Absztrakt: Vegyes jelű áramkör tervezése PCB nagyon bonyolult. Az alkatrészek elrendezése és bekötése, valamint a tápegység és a földelő vezeték feldolgozása közvetlenül befolyásolja az áramkör teljesítményét és az elektromágneses kompatibilitási teljesítményt. A cikkben bemutatott föld- és tápfelosztás-kialakítás optimalizálhatja a vegyes jelű áramkörök teljesítményét.

Hogyan csökkenthető a kölcsönös interferencia a digitális és az analóg jel között? A tervezés előtt meg kell értenünk az elektromágneses kompatibilitás (EMC) két alapelvét: Az első elv az áramhurok területének minimalizálása; a második alapelv az, hogy a rendszer csak egy referenciafelületet használ. Ellenkezőleg, ha a rendszernek két referenciasíkja van, akkor lehetőség van dipólantenna kialakítására (Megjegyzés: egy kis dipólus antenna sugárzási mérete arányos a vezeték hosszával, az átfolyó áram nagyságával és a frekvenciával); és ha a jel nem tud a lehető legnagyobb mértékben áthaladni Egy kis hurok visszatérése nagy hurokantennát képezhet (Megjegyzés: egy kis hurokantenna sugárzási mérete arányos a hurok területével, a hurkon átfolyó árammal és a négyzet a frekvencia). A tervezés során lehetőleg kerülje el ezt a két helyzetet.

Javasoljuk, hogy a vegyes jelű áramköri lapon különítse el a digitális földelést és az analóg földelést, hogy elérhető legyen a digitális és az analóg földelés közötti szigetelés. Bár ez a módszer megvalósítható, számos lehetséges probléma merülhet fel, különösen az összetett nagyméretű rendszerekben. A legkritikusabb probléma az, hogy nem lehet átirányítani a felosztási résen. Az osztási rést követően az elektromágneses sugárzás és a jelek áthallása meredeken megnő. A PCB tervezésében a leggyakoribb probléma az, hogy a jelvezeték keresztezi az osztott földet vagy tápegységet, és EMI problémákat generál.

Hogyan valósítsuk meg a vegyes jelű PCB partíciók tervezését

Az 1. ábrán látható módon a fent említett osztási módszert alkalmazzuk, és a jelvonal keresztezi a két föld közötti rést. Mi a jeláram visszatérési útja? Feltételezve, hogy a két szétválasztott földelés valahol össze van kötve (általában egy ponton egy bizonyos helyen), ebben az esetben a földáram egy nagy hurkot képez. A nagy hurkon átfolyó nagyfrekvenciás áram sugárzást és nagy földelési induktivitást generál. Ha az alacsony szintű analóg áram átfolyik a nagy hurkon, az áramot könnyen megzavarják külső jelek. A legrosszabb az, hogy amikor az osztott földeléseket a tápegységnél összekapcsolják, akkor nagyon nagy áramhurok alakul ki. Ezenkívül az analóg és a digitális földelés egy hosszú vezetékkel össze van kötve, így dipólus antennát alkotnak.

A vegyes jelű áramköri kártya tervezésének optimalizálása kulcsa a földbe való áram visszatérésének útjának és módszerének megértése. Sok tervezőmérnök csak azt veszi figyelembe, hogy hol folyik a jeláram, és figyelmen kívül hagyja az áram konkrét útját. Ha a földréteget meg kell osztani, és a vezetékeket az osztók közötti résen keresztül kell vezetni, akkor az osztott földelések között egypontos összeköttetést lehet létrehozni, hogy a két föld között összekötő hidat képezzenek, majd a vezetékeket a csatlakozóhídon keresztül. . Ily módon minden jelvezeték alatt egyenáramú visszatérő út biztosítható, így kicsi a kialakított hurokfelület.

Optikai leválasztó eszközök vagy transzformátorok használatával a jel a szegmentációs résen keresztül is elérhető. Az előbbi esetében az optikai jel az, amely átlépi a szegmentációs rést; transzformátor esetében a mágneses tér az, amely átlépi a szegmentációs rést. Egy másik kivitelezhető módszer a differenciáljelek alkalmazása: a jel az egyik vonalról beáramlik, és egy másik vonalról visszatér. Ebben az esetben a talajra nincs szükség visszatérő útként.

A digitális jelek analóg jelekkel való interferenciájának mélyreható feltárásához először meg kell értenünk a nagyfrekvenciás áramok jellemzőit. Nagyfrekvenciás áramoknál mindig a legkisebb impedanciájú (legkisebb induktivitású) és közvetlenül a jel alatti utat válasszuk, így a visszatérő áram a szomszédos áramköri rétegen fog átfolyni, függetlenül attól, hogy a szomszédos réteg a tápréteg vagy a talajréteg. .

A tényleges munka során általában hajlamos az egységes földelés használatára, és a PCB-t analóg és digitális részre osztják. Az analóg jel az áramköri lap összes rétegének analóg területén, a digitális jel pedig a digitális áramkör területén van továbbítva. Ebben az esetben a digitális jel visszatérő árama nem folyik be az analóg jel földjébe.

A digitális jel és az analóg jel interferenciája csak akkor jelenik meg, ha a digitális jel az áramköri lap analóg részére vagy az analóg jel az áramköri lap digitális részére van bekötve. Ez a fajta probléma azért nem jelentkezik, mert nincs osztott föld, a valódi ok a digitális jel nem megfelelő bekötése.

A NYÁK-tervezés egységes földelést alkalmaz, digitális áramköri és analóg áramkör-partíción és megfelelő jelvezetékeken keresztül, általában meg tud oldani néhány bonyolultabb elrendezési és vezetékezési problémát, ugyanakkor nem okoz bizonyos, a földelosztás által okozott problémákat. Ebben az esetben a komponensek elrendezése és particionálása lesz a kulcs a tervezés előnyeinek és hátrányainak meghatározásához. Ha az elrendezés ésszerű, a digitális földáram az áramköri lap digitális részére korlátozódik, és nem zavarja az analóg jelet. Az ilyen vezetékeket gondosan meg kell vizsgálni és ellenőrizni kell, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a huzalozási szabályok 100%-ban megfelelnek. Ellenkező esetben a jelvezeték helytelen irányítása teljesen tönkreteszi az egyébként nagyon jó áramköri lapot.

Az A/D-átalakító analóg és digitális földelő érintkezőinek összekapcsolásakor a legtöbb A/D-átalakító gyártó a következőket javasolja: Csatlakoztassa az AGND és DGND érintkezőket ugyanahhoz az alacsony impedanciájú földhöz a legrövidebb vezetéken keresztül. (Megjegyzés: Mivel a legtöbb A/D konverter chip nem köti össze az analóg és a digitális földelést, az analóg és a digitális földet külső érintkezőkön keresztül kell csatlakoztatni.) A DGND-hez csatlakoztatott bármely külső impedancia átengedi a parazita kapacitást. Az IC belsejében lévő analóg áramkörökhöz több digitális zaj kapcsolódik. Ennek az ajánlásnak megfelelően az A/D átalakító AGND és DGND érintkezőit az analóg földeléshez kell csatlakoztatni, de ez a módszer olyan problémákat okoz, mint például, hogy a digitális jelleválasztó kondenzátor földelési kivezetését az analóg testhez kell-e csatlakoztatni. vagy a digitális föld.

Hogyan valósítsuk meg a vegyes jelű PCB partíciók tervezését

Ha a rendszer csak egy A/D átalakítóval rendelkezik, a fenti problémák könnyen megoldhatók. A 3. ábrán látható módon ossza el a földelést, és csatlakoztassa az analóg és a digitális földelést az A/D átalakító alatt. Ennek a módszernek az alkalmazásakor ügyelni kell arra, hogy a két föld közötti összekötő híd szélessége megegyezzen az IC szélességével, és a jelvezetékek ne léphessenek át az osztórésen.

Ha például sok A/D konverter van a rendszerben, hogyan kell 10 A/D konvertert csatlakoztatni? Ha az analóg földelés és a digitális földelés össze van kötve az egyes A/D konverterek alatt, többpontos kapcsolat jön létre, és az analóg és a digitális föld közötti leválasztás értelmetlen. Ha nem így csatlakozik, az sérti a gyártó előírásait.