ПХД аралас сигнал тізбегінің дизайны өте күрделі. Құрамдас бөліктердің схемасы мен сымдары, қуат көзі мен жерге қосу сымын өңдеу схеманың өнімділігіне және электромагниттік үйлесімділік көрсеткіштеріне тікелей әсер етеді. Осы мақалада енгізілген жер және қуат көзінің бөлім дизайны аралас сигнал тізбектерінің өнімділігін оңтайландыруы мүмкін.

Сандық және аналогтық сигналдар арасындағы кедергіні қалай азайтуға болады? Жобалау алдында электромагниттік үйлесімділіктің (ЭМС) екі негізгі қағидасын түсіну керек: бірінші принцип – ток контурының ауданын азайту; Екінші принцип – жүйе тек бір тірек жазықтығы қолданылады. Керісінше, жүйеде екі тірек жазықтығы болса, дипольді антеннаны құруға болады (ескерту: шағын дипольді антеннаның сәулеленуі желі ұзындығына, ағып жатқан ток мөлшеріне және жиілікке пропорционал). Егер сигнал ең кіші контур арқылы қайтарылмаса, үлкен дөңгелек антенна пайда болуы мүмкін. Дизайныңызда мүмкіндігінше екеуінен де аулақ болыңыз.

Сандық жерге тұйықтау мен аналогтық жерге қосу арасындағы оқшаулауға қол жеткізу үшін аралас сигналды схема тақтасындағы цифрлық жерге және аналогтық жерге бөлу ұсынылды. Бұл әдіс мүмкін болғанымен, оның көптеген ықтимал проблемалары бар, әсіресе үлкен және күрделі жүйелерде. Ең маңызды мәселе – аралық саңылау сымын кесіп өтпеу, аралық саңылау сымын кесіп өткеннен кейін электромагниттік сәулелену және сигналдың айқастығы күрт артады. ПХД дизайнындағы ең көп таралған мәселе – жер немесе қуат көзі арқылы өтетін сигнал сызығынан туындаған EMI мәселесі.

1-суретте көрсетілгендей, біз жоғарыда көрсетілген сегменттеу әдісін қолданамыз және сигнал сызығы екі жердің арасындағы алшақтықты қамтиды, сигнал тоғының қайтару жолы қандай? Бөлінген екі жер бір нүктеде қосылды делік (әдетте бір нүктеде бір нүкте), бұл жағдайда жер тогы үлкен контурды құрайды. Үлкен контур арқылы өтетін жоғары жиілікті ток сәулеленуді және жердегі жоғары индуктивтілікті тудырады. Үлкен контур арқылы өтетін төмен деңгейлі аналогтық ток сыртқы сигналдармен оңай кедергі жасаса. Ең сорақысы, секциялар қуат көзінде бір-біріне қосылған кезде өте үлкен ток контуры пайда болады. Сонымен қатар, ұзын сым арқылы қосылған аналогтық және цифрлық жер дипольді антеннаны құрайды.

Токтың жерге кері ағынының жолы мен режимін түсіну аралас сигналды схемалық тақта дизайнын оңтайландырудың кілті болып табылады. Көптеген инженер-конструкторлар токтың нақты жолын елемей, сигнал тоғының қай жерде өтетінін ғана қарастырады. Егер жер қабаты бөлінуі керек және арақабырғалар арасындағы саңылау арқылы жүргізілуі керек болса, екі жер қабаты арасындағы байланыс көпірін қалыптастыру үшін бөлінген жердің арасында бір нүктелік қосылымды жасауға болады, содан кейін қосылым көпірі арқылы бағытталады. Осылайша, әрбір сигнал сызығының астында тұрақты токтың кері ағыны жолы қамтамасыз етілуі мүмкін, нәтижесінде шағын контур аймағы пайда болады.

Оптикалық оқшаулау құрылғылары немесе трансформаторлар сегментация аралығын кесіп өтетін сигналды жүзеге асыру үшін де пайдаланылуы мүмкін. Біріншісі үшін бұл сегменттеу аралығын қамтитын оптикалық сигнал. Трансформатор жағдайында бұл бөлу аралығын қамтитын магнит өрісі. Дифференциалды сигналдар да мүмкін: сигналдар бір жолдан келіп түседі және екіншісінен қайтады, бұл жағдайда олар кері ағынды жол ретінде қажетсіз пайдаланылады.

Сандық сигналдың аналогтық сигналға кедергісін зерттеу үшін алдымен жоғары жиілікті токтың сипаттамаларын түсіну керек. Жоғары жиілікті ток әрқашан сигналдың астында тікелей ең төменгі кедергісі (индуктивтілігі) бар жолды таңдайды, сондықтан кері ток көршілес қабаттың қоректендіру қабаты немесе жер қабаты екендігіне қарамастан, көрші тізбек қабаты арқылы өтеді.

Іс жүзінде, әдетте, аналогтық және сандық бөліктерге біркелкі ПХД бөлімін қолданған жөн. Аналогтық сигналдар тақтаның барлық қабаттарының аналогтық аймағында, ал цифрлық сигналдар цифрлық схема аймағында бағытталады. Бұл жағдайда цифрлық сигналдың қайтару тогы аналогтық сигналдың жеріне түспейді.

Цифрлық сигналдардан аналогтық сигналдарға кедергі тек цифрлық сигналдар схеманың цифрлық бөліктерінің үстінен немесе аналогтық сигналдар жіберілгенде ғана пайда болады. Бұл мәселе сегментацияның жоқтығынан емес, нақты себебі цифрлық сигналдарды дұрыс өткізбеуде.

ПХД дизайны сандық схема және аналогтық схема бөлімі және сәйкес сигнал сымдары арқылы біріктірілген пайдаланады, әдетте кейбір күрделі орналасу және сым мәселелерін шеше алады, бірақ сонымен қатар жерді сегменттеуден туындаған кейбір ықтимал ақаулықтар болмайды. Бұл жағдайда құрамдас бөліктердің орналасуы мен бөлінуі дизайн сапасын анықтауда маңызды болады. Егер дұрыс орналастырылса, цифрлық жерге қосу тогы тақтаның цифрлық бөлігімен шектеледі және аналогтық сигналға кедергі жасамайды. Сымдарды қосу ережелеріне 100% сәйкестігін қамтамасыз ету үшін мұндай сымдарды мұқият тексеріп, тексеру керек. Әйтпесе, дұрыс емес сигнал сызығы өте жақсы схеманы толығымен бұзады.

A/D түрлендіргіштерінің аналогтық және цифрлық жерге қосу түйреуіштерін қосқанда, A/D түрлендіргіш өндірушілерінің көпшілігі AGND және DGND істіктерін ең қысқа сымдарды пайдаланып бірдей төмен кедергісі бар жерге қосуды ұсынады (Ескерту: Көптеген A/D түрлендіргіш микросхемалар аналогтық және цифрлық жерге ішке қосылмағандықтан, аналогтық және цифрлық жерге сыртқы түйреуіштер арқылы қосылуы керек), DGND-ге қосылған кез келген сыртқы кедергі паразиттік арқылы IC ішіндегі аналогтық тізбекке көбірек сандық шуды қосады. сыйымдылық. Осы ұсыныстан кейін A/D түрлендіргішінің AGND және DGND істікшелерінің екеуі де аналогтық жерге қосылуы керек, бірақ бұл тәсіл сандық сигналды ажырату конденсаторының жерге ұшын аналогтық немесе цифрлық жерге қосу керек пе деген сұрақтарды тудырады.

Жүйеде бір ғана A/D түрлендіргіші болса, жоғарыдағы мәселені оңай шешуге болады. 3-суретте көрсетілгендей, жерге бөлінген және аналогтық және цифрлық жер учаскелері A/D түрлендіргішінің астында біріктірілген. Бұл әдіс қабылданған кезде, екі учаске арасындағы көпір ені IC еніне тең болуын қамтамасыз ету қажет және ешқандай сигнал сызығы бөлімнің аралығын кесіп өтпеу керек.

Жүйеде көптеген A/D түрлендіргіштері болса, мысалы, 10 A/D түрлендіргіштері қалай қосылуға болады? Әрбір A/D түрлендіргішінің астында аналогтық және цифрлық жерге қосылса, көп нүктелі қосылым пайда болады және аналогтық және цифрлық жер арасындағы оқшаулау мағынасыз болады. Олай етпесеңіз, өндірушінің талаптарын бұзасыз.

Ең жақсы әдіс – формадан бастау. 4-суретте көрсетілгендей, жер аналогтық және цифрлық бөліктерге біркелкі бөлінген. Бұл орналасу аналогтық және сандық жердегі түйреуіштердің төмен кедергісі қосылымына арналған IC құрылғы өндірушілерінің талаптарына сай ғана емес, сонымен қатар контурлық антенна немесе диполь антеннасынан туындаған EMC мәселелерін болдырмайды.

Аралас сигналды ПХД дизайнының біртұтас тәсіліне күмәніңіз болса, бүкіл схеманы орналастыру және бағыттау үшін жер қабатын бөлу әдісін қолдануға болады. Дизайн кезінде, кейінгі тәжірибеде тізбекті секіргіштермен немесе бір-бірінен 0/1 дюймден аз қашықтықта орналасқан 2 Ом резисторлармен оңай қосуға назар аудару керек. Барлық қабаттардағы цифрлық сигнал желілері аналогтық бөліктен жоғары болмауын және аналогтық сигнал желілерінің цифрлық бөліктің үстінде болмауын қамтамасыз ету үшін аймақтарға бөлу мен сымдарды орнатуға назар аударыңыз. Сонымен қатар, ешқандай сигнал сызығы жердегі саңылауларды кесіп өтпеуі немесе қуат көздері арасындағы алшақтықты бөлмеуі керек. Тақта функциясын және EMC өнімділігін тексеру үшін екі қабатты 0 Ом резистор немесе секіргіш арқылы қосу арқылы тақтаның функциясын және EMC өнімділігін қайта тексеріңіз. Сынақ нәтижелерін салыстыра отырып, барлық дерлік жағдайларда біртұтас шешім бөлінген ерітіндімен салыстырғанда функционалдық және ЭМҮ өнімділігі жағынан жоғары екендігі анықталды.

Жерді бөлу әдісі әлі жұмыс істей ме?

Бұл тәсілді үш жағдайда қолдануға болады: кейбір медициналық құрылғылар пациентке қосылған тізбектер мен жүйелер арасында өте төмен ағып кету тогын қажет етеді; Кейбір өнеркәсіптік технологиялық процестерді басқару жабдықтарының шығысы шулы және жоғары қуатты электромеханикалық жабдыққа қосылуы мүмкін; Тағы бір жағдай – ПХД-ның ЖАСАУЫ нақты шектеулерге бағынады.

Аралас сигналды ПХД тақтасында әдетте бөлек сандық және аналогтық қуат көздері бар, олар бөлінген қуат көзінің беті болуы мүмкін және болуы керек. Дегенмен, қоректендіру қабатына іргелес сигнал желілері қоректендіру көздері арасындағы саңылаудан өте алмайды, ал аралықты кесіп өтетін барлық сигналдық сызықтар үлкен аймаққа іргелес тізбек қабатында орналасуы керек. Кейбір жағдайларда аналогты қуат көзі қуат беті бөлінуін болдырмау үшін бір бет емес, ПХД қосылымдарымен жобалануы мүмкін.

Аралас сигналды ПХД бөлімдерінің дизайны

Аралас сигналды ПХД дизайны күрделі процесс, жобалау процесінде келесі тармақтарға назар аудару керек:

1. ПХД-ны бөлек аналогтық және сандық бөліктерге бөліңіз.

2. Компоненттердің дұрыс орналасуы.

3. A/D түрлендіргіші бөлімдерге орналастырылған.

4. Жерді бөлуге болмайды. Платаның аналогтық бөлігі мен цифрлық бөлігі біркелкі салынған.

5. Тақтаның барлық қабаттарында цифрлық сигналды тек тақтаның цифрлық бөлігіне бағыттауға болады.

6. Тақтаның барлық қабаттарында аналогтық сигналдарды тек тақтаның аналогтық бөлігінде бағыттауға болады.

7. Аналогтық және цифрлық қуатты бөлу.

8. Сымдар бөлінген қуат көзінің беттері арасындағы алшақтықты қамтымауы керек.

9. Бөлінген қоректендіру көздері арасындағы саңылауды қамтуы тиіс сигнал желілері үлкен аумаққа жақын орналасқан сым қабатында орналасуы керек.

10. Жер тогы ағынының нақты жолы мен режимін талдаңыз.

11. Сымдарды дұрыс орнату ережелерін қолданыңыз.