PCB تصميم دارة الإشارة المختلطة معقد للغاية. سيؤثر تصميم المكونات وأسلاكها ومعالجة مصدر الطاقة والأسلاك الأرضية بشكل مباشر على أداء الدائرة وأداء التوافق الكهرومغناطيسي. يمكن أن يؤدي تصميم التقسيم للأرض ومصدر الطاقة المقدم في هذا الورق إلى تحسين أداء دوائر الإشارة المختلطة.

كيف تقلل التداخل بين الإشارات الرقمية والتناظرية؟ يجب فهم مبدأين أساسيين للتوافق الكهرومغناطيسي (EMC) قبل التصميم: المبدأ الأول هو تقليل مساحة الحلقة الحالية ؛ المبدأ الثاني هو أن النظام يستخدم مستوى مرجعي واحد فقط. على العكس من ذلك ، إذا كان النظام يحتوي على مستويين مرجعيين ، فمن الممكن تكوين هوائي ثنائي القطب (ملاحظة: إشعاع هوائي ثنائي القطب صغير يتناسب مع طول الخط وكمية التيار المتدفق والتردد). إذا لم تعود الإشارة من خلال أصغر حلقة ممكنة ، يمكن تشكيل هوائي دائري كبير. تجنب كلاهما في التصميم الخاص بك قدر الإمكان.

تم اقتراح فصل الأرض الرقمية عن الأرض التناظرية على لوحة دائرة الإشارة المختلطة لتحقيق العزلة بين الأرض الرقمية والأرض التناظرية. على الرغم من أن هذا النهج ممكن ، إلا أنه يحتوي على العديد من المشكلات المحتملة ، خاصة في الأنظمة الكبيرة والمعقدة. المشكلة الأكثر أهمية هي عدم عبور فجوة الأسلاك ، بمجرد عبور فجوة الأسلاك ، سيزداد الإشعاع الكهرومغناطيسي وتداخل الإشارة بشكل كبير. المشكلة الأكثر شيوعًا في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور هي مشكلة EMI الناتجة عن عبور خط الإشارة للأرض أو مصدر الطاقة.

كما هو مبين في الشكل 1 ، نستخدم طريقة التجزئة أعلاه ، ويمتد خط الإشارة الفجوة بين الأرضين ، ما هو مسار العودة لتيار الإشارة؟ لنفترض أن الأرضتين المقسمتين متصلتين في وقت ما (عادة نقطة واحدة عند نقطة واحدة) ، وفي هذه الحالة سيشكل تيار الأرض حلقة كبيرة. سيولد تيار التردد العالي الذي يتدفق عبر الحلقة الكبيرة إشعاعًا ومحاثة أرضية عالية. إذا كان من السهل أن تتداخل الإشارات الخارجية مع التيار التناظري منخفض المستوى الذي يتدفق عبر الحلقة الكبيرة. أسوأ شيء هو أنه عندما يتم توصيل الأقسام معًا عند مصدر الطاقة ، يتم تكوين حلقة تيار كبيرة جدًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأرض التناظرية والرقمية المتصلة بسلك طويل تشكل هوائيًا ثنائي القطب.

يعد فهم مسار وطريقة التدفق العكسي الحالي إلى الأرض هو المفتاح لتحسين تصميم لوحة الدوائر ذات الإشارات المختلطة. يفكر العديد من مهندسي التصميم فقط في المكان الذي تتدفق فيه الإشارة الحالية ، متجاهلين المسار المحدد للتيار. إذا كان يجب تقسيم الطبقة الأرضية ويجب توجيهها عبر الفجوة بين الأقسام ، فيمكن إجراء اتصال بنقطة واحدة بين الأرض المقسمة لتشكيل جسر اتصال بين طبقتين أرضيتين ثم توجيههما عبر جسر الاتصال. بهذه الطريقة ، يمكن توفير مسار تيار عكسي مباشر أسفل كل خط إشارة ، مما يؤدي إلى منطقة حلقة صغيرة.

يمكن أيضًا استخدام أجهزة أو محولات العزل البصري لتحقيق الإشارة التي تعبر فجوة التجزئة. بالنسبة للأولى ، فإن الإشارة الضوئية هي التي تمتد عبر فجوة التجزئة. في حالة وجود محول ، فإن المجال المغناطيسي هو الذي يمتد عبر فجوة التقسيم. الإشارات التفاضلية ممكنة أيضًا: تتدفق الإشارات من خط واحد وتعود من الآخر ، وفي هذه الحالة يتم استخدامها كمسارات تدفق عكسي دون داع.

لاستكشاف تداخل الإشارة الرقمية مع الإشارة التناظرية ، يجب أولاً أن نفهم خصائص تيار التردد العالي. يختار تيار التردد العالي دائمًا المسار الأقل مقاومة (الحث) أسفل الإشارة مباشرة ، وبالتالي فإن تيار العودة سوف يتدفق عبر طبقة الدائرة المجاورة ، بغض النظر عما إذا كانت الطبقة المجاورة هي طبقة إمداد الطاقة أو الطبقة الأرضية.

من الناحية العملية ، يُفضل عمومًا استخدام قسم موحد ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى أجزاء تمثيلية ورقمية. يتم توجيه الإشارات التناظرية في المنطقة التناظرية لجميع طبقات اللوحة ، بينما يتم توجيه الإشارات الرقمية في منطقة الدائرة الرقمية. في هذه الحالة ، لا يتدفق تيار عودة الإشارة الرقمية إلى أرض الإشارة التناظرية.

يحدث التداخل من الإشارات الرقمية إلى الإشارات التناظرية فقط عندما يتم توجيه الإشارات الرقمية عبر أو يتم توجيه الإشارات التناظرية عبر الأجزاء الرقمية من لوحة الدائرة. لا ترجع هذه المشكلة إلى عدم وجود تجزئة ، فالسبب الحقيقي هو التوصيل غير المناسب للإشارات الرقمية.

يستخدم تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور موحدًا ، من خلال الدائرة الرقمية وقسم الدائرة التناظرية وأسلاك الإشارة المناسبة ، ويمكن عادةً حل بعض مشكلات التخطيط والأسلاك الأكثر صعوبة ، ولكن أيضًا لا يواجه بعض المشكلات المحتملة الناتجة عن تقسيم الأرض. في هذه الحالة ، يصبح تخطيط المكونات وتقسيمها أمرًا بالغ الأهمية في تحديد جودة التصميم. إذا تم وضعه بشكل صحيح ، فسيقتصر التيار الأرضي الرقمي على الجزء الرقمي من اللوحة ولن يتداخل مع الإشارة التناظرية. يجب فحص هذه الأسلاك وفحصها بعناية لضمان الامتثال بنسبة 100٪ لقواعد الأسلاك. خلاف ذلك ، فإن خط الإشارة غير المناسب سيدمر لوحة دائرة جيدة جدًا تمامًا.

عند توصيل المسامير الأرضية التناظرية والرقمية لمحولات A / D معًا ، يوصي معظم مصنعي محولات A / D بتوصيل دبابيس AGND و DGND بنفس الأرض منخفضة المقاومة باستخدام أقصر الخيوط (ملاحظة: نظرًا لأن معظم رقائق محول A / D لا تربط الأرض التناظرية والرقمية معًا داخليًا ، يجب توصيل الأرض التناظرية والرقمية عبر دبابيس خارجية) ، أي مقاومة خارجية متصلة بـ DGND ستقرن المزيد من الضوضاء الرقمية بالدائرة التناظرية داخل IC عبر الطفيلي السعة. باتباع هذه التوصية ، يجب توصيل كل من محولات A / D AGND ودبابيس DGND بالأرض التناظرية ، ولكن هذا النهج يثير أسئلة مثل ما إذا كان يجب توصيل الطرف الأرضي لمكثف فصل الإشارة الرقمية بالأرض التناظرية أو الرقمية.

إذا كان النظام يحتوي على محول A / D واحد فقط ، فيمكن حل المشكلة المذكورة أعلاه بسهولة. كما هو موضح في الشكل 3 ، يتم تقسيم الأرض ويتم توصيل المقاطع الأرضية التناظرية والرقمية معًا تحت محول A / D. عند اعتماد هذه الطريقة ، من الضروري التأكد من أن عرض الجسر بين الموقعين يساوي عرض IC ، وأنه لا يمكن لأي خط إشارة عبور فجوة التقسيم.

إذا كان النظام يحتوي على العديد من محولات A / D ، على سبيل المثال ، 10 محولات A / D كيف يتم الاتصال؟ إذا تم توصيل الأرض التناظرية والرقمية تحت كل محول A / D ، سينتج اتصال متعدد النقاط ، وستكون العزلة بين الأرض التناظرية والرقمية بلا معنى. إذا لم تقم بذلك ، فإنك تنتهك متطلبات الشركة المصنعة.

أفضل طريقة هي أن تبدأ بالزي الرسمي. كما هو موضح في الشكل 4 ، يتم تقسيم الأرض بشكل موحد إلى أجزاء تمثيلية ورقمية. لا يلبي هذا التصميم فقط متطلبات مصنعي أجهزة IC للاتصال بمقاومة منخفضة للمسامير الأرضية التناظرية والرقمية ، ولكنه يتجنب أيضًا مشاكل التوافق الكهرومغناطيسي الناتجة عن الهوائي الحلقي أو الهوائي ثنائي القطب.

إذا كانت لديك شكوك حول النهج الموحد لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذي الإشارات المختلطة ، فيمكنك استخدام طريقة تقسيم الطبقة الأرضية لتخطيط لوحة الدائرة بالكامل وتوجيهها. في التصميم ، يجب الانتباه إلى تسهيل توصيل لوحة الدائرة مع وصلات عبور أو مقاومات 0 أوم متباعدة أقل من 1/2 بوصة في التجربة اللاحقة. انتبه إلى تقسيم المناطق والأسلاك للتأكد من عدم وجود خطوط إشارة رقمية فوق القسم التناظري في جميع الطبقات وعدم وجود خطوط إشارة تمثيلية فوق القسم الرقمي. علاوة على ذلك ، يجب ألا يعبر أي خط إشارة الفجوة الأرضية أو يقسم الفجوة بين مصادر الطاقة. لاختبار وظيفة اللوحة وأداء EMC ، أعد اختبار وظيفة اللوحة وأداء EMC عن طريق توصيل الطابقين معًا عبر المقاوم 0 أوم أو العبور. بمقارنة نتائج الاختبار ، وجد أنه في جميع الحالات تقريبًا ، كان الحل الموحد متفوقًا من حيث الوظيفة وأداء التوافق الكهرومغناطيسي مقارنةً بحل الانقسام.

هل ما زالت طريقة تقسيم الأرض تعمل؟

يمكن استخدام هذا النهج في ثلاث حالات: تتطلب بعض الأجهزة الطبية تيارًا منخفضًا للغاية للتسرب بين الدوائر والأنظمة المتصلة بالمريض ؛ قد يتم توصيل مخرجات بعض معدات التحكم في العمليات الصناعية بمعدات كهروميكانيكية صاخبة وعالية الطاقة ؛ حالة أخرى عندما يخضع تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور لقيود محددة.

عادة ما توجد مصادر طاقة رقمية وتناظرية منفصلة على لوحة PCB ذات الإشارات المختلطة والتي يمكن ويجب أن يكون لها وجه مصدر طاقة مقسم. ومع ذلك ، لا يمكن لخطوط الإشارة المجاورة لطبقة إمداد الطاقة عبور الفجوة بين مصادر الطاقة ، ويجب أن تكون جميع خطوط الإشارة التي تعبر الفجوة موجودة على طبقة الدائرة المجاورة للمنطقة الكبيرة. في بعض الحالات ، يمكن تصميم مصدر الطاقة التناظري بوصلات PCB بدلاً من وجه واحد لتجنب انقسام وجه الطاقة.

تصميم التقسيم لإشارة مختلطة ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور للإشارة المختلطة هو عملية معقدة ، يجب أن تنتبه عملية التصميم إلى النقاط التالية:

1. قسّم PCB إلى أجزاء تناظرية ورقمية منفصلة.

2. تخطيط مكون مناسب.

3. يتم وضع محول A / D عبر الأقسام.

4. لا تقسم الأرض. يتم وضع الجزء التناظري والجزء الرقمي من لوحة الدائرة بشكل موحد.

5. في جميع طبقات اللوحة ، يمكن توجيه الإشارة الرقمية فقط في الجزء الرقمي من اللوحة.

6. في جميع طبقات اللوحة ، يمكن توجيه الإشارات التناظرية فقط في الجزء التناظري من اللوحة.

7. فصل الطاقة التناظرية والرقمية.

8. يجب ألا تمتد الأسلاك عبر الفجوة بين أسطح مصدر الطاقة المنقسمة.

9. يجب وضع خطوط الإشارة التي يجب أن تمتد عبر الفجوة بين مصادر الطاقة المنقسمة على طبقة الأسلاك المجاورة لمنطقة كبيرة.

10. تحليل المسار الفعلي وطريقة تدفق تيار الأرض.

11. استخدم قواعد الأسلاك الصحيحة.