Resum: El disseny de circuits de senyal mixt PCB és molt complicat. La disposició i el cablejat dels components i el processament de la font d’alimentació i el cable de terra afectaran directament el rendiment del circuit i el rendiment de la compatibilitat electromagnètica. El disseny de partició de terra i potència introduït en aquest article pot optimitzar el rendiment dels circuits de senyal mixt.

Com reduir la interferència mútua entre el senyal digital i el senyal analògic? Abans de dissenyar, hem d’entendre els dos principis bàsics de compatibilitat electromagnètica (EMC): El primer principi és minimitzar l’àrea del bucle de corrent; el segon principi és que el sistema utilitza només una superfície de referència. Per contra, si el sistema té dos plans de referència, és possible formar una antena dipol (Nota: la mida de la radiació d’una antena dipol petita és proporcional a la longitud de la línia, la quantitat de corrent que flueix i la freqüència); i si el senyal no pot passar tant com sigui possible El retorn d’un bucle petit pot formar una antena de bucle gran (Nota: la mida de la radiació d’una antena de bucle petita és proporcional a l’àrea del bucle, el corrent que flueix pel bucle i el quadrat de la freqüència). Eviteu aquestes dues situacions tant com sigui possible en el disseny.

Es recomana separar la terra digital i la terra analògica a la placa de circuit de senyal mixta, de manera que es pugui aconseguir l’aïllament entre la terra digital i la terra analògica. Tot i que aquest mètode és factible, hi ha molts problemes potencials, especialment en sistemes complexos a gran escala. El problema més crític és que no es pot encaminar a través de la bretxa de divisió. Un cop encaminada la bretxa de divisió, la radiació electromagnètica i la diafonia del senyal augmentaran bruscament. El problema més comú en el disseny de PCB és que la línia de senyal travessa el sòl dividit o la font d’alimentació i genera problemes EMI.

Com aconseguir el disseny de particions de PCB de senyal mixt

Com es mostra a la figura 1, utilitzem el mètode de divisió esmentat anteriorment i la línia de senyal travessa el buit entre els dos terrenys. Quin és el camí de retorn del corrent del senyal? Suposant que les dues terres que es divideixen estan connectades entre elles en algun lloc (normalment una connexió d’un sol punt en un lloc determinat), en aquest cas, el corrent de terra formarà un gran bucle. El corrent d’alta freqüència que flueix a través del gran bucle genera radiació i una alta inductància de terra. Si el corrent analògic de baix nivell flueix a través del bucle gran, el corrent és fàcilment interferit per senyals externs. El pitjor és que quan les terres dividides es connecten a la font d’alimentació, es formarà un bucle de corrent molt gran. A més, la terra analògica i la terra digital estan connectades per un cable llarg per formar una antena dipol.

Comprendre el camí i el mètode de retorn del corrent a terra és la clau per optimitzar el disseny de la placa de circuit de senyal mixta. Molts enginyers de disseny només consideren on flueix el corrent del senyal i ignoren el camí específic del corrent. Si la capa de terra s’ha de dividir i el cablejat s’ha d’encaminar a través del buit entre les divisions, es pot fer una connexió d’un sol punt entre les terres dividides per formar un pont de connexió entre les dues terres, i després el cablejat a través del pont de connexió. . D’aquesta manera, es pot proporcionar un camí de retorn de corrent continu sota cada línia de senyal, de manera que l’àrea de bucle formada sigui petita.

L’ús de dispositius d’aïllament òptic o transformadors també pot aconseguir el senyal a través de la bretxa de segmentació. Per als primers, és el senyal òptic que travessa el buit de segmentació; en el cas d’un transformador, és el camp magnètic el que travessa el buit de segmentació. Un altre mètode factible és utilitzar senyals diferencials: el senyal entra d’una línia i torna d’una altra línia de senyal. En aquest cas, el terreny no és necessari com a camí de retorn.

Per explorar en profunditat la interferència dels senyals digitals amb els senyals analògics, primer hem d’entendre les característiques dels corrents d’alta freqüència. Per a corrents d’alta freqüència, trieu sempre el camí amb la menor impedància (inductància més baixa) i directament per sota del senyal, de manera que el corrent de retorn fluirà per la capa de circuit adjacent, independentment de si la capa adjacent és la capa de potència o la capa de terra. .

En el treball real, generalment s’inclina a utilitzar un sòl unificat i dividir el PCB en una part analògica i una part digital. El senyal analògic s’encamina a l’àrea analògica de totes les capes de la placa de circuits i el senyal digital s’encamina a l’àrea del circuit digital. En aquest cas, el corrent de retorn del senyal digital no fluirà cap a la terra del senyal analògic.

Només quan el senyal digital està connectat a la part analògica de la placa de circuit o el senyal analògic està connectat a la part digital de la placa de circuit, apareixerà la interferència del senyal digital amb el senyal analògic. Aquest tipus de problema no es produeix perquè no hi ha terra dividida, el motiu real és el cablejat inadequat del senyal digital.

El disseny de PCB adopta una terra unificada, mitjançant una partició de circuits digitals i analògics i un cablejat de senyal adequat, normalment pot resoldre alguns problemes de disseny i cablejat més difícils i, al mateix temps, no causarà alguns problemes potencials causats per la divisió de terra. En aquest cas, la disposició i la partició dels components es converteixen en la clau per determinar els avantatges i els contres del disseny. Si el disseny és raonable, el corrent de terra digital es limitarà a la part digital de la placa de circuit i no interferirà amb el senyal analògic. Aquest cablejat s’ha d’inspeccionar i verificar acuradament per assegurar-se que les regles de cablejat es compleixen al 100%. En cas contrari, l’encaminament inadequat d’una línia de senyal destruirà completament una placa de circuit, d’altra manera, molt bona.

Quan connecteu els pins de terra analògic i digital del convertidor A/D, la majoria dels fabricants de convertidors A/D suggeririen: Connecteu els pins AGND i DGND a la mateixa terra de baixa impedància a través del cable més curt. (Nota: com que la majoria de xips convertidors A/D no connecten la terra analògica i la terra digital junts, la terra analògica i digital s’han de connectar a través de pins externs.) Qualsevol impedància externa connectada a DGND passarà la capacitat paràsit. S’acobla més soroll digital als circuits analògics de l’IC. Segons aquesta recomanació, cal connectar els pins AGND i DGND del convertidor A/D a la terra analògica, però aquest mètode causarà problemes com ara si el terminal de terra del condensador de desacoblament del senyal digital s’ha de connectar a la terra analògica. o el sòl digital.

Com aconseguir el disseny de particions de PCB de senyal mixt

Si el sistema només té un convertidor A/D, els problemes anteriors es poden resoldre fàcilment. Com es mostra a la figura 3, dividiu la terra i connecteu la terra analògica i la terra digital junts sota el convertidor A/D. Quan s’adopta aquest mètode, cal assegurar-se que l’amplada del pont de connexió entre les dues terres sigui la mateixa que l’amplada de l’IC i que qualsevol línia de senyal no pugui creuar la bretxa de divisió.

Si hi ha molts convertidors A/D al sistema, per exemple, com connectar 10 convertidors A/D? Si la terra analògica i la terra digital estan connectades juntes sota cada convertidor A/D, es genera una connexió multipunt i l’aïllament entre la terra analògica i la terra digital no té sentit. Si no us connecteu d’aquesta manera, incompleix els requisits del fabricant.