PCB segasignaali ahela disain on väga keeruline. Komponentide paigutus ja juhtmestik ning toiteallika ja maandusjuhtme töötlemine mõjutavad otseselt ahela jõudlust ja elektromagnetilise ühilduvuse jõudlust. Selles artiklis tutvustatud maanduse ja toiteallika vaheseinte kujundus võib optimeerida segasignaaliga ahelate jõudlust.

Kuidas vähendada häireid digitaal- ja analoogsignaalide vahel? Enne projekteerimist tuleb mõista kahte elektromagnetilise ühilduvuse (EMC) põhiprintsiipi: esimene põhimõte on vooluahela pindala minimeerimine; Teine põhimõte on see, et süsteem kasutab ainult ühte võrdlustasapinda. Vastupidi, kui süsteemil on kaks võrdlustasapinda, on võimalik moodustada dipoolantenn (märkus: väikese dipoolantenni kiirgus on võrdeline liini pikkuse, voolava voolu hulga ja sagedusega). Kui signaal ei naase läbi väikseima võimaliku ahela, võib tekkida suur ümmargune antenn. Vältige oma disainis nii palju kui võimalik mõlemat.

Segasignaaliga trükkplaadil on soovitatud eraldada digitaalmaandus ja analoogmaandus, et saavutada isolatsioon digitaalse ja analoogmaanduse vahel. Kuigi see lähenemisviis on teostatav, on sellel palju potentsiaalseid probleeme, eriti suurtes ja keerulistes süsteemides. Kõige kriitilisem probleem on mitte ületada vaheseinavahe juhtmestikku, kui partitsioonivahe juhtmestik on ületanud, suureneb elektromagnetkiirgus ja signaali ülekanne järsult. Kõige tavalisem probleem PCB projekteerimisel on EMI probleem, mis on põhjustatud maapinna või toiteallika ristumisest signaaliliinist.

Nagu on näidatud joonisel 1, kasutame ülaltoodud segmenteerimismeetodit ja signaaliliin ulatub kahe maanduse vahelise pilu vahel, milline on signaalivoolu tagasitee? Oletame, et kaks eraldatud maad on mingil hetkel ühendatud (tavaliselt ühes punktis üks punkt), sel juhul moodustab maandusvool suure ahela. Läbi suure ahela voolav kõrgsagedusvool tekitab kiirgust ja kõrge maandusinduktiivsuse. Kui suure ahela kaudu voolavat madala taseme analoogvoolu on välised signaalid kergesti segatavad. Kõige hullem on see, et kui sektsioonid toiteallikas kokku ühendada, tekib väga suur vooluahel. Lisaks moodustavad pika juhtmega ühendatud analoog- ja digitaalmaandus dipoolantenni.

Voolu tagasivoolu maasse tee ja režiimi mõistmine on segasignaaliga trükkplaadi disaini optimeerimise võti. Paljud projekteerimisinsenerid arvestavad ainult signaalivooluga, jättes tähelepanuta voolu konkreetse tee. Kui maapealne kiht tuleb eraldada ja see tuleb suunata läbi vaheseinte vahelise pilu, saab eraldatud maanduse vahel teha ühepunktilise ühenduse, et moodustada ühendussild kahe maapealse kihi vahel ja seejärel suunata see läbi ühendussilla. Sel viisil saab iga signaaliliini alla tagada alalisvoolu tagasivoolutee, mille tulemuseks on väike ahela ala.

Segmentatsioonipilu ületava signaali realiseerimiseks saab kasutada ka optilisi isoleerimisseadmeid või trafosid. Esimese puhul on optiline signaal, mis katab segmenteerimisvahe. Trafo puhul on see magnetväli, mis katab vaheseina vahe. Võimalikud on ka diferentsiaalsignaalid: signaalid voolavad ühest liinist sisse ja teisest tagasi, sel juhul kasutatakse neid tarbetult tagasivooluteedena.

Digitaalse signaali ja analoogsignaali häirete uurimiseks peame kõigepealt mõistma kõrgsagedusvoolu omadusi. Kõrgsagedusvool valib alati madalaima impedantsiga (induktiivsusega) tee otse signaali all, nii et tagasivool liigub läbi külgneva vooluahela kihi, olenemata sellest, kas külgnev kiht on toiteallika kiht või maanduskiht.

Praktikas eelistatakse üldiselt kasutada ühtset PCB-sektsiooni analoog- ja digitaalosadeks. Analoogsignaalid suunatakse plaadi kõigi kihtide analoogpiirkonnas, digitaalsignaalid aga digitaalahela piirkonnas. Sel juhul ei voola digitaalsignaali tagasivoolu vool analoogsignaali maasse.

Digitaalsete signaalide ja analoogsignaalide häired ilmnevad ainult siis, kui digitaalsignaalid suunatakse või analoogsignaalid suunatakse üle trükkplaadi digitaalsete osade. See probleem ei ole tingitud segmenteerimise puudumisest, tegelik põhjus on digitaalsete signaalide ebaõige juhtmestik.

PCB-disain kasutab ühtset digitaalahela ja analoogahela partitsiooni ja sobiva signaalijuhtmestiku kaudu, tavaliselt saab lahendada mõned keerulisemad paigutus- ja juhtmestikuprobleemid, kuid sellel pole ka maapinna segmenteerimisest põhjustatud võimalikke probleeme. Sel juhul muutub disaini kvaliteedi määramisel kriitiliseks komponentide paigutus ja jaotus. Õige paigutuse korral on digitaalne maandusvool piiratud plaadi digitaalse osaga ega sega analoogsignaali. Sellist juhtmestikku tuleb hoolikalt kontrollida ja kontrollida, et tagada 100% vastavus juhtmestiku reeglitele. Vastasel juhul hävitab vale signaaliliin väga hea trükkplaadi täielikult.

Kui ühendate A/D-muundurite analoog- ja digitaalmaanduskontakte, soovitab enamik A/D-muundurite tootjaid ühendada AGND- ja DGND-viigud sama madala takistusega maandusega, kasutades lühimaid juhtmeid (Märkus: Kuna enamik A/D-muunduri kiipe ei ühenda sisemiselt analoog- ja digitaalmaandust omavahel, peavad analoog- ja digitaalmaandus olema ühendatud väliste tihvtide kaudu), ühendab DGND-ga ühendatud väline impedants rohkem digitaalset müra IC-s olevasse analoogahelasse parasiitide kaudu. mahtuvus. Seda soovitust järgides tuleb nii A/D-muunduri AGND kui ka DGND kontaktid ühendada analoogmaandusega, kuid selline lähenemine tekitab küsimusi, näiteks kas digitaalse signaali lahtisidumise kondensaatori maandusots tuleks ühendada analoog- või digitaalmaandusega.

Kui süsteemis on ainult üks A/D muundur, saab ülaltoodud probleemi lihtsalt lahendada. Nagu on näidatud joonisel 3, on maandus poolitatud ning analoog- ja digitaalmaandussektsioonid on omavahel ühendatud A/D-muunduri all. Selle meetodi kasutuselevõtul on vaja tagada, et kahe saidi vaheline silla laius oleks võrdne IC laiusega ja et ükski signaaliliin ei saaks partitsioonipilu ületada.

Kui süsteemis on palju A/D muundureid, näiteks 10 A/D muundurit, kuidas ühendada? Kui analoog- ja digitaalmaandus on ühendatud iga A/D-muunduri alla, tekib mitmepunktiline ühendus ning analoog- ja digitaalmaanduse vaheline isolatsioon on mõttetu. Kui te seda ei tee, rikute tootja nõudeid.

Parim viis on alustada vormiriietusega. Nagu on näidatud joonisel 4, on maapind ühtlaselt jagatud analoog- ja digitaalosadeks. See paigutus ei vasta mitte ainult IC-seadmete tootjate nõuetele analoog- ja digitaalmaanduskontaktide madala impedantsi ühendamiseks, vaid väldib ka silmusantenni või dipoolantenni põhjustatud EMC-probleeme.

Kui kahtlete segasignaaliga PCB projekteerimise ühtses lähenemisviisis, võite kogu trükkplaadi paigutuseks ja marsruutimiseks kasutada maanduskihi partitsiooni meetodit. Projekteerimisel tuleks tähelepanu pöörata sellele, et trükkplaati oleks lihtne ühendada džemprite või 0-oomiliste takistitega, mis on hilisemas katses üksteisest vähem kui 1/2 tolli kaugusel. Pöörake tähelepanu tsoneerimisele ja juhtmestikule tagamaks, et kõigil kihtidel ei oleks analoogsektsiooni kohal ühtegi digitaalset signaaliliini ja et digitaalse osa kohal ei oleks analoogsignaali liine. Pealegi ei tohiks ükski signaaliliin ületada maapinna vahet ega jagada vahet toiteallikate vahel. Plaadi funktsiooni ja EMC jõudluse testimiseks testige uuesti plaadi funktsiooni ja EMC jõudlust, ühendades kaks korrust 0-oomise takisti või hüppaja kaudu. Testitulemusi võrreldes selgus, et pea kõigil juhtudel oli ühtne lahendus funktsionaalsuse ja EMC jõudluse poolest parem võrreldes split lahendusega.

Kas maa jagamise meetod ikka töötab?

Seda lähenemist saab kasutada kolmes olukorras: mõned meditsiiniseadmed nõuavad patsiendiga ühendatud ahelate ja süsteemide vahel väga väikest lekkevoolu; Mõnede tööstuslike protsesside juhtimisseadmete väljund võib olla ühendatud mürarikaste ja suure võimsusega elektromehaaniliste seadmetega; Teine juhtum on siis, kui trükkplaadi PAIGUTUS on teatud piirangutega.

Tavaliselt on segasignaaliga PCB-plaadil eraldi digitaalsed ja analoogtoiteallikad, millel võib ja peaks olema jagatud toiteplokk. Toiteallika kihiga külgnevad signaaliliinid ei saa aga ületada toiteallikate vahelist vahet ning kõik vahet ületavad signaaliliinid peavad asuma suure alaga külgneval vooluringikihil. Mõnel juhul saab analoogtoiteallika konstrueerida PCB-ühendustega, mitte ühe küljega, et vältida toitepinna jagunemist.

Segasignaaliga PCB partitsioonikujundus

Segasignaaliga PCB projekteerimine on keeruline protsess, projekteerimisprotsessis tuleks pöörata tähelepanu järgmistele punktidele:

1. Jagage PCB eraldi analoog- ja digitaalosadeks.

2. Õige komponentide paigutus.

3. A/D-muundur asetatakse üle vaheseinte.

4. Ära jaga maapinda. Trükkplaadi analoog- ja digitaalosa on paigutatud ühtlaselt.

5. Kõigis tahvli kihtides saab digitaalsignaali suunata ainult plaadi digitaalses osas.

6. Kõigis plaadi kihtides saab analoogsignaale suunata ainult plaadi analoogosas.

7. Analoog- ja digitaaltoite eraldamine.

8. Juhtmed ei tohiks ulatuda jagatud toiteallika pindade vahesse.

9. Signaaliliinid, mis peavad katma jagatud toiteallikate vahelist vahet, peaksid asuma juhtmestiku kihis suure ala kõrval.

10. Analüüsige maandusvoolu tegelikku rada ja režiimi.

11. Kasutage õigeid juhtmestiku reegleid.