PCB O deseño do circuíto de sinal mixto 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 fonte de alimentación introducido neste documento pode optimizar o rendemento dos circuítos de sinal mixto.

Como reducir a interferencia entre sinais analóxicos e dixitais? Dous principios básicos de compatibilidade electromagnética (EMC) deben entenderse antes do deseño: o primeiro principio é minimizar a área do bucle de corrente; O segundo principio é que o sistema usa só un plano de referencia. Pola contra, se o sistema ten dous planos de referencia, é posible formar unha antena dipolo (nota: a radiación dunha antena dipolo pequena é proporcional á lonxitude da liña, á cantidade de corrente que circula e á frecuencia). Se o sinal non volve polo bucle máis pequeno posible, pódese formar unha antena circular grande. Evite ambos no seu deseño na medida do posible.

Suxeriuse separar a terra dixital e a terra analóxica na placa de circuíto de sinal mixto para lograr o illamento entre a terra dixital e a terra analóxica. Aínda que este enfoque é factible, ten moitos problemas potenciais, especialmente en sistemas grandes e complexos. O problema máis crítico é non cruzar o cableado da separación, unha vez cruzado o cableado da separación, a radiación electromagnética e a diafonía do sinal aumentarán drasticamente. O problema máis común no deseño de PCB é o problema EMI causado pola liña de sinal que cruza o chan ou a fonte de alimentación.

Como se mostra na figura 1, usamos o método de segmentación anterior e a liña de sinal abarca a brecha entre os dous terreos, cal é o camiño de retorno da corrente de sinal? Supoñamos que os dous terreos divididos están conectados nalgún punto (xeralmente un único punto nun punto), nese caso a corrente terrestre formará un gran bucle. A corrente de alta frecuencia que flúe polo gran bucle xerará radiación e alta inductancia do chan. Se a corrente analóxica de baixo nivel que flúe polo lazo grande é fácil de ser interferida por sinais externos. O peor é que cando as seccións están conectadas entre si na fonte de enerxía, fórmase un bucle de corrente moi grande. Ademais, a terra analóxica e dixital conectada por un cable longo forman unha antena dipolo.

Comprender o camiño e o modo de refluxo actual a terra é a clave para optimizar o deseño da placa de circuíto de sinal mixto. Moitos enxeñeiros de deseño só consideran onde flúe a corrente do sinal, ignorando o camiño específico da corrente. Se a capa de terra debe ser dividida e debe ser encamiñada a través do oco entre as particións, pódese facer unha conexión dun só punto entre o terreo dividido para formar unha ponte de conexión entre as dúas capas de terra e despois encamiñada a través da ponte de conexión. Deste xeito, pódese proporcionar un camiño de retorno de corrente continua por debaixo de cada liña de sinal, o que resulta nunha pequena área de bucle.

Tamén se poden usar dispositivos de illamento óptico ou transformadores para realizar o sinal que atravesa a brecha de segmentación. Para o primeiro, é o sinal óptico o que abarca a brecha de segmentación. No caso dun transformador, é o campo magnético o que abarca a fenda de partición. Tamén son posibles sinais diferenciais: os sinais entran dunha liña e regresan da outra, caso en que úsanse como camiños de retroceso innecesariamente.

Para explorar a interferencia do sinal dixital ao sinal analóxico, primeiro debemos comprender as características da corrente de alta frecuencia. A corrente de alta frecuencia sempre escolle o camiño coa menor impedancia (inductancia) 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 fonte de enerxía ou a capa de terra.

Na práctica, xeralmente prefírese usar unha partición de PCB uniforme en partes analóxicas e dixitais. Os sinais analóxicos envíanse na rexión analóxica de todas as capas da placa, mentres que os sinais dixitais envíanse na rexión do circuíto dixital. Neste caso, a corrente de retorno do sinal dixital non flúe ao chan do sinal analóxico.

A interferencia de sinais dixitais a sinais analóxicos ocorre só cando os sinais dixitais son encamiñados ou os sinais analóxicos son encamiñados polas partes dixitais da placa de circuíto. Este problema non se debe á falta de segmentación, a verdadeira razón é o cableado inadecuado dos sinais dixitais.

O deseño de PCB utiliza un circuíto dixital e unha partición de circuíto analóxico e un cableado de sinal axeitado, normalmente pode resolver algúns dos problemas de deseño e cableado máis difíciles, pero tampouco ten algún problema potencial causado pola segmentación do chan. Neste caso, a disposición e a partición dos compoñentes tórnase fundamental para determinar a calidade do deseño. Se está correctamente disposta, a corrente de terra dixital limitarase á parte dixital da placa e non interferirá co sinal analóxico. Este cableado debe ser revisado e verificado coidadosamente para garantir o cumprimento do 100% das regras de cableado. Se non, unha liña de sinal inadecuada destruirá completamente unha placa de circuíto moi boa.

Ao conectar os pinos de terra analóxicos e dixitais dos conversores A/D, a maioría dos fabricantes de conversores A/D recomendan conectar os pinos AGND e DGND á mesma terra de baixa impedancia usando os cables máis curtos (Nota: Debido a que a maioría dos chips convertidores A/D non conectan a terra analóxica e dixital xuntos internamente, a terra analóxica e dixital debe conectarse a través de pinos externos), calquera impedancia externa conectada a DGND acoplará máis ruído dixital ao circuíto analóxico dentro do IC a través de parasitos. capacitancia. Seguindo esta recomendación, tanto os pinos AGND como DGND do conversor A/D deben conectarse á terra analóxica, pero este enfoque suscita preguntas como se o extremo de terra do capacitor de desacoplamento de sinal dixital debe conectarse á terra analóxica ou dixital.

Se o sistema ten só un conversor A/D, o problema anterior pódese resolver facilmente. Como se mostra na Figura 3, a terra está dividida e as seccións de terra analóxica e dixital están conectadas entre si baixo o conversor A/D. Cando se adopta este método, é necesario asegurarse de que o ancho da ponte entre os dous sitios sexa igual ao ancho do IC e que ningunha liña de sinal poida cruzar a brecha de partición.

Se o sistema ten moitos conversores A/D, por exemplo, 10 conversores A/D, como conectar? Se a terra analóxica e dixital están conectadas baixo cada conversor A/D, producirase unha conexión multipunto e o illamento entre a terra analóxica e dixital non terá sentido. Se non o fai, infrinxe os requisitos do fabricante.

A mellor forma é comezar cun uniforme. Como se mostra na Figura 4, o terreo está uniformemente dividido en partes analóxicas e dixitais. Este deseño non só cumpre os requisitos dos fabricantes de dispositivos IC para a conexión de baixa impedancia de pinos de terra analóxicos e dixitais, senón que tamén evita problemas de EMC causados ​​pola antena de bucle ou antena dipolo.

Se tes dúbidas sobre o enfoque unificado do deseño de PCB de sinal mixto, podes usar o método de partición da capa de terra para dispoñer e enrutar toda a placa de circuíto. No deseño, débese prestar atención a que a placa de circuíto sexa fácil de conectar con jumpers ou resistencias de 0 ohmios separadas a menos de 1/2 polgada no experimento posterior. Preste atención á zonificación e ao cableado para garantir que ningunha liña de sinal dixital estea por encima da sección analóxica en todas as capas e que ningunha liña de sinal analóxico estea por riba da sección dixital. Ademais, ningunha liña de sinal debe cruzar a brecha do chan ou dividir a fenda entre as fontes de enerxía. Para probar a función da placa e o rendemento EMC, volve probar a función e o rendemento EMC da placa conectando os dous pisos xuntos mediante unha resistencia ou un puente de 0 ohmios. Comparando os resultados das probas, descubriuse que en case todos os casos, a solución unificada era superior en termos de funcionalidade e rendemento EMC en comparación coa solución dividida.

O método de dividir a terra aínda funciona?

Este enfoque pódese utilizar en tres situacións: algúns dispositivos médicos requiren unha corrente de fuga moi baixa entre circuítos e sistemas conectados ao paciente; A saída dalgúns equipos de control de procesos industriais pode conectarse a equipos electromecánicos ruidosos e de alta potencia; Outro caso é cando a DISPOSICIÓN do PCB está suxeita a restricións específicas.

Normalmente hai fontes de alimentación dixitais e analóxicas separadas nunha placa PCB de sinal mixto que pode e debe ter unha cara de fonte de alimentación dividida. Non obstante, as liñas de sinal adxacentes á capa de fonte de alimentación non poden cruzar a brecha entre as fontes de alimentación e todas as liñas de sinal que atravesan a fenda deben estar situadas na capa de circuíto adxacente á gran área. Nalgúns casos, a fonte de alimentación analóxica pode deseñarse con conexións de PCB en lugar de unha cara para evitar a división da cara de enerxía.

Deseño de partición de PCB de sinal mixto

O deseño de PCB de sinal mixto é un proceso complexo, o proceso de deseño debe prestar atención aos seguintes puntos:

1. Divide a PCB en partes analóxicas e dixitais separadas.

2. Disposición adecuada dos compoñentes.

3. O conversor A/D colócase entre particións.

4. Non dividir o terreo. A parte analóxica e a parte dixital da placa de circuíto están colocadas uniformemente.

5. En todas as capas do taboleiro, o sinal dixital só se pode enrutar na parte dixital do taboleiro.

6. En todas as capas do taboleiro, os sinais analóxicos só se poden enrutar na parte analóxica do taboleiro.

7. Separación de potencia analóxica e dixital.

8. A fiación non debe abarcar o espazo entre as superficies de alimentación divididas.

9. As liñas de sinal que deben cubrir o espazo entre as fontes de alimentación divididas deben estar situadas na capa de cableado adxacente a unha gran área.

10. Analiza o camiño real e o modo do fluxo da corrente terrestre.

11. Utiliza as normas de cableado correctas.