Abstrakt: Designet af blandet signalkredsløb PCB er meget kompliceret. Layoutet og ledningerne af komponenter og behandlingen af ​​strømforsyning og jordledning vil direkte påvirke kredsløbets ydeevne og elektromagnetisk kompatibilitet. Partitionsdesignet af jord og strøm introduceret i denne artikel kan optimere ydeevnen af ​​blandede signalkredsløb.

Hvordan reducerer man den gensidige interferens mellem digitalt signal og analogt signal? Før vi designer, skal vi forstå de to grundlæggende principper for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Det første princip er at minimere arealet af strømsløjfen; det andet princip er, at systemet kun bruger én referenceflade. Tværtimod, hvis systemet har to referenceplaner, er det muligt at danne en dipolantenne (Bemærk: strålingsstørrelsen af ​​en lille dipolantenne er proportional med længden af ​​linjen, mængden af ​​strøm, der flyder og frekvensen); og hvis signalet ikke kan passere så meget som muligt, kan returneringen af ​​en lille sløjfe danne en stor sløjfeantenne (Bemærk: strålingsstørrelsen af ​​en lille sløjfeantenne er proportional med sløjfearealet, strømmen, der strømmer gennem sløjfen og kvadratet af frekvensen). Undgå disse to situationer så meget som muligt i designet.

Det foreslås at adskille den digitale jord og den analoge jord på kredsløbskortet med blandede signaler, således at isolationen mellem den digitale jord og den analoge jord kan opnås. Selvom denne metode er gennemførlig, er der mange potentielle problemer, især i komplekse systemer i stor skala. Det mest kritiske problem er, at det ikke kan føres hen over divisionskløften. Når først divisionsgabet er dirigeret, vil elektromagnetisk stråling og signalkryds stige kraftigt. Det mest almindelige problem i PCB-design er, at signallinjen krydser den delte jord eller strømforsyning og genererer EMI-problemer.

Hvordan man opnår partitionsdesign af blandet signal PCB

Som vist i figur 1 bruger vi den ovennævnte divisionsmetode, og signallinjen krydser mellemrummet mellem de to grunde. Hvad er returvejen for signalstrømmen? Hvis man antager, at de to jordforbindelser, der er opdelt, er forbundet sammen et sted (normalt en enkeltpunktsforbindelse på et bestemt sted), vil jordstrømmen i dette tilfælde danne en stor sløjfe. Den højfrekvente strøm, der strømmer gennem den store sløjfe, genererer stråling og høj jordinduktans. Hvis den lave analoge strøm løber gennem den store sløjfe, bliver strømmen let forstyrret af eksterne signaler. Det værste er, at når de opdelte jorder forbindes sammen ved strømforsyningen, vil der dannes en meget stor strømsløjfe. Derudover er den analoge jord og den digitale jord forbundet med en lang ledning for at danne en dipolantenne.

At forstå stien og metoden til strømretur til jord er nøglen til at optimere design med blandede signaler. Mange designingeniører overvejer kun, hvor signalstrømmen flyder, og ignorerer strømmens specifikke vej. Hvis jordlaget skal opdeles, og ledningerne skal føres gennem mellemrummet mellem inddelingerne, kan der laves en enkeltpunktsforbindelse mellem de opdelte jorder for at danne en forbindelsesbro mellem de to jorder, og derefter ledningsføring gennem forbindelsesbroen . På denne måde kan der tilvejebringes en jævnstrømsreturvej under hver signalledning, således at det dannede sløjfeareal er lille.

Brugen af ​​optiske isolationsenheder eller transformere kan også opnå signalet på tværs af segmenteringsgabet. For førstnævnte er det det optiske signal, der krydser segmenteringsgabet; i tilfælde af en transformer er det magnetfeltet, der krydser segmenteringsgabet. En anden mulig metode er at bruge differentiale signaler: Signalet strømmer ind fra en linje og vender tilbage fra en anden signallinje. I dette tilfælde er jorden ikke nødvendig som en returvej.

For at udforske interferensen mellem digitale signaler og analoge signaler dybt, må vi først forstå karakteristikaene ved højfrekvente strømme. For højfrekvente strømme skal du altid vælge stien med mindst impedans (laveste induktans) og direkte under signalet, så returstrømmen vil flyde gennem det tilstødende kredsløbslag, uanset om det tilstødende lag er effektlaget eller jordlaget .

I det faktiske arbejde er det generelt tilbøjeligt at bruge en samlet jord og opdele printet i en analog del og en digital del. Det analoge signal dirigeres i det analoge område af alle lag på printpladen, og det digitale signal dirigeres i det digitale kredsløbsområde. I dette tilfælde vil den digitale signalreturstrøm ikke flyde ind i den analoge signaljord.

Kun når det digitale signal er forbundet til den analoge del af printkortet, eller det analoge signal er forbundet til den digitale del af printkortet, vil interferensen fra det digitale signal til det analoge signal vises. Denne form for problem opstår ikke, fordi der ikke er opdelt jord, den virkelige årsag er den forkerte ledning af det digitale signal.

PCB-design vedtager samlet jord, gennem digital kredsløb og analog kredsløbspartition og passende signalledninger, kan normalt løse nogle vanskeligere layout- og ledningsproblemer, og samtidig vil det ikke forårsage nogle potentielle problemer forårsaget af jorddeling. I dette tilfælde bliver layoutet og opdelingen af ​​komponenter nøglen til at bestemme fordele og ulemper ved designet. Hvis layoutet er rimeligt, vil den digitale jordstrøm være begrænset til den digitale del af printkortet og vil ikke forstyrre det analoge signal. Sådanne ledninger skal omhyggeligt inspiceres og verificeres for at sikre, at ledningsreglerne overholdes 100 %. Ellers vil forkert routing af en signallinje fuldstændig ødelægge et ellers meget godt printkort.

Når du forbinder A/D-konverterens analoge jord- og digitale jordstifter sammen, vil de fleste A/D-konverterproducenter foreslå: Tilslut AGND- og DGND-stifterne til den samme lavimpedansjord gennem den korteste ledning. (Bemærk: Fordi de fleste A/D-konverterchips ikke forbinder den analoge jord og den digitale jord sammen, skal den analoge og digitale jord forbindes via eksterne ben.) Enhver ekstern impedans forbundet til DGND vil passere parasitisk kapacitans. Mere digital støj er koblet til de analoge kredsløb inde i IC’en. I henhold til denne anbefaling skal du forbinde AGND- og DGND-benene på A/D-konverteren til den analoge jord, men denne metode vil forårsage problemer, såsom om jordterminalen på den digitale signalafkoblingskondensator skal tilsluttes den analoge jord. eller den digitale jord.

Hvordan man opnår partitionsdesign af blandet signal PCB

Hvis systemet kun har én A/D-konverter, kan ovenstående problemer let løses. Som vist i figur 3 skal du dele jorden og forbinde den analoge jord og den digitale jord sammen under A/D-konverteren. Når du anvender denne metode, er det nødvendigt at sikre, at bredden af ​​forbindelsesbroen mellem de to grunde er den samme som bredden af ​​IC’en, og enhver signallinje kan ikke krydse divisionsgabet.

Hvis der er mange A/D-konvertere i systemet, hvordan forbinder man f.eks. 10 A/D-konvertere? Hvis den analoge jord og den digitale jord er forbundet sammen under hver A/D-konverter, genereres en multipunktsforbindelse, og isolationen mellem den analoge jord og den digitale jord er meningsløs. Hvis du ikke forbinder på denne måde, overtræder det producentens krav.