PCB qarışıq siqnal dövrəsinin dizaynı çox mürəkkəbdir. Komponentlərin düzülüşü və naqilləri, enerji təchizatı və torpaq naqilinin işlənməsi dövrə performansına və elektromaqnit uyğunluğu performansına birbaşa təsir edəcəkdir. Bu yazıda təqdim olunan yer və enerji təchizatı bölmələrinin dizaynı qarışıq siqnal sxemlərinin işini optimallaşdıra bilər.

Rəqəmsal və analoq siqnallar arasında müdaxiləni necə azaltmaq olar? Dizayndan əvvəl elektromaqnit uyğunluğun (EMC) iki əsas prinsipi başa düşülməlidir: birinci prinsip cərəyan dövrəsinin sahəsini minimuma endirməkdir; İkinci prinsip sistemin yalnız bir istinad müstəvisindən istifadə etməsidir. Əksinə, sistemdə iki istinad müstəvisi varsa, dipol antena yaratmaq mümkündür (qeyd: kiçik dipol antenanın şüalanması xəttin uzunluğuna, axan cərəyanın miqdarına və tezliyə mütənasibdir). Siqnal mümkün olan ən kiçik döngədən geri qayıtmasa, böyük dairəvi antena yarana bilər. Dizaynınızda mümkün qədər hər ikisindən çəkinin.

Rəqəmsal torpaq və analoq torpaq arasında izolyasiyaya nail olmaq üçün qarışıq siqnal dövrə lövhəsində rəqəmsal zəmin və analoq zəmin ayrılması təklif edilmişdir. Bu yanaşma mümkün olsa da, xüsusilə böyük və mürəkkəb sistemlərdə bir çox potensial problemləri var. Ən kritik problem arakəsmə boşluğu naqillərini keçməməkdir, bir dəfə arakəsmə boşluğu naqillərini keçdikdə, elektromaqnit şüalanma və siqnal çarpazlığı kəskin şəkildə artacaq. PCB dizaynında ən çox rast gəlinən problem siqnal xəttinin yerdən və ya enerji təchizatından keçməsi nəticəsində yaranan EMI problemidir.

Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, yuxarıda göstərilən seqmentasiya metodundan istifadə edirik və siqnal xətti iki yer arasındakı boşluğu əhatə edir, siqnal cərəyanının qayıdış yolu nədir? Tutaq ki, iki hissəyə bölünmüş torpaq hansısa bir nöqtədə (adətən bir nöqtədə bir nöqtə) birləşdirilir, bu halda torpaq cərəyanı böyük bir döngə təşkil edəcəkdir. Böyük döngədən axan yüksək tezlikli cərəyan radiasiya və yüksək yer endüktansı yaradacaq. Böyük loopdan axan aşağı səviyyəli analoq cərəyana xarici siqnallar tərəfindən müdaxilə etmək asandır. Ən pisi odur ki, bölmələr enerji mənbəyində bir-birinə qoşulduqda çox böyük bir cərəyan döngəsi yaranır. Bundan əlavə, uzun bir tel ilə birləşdirilən analoq və rəqəmsal torpaq dipol antennasını təşkil edir.

Cərəyanın yerə geri axınının yolunu və rejimini başa düşmək qarışıq siqnallı dövrə lövhəsinin dizaynını optimallaşdırmaq üçün açardır. Bir çox dizayn mühəndisləri, cərəyanın xüsusi yolunu nəzərə almayaraq, yalnız siqnal cərəyanının harada axdığını nəzərə alır. Əgər zəmin təbəqəsi arakəsmələrə bölünməli və arakəsmələr arasındakı boşluqdan keçməlidirsə, iki qrunt təbəqəsi arasında əlaqə körpüsü yaratmaq üçün bölünmüş zəmin arasında tək nöqtəli əlaqə yaradıla bilər və sonra əlaqə körpüsündən keçir. Bu şəkildə, hər bir siqnal xəttinin altında birbaşa cərəyan geri axını yolu təmin edilə bilər, nəticədə kiçik bir döngə sahəsi yaranır.

Optik izolyasiya cihazları və ya transformatorlar da seqmentasiya boşluğundan keçən siqnalı həyata keçirmək üçün istifadə edilə bilər. Birincisi üçün, seqmentasiya boşluğunu əhatə edən optik siqnaldır. Bir transformator vəziyyətində, bölmə boşluğunu əhatə edən maqnit sahəsidir. Diferensial siqnallar da mümkündür: siqnallar bir xəttdən daxil olur və digərindən qayıdır, bu halda onlar lazımsız yerə geriyə axın yolları kimi istifadə olunur.

Rəqəmsal siqnalın analoq siqnala müdaxiləsini araşdırmaq üçün ilk növbədə yüksək tezlikli cərəyanın xüsusiyyətlərini başa düşməliyik. Yüksək tezlikli cərəyan həmişə birbaşa siqnalın altında ən aşağı empedansa (induktivliyə) malik olan yolu seçir, beləliklə, bitişik təbəqənin enerji təchizatı təbəqəsi və ya yer təbəqəsi olmasından asılı olmayaraq, geri dönmə cərəyanı bitişik dövrə təbəqəsi vasitəsilə axacaq.

Praktikada, ümumiyyətlə, analoq və rəqəmsal hissələrə vahid PCB bölməsindən istifadə etməyə üstünlük verilir. Analoq siqnallar lövhənin bütün təbəqələrinin analoq bölgəsində, rəqəmsal siqnallar isə rəqəmsal dövrə bölgəsində yönləndirilir. Bu halda, rəqəmsal siqnalın qaytarılması cərəyanı analoq siqnalın zəminə axmır.

Rəqəmsal siqnallardan analoq siqnallara müdaxilə yalnız rəqəmsal siqnallar elektron lövhənin rəqəmsal hissələri üzərindən və ya analoq siqnallar yönləndirildikdə baş verir. Bu problem seqmentasiyanın olmaması ilə bağlı deyil, əsl səbəb rəqəmsal siqnalların naqillərinin düzgün qurulmamasıdır.

PCB dizaynı rəqəmsal dövrə və analoq dövrə bölməsi və müvafiq siqnal naqilləri vasitəsilə vahid istifadə edir, adətən daha çətin yerləşdirmə və naqil problemlərinin bəzilərini həll edə bilər, eyni zamanda yerin seqmentasiyası nəticəsində yaranan bəzi potensial problemlərə malik deyil. Bu halda, dizaynın keyfiyyətinin müəyyən edilməsində komponentlərin düzülüşü və bölünməsi mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Düzgün qoyulursa, rəqəmsal torpaq cərəyanı lövhənin rəqəmsal hissəsi ilə məhdudlaşacaq və analoq siqnala müdaxilə etməyəcəkdir. Belə naqillər naqillərin çəkilməsi qaydalarına 100% uyğunluğunu təmin etmək üçün diqqətlə yoxlanılmalı və yoxlanılmalıdır. Əks halda, düzgün olmayan bir siqnal xətti çox yaxşı bir dövrə lövhəsini tamamilə məhv edəcəkdir.

A/D çeviricilərinin analoq və rəqəmsal yer sancaqlarını birləşdirərkən, əksər A/D çevirici istehsalçıları AGND və DGND pinlərini ən qısa kabellərdən istifadə edərək eyni aşağı empedanslı yerə qoşmağı tövsiyə edir (Qeyd: Əksər A/D çevirici çipləri analoq və rəqəmsal qruntu daxili olaraq birləşdirmədiyi üçün analoq və rəqəmsal torpaq xarici sancaqlar vasitəsilə birləşdirilməlidir), DGND-yə qoşulan hər hansı xarici empedans parazit vasitəsilə IC daxilindəki analoq dövrə ilə daha çox rəqəmsal səs-küyü birləşdirəcəkdir. tutum. Bu tövsiyədən sonra həm A/D çeviricisinin AGND, həm də DGND pinləri analoq yerə qoşulmalıdır, lakin bu yanaşma rəqəmsal siqnal ayırma kondansatörünün torpaq ucunun analoq və ya rəqəmsal yerə qoşulması kimi suallar doğurur.

Sistemdə yalnız bir A/D çeviricisi varsa, yuxarıdakı problem asanlıqla həll edilə bilər. Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, torpaq bölünür və analoq və rəqəmsal torpaq bölmələri A/D çeviricisi altında bir-birinə birləşdirilir. Bu üsul qəbul edildikdə, iki sahə arasındakı körpünün eninin IC eninə bərabər olmasını və heç bir siqnal xəttinin bölmə boşluğundan keçə bilməməsini təmin etmək lazımdır.

Sistemdə çoxlu A/D çeviricisi varsa, məsələn, 10 A/D çeviricisi necə qoşulmalı? Hər bir A/D çeviricisi altında analoq və rəqəmsal torpaq birləşdirilərsə, çox nöqtəli əlaqə yaranacaq və analoq və rəqəmsal torpaq arasındakı izolyasiya mənasız olacaq. Bunu etməsəniz, istehsalçının tələblərini pozmuş olursunuz.

Ən yaxşı yol uniforma ilə başlamaqdır. Şəkil 4-də göstərildiyi kimi, torpaq bərabər şəkildə analoq və rəqəmsal hissələrə bölünür. Bu layout nəinki analoq və rəqəmsal yer pinlərinin aşağı empedanslı qoşulması üçün IC cihazı istehsalçılarının tələblərinə cavab verir, həm də loop antenna və ya dipol antennanın yaratdığı EMC problemlərindən qaçınır.

Qarışıq siqnallı PCB dizaynının vahid yanaşmasına şübhə edirsinizsə, bütün dövrə lövhəsini yerləşdirmək və istiqamətləndirmək üçün yer qatının bölmə metodundan istifadə edə bilərsiniz. Dizaynda, sonrakı təcrübədə dövrə lövhəsinin keçidlər və ya 0/1 düymdən az məsafədə yerləşən 2 ohm rezistorlarla asanlıqla birləşdirilməsinə diqqət yetirilməlidir. Bütün təbəqələrdə heç bir rəqəmsal siqnal xəttinin analoq bölmənin üstündə olmaması və heç bir analoq siqnal xəttinin rəqəmsal hissənin üstündə olmaması üçün rayonlaşdırma və naqillərə diqqət yetirin. Üstəlik, heç bir siqnal xətti yer boşluğunu keçməməli və ya enerji mənbələri arasındakı boşluğu bölməməlidir. Lövhənin funksiyasını və EMC performansını yoxlamaq üçün iki mərtəbəni 0 ohm rezistor və ya keçid vasitəsilə birləşdirərək lövhənin funksiyasını və EMC performansını yenidən yoxlayın. Test nəticələrini müqayisə etdikdə, demək olar ki, bütün hallarda vahid həllin split həll ilə müqayisədə funksionallıq və EMC performansı baxımından üstün olduğu aşkar edildi.

Torpağın bölünməsi üsulu hələ də işləyirmi?

Bu yanaşma üç vəziyyətdə istifadə edilə bilər: bəzi tibbi cihazlar sxemlər və xəstəyə qoşulmuş sistemlər arasında çox aşağı sızma cərəyanı tələb edir; Bəzi sənaye proseslərinə nəzarət avadanlığının çıxışı səs-küylü və yüksək güclü elektromexaniki avadanlıqlara qoşula bilər; Başqa bir hal, PCB-nin LAYOUT-unun xüsusi məhdudiyyətlərə məruz qalmasıdır.

Qarışıq siqnallı PCB lövhəsində adətən ayrı-ayrı rəqəmsal və analoq enerji təchizatı mövcuddur ki, bunlar bölünmüş enerji təchizatı üzünə malik ola bilər və olmalıdır. Bununla belə, enerji təchizatı təbəqəsinə bitişik olan siqnal xətləri enerji mənbələri arasındakı boşluğu keçə bilməz və boşluqdan keçən bütün siqnal xətləri böyük əraziyə bitişik dövrə qatında yerləşməlidir. Bəzi hallarda analoq enerji təchizatı güc üzünün parçalanmasının qarşısını almaq üçün bir üzdən çox PCB bağlantıları ilə dizayn edilə bilər.

Qarışıq siqnal PCB-nin bölmə dizaynı

Qarışıq siqnallı PCB dizaynı mürəkkəb bir prosesdir, dizayn prosesi aşağıdakı məqamlara diqqət yetirməlidir:

1. PCB-ni ayrı-ayrı analoq və rəqəmsal hissələrə bölün.

2. Komponentlərin düzgün yerləşdirilməsi.

3. A/D çeviricisi arakəsmələr arasında yerləşdirilir.

4. Yeri bölməyin. Elektron lövhənin analoq hissəsi və rəqəmsal hissəsi bərabər şəkildə qoyulur.

5. Lövhənin bütün təbəqələrində rəqəmsal siqnal yalnız lövhənin rəqəmsal hissəsində yönləndirilə bilər.

6. Lövhənin bütün təbəqələrində analoq siqnallar yalnız lövhənin analoq hissəsində yönləndirilə bilər.

7. Analoq və rəqəmsal gücün ayrılması.

8. Elektrik naqilləri bölünmüş enerji təchizatı səthləri arasındakı boşluğu əhatə etməməlidir.

9. Split enerji təchizatı arasındakı boşluğu əhatə etməli olan siqnal xətləri böyük bir sahəyə bitişik naqil qatında yerləşdirilməlidir.

10. Torpaq cərəyanının axınının faktiki yolunu və rejimini təhlil edin.

11. Düzgün naqil çəkmə qaydalarından istifadə edin.