Xülasə: Qarışıq siqnal dövrəsinin dizaynı PCB çox mürəkkəbdir. Komponentlərin düzülüşü və naqilləri, enerji təchizatı və torpaq naqillərinin işlənməsi dövrə performansına və elektromaqnit uyğunluğu performansına birbaşa təsir edəcəkdir. Bu məqalədə təqdim olunan yer və gücün bölmə dizaynı qarışıq siqnal sxemlərinin işini optimallaşdıra bilər.

Rəqəmsal siqnal və analoq siqnal arasında qarşılıqlı müdaxiləni necə azaltmaq olar? Dizayn etməzdən əvvəl elektromaqnit uyğunluğunun (EMC) iki əsas prinsipini başa düşməliyik: Birinci prinsip cari döngənin sahəsini minimuma endirməkdir; ikinci prinsip sistemin yalnız bir istinad səthindən istifadə etməsidir. Əksinə, sistemdə iki istinad təyyarəsi varsa, dipol antena yaratmaq mümkündür (Qeyd: kiçik dipol antenanın şüalanma ölçüsü xəttin uzunluğuna, axan cərəyanın miqdarına və tezliyə mütənasibdir); və əgər siqnal mümkün qədər çox keçə bilmirsə, kiçik bir döngənin qayıdışı böyük bir döngə antenası yarada bilər (Qeyd: kiçik bir dövrə antennasının şüalanma ölçüsü dövrə sahəsinə, dövrədən keçən cərəyana və kvadrata mütənasibdir. tezlik). Dizaynda bu iki vəziyyətdən mümkün qədər çəkinin.

Rəqəmsal torpaq və analoq zəmin arasında izolyasiyaya nail olmaq üçün qarışıq siqnal dövrə lövhəsində rəqəmsal zəmin və analoq zəmin ayrılması təklif olunur. Bu üsul mümkün olsa da, xüsusilə mürəkkəb iri miqyaslı sistemlərdə bir çox potensial problemlər mövcuddur. Ən kritik problem odur ki, onu bölmə boşluğundan ötürmək mümkün deyil. Bölmə boşluğunun istiqamətləndirilməsindən sonra elektromaqnit şüalanma və siqnal çarpazlığı kəskin şəkildə artacaq. PCB dizaynında ən çox rast gəlinən problem siqnal xəttinin bölünmüş yerdən və ya enerji təchizatından keçməsi və EMI problemləri yaratmasıdır.

Qarışıq siqnallı PCB-nin bölmə dizaynına necə nail olmaq olar

Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, yuxarıda qeyd olunan bölmə metodundan istifadə edirik və siqnal xətti iki əsas arasındakı boşluğu keçir. Siqnal cərəyanının qayıdış yolu nədir? Bölünmüş iki əsasın bir yerdə (adətən müəyyən bir yerdə tək nöqtəli əlaqə) bir-birinə bağlandığını fərz etsək, bu halda torpaq cərəyanı böyük bir döngə meydana gətirəcəkdir. Böyük döngədən axan yüksək tezlikli cərəyan radiasiya və yüksək yer endüktansı yaradır. Aşağı səviyyəli analoq cərəyan böyük döngədən keçirsə, cərəyan asanlıqla xarici siqnallarla müdaxilə edir. Ən pisi odur ki, bölünmüş torpaqlar enerji təchizatında bir-birinə birləşdirildikdə, çox böyük bir cərəyan döngəsi meydana gələcək. Bundan əlavə, analoq torpaq və rəqəmsal torpaq dipol antenna yaratmaq üçün uzun bir tel ilə birləşdirilir.

Cərəyanın yerə qayıtmasının yolunu və metodunu başa düşmək qarışıq siqnallı dövrə lövhəsinin dizaynını optimallaşdırmaq üçün açardır. Bir çox dizayn mühəndisləri yalnız siqnal cərəyanının harada axdığını nəzərə alır və cərəyanın xüsusi yoluna məhəl qoymurlar. Torpaq təbəqəsi bölünməlidirsə və naqillər bölmələr arasındakı boşluqdan keçirilməlidirsə, iki zəmin arasında əlaqə körpüsü yaratmaq üçün bölünmüş zəminlər arasında bir nöqtəli əlaqə edilə bilər və sonra əlaqə körpüsü ilə naqillər çəkilə bilər. . Bu yolla, hər bir siqnal xəttinin altında birbaşa cərəyan qaytarma yolu təmin edilə bilər ki, yaranan dövrə sahəsi kiçik olsun.

Optik izolyasiya cihazlarının və ya transformatorların istifadəsi də seqmentasiya boşluğunda siqnal əldə edə bilər. Birincisi üçün, seqmentasiya boşluğunu keçən optik siqnaldır; transformator vəziyyətində, seqmentasiya boşluğundan keçən maqnit sahəsidir. Başqa bir mümkün üsul diferensial siqnallardan istifadə etməkdir: siqnal bir xəttdən daxil olur və digər siqnal xəttindən qayıdır. Bu vəziyyətdə, torpaq geri dönüş yolu kimi lazım deyil.

Rəqəmsal siqnalların analoq siqnallara müdaxiləsini dərindən araşdırmaq üçün ilk növbədə yüksək tezlikli cərəyanların xüsusiyyətlərini başa düşməliyik. Yüksək tezlikli cərəyanlar üçün həmişə ən az empedanslı (ən aşağı endüktans) və birbaşa siqnalın altında olan yolu seçin, beləliklə, bitişik təbəqənin güc təbəqəsi və ya yer təbəqəsi olmasından asılı olmayaraq, geri dönmə cərəyanı bitişik dövrə qatından axacaq. .

Faktiki işdə ümumiyyətlə vahid torpaqdan istifadə etməyə və PCB-ni analoq hissəyə və rəqəmsal hissəyə bölməyə meyllidir. Analoq siqnal dövrə lövhəsinin bütün təbəqələrinin analoq sahəsinə, rəqəmsal siqnal isə rəqəmsal dövrə sahəsinə yönəldilir. Bu halda, rəqəmsal siqnalın qaytarılması cərəyanı analoq siqnal zəmininə axmayacaq.

Yalnız elektron lövhənin analoq hissəsinə rəqəmsal siqnal naqil edildikdə və ya analoq siqnal elektron lövhənin rəqəmsal hissəsinə naqil edildikdə, rəqəmsal siqnalın analoq siqnala müdaxiləsi görünür. Bölünmüş torpaq olmadığı üçün bu cür problem yaranmır, əsl səbəb rəqəmsal siqnalın düzgün olmayan naqilidir.

PCB dizaynı rəqəmsal dövrə və analoq dövrə bölməsi və müvafiq siqnal naqilləri vasitəsilə vahid zəmini qəbul edir, adətən daha çətin yerləşdirmə və naqil problemlərini həll edə bilər və eyni zamanda, yer bölgüsündən qaynaqlanan bəzi potensial problemlərə səbəb olmayacaqdır. Bu vəziyyətdə, komponentlərin düzülüşü və bölünməsi dizaynın müsbət və mənfi cəhətlərini müəyyən etmək üçün açar olur. Düzəliş məqbul olarsa, rəqəmsal torpaq cərəyanı dövrə lövhəsinin rəqəmsal hissəsi ilə məhdudlaşacaq və analoq siqnala müdaxilə etməyəcəkdir. Naqillərin çəkilməsi qaydalarına 100% əməl olunmasını təmin etmək üçün belə naqillər diqqətlə yoxlanılmalı və yoxlanılmalıdır. Əks halda, siqnal xəttinin düzgün istiqamətləndirilməməsi çox yaxşı bir dövrə lövhəsini tamamilə məhv edəcəkdir.

A/D çeviricisinin analoq torpaq və rəqəmsal torpaq sancaqlarını birləşdirərkən, əksər A/D çevirici istehsalçıları aşağıdakıları təklif edər: AGND və DGND sancaqlarını ən qısa kabel vasitəsilə eyni aşağı empedanslı yerə birləşdirin. (Qeyd: Əksər A/D çevirici çipləri analoq torpaqla rəqəmsal qruntu bir-birinə bağlamadığından, analoq və rəqəmsal torpaq xarici sancaqlar vasitəsilə birləşdirilməlidir.) DGND-yə qoşulmuş hər hansı xarici empedans parazit tutumu keçəcək. Daha çox rəqəmsal səs-küy IC daxilindəki analoq sxemlərə birləşdirilir. Bu tövsiyəyə əsasən, siz A/D çeviricisinin AGND və DGND pinlərini analoq yerə qoşmalısınız, lakin bu üsul rəqəmsal siqnal ayırma kondansatörünün torpaq terminalının analoq yerə qoşulub-qoşulmaması kimi problemlər yaradacaq. və ya rəqəmsal zəmin.

Qarışıq siqnallı PCB-nin bölmə dizaynına necə nail olmaq olar

Sistemdə yalnız bir A/D çeviricisi varsa, yuxarıdakı problemlər asanlıqla həll edilə bilər. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, zəmini bölün və A/D çeviricisi altında analoq və rəqəmsal qruntu birləşdirin. Bu metodu qəbul edərkən, iki zəmin arasında birləşdirici körpünün eninin IC-nin eni ilə eyni olmasını təmin etmək lazımdır və hər hansı bir siqnal xətti bölmə boşluğundan keçə bilməz.

Sistemdə çoxlu A/D çeviricisi varsa, məsələn, 10 A/D çeviricisini necə birləşdirmək olar? Analoq torpaq və rəqəmsal torpaq hər bir A/D çeviricisi altında bir-birinə bağlanarsa, çox nöqtəli əlaqə yaranır və analoq torpaq ilə rəqəmsal torpaq arasındakı izolyasiya mənasızdır. Bu şəkildə qoşulmasanız, istehsalçının tələblərini pozur.