PCB A vegyes jelű áramkör tervezése nagyon bonyolult. Az alkatrészek elrendezése és bekötése, valamint a tápegység és a földelővezeték feldolgozása közvetlenül befolyásolja az áramkör teljesítményét és az elektromágneses kompatibilitási teljesítményt. Az ebben a cikkben bemutatott föld és tápegység partíciótervezése optimalizálhatja a vegyes jelű áramkörök teljesítményét.

Hogyan lehet csökkenteni a digitális és analóg jelek közötti interferenciát? Az elektromágneses kompatibilitás (EMC) két alapelvét meg kell érteni a tervezés előtt: az első elv az áramhurok területének minimalizálása; A második alapelv az, hogy a rendszer csak egy referenciasíkot használ. Ellenkezőleg, ha a rendszernek két referenciasíkja van, akkor lehetőség van dipólantenna kialakítására (megjegyzés: egy kis dipólus antenna sugárzása arányos a vezeték hosszával, az átfolyó áram nagyságával és a frekvenciával). Ha a jel nem a lehető legkisebb hurkon keresztül érkezik vissza, akkor nagy kör alakú antenna jöhet létre. Kerülje el mindkettőt a tervezés során, amennyire csak lehetséges.

Javasolták, hogy a vegyes jelű áramköri lapon válasszák szét a digitális földelést és az analóg földelést a digitális és az analóg földelés közötti szigetelés érdekében. Bár ez a megközelítés megvalósítható, számos lehetséges problémát rejt magában, különösen nagy és összetett rendszerekben. A legkritikusabb probléma az, hogy ne lépje át a partícióhézag vezetékeit, miután átlépte a partíciórés vezetékeit, az elektromágneses sugárzás és a jel áthallása drámaian megnő. A NYÁK tervezésében a leggyakoribb probléma az EMI probléma, amelyet a földön vagy a tápegységen keresztező jelvezeték okoz.

Az 1. ábrán látható módon a fenti szegmentálási módszert alkalmazzuk, és a jelvonal a két föld közötti rést íveli át, mi a jeláram visszatérési útja? Tegyük fel, hogy a két felosztott föld egy ponton össze van kötve (általában egyetlen pont egy ponton), ebben az esetben a földáram nagy hurkot képez. A nagy hurkon átfolyó nagyfrekvenciás áram sugárzást és magas földi induktivitást generál. Ha a nagy hurkon átfolyó alacsony szintű analóg áram könnyen megzavarható külső jelekkel. A legrosszabb az, hogy amikor a szakaszokat az áramforrásnál összekapcsolják, nagyon nagy áramhurok alakul ki. Ezenkívül a hosszú vezetékkel összekapcsolt analóg és digitális földelés dipólantennát alkot.

A vegyes jelű áramköri kártya tervezésének optimalizálásához kulcsfontosságú a földre visszaáramlás útjának és módjának megértése. Sok tervezőmérnök csak azt veszi figyelembe, hogy hol folyik a jeláram, figyelmen kívül hagyva az áram konkrét útját. Ha a talajréteget fel kell osztani, és a válaszfalak közötti résen keresztül kell vezetni, akkor az elválasztott föld között egypontos összeköttetés hozható létre, amely összekötő hidat képez a két talajréteg között, majd a csatlakozóhídon keresztül vezethető. Ily módon minden jelvonal alatt egyenáramú visszaáramlási út biztosítható, ami kis hurokterületet eredményez.

A szegmentációs rést átlépő jel megvalósítására optikai leválasztó eszközök vagy transzformátorok is használhatók. Az előbbi esetében az optikai jel az, amely átíveli a szegmentációs rést. Transzformátor esetén a mágneses tér az, amely átíveli a válaszfali rést. Differenciális jelek is lehetségesek: a jelek az egyik vonalból befolynak, a másikból visszatérnek, ilyenkor szükségtelenül visszaáramlási útvonalként használják őket.

A digitális jel és az analóg jel interferenciájának feltárásához először meg kell értenünk a nagyfrekvenciás áram jellemzőit. A nagyfrekvenciás áram mindig a legkisebb impedanciájú (induktivitású) utat választja közvetlenül a jel alatt, így a visszatérő áram a szomszédos áramköri rétegen fog átfolyni, függetlenül attól, hogy a szomszédos réteg a tápegység vagy a földréteg.

A gyakorlatban általában előnyben részesítik az egységes PCB-partíciót az analóg és digitális részekre. Az analóg jelek a kártya összes rétegének analóg régiójában, míg a digitális jelek a digitális áramköri tartományban kerülnek továbbításra. Ebben az esetben a digitális jel visszatérő árama nem folyik be az analóg jel földjébe.

A digitális jelek és az analóg jelek közötti interferencia csak akkor lép fel, ha a digitális jeleket az áramköri kártya digitális részein vagy az analóg jeleket továbbítják. Ez a probléma nem a szegmentálás hiányából adódik, az igazi ok a digitális jelek nem megfelelő bekötése.

A NYÁK-tervezés egységes, digitális áramköri és analóg áramkör-partíción és megfelelő jelvezetékeken keresztül általában meg tud oldani néhány bonyolultabb elrendezési és vezetékezési problémát, de a földi szegmentáció által okozott esetleges problémákat sem okozza. Ebben az esetben az alkatrészek elrendezése és felosztása kritikussá válik a tervezés minőségének meghatározásában. Ha megfelelően van elhelyezve, a digitális földáram a kártya digitális részére korlátozódik, és nem zavarja az analóg jelet. Az ilyen vezetékeket gondosan ellenőrizni kell, hogy biztosítsák a huzalozási szabályok 100%-os betartását. Ellenkező esetben egy nem megfelelő jelvezeték teljesen tönkreteszi a nagyon jó áramköri lapot.

Az A/D átalakítók analóg és digitális földelő érintkezőinek összekapcsolásakor a legtöbb A/D konverter gyártó azt javasolja, hogy az AGND és DGND érintkezőket ugyanahhoz az alacsony impedanciájú földhöz kösse a legrövidebb vezetékekkel (Megjegyzés: Mivel a legtöbb A/D konverter chip nem köti össze az analóg és a digitális földelést belsőleg, az analóg és a digitális földelést külső érintkezőkön keresztül kell csatlakoztatni), a DGND-hez csatlakoztatott külső impedancia több digitális zajt kapcsol az IC belsejében lévő analóg áramkörhöz parazitákon keresztül. kapacitancia. Ezt az ajánlást követve az A/D konverter AGND és DGND érintkezőit is az analóg földhöz kell kötni, de ez a megközelítés olyan kérdéseket vet fel, mint például, hogy a digitális jelleválasztó kondenzátor földelő végét az analóg vagy a digitális földhöz kell-e csatlakoztatni.

Ha a rendszer csak egy A/D átalakítóval rendelkezik, akkor a fenti probléma könnyen megoldható. A 3. ábrán látható módon a föld fel van osztva, és az analóg és a digitális földrészek össze vannak kötve az A/D konverter alatt. Amikor ezt a módszert alkalmazzuk, gondoskodni kell arról, hogy a két hely közötti híd szélessége egyenlő legyen az IC szélességével, és hogy egyetlen jelvezeték sem keresztezheti a partíciós rést.

Ha a rendszerben sok A/D konverter van, például 10 A/D konverter, hogyan kell csatlakoztatni? Ha az analóg és a digitális földelés mindegyik A/D átalakító alá van csatlakoztatva, akkor többpontos kapcsolat jön létre, és az analóg és a digitális földelés közötti leválasztás értelmetlen lesz. Ha nem, akkor megsérti a gyártó előírásait.

A legjobb módszer egyenruhával kezdeni. A 4. ábrán látható módon a föld egyenletesen van felosztva analóg és digitális részekre. Ez az elrendezés nemcsak megfelel az IC-eszközök gyártóinak az analóg és digitális földelő érintkezők alacsony impedanciájú csatlakoztatására vonatkozó követelményeinek, hanem elkerüli a hurokantenna vagy a dipólantenna által okozott EMC-problémákat is.

Ha kétségei vannak a vegyes jelű NYÁK-tervezés egységes megközelítésével kapcsolatban, használhatja a földréteg-partíció módszerét a teljes áramköri kártya elrendezésére és útválasztására. A tervezésnél ügyelni kell arra, hogy a későbbi kísérletben az áramköri lapot könnyen össze lehessen kötni jumperekkel vagy 0 ohmos ellenállásokkal, amelyek egymástól 1/2 hüvelyknél kisebb távolságra vannak. Ügyeljen a zónára és a bekötésre, hogy ne legyen digitális jelvonal az analóg szakasz felett minden rétegen, és ne legyen analóg jelvezeték a digitális szakasz felett. Ezenkívül egyetlen jelvezeték sem keresztezheti a földhézagot, vagy nem oszthatja meg a rést az áramforrások között. A tábla működésének és EMC-teljesítményének teszteléséhez ellenőrizze újra a tábla funkcióját és EMC-teljesítményét úgy, hogy a két szintet 0 ohmos ellenálláson vagy áthidalón keresztül összekapcsolja. A teszteredményeket összevetve kiderült, hogy az egységes megoldás funkcionalitásban és EMC-teljesítményben szinte minden esetben jobb volt az osztott megoldáshoz képest.

Továbbra is működik a földosztás módszere?

Ez a megközelítés három helyzetben használható: egyes orvosi eszközök nagyon alacsony szivárgási áramot igényelnek a pácienshez csatlakoztatott áramkörök és rendszerek között; Egyes ipari folyamatvezérlő berendezések kimenete zajos és nagy teljesítményű elektromechanikus berendezésekhez csatlakozhat; Egy másik eset az, amikor a NYÁK KIALAKÍTÁSA meghatározott korlátozások alá esik.

Általában külön digitális és analóg tápegységek találhatók a vegyes jelű PCB-kártyákon, amelyeknek lehet és kell is osztott tápellátással. A tápréteggel szomszédos jelvezetékek azonban nem léphetik át a tápegységek közötti rést, és a rést átlépő összes jelvezetéknek a nagy területtel szomszédos áramköri rétegen kell elhelyezkednie. Egyes esetekben az analóg tápegység NYÁK-csatlakozásokkal is kialakítható, nem pedig egyetlen felülettel, hogy elkerülje a tápfelület felosztását.

Vegyes jelű PCB partíciótervezés

A vegyes jelű NYÁK tervezése összetett folyamat, a tervezési folyamat során a következő pontokra kell figyelni:

1. Ossza fel a PCB-t külön analóg és digitális részekre.

2. A komponensek megfelelő elrendezése.

3. Az A/D konverter a partíciók között van elhelyezve.

4. Ne ossza szét a talajt. Az áramköri lap analóg és digitális része egyenletesen van elhelyezve.

5. A tábla minden rétegében a digitális jel csak a tábla digitális részében irányítható.

6. A kártya minden rétegében az analóg jelek csak a kártya analóg részében irányíthatók.

7. Analóg és digitális energiaelválasztás.

8. A vezetékek nem nyúlhatnak át az osztott tápegység felületei között.

9. A jelvezetékeknek, amelyeknek át kell húzniuk az osztott tápegységek közötti rést, a kábelezési rétegen kell elhelyezni egy nagy területen.

10. Elemezze a földáram áramlásának aktuális útját és módját.

11. Alkalmazzon megfelelő huzalozási szabályokat.