PCB შერეული სიგნალის მიკროსქემის დიზაინი ძალიან რთულია. კომპონენტების განლაგება და გაყვანილობა და ელექტრომომარაგების და დამიწების მავთულის დამუშავება პირდაპირ გავლენას მოახდენს მიკროსქემის მუშაობაზე და ელექტრომაგნიტურ თავსებადობაზე. ამ ნაშრომში დანერგილი მიწისა და ელექტრომომარაგების დანაყოფების დიზაინს შეუძლია შერეული სიგნალის სქემების მუშაობის ოპტიმიზაცია.

როგორ შევამციროთ ჩარევა ციფრულ და ანალოგურ სიგნალებს შორის? დიზაინის დაწყებამდე უნდა გავიგოთ ელექტრომაგნიტური თავსებადობის (EMC) ორი ძირითადი პრინციპი: პირველი პრინციპი არის დენის მარყუჟის ფართობის მინიმუმამდე შემცირება; მეორე პრინციპი არის ის, რომ სისტემა იყენებს მხოლოდ ერთ საცნობარო სიბრტყეს. პირიქით, თუ სისტემას აქვს ორი საცნობარო სიბრტყე, შესაძლებელია დიპოლური ანტენის ჩამოყალიბება (შენიშვნა: მცირე დიპოლური ანტენის გამოსხივება პროპორციულია ხაზის სიგრძის, დენის რაოდენობისა და სიხშირის). თუ სიგნალი არ ბრუნდება უმცირესი მარყუჟის მეშვეობით, შეიძლება ჩამოყალიბდეს დიდი წრიული ანტენა. შეძლებისდაგვარად მოერიდეთ ორივეს თქვენს დიზაინში.

შემოთავაზებულია ციფრული და ანალოგური გრუნტის გამიჯვნა შერეული სიგნალის მიკროსქემის დაფაზე, რათა მივაღწიოთ იზოლაციას ციფრულ მიწასა და ანალოგს შორის. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მიდგომა შესაძლებელია, მას აქვს მრავალი პოტენციური პრობლემა, განსაკუთრებით დიდ და რთულ სისტემებში. ყველაზე კრიტიკული პრობლემა ის არის, რომ არ გადაკვეთოთ დანაყოფების უფსკრული გაყვანილობა, როდესაც გადაკვეთს დანაყოფს უფსკრული გაყვანილობა, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და სიგნალის გადაკვეთა მკვეთრად გაიზრდება. PCB დიზაინის ყველაზე გავრცელებული პრობლემა არის EMI პრობლემა, რომელიც გამოწვეულია სიგნალის ხაზის გადაკვეთით ადგილზე ან ელექტრომომარაგებით.

როგორც სურათზე 1-ზეა ნაჩვენები, ჩვენ ვიყენებთ ზემოხსენებულ სეგმენტაციის მეთოდს და სიგნალის ხაზი მოიცავს ორ მიწას შორის არსებულ უფსკრულის, რა არის სიგნალის დენის დაბრუნების გზა? დავუშვათ, რომ ორი დაყოფილი მიწა დაკავშირებულია რაღაც მომენტში (ჩვეულებრივ, ერთი წერტილი ერთ წერტილში), ამ შემთხვევაში დედამიწის დენი წარმოქმნის დიდ მარყუჟს. მაღალი სიხშირის დენი, რომელიც მიედინება დიდ მარყუჟში, გამოიმუშავებს რადიაციას და მიწის მაღალი ინდუქციურობას. თუ დაბალი დონის ანალოგური დენი, რომელიც მიედინება დიდ მარყუჟში, ადვილია გარე სიგნალების ჩარევა. ყველაზე ცუდი ის არის, რომ როდესაც სექციები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული დენის წყაროსთან, წარმოიქმნება ძალიან დიდი მიმდინარე მარყუჟი. გარდა ამისა, გრძელი მავთულით დაკავშირებული ანალოგური და ციფრული მიწა ქმნის დიპოლურ ანტენას.

გრუნტისკენ მიმდინარე უკუნაკადის გზისა და რეჟიმის გაგება არის შერეული სიგნალის მიკროსქემის დაფის დიზაინის ოპტიმიზაციის გასაღები. ბევრი დიზაინერი ინჟინერი განიხილავს მხოლოდ სად მიედინება სიგნალის დენი, უგულებელყოფს დენის სპეციფიკურ გზას. თუ გრუნტის ფენა უნდა დაიყოს და უნდა გაიაროს დანაყოფებს შორის არსებული უფსკრული, შეიძლება განხორციელდეს ერთი წერტილიანი კავშირი დანაწევრებულ გრუნტს შორის, რათა შეიქმნას დამაკავშირებელი ხიდი მიწის ორ ფენას შორის და შემდეგ გაიაროს დამაკავშირებელი ხიდი. ამ გზით, პირდაპირი დენის უკუნაკადის ბილიკი შეიძლება იყოს უზრუნველყოფილი თითოეული სიგნალის ხაზის ქვემოთ, რაც გამოიწვევს მცირე მარყუჟის არეალს.

ოპტიკური საიზოლაციო მოწყობილობები ან ტრანსფორმატორები ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სეგმენტაციის უფსკრულის გადაკვეთის სიგნალის გასაცნობად. პირველისთვის, ეს არის ოპტიკური სიგნალი, რომელიც მოიცავს სეგმენტაციის უფსკრული. ტრანსფორმატორის შემთხვევაში, ეს არის მაგნიტური ველი, რომელიც მოიცავს დანაყოფს. ასევე შესაძლებელია დიფერენციალური სიგნალები: სიგნალები შემოდის ერთი ხაზიდან და ბრუნდება მეორიდან, ამ შემთხვევაში ისინი გამოიყენება უკუდინების ბილიკებად ზედმეტად.

ციფრული სიგნალის ანალოგურ სიგნალზე ჩარევის შესასწავლად, ჯერ უნდა გავიგოთ მაღალი სიხშირის დენის მახასიათებლები. მაღალი სიხშირის დენი ყოველთვის ირჩევს ბილიკს ყველაზე დაბალი წინაღობის (ინდუქციურობით) პირდაპირ სიგნალის ქვემოთ, ასე რომ, დაბრუნების დენი მიედინება მიმდებარე მიკროსქემის ფენაში, მიუხედავად იმისა, მიმდებარე ფენა არის ელექტრომომარაგების ფენა თუ მიწის ფენა.

პრაქტიკაში, ზოგადად სასურველია გამოიყენოს ერთიანი PCB დანაყოფი ანალოგურ და ციფრულ ნაწილებად. ანალოგური სიგნალები გადადის დაფის ყველა ფენის ანალოგურ რეგიონში, ხოლო ციფრული სიგნალები ციფრული მიკროსქემის რეგიონში. ამ შემთხვევაში, ციფრული სიგნალის დაბრუნების დენი არ მიედინება ანალოგური სიგნალის მიწაში.

ციფრული სიგნალებიდან ანალოგურ სიგნალებზე ჩარევა ხდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ციფრული სიგნალები გადადის ან ანალოგური სიგნალები გადადის მიკროსქემის დაფის ციფრულ ნაწილებზე. ეს პრობლემა არ არის სეგმენტაციის ნაკლებობის გამო, რეალური მიზეზი ციფრული სიგნალების არასწორი გაყვანილობაა.

PCB დიზაინს იყენებს ერთიანი, ციფრული მიკროსქემის და ანალოგური მიკროსქემის დანაყოფის და შესაბამისი სიგნალის გაყვანილობის მეშვეობით, როგორც წესი, შეუძლია გადაჭრას უფრო რთული განლაგების და გაყვანილობის პრობლემები, მაგრამ ასევე არ აქვს მიწის სეგმენტაციის გამო გამოწვეული პოტენციური პრობლემები. ამ შემთხვევაში, კომპონენტების განლაგება და დაყოფა გადამწყვეტი ხდება დიზაინის ხარისხის განსაზღვრაში. თუ სწორად არის ასახული, ციფრული დამიწების დენი შემოიფარგლება დაფის ციფრული ნაწილით და ხელს არ შეუშლის ანალოგურ სიგნალს. ასეთი გაყვანილობა გულდასმით უნდა შემოწმდეს და შემოწმდეს გაყვანილობის წესებთან 100% შესაბამისობის უზრუნველსაყოფად. წინააღმდეგ შემთხვევაში, არასწორი სიგნალის ხაზი მთლიანად გაანადგურებს ძალიან კარგ მიკროსქემის დაფას.

A/D კონვერტორების ანალოგური და ციფრული დამიწების ქინძისთავები ერთმანეთთან შეერთებისას, A/D კონვერტორების მწარმოებლების უმეტესობა გვირჩევს AGND და DGND ქინძისთავების დაკავშირებას იმავე დაბალი წინაღობის გრუნტთან უმოკლესი სადენების გამოყენებით (შენიშვნა: იმის გამო, რომ A/D გადამყვანი ჩიპების უმეტესობა არ აკავშირებს ანალოგურ და ციფრულ მიწას ერთმანეთთან, ანალოგური და ციფრული დამიწება უნდა იყოს დაკავშირებული გარე პინების საშუალებით), DGND-თან დაკავშირებული ნებისმიერი გარე წინაღობა დააკავშირებს მეტ ციფრულ ხმაურს IC-ის შიგნით ანალოგურ წრეში პარაზიტის საშუალებით. ტევადობა. ამ რეკომენდაციის შესაბამისად, ორივე A/D გადამყვანი AGND და DGND ქინძისთავები უნდა იყოს დაკავშირებული ანალოგურ მიწასთან, მაგრამ ეს მიდგომა აჩენს კითხვებს, როგორიცაა ციფრული სიგნალის დაწყების კონდენსატორის დასასრული უნდა იყოს დაკავშირებული ანალოგთან თუ ციფრულ მიწასთან.

თუ სისტემას აქვს მხოლოდ ერთი A/D გადამყვანი, ზემოაღნიშნული პრობლემა ადვილად მოგვარდება. როგორც 3-ზე ნაჩვენებია, მიწა იყოფა და ანალოგური და ციფრული გრუნტის სექციები ერთმანეთთან დაკავშირებულია A/D კონვერტორის ქვეშ. როდესაც ეს მეთოდი მიიღება, აუცილებელია იმის უზრუნველყოფა, რომ ხიდის სიგანე ორ ადგილს შორის ტოლია IC სიგანეზე და რომ ვერცერთმა სიგნალის ხაზმა ვერ გადალახოს დანაყოფის უფსკრული.

თუ სისტემას აქვს ბევრი A/D გადამყვანი, მაგალითად, 10 A/D გადამყვანი როგორ დავაკავშიროთ? თუ ანალოგური და ციფრული დამიწება დაკავშირებულია თითოეული A/D კონვერტორის ქვეშ, წარმოიქმნება მრავალპუნქტიანი კავშირი და ანალოგსა და ციფრულ მიწას შორის იზოლაცია უაზრო იქნება. თუ არა, თქვენ არღვევთ მწარმოებლის მოთხოვნებს.

საუკეთესო გზაა უნიფორმით დაწყება. როგორც მე-4 სურათზეა ნაჩვენები, მიწა ერთნაირად იყოფა ანალოგურ და ციფრულ ნაწილებად. ეს განლაგება არა მხოლოდ აკმაყოფილებს IC მოწყობილობების მწარმოებლების მოთხოვნებს ანალოგური და ციფრული გრუნტის ქინძისთავის დაბალი წინაღობის კავშირისთვის, არამედ თავიდან აიცილებს EMC პრობლემებს, რომლებიც გამოწვეულია მარყუჟის ანტენით ან დიპოლური ანტენით.

თუ თქვენ გაქვთ ეჭვი შერეული სიგნალის PCB დიზაინის ერთიან მიდგომაში, შეგიძლიათ გამოიყენოთ გრუნტის ფენის დანაყოფის მეთოდი მთელი მიკროსქემის დაფის განსათავსებლად და გასაშლელად. დიზაინში ყურადღება უნდა მიექცეს, რომ მიკროსქემის დაფა ადვილად დაუკავშირდეს ჯუმპერებს ან 0 ომ რეზისტორებს, რომლებიც დაშორებულია 1/2 ინჩზე ნაკლებ მანძილზე, მოგვიანებით ექსპერიმენტში. ყურადღება მიაქციეთ ზონირებას და გაყვანილობას, რათა უზრუნველყოთ, რომ ციფრული სიგნალის ხაზები არ იყოს ანალოგური განყოფილების ზემოთ ყველა ფენაზე და რომ არცერთი ანალოგური სიგნალის ხაზები არ იყოს ციფრული განყოფილების ზემოთ. უფრო მეტიც, არც ერთი სასიგნალო ხაზი არ უნდა კვეთდეს მიწის უფსკრული ან გაყოს უფსკრული ელექტროენერგიის წყაროებს შორის. დაფის ფუნქციისა და EMC მუშაობის შესამოწმებლად, ხელახლა შეამოწმეთ დაფის ფუნქცია და EMC შესრულება ორი სართულის ერთმანეთთან დაკავშირებით 0 ომიანი რეზისტორის ან ჯემპერის მეშვეობით. ტესტის შედეგების შედარებისას დადგინდა, რომ თითქმის ყველა შემთხვევაში, ერთიანი გადაწყვეტა ფუნქციონალურობითა და EMC-ის მუშაობის თვალსაზრისით აღემატებოდა გაყოფილი ხსნარს.

კვლავ მუშაობს მიწის გაყოფის მეთოდი?

ეს მიდგომა შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამ სიტუაციაში: ზოგიერთ სამედიცინო მოწყობილობას სჭირდება ძალიან დაბალი გაჟონვის დენი პაციენტთან დაკავშირებულ სქემებსა და სისტემებს შორის; ზოგიერთი სამრეწველო პროცესის მართვის მოწყობილობის გამომავალი შეიძლება იყოს დაკავშირებული ხმაურიან და მაღალი სიმძლავრის ელექტრომექანიკურ მოწყობილობასთან; კიდევ ერთი შემთხვევაა, როდესაც PCB-ის განლაგება ექვემდებარება სპეციფიკურ შეზღუდვებს.

როგორც წესი, არის ცალკეული ციფრული და ანალოგური კვების წყაროები შერეული სიგნალის PCB დაფაზე, რომელსაც შეუძლია და უნდა ჰქონდეს გაყოფილი ელექტრომომარაგების სახე. ამასთან, ელექტრომომარაგების ფენის მიმდებარე სიგნალის ხაზები არ შეიძლება გადაკვეთონ უფსკრული ელექტრომომარაგებებს შორის და ყველა სიგნალის ხაზი, რომელიც კვეთს უფსკრულის, უნდა განთავსდეს მიკროსქემის ფენაზე დიდი ფართობის მიმდებარედ. ზოგიერთ შემთხვევაში, ანალოგური ელექტრომომარაგება შეიძლება დაპროექტებული იყოს PCB კავშირებით და არა ერთი სახით, რათა თავიდან იქნას აცილებული დენის გაყოფა.

შერეული სიგნალის PCB დანაყოფის დიზაინი

შერეული სიგნალის PCB დიზაინი რთული პროცესია, დიზაინის პროცესში ყურადღება უნდა მიექცეს შემდეგ პუნქტებს:

1. დაყავით PCB ცალკე ანალოგურ და ციფრულ ნაწილებად.

2. კომპონენტის სწორი განლაგება.

3. A/D კონვერტორი მოთავსებულია ტიხრების გასწვრივ.

4. ნუ გაყოფ მიწას. მიკროსქემის დაფის ანალოგური ნაწილი და ციფრული ნაწილი განლაგებულია ერთნაირად.

5. დაფის ყველა ფენაში ციფრული სიგნალის გადატანა შესაძლებელია მხოლოდ დაფის ციფრულ ნაწილში.

6. დაფის ყველა ფენაში ანალოგური სიგნალების გადატანა შესაძლებელია მხოლოდ დაფის ანალოგურ ნაწილში.

7. ანალოგური და ციფრული დენის გამიჯვნა.

8. გაყვანილობა არ უნდა იყოს გაყოფილი ელექტრომომარაგების ზედაპირებს შორის უფსკრული.

9. სასიგნალო ხაზები, რომლებიც უნდა მოიცავდეს უფსკრული გაყოფილ დენის წყაროებს შორის, უნდა განთავსდეს გაყვანილობის ფენაზე დიდი ფართობის მიმდებარედ.

10. გაანალიზეთ დედამიწის დენის დინების რეალური გზა და რეჟიმი.

11. გამოიყენეთ გაყვანილობის სწორი წესები.