lebih rendah.

Perhatikan bahwa tidak semua situs web vendor dibuat sama. AN1258 dari Microchip merekomendasikan untuk menggunakan jaring impedansi tinggi untuk membuat cincin pelindung di sekitar jaring impedansi rendah --- jangan lakukan ini.

Sekarang untuk kasus spesifik Anda. Meskipun sisi kapasitor Anda yang tidak tergeser bukan merupakan simpul dengan impedansi rendah, karena ammeter itu sendiri harus menyediakan jalur impedansi yang cukup rendah ke ground saat Anda mengukur, itu masih akan menyebabkan kesalahan pengukuran jika ada arus yang harus mencoba mencapai ground melalui simpul itu alih-alih oleh jalur lain. Tidak ada ruginya menambahkan cincin di sekitar simpul seperti ini:

Tidak seperti dalam jawaban lain, saya tidak akan memasukkan sisi penggerak kapasitor di dalam cincin, karena itu adalah simpul impedansi rendah, didorong ke tegangan yang cukup tinggi. Namun, Anda telah menunjukkan bahwa jaring yang dipermasalahkan bahkan tidak terletak secara fisik di PCB, jadi saran ini sebagian besar dapat diperdebatkan. Menjadi sebagai jaring impedansi tinggi pada dasarnya mengambang di udara, itu harus dilindungi dengan baik dari kebocoran dalam hal apapun.

Catu daya Anda adalah DC. Anda menulis bahwa Anda akan mengukur output dengan picoammeter. Itu menyiratkan bahwa saat ini Anda dalam kisaran pA. Ring pengaman melindungi sirkuit impedansi tinggi bukanlah ide ide yang buruk. Jadi, apa impedansi tinggi dalam skema Anda dan apa yang tidak? Input picoammeter, tentu adalah impedansi tinggi. Catu daya 12V, tentu saja tidak.

Begini cara saya akan melakukannya. Perhatikan bahwa cincin berjalan di antara pin R1, di antara pin S2, di antara pin picoammeter:

Untuk apa menghubungkan cincin itu? Ring pengaman harus memiliki jalur impedansi rendah ke ground. Pendekatan terbaik adalah memiliki cincin pengaman di sekitar tegangan yang sama dengan sinyal, yang dilindungi cincin. Dengan begitu, kebocoran antara sinyal dan cincin akan kecil, karena perbedaan tegangan di antara mereka kecil. Terkadang, menghubungkan cincin ke GND berfungsi. Terkadang, Anda membutuhkan penguat pelindung (lihat di atas).

-Tidak

Metode PS untuk mengurangi kebocoran DC berbeda dari yang digunakan untuk memerangi EMI yang dilakukan atau diradiasikan.

Silakan gunakan tautan berikut untuk tujuan ini:

BAB 12: MASALAH-MASALAH DESAIN CIRCUIT BOARD (PCB)

Ini akan sangat berguna bagi Anda.

Cincin pengaman (agak) tidak diperlukan. Untuk alasan EMI Anda tidak ingin menjalankan sinyal atau daya dekat dengan tepi bidang tanah. Jika sinyal dialihkan (pada lapisan yang berbeda) hingga ke tepi bidang tanah maka ada kemungkinan EMI menyemprotkan sisi. Dengan hanya tidak merutekan sinyal itu sampai ke ujungnya, Anda dapat secara dramatis mengurangi EMI yang dikeluarkan. Saya lupa jarak yang tepat dari sinyal ke tepi bidang tanah, tetapi di suatu tempat di lingkungan 0,050 inci.

Tentu saja, ini membuat orang bertanya-tanya apa yang harus dilakukan dengan 0,050 inci itu tanpa ada di dalamnya. Apa yang dilakukan beberapa perancang PCB, termasuk saya, adalah menempatkan jejak tanah di sekeliling bidang tanah dan kemudian mengikat jejak itu ke bidang menggunakan vias kira-kira setiap 0,25 ". Jujur saya tidak berpikir ini meningkatkan hal-hal hanya karena memiliki itu celah, tetapi tampaknya baik secara teori, tidak ada salahnya, dan setidaknya memberikan pengingat yang baik untuk tidak merutekan sinyal di sana.

Lapisan daya harus dilakukan dengan cara yang sama, yaitu harus ditarik kembali dari tepi bidang tanah. Saya langsung saja meletakkan cincin tanah pada lapisan power plane, dan mengikatnya ke tanah seperti sebelumnya. Seperti dengan lapisan sinyal, ini memberikan cara yang baik untuk "secara otomatis" menarik pesawat listrik kembali.

Metode ini tidak berlaku untuk PCB yang tidak memiliki bidang tanah. Meletakkan cincin tanah di sekitar PCB seperti itu bisa membuat segalanya lebih buruk, tidak lebih baik, jika cincin itu pada akhirnya membawa arus.

Saya tidak percaya ini akan melakukan apa pun untuk kebocoran, meskipun EMI bekerja dua arah. Setiap sirkuit yang memancarkan EMI juga dapat menerima EMI. Jadi dari perspektif ini mungkin membuat desain Anda lebih toleran terhadap gangguan EMI eksternal.