PCB проектирането на смесена сигнална верига е много сложно. Разположението и окабеляването на компонентите и обработката на захранването и заземяващия проводник ще повлияят пряко на производителността на веригата и производителността на електромагнитната съвместимост. Дизайнът на разделяне на земята и захранването, въведен в тази статия, може да оптимизира работата на вериги със смесен сигнал.

Как да намалим смущенията между цифрови и аналогови сигнали? Два основни принципа на електромагнитната съвместимост (EMC) трябва да бъдат разбрани преди проектирането: първият принцип е да се сведе до минимум площта на токовия контур; Вторият принцип е, че системата използва само една референтна равнина. Напротив, ако системата има две референтни равнини, е възможно да се образува диполна антена (забележка: излъчването на малка диполна антена е пропорционално на дължината на линията, количеството протичащ ток и честотата). Ако сигналът не се върне през възможно най-малкия контур, може да се образува голяма кръгла антена. Избягвайте и двете във вашия дизайн, доколкото е възможно.

Предложено е да се раздели цифровото заземяване и аналоговото заземяване на платката със смесен сигнал, за да се постигне изолация между цифровото заземяване и аналоговата маса. Въпреки че този подход е осъществим, той има много потенциални проблеми, особено в големи и сложни системи. Най-критичният проблем е да не се пресече окабеляването на празнината на дяла, след като се пресече окабеляването на празнината на дяла, електромагнитното излъчване и кръстосаните смущения на сигнала ще се увеличат драстично. Най-често срещаният проблем в дизайна на печатни платки е EMI ​​проблем, причинен от сигнална линия, пресичаща земята или захранването.

Както е показано на фигура 1, ние използваме горния метод за сегментиране и сигналната линия обхваща пролуката между двете заземления, какъв е обратният път на сигналния ток? Да предположим, че двете разделени земи са свързани в някаква точка (обикновено една точка в една точка), в този случай земният ток ще образува голям контур. Високочестотният ток, протичащ през големия контур, ще генерира радиация и висока индуктивност на земята. Ако аналоговият ток на ниско ниво, протичащ през големия контур, е лесно да бъде възпрепятстван от външни сигнали. Най-лошото е, че когато секциите са свързани заедно в източника на захранване, се образува много голям токов контур. В допълнение, аналоговата и цифровата маса, свързани с дълъг проводник, образуват диполна антена.

Разбирането на пътя и режима на обратния ток към земята е ключът към оптимизиране на дизайна на платката със смесен сигнал. Много дизайнери отчитат само къде тече сигналният ток, игнорирайки специфичния път на тока. Ако земният слой трябва да бъде разделен и трябва да бъде прокаран през пролуката между преградите, може да се направи връзка в една точка между разделената земя, за да се образува свързващ мост между двата земни слоя и след това да се насочи през свързващия мост. По този начин може да се осигури обратен път на постоянен ток под всяка сигнална линия, което води до малка кръгова зона.

Оптичните изолационни устройства или трансформатори също могат да се използват за реализиране на сигнала, преминаващ през сегментационната междина. За първите това е оптичният сигнал, който обхваща сегментационната празнина. В случай на трансформатор, магнитното поле е това, което обхваща междината на преградата. Възможни са и диференциални сигнали: сигналите постъпват от едната линия и се връщат от другата, като в този случай те се използват като обратен поток ненужно.

За да изследваме интерференцията на цифров сигнал към аналогов сигнал, първо трябва да разберем характеристиките на високочестотния ток. Високочестотният ток винаги избира пътя с най-нисък импеданс (индуктивност) директно под сигнала, така че обратният ток ще протича през съседния слой на веригата, независимо дали съседният слой е захранващият слой или заземяващият слой.

На практика обикновено се предпочита да се използва еднакво разделяне на печатни платки на аналогови и цифрови части. Аналоговите сигнали се насочват в аналоговата област на всички слоеве на платката, докато цифровите сигнали се насочват в областта на цифровата верига. В този случай обратният ток на цифровия сигнал не се влива в земята на аналоговия сигнал.

Смущения от цифрови сигнали към аналогови сигнали се появяват само когато цифровите сигнали се пренасочват или аналоговите сигнали се насочват през цифровите части на платката. Този проблем не се дължи на липсата на сегментация, истинската причина е неправилното окабеляване на цифрови сигнали.

Дизайнът на печатни платки използва унифицирано, чрез разделяне на цифрова верига и аналогова верига и подходящо сигнално окабеляване, обикновено може да реши някои от по-трудните проблеми с оформлението и окабеляването, но също така няма някои потенциални проблеми, причинени от сегментирането на земята. В този случай, оформлението и разделянето на компонентите стават от решаващо значение за определяне на качеството на дизайна. Ако е правилно подреден, цифровият заземяващ ток ще бъде ограничен до цифровата част на платката и няма да пречи на аналоговия сигнал. Такова окабеляване трябва да бъде внимателно проверено и проверено, за да се гарантира 100% съответствие с правилата за окабеляване. В противен случай, неправилна сигнална линия напълно ще унищожи много добра платка.

Когато свързвате аналогови и цифрови заземяващи изводи на A/D преобразуватели заедно, повечето производители на A/D преобразуватели препоръчват свързване на изводите AGND и DGND към една и съща земя с нисък импеданс, като се използват най-късите проводници (Забележка: Тъй като повечето чипове за A/D преобразуватели не свързват вътрешно аналогово и цифрово заземяване, аналоговата и цифровата маса трябва да бъдат свързани чрез външни щифтове), всеки външен импеданс, свързан към DGND, ще съчетае повече цифров шум към аналоговата верига вътре в IC чрез паразитни капацитет. Следвайки тази препоръка, щифтовете AGND и DGND на A/D преобразувателя трябва да бъдат свързани към аналоговата маса, но този подход повдига въпроси като това дали заземителният край на кондензатора за разделяне на цифровия сигнал трябва да бъде свързан към аналоговата или цифровата маса.

Ако системата има само един A/D преобразувател, горният проблем може лесно да бъде решен. Както е показано на фигура 3, земята е разделена и аналоговата и цифровата заземяващи секции са свързани заедно под A/D преобразувателя. Когато се приеме този метод, е необходимо да се гарантира, че ширината на моста между двете места е равна на ширината на IC и че нито една сигнална линия не може да пресече празнината на преградата.

Ако системата има много A/D преобразуватели, например 10 A/D преобразуватели, как да се свържете? Ако аналогово и цифрово заземяване са свързани под всеки A/D преобразувател, ще се получи многоточкова връзка и изолацията между аналогова и цифрова маса ще бъде безсмислена. Ако не го направите, нарушавате изискванията на производителя.

Най-добрият начин е да започнете с униформа. Както е показано на фигура 4, земята е равномерно разделена на аналогови и цифрови части. Това оформление не само отговаря на изискванията на производителите на IC устройства за свързване с нисък импеданс на аналогови и цифрови заземяващи изводи, но също така избягва EMC проблеми, причинени от контурна антена или диполна антена.

Ако имате съмнения относно унифицирания подход на дизайна на печатни платки със смесен сигнал, можете да използвате метода на разделяне на земния слой, за да изложите и насочите цялата платка. При проектирането трябва да се обърне внимание, за да се направи платката лесна за свързване заедно с джъмпери или 0 ома резистори, разположени на по-малко от 1/2 инча един от друг в по-късния експеримент. Обърнете внимание на зонирането и окабеляването, за да гарантирате, че няма цифрови сигнални линии над аналоговата секция на всички слоеве и че няма аналогови сигнални линии над цифровата секция. Освен това нито една сигнална линия не трябва да пресича земната междина или да разделя пролуката между източниците на енергия. За да тествате функцията на платката и производителността на ЕМС, тествайте отново функцията и ЕМС производителността на платката, като свържете двата етажа заедно чрез резистор 0 ома или джъмпер. Сравнявайки резултатите от теста, беше установено, че в почти всички случаи унифицираното решение е по-добро по отношение на функционалността и ЕМС производителността в сравнение с разделното решение.

Работи ли все още методът за разделяне на земята?

Този подход може да се използва в три ситуации: някои медицински устройства изискват много нисък ток на утечка между вериги и системи, свързани към пациента; Изходът на някои съоръжения за управление на промишлени процеси може да бъде свързан към шумно и високомощно електромеханично оборудване; Друг случай е, когато Оформлението на печатната платка подлежи на специфични ограничения.

Обикновено има отделни цифрови и аналогови захранвания на платка със смесен сигнал, която може и трябва да има разделено лице на захранване. Въпреки това, сигналните линии, съседни на слоя на захранването, не могат да пресичат пролуката между захранващите устройства и всички сигнални линии, които пресичат празнината, трябва да бъдат разположени на слоя на веригата, съседен на голямата площ. В някои случаи аналоговото захранване може да бъде проектирано с PCB връзки, а не с едно лице, за да се избегне разделяне на лицевата страна на захранването.

Проектиране на дялове на печатна платка със смесен сигнал

Проектирането на печатни платки със смесен сигнал е сложен процес, процесът на проектиране трябва да обърне внимание на следните точки:

1. Разделете печатната платка на отделни аналогови и цифрови части.

2. Правилно разположение на компонентите.

3. A/D преобразувателят се поставя между дялове.

4. Не разделяйте земята. Аналоговата част и цифровата част на платката са положени равномерно.

5. Във всички слоеве на платката цифровият сигнал може да бъде маршрутизиран само в цифровата част на платката.

6. Във всички слоеве на платката аналоговите сигнали могат да се маршрутизират само в аналоговата част на платката.

7. Аналогово и цифрово разделяне на мощността.

8. Окабеляването не трябва да обхваща пролуката между разделените повърхности на захранването.

9. Сигналните линии, които трябва да обхващат пролуката между разделените захранвания, трябва да бъдат разположени върху слоя на окабеляването в непосредствена близост до голяма площ.

10. Анализирайте действителния път и режима на протичане на земния ток.

11. Използвайте правилните правила за окабеляване.