PCB El disseny del circuit de senyal mixt 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 particions de terra i font d’alimentació introduït en aquest article pot optimitzar el rendiment dels circuits de senyal mixt.

Com reduir la interferència entre els senyals digitals i analògics? Abans del disseny s’han d’entendre 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 un pla de referència. Per contra, si el sistema té dos plans de referència, és possible formar una antena dipol (nota: la radiació d’una antena dipol petita és proporcional a la longitud de la línia, la quantitat de corrent que flueix i la freqüència). Si el senyal no torna pel bucle més petit possible, es pot formar una gran antena circular. Eviteu tots dos en el vostre disseny tant com sigui possible.

S’ha suggerit separar la terra digital i la terra analògica a la placa de circuit de senyal mixta per aconseguir l’aïllament entre la terra digital i la terra analògica. Tot i que aquest enfocament és factible, té molts problemes potencials, especialment en sistemes grans i complexos. El problema més crític és no creuar el cablejat de la bretxa de la partició, un cop creuat el cablejat de la bretxa de la partició, la radiació electromagnètica i la diafonia del senyal augmentaran dràsticament. El problema més comú en el disseny de PCB és el problema EMI causat per la línia de senyal que creua el sòl o la font d’alimentació.

Com es mostra a la figura 1, utilitzem el mètode de segmentació anterior i la línia de senyal abasta el buit entre els dos terrenys, quin és el camí de retorn del corrent del senyal? Suposem que les dues terres particionades estan connectades en algun punt (normalment un únic punt en un punt), en aquest cas el corrent de terra formarà un gran bucle. El corrent d’alta freqüència que flueix a través del gran bucle generarà radiació i una alta inductància de terra. Si el corrent analògic de baix nivell que flueix pel bucle gran és fàcil de ser interferit per senyals externs. El pitjor és que quan les seccions estan connectades entre si a la font d’alimentació, es forma un bucle de corrent molt gran. A més, la terra analògica i digital connectada per un cable llarg formen una antena dipol.

Comprendre el camí i el mode de retorn de 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, ignorant el camí específic del corrent. Si la capa de terra s’ha de dividir i s’ha d’encaminar a través del buit entre les particions, es pot fer una connexió d’un sol punt entre la terra particionada per formar un pont de connexió entre les dues capes de terra i després passar pel pont de connexió. D’aquesta manera, es pot proporcionar un camí de retorn de corrent continu per sota de cada línia de senyal, donant lloc a una petita àrea de bucle.

També es poden utilitzar dispositius d’aïllament òptic o transformadors per realitzar el senyal que travessa el buit de segmentació. Per al primer, és el senyal òptic que abasta el buit de segmentació. En el cas d’un transformador, és el camp magnètic el que abasta el buit de la partició. També són possibles senyals diferencials: els senyals entren d’una línia i tornen de l’altra, en aquest cas s’utilitzen com a camins de retorn innecessàriament.

Per explorar la interferència del senyal digital amb el senyal analògic, primer hem d’entendre les característiques del corrent d’alta freqüència. El corrent d’alta freqüència sempre tria el camí amb la impedància més baixa (inductància) directament a 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 d’alimentació o la capa de terra.

A la pràctica, generalment es prefereix utilitzar una partició de PCB uniforme en parts analògiques i digitals. Els senyals analògics s’encaminen a la regió analògica de totes les capes de la placa, mentre que els senyals digitals s’encaminen a la regió del circuit digital. En aquest cas, el corrent de retorn del senyal digital no flueix a terra del senyal analògic.

La interferència de senyals digitals a senyals analògics es produeix només quan els senyals digitals s’encaminen o els senyals analògics s’encaminen per les parts digitals de la placa de circuit. Aquest problema no es deu a la manca de segmentació, el motiu real és el cablejat inadequat dels senyals digitals.

El disseny de PCB utilitza unificat, a través del circuit digital i la partició del circuit analògic i el cablejat de senyal adequat, normalment pot resoldre alguns dels problemes de disseny i cablejat més difícils, però tampoc té problemes potencials causats per la segmentació del sòl. En aquest cas, la disposició i la partició dels components esdevenen fonamentals per determinar la qualitat del disseny. Si es disposa correctament, el corrent de terra digital es limitarà a la part digital de la placa i no interferirà amb el senyal analògic. Aquest cablejat s’ha de revisar i revisar acuradament per garantir el compliment al 100% de les normes de cablejat. En cas contrari, una línia de senyal incorrecta destruirà completament una placa de circuit molt bona.

Quan connecteu els pins de terra analògics i digitals dels convertidors A/D junts, la majoria dels fabricants de convertidors A/D recomanen connectar els pins AGND i DGND a la mateixa terra de baixa impedància utilitzant els cables més curts (Nota: Com que la majoria de xips convertidors A/D no connecten la terra analògica i digital junts internament, la terra analògica i digital s’ha de connectar mitjançant pins externs), qualsevol impedància externa connectada a DGND acoblarà més soroll digital al circuit analògic dins de l’IC mitjançant paràsits. capacitat. Seguint aquesta recomanació, tant els pins del convertidor A/D AGND com el DGND s’han de connectar a la terra analògica, però aquest enfocament planteja preguntes com ara si l’extrem de terra del condensador de desacoblament del senyal digital s’ha de connectar a la terra analògica o digital.

Si el sistema només té un convertidor A/D, el problema anterior es pot resoldre fàcilment. Com es mostra a la figura 3, la terra està dividida i les seccions de terra analògica i digital estan connectades juntes sota el convertidor A/D. Quan s’adopta aquest mètode, cal assegurar-se que l’amplada del pont entre els dos llocs sigui igual a l’amplada de l’IC i que cap línia de senyal pugui creuar el buit de la partició.

Si el sistema té molts convertidors A/D, per exemple, 10 convertidors A/D, com connectar-se? Si la terra analògica i digital es connecten sota cada convertidor A/D, es produirà una connexió multipunt i l’aïllament entre la terra analògica i digital no tindrà sentit. Si no ho fas, incompleixes els requisits del fabricant.

La millor manera és començar amb un uniforme. Com es mostra a la figura 4, el sòl es divideix uniformement en parts analògiques i digitals. Aquest disseny no només compleix els requisits dels fabricants de dispositius IC per a la connexió de baixa impedància de pins de terra analògics i digitals, sinó que també evita problemes d’EMC causats per l’antena de bucle o l’antena dipol.

Si teniu dubtes sobre l’enfocament unificat del disseny de PCB de senyal mixt, podeu utilitzar el mètode de partició de la capa de terra per dissenyar i encaminar tota la placa de circuit. En el disseny, s’ha de prestar atenció perquè la placa de circuit sigui fàcil de connectar amb ponts o resistències de 0 ohms espaciades a menys d’1/2 polzada en l’experiment posterior. Preste atenció a la zonificació i el cablejat per assegurar-se que no hi ha cap línia de senyal digital per sobre de la secció analògica de totes les capes i que cap línia de senyal analògica estigui per sobre de la secció digital. A més, cap línia de senyal hauria de creuar la bretxa de terra o dividir la bretxa entre les fonts d’alimentació. Per provar la funció de la placa i el rendiment EMC, torneu a provar la funció de la placa i el rendiment EMC connectant els dos pisos junts mitjançant una resistència o pont de 0 ohms. Comparant els resultats de la prova, es va trobar que en gairebé tots els casos, la solució unificada era superior en termes de funcionalitat i rendiment EMC en comparació amb la solució dividida.

El mètode de repartiment de la terra encara funciona?

Aquest enfocament es pot utilitzar en tres situacions: alguns dispositius mèdics requereixen un corrent de fuga molt baix entre circuits i sistemes connectats al pacient; La sortida d’alguns equips de control de processos industrials es pot connectar a equips electromecànics sorollosos i d’alta potència; Un altre cas és quan la DISPOSICIÓ del PCB està subjecta a restriccions específiques.

Normalment hi ha fonts d’alimentació digitals i analògiques separades en una placa PCB de senyal mixta que pot i hauria de tenir una font d’alimentació dividida. Tanmateix, les línies de senyal adjacents a la capa d’alimentació no poden travessar el buit entre les fonts d’alimentació, i totes les línies de senyal que creuen la bretxa s’han de situar a la capa de circuit adjacent a l’àrea gran. En alguns casos, la font d’alimentació analògica es pot dissenyar amb connexions de PCB en lloc d’una cara per evitar la divisió de la cara d’alimentació.

Disseny de partició de PCB de senyal mixt

El disseny de PCB de senyal mixt és un procés complex, el procés de disseny ha de parar atenció als punts següents:

1. Dividiu la PCB en parts analògiques i digitals separades.

2. Disposició correcta dels components.

3. El convertidor A/D es col·loca entre particions.

4. No dividiu el terreny. La part analògica i la part digital de la placa de circuit es col·loquen uniformement.

5. A totes les capes de la placa, el senyal digital només es pot encaminar a la part digital de la placa.

6. A totes les capes de la placa, els senyals analògics només es poden encaminar a la part analògica de la placa.

7. Separació de potència analògica i digital.

8. El cablejat no ha d’abastar el buit entre les superfícies de la font d’alimentació dividida.

9. Les línies de senyal que han d’abastar el buit entre les fonts d’alimentació dividides s’han d’ubicar a la capa de cablejat adjacent a una gran àrea.

10. Analitzar la trajectòria real i la manera del flux del corrent terrestre.

11. Utilitzeu regles de cablejat correctes.