Como conseguir un deseño de partición de PCB de sinal mixto?

Resumo: Deseño dun circuíto de sinal mixto PCB é moi complicado. A disposición e a fiación dos compoñentes e o procesamento da fonte de alimentación e do fío de terra afectarán directamente o rendemento do circuíto e o rendemento da compatibilidade electromagnética. O deseño de partición de terra e potencia introducido neste artigo pode optimizar o rendemento dos circuítos de sinal mixto.

ipcb

Como reducir a interferencia mutua entre o sinal dixital e o sinal analóxico? Antes de proxectar, debemos comprender os dous principios básicos da compatibilidade electromagnética (EMC): O primeiro principio é minimizar a área do bucle de corrente; o segundo principio é que o sistema utiliza só unha superficie de referencia. Pola contra, se o sistema ten dous planos de referencia, é posible formar unha antena dipolo (Nota: o tamaño de radiación dunha antena dipolo pequena é proporcional á lonxitude da liña, á cantidade de corrente que circula e á frecuencia); e se o sinal non pode pasar o máximo posible O retorno dun pequeno bucle pode formar unha antena de bucle grande (Nota: o tamaño da radiación dunha antena de bucle pequena é proporcional á área do bucle, á corrente que circula polo bucle e ó cadrado). da frecuencia). Evite estas dúas situacións na medida do posible no deseño.

Suxírese separar a terra dixital e a terra analóxica na placa de circuíto de sinal mixto, de xeito que se poida lograr o illamento entre a terra dixital e a terra analóxica. Aínda que este método é factible, hai moitos problemas potenciais, especialmente en sistemas complexos a gran escala. O problema máis crítico é que non se pode encamiñar a través da brecha de división. Unha vez que se encamiña a brecha de división, a radiación electromagnética e a diafonía do sinal aumentarán drasticamente. O problema máis común no deseño de PCB é que a liña de sinal cruza a terra dividida ou a fonte de alimentación e xera problemas de EMI.

Como conseguir un deseño de partición de PCB de sinal mixto

Como se mostra na Figura 1, usamos o método de división mencionado anteriormente e a liña de sinal atravesa o espazo entre os dous terreos. Cal é o camiño de retorno da corrente de sinal? Asumindo que os dous terreos que están divididos están conectados entre si nalgún lugar (normalmente unha conexión de punto único nun lugar determinado), neste caso, a corrente de terra formará un gran bucle. A corrente de alta frecuencia que flúe polo gran bucle xera radiación e alta inductancia do terreo. Se a corrente analóxica de baixo nivel flúe polo gran bucle, a corrente é facilmente interferida por sinais externos. O peor é que cando os terreos divididos están conectados xuntos na fonte de alimentación, formarase un bucle de corrente moi grande. Ademais, a terra analóxica e a terra dixital están conectadas por un cable longo para formar unha antena dipolo.

Comprender o camiño e o método de retorno da corrente a terra é a clave para optimizar o deseño de placas de circuíto de sinal mixto. Moitos enxeñeiros de deseño só consideran onde flúe a corrente do sinal e ignoran o camiño específico da corrente. Se a capa de terra debe ser dividida e o cableado debe ser encamiñado a través da brecha entre as divisións, pódese facer unha conexión dun só punto entre os terreos divididos para formar unha ponte de conexión entre os dous terreos e, a continuación, realizar o cableado a través da ponte de conexión. . Deste xeito, pódese proporcionar un camiño de retorno de corrente continua baixo cada liña de sinal, de xeito que a área de bucle formada é pequena.

O uso de dispositivos de illamento óptico ou transformadores tamén pode conseguir o sinal a través da brecha de segmentación. Para o primeiro, é o sinal óptico o que atravesa a fenda de segmentación; no caso dun transformador, é o campo magnético o que atravesa a fenda de segmentación. Outro método factible é utilizar sinais diferenciais: o sinal entra dunha liña e regresa doutra liña de sinal. Neste caso, o chan non é necesario como camiño de retorno.

Para explorar a fondo a interferencia dos sinais dixitais aos sinais analóxicos, primeiro debemos comprender as características das correntes de alta frecuencia. Para correntes de alta frecuencia, escolla sempre o camiño coa menor impedancia (inductancia máis baixa) e directamente debaixo do sinal, polo que a corrente de retorno fluirá pola capa de circuíto adxacente, independentemente de que a capa adxacente sexa a capa de potencia ou a capa de terra. .

No traballo real, adoita usar un terreo unificado e dividir a PCB nunha parte analóxica e outra dixital. O sinal analóxico envíase na zona analóxica de todas as capas da placa de circuíto e o sinal dixital envíase na zona do circuíto dixital. Neste caso, a corrente de retorno do sinal dixital non fluirá á terra do sinal analóxico.

Só cando o sinal dixital está conectado á parte analóxica da placa de circuíto ou o sinal analóxico está conectado á parte dixital da placa de circuíto, aparecerá a interferencia do sinal dixital co sinal analóxico. Este tipo de problema non se produce porque non hai terreo dividido, a verdadeira razón é o cableado incorrecto do sinal dixital.

O deseño de PCB adopta terra unificada, a través da partición do circuíto dixital e do circuíto analóxico e un cableado de sinal axeitado, normalmente pode resolver algúns problemas de deseño e cableado máis difíciles e, ao mesmo tempo, non causará algúns problemas potenciais causados ​​pola división do chan. Neste caso, o deseño e a partición dos compoñentes convértese na clave para determinar os pros e os contras do deseño. Se o deseño é razoable, a corrente de terra dixital limitarase á parte dixital da placa de circuíto e non interferirá co sinal analóxico. Este cableado debe ser coidadosamente inspeccionado e verificado para garantir que as regras de cableado se cumpren ao 100%. En caso contrario, un enrutamento incorrecto dunha liña de sinal destruirá por completo unha placa de circuíto que sería moi boa.

Ao conectar os pinos de terra analóxico e dixital do conversor A/D, a maioría dos fabricantes de conversores A/D suxiren: Conecte os pinos AGND e DGND á mesma terra de baixa impedancia a través do cable máis curto. (Nota: debido a que a maioría dos chips convertidores A/D non conectan a terra analóxica e a terra dixital xuntos, a terra analóxica e dixital deben conectarse a través de pinos externos.) Calquera impedancia externa conectada a DGND pasará a capacidade parasitaria. Máis ruído dixital está acoplado aos circuítos analóxicos dentro do IC. Segundo esta recomendación, cómpre conectar os pinos AGND e DGND do conversor A/D á terra analóxica, pero este método causará problemas como se o terminal de terra do capacitor de desacoplamento de sinal dixital debe estar conectado á terra analóxica. ou o terreo dixital.

Como conseguir un deseño de partición de PCB de sinal mixto

Se o sistema ten só un conversor A/D, os problemas anteriores pódense resolver facilmente. Como se mostra na Figura 3, divida a terra e conecte a terra analóxica e a terra dixital xuntos baixo o conversor A/D. Ao adoptar este método, é necesario asegurarse de que o ancho da ponte de conexión entre os dous terreos sexa o mesmo que o ancho do IC, e calquera liña de sinal non pode cruzar a brecha de división.

Se hai moitos conversores A/D no sistema, por exemplo, como conectar 10 conversores A/D? Se a terra analóxica e a terra dixital están conectadas xuntos baixo cada conversor A/D, xérase unha conexión multipunto e o illamento entre a terra analóxica e a terra dixital carece de sentido. Se non se conecta deste xeito, infrinxe os requisitos do fabricante.