PCB mišraus signalo grandinės projektavimas yra labai sudėtingas. Komponentų išdėstymas ir laidai bei maitinimo ir įžeminimo laido apdorojimas tiesiogiai paveiks grandinės veikimą ir elektromagnetinio suderinamumo veikimą. Šiame darbe pristatytas įžeminimo ir maitinimo šaltinio pertvaros dizainas gali optimizuoti mišraus signalo grandinių veikimą.

Kaip sumažinti skaitmeninių ir analoginių signalų trukdžius? Prieš projektuojant reikia suprasti du pagrindinius elektromagnetinio suderinamumo (EMS) principus: pirmasis principas – sumažinti srovės kilpos plotą; Antrasis principas – sistema naudoja tik vieną atskaitos plokštumą. Priešingai, jei sistema turi dvi atskaitos plokštumas, galima suformuoti dipolinę anteną (pastaba: mažos dipolio antenos spinduliavimas yra proporcingas linijos ilgiui, tekančios srovės dydžiui ir dažniui). Jei signalas negrįžta per mažiausią įmanomą kilpą, gali susidaryti didelė apskrita antena. Savo dizaine kiek įmanoma venkite abiejų.

Buvo pasiūlyta atskirti skaitmeninį įžeminimą ir analoginį įžeminimą mišraus signalo plokštėje, kad būtų pasiekta skaitmeninio ir analoginio įžeminimo izoliacija. Nors šis metodas yra įmanomas, jis turi daug galimų problemų, ypač didelėse ir sudėtingose ​​sistemose. Svarbiausia problema yra ne kirsti pertvaros tarpo laidų, kai kirto pertvaros tarpo laidus, elektromagnetinė spinduliuotė ir signalo skerspjūvis smarkiai padidės. Dažniausia PCB dizaino problema yra EMI problema, kurią sukelia signalo linija, kertanti žemę arba maitinimo šaltinį.

Kaip parodyta 1 paveiksle, mes naudojame aukščiau pateiktą segmentavimo metodą, o signalo linija apima tarpą tarp dviejų įžeminimų, koks yra signalo srovės grįžimo kelias? Tarkime, kad dvi atskirtos žemės yra sujungtos tam tikru momentu (paprastai vienas taškas viename taške), tokiu atveju įžeminimo srovė sudarys didelę kilpą. Aukšto dažnio srovė, tekanti per didelę kilpą, generuos spinduliuotę ir aukštą įžeminimo induktyvumą. Jei žemo lygio analoginę srovę, tekančią per didelę kilpą, lengva trukdyti išoriniams signalams. Blogiausia, kad sujungus sekcijas prie maitinimo šaltinio, susidaro labai didelė srovės kilpa. Be to, analoginis ir skaitmeninis įžeminimas, sujungtas ilgu laidu, sudaro dipolinę anteną.

Norint optimizuoti mišraus signalo plokštės dizainą, svarbu suprasti srovės atgalinio srauto į žemę kelią ir režimą. Daugelis projektavimo inžinierių svarsto tik tai, kur teka signalo srovė, neatsižvelgdami į konkretų srovės kelią. Jei žemės sluoksnis turi būti atskirtas ir turi būti nukreiptas per tarpą tarp pertvarų, tarp atskirto įžeminimo galima sukurti vieno taško jungtį, kad būtų sudarytas jungties tiltas tarp dviejų žemės sluoksnių, o tada nukreipiamas per jungiamąjį tiltelį. Tokiu būdu po kiekviena signalo linija gali būti numatytas nuolatinės srovės atgalinio srauto kelias, todėl kilpos plotas yra mažas.

Taip pat gali būti naudojami optinės izoliacijos įtaisai arba transformatoriai, kad būtų galima realizuoti signalą, kertantį segmentavimo tarpą. Pirmojo atveju tai yra optinis signalas, apimantis segmentavimo tarpą. Transformatoriaus atveju tai yra magnetinis laukas, apimantis pertvaros tarpą. Galimi ir diferencialiniai signalai: signalai įeina iš vienos linijos ir grįžta iš kitos, tokiu atveju jie be reikalo naudojami kaip atgalinio srauto keliai.

Norėdami ištirti skaitmeninio signalo ir analoginio signalo trukdžius, pirmiausia turime suprasti aukšto dažnio srovės charakteristikas. Aukšto dažnio srovė visada pasirenka žemiausią impedansą (induktyvumą) turintį kelią tiesiai po signalu, todėl grįžtamoji srovė tekės per gretimą grandinės sluoksnį, nepriklausomai nuo to, ar gretimas sluoksnis yra maitinimo sluoksnis, ar įžeminimo sluoksnis.

Praktikoje paprastai pageidautina naudoti vienodą PCB skaidinį į analogines ir skaitmenines dalis. Analoginiai signalai nukreipiami visų plokštės sluoksnių analoginėje srityje, o skaitmeniniai signalai nukreipiami į skaitmeninės grandinės sritį. Šiuo atveju skaitmeninio signalo grąžinimo srovė neteka į analoginio signalo žemę.

Skaitmeninių signalų trikdžiai analoginiams signalams atsiranda tik tada, kai skaitmeniniai signalai nukreipiami per skaitmenines plokštės dalis arba analoginiai signalai. Ši problema kyla ne dėl segmentavimo trūkumo, tikroji priežastis – netinkamas skaitmeninių signalų sujungimas.

PCB dizainas naudoja vieningą skaitmeninės grandinės ir analoginės grandinės skaidinį bei atitinkamą signalo laidą, paprastai gali išspręsti kai kurias sudėtingesnes išdėstymo ir laidų problemas, tačiau taip pat neturi galimų problemų, kurias sukelia žemės segmentavimas. Šiuo atveju komponentų išdėstymas ir padalijimas tampa labai svarbiu nustatant dizaino kokybę. Jei tinkamai išdėstyta, skaitmeninė įžeminimo srovė bus apribota skaitmenine plokštės dalimi ir netrukdys analoginiam signalui. Tokie laidai turi būti atidžiai patikrinti ir patikrinti, kad būtų užtikrintas 100% atitikimas laidų taisyklėms. Priešingu atveju netinkama signalo linija visiškai sunaikins labai gerą plokštę.

Sujungiant analoginius ir skaitmeninius A/D keitiklių įžeminimo kaiščius, dauguma A/D keitiklių gamintojų rekomenduoja AGND ir DGND kaiščius prijungti prie to paties mažos varžos įžeminimo naudojant trumpiausius laidus (Pastaba: Kadangi dauguma A/D keitiklių lustų viduje nejungia analoginio ir skaitmeninio įžeminimo, analoginis ir skaitmeninis įžeminimas turi būti sujungti per išorinius kaiščius), bet kokia išorinė varža, prijungta prie DGND, sujungs daugiau skaitmeninio triukšmo su analogine grandine IC viduje per parazitinį. talpa. Vadovaujantis šia rekomendacija, tiek A/D keitiklio AGND, tiek DGND kontaktai turi būti prijungti prie analoginio įžeminimo, tačiau toks metodas kelia klausimų, pavyzdžiui, ar skaitmeninio signalo atjungimo kondensatoriaus įžeminimo galas turi būti prijungtas prie analoginio ar skaitmeninio įžeminimo.

Jei sistemoje yra tik vienas A/D keitiklis, aukščiau minėtą problemą galima lengvai išspręsti. Kaip parodyta 3 paveiksle, įžeminimas yra padalintas, o analoginės ir skaitmeninės įžeminimo dalys yra sujungtos po A/D keitikliu. Pritaikius šį metodą, būtina užtikrinti, kad tilto plotis tarp dviejų vietų būtų lygus IC pločiui ir kad jokia signalo linija negalėtų kirsti pertvaros tarpo.

Jei sistemoje yra daug A/D keitiklių, pavyzdžiui, 10 A/D keitiklių kaip prijungti? Jei analoginis ir skaitmeninis įžeminimas yra prijungti po kiekvienu A/D keitikliu, bus sukurtas daugiataškis ryšys, o izoliacija tarp analoginio ir skaitmeninio įžeminimo bus beprasmė. Jei to nepadarysite, pažeisite gamintojo reikalavimus.

Geriausias būdas yra pradėti nuo uniformos. Kaip parodyta 4 paveiksle, žemė yra vienodai padalinta į analogines ir skaitmenines dalis. Toks išdėstymas ne tik atitinka IC įrenginių gamintojų mažos varžos analoginių ir skaitmeninių įžeminimo kontaktų jungties reikalavimus, bet ir leidžia išvengti EMC problemų, kurias sukelia kilpinė arba dipolinė antena.

Jei abejojate dėl vieningo mišraus signalo PCB projektavimo požiūrio, galite naudoti žemės sluoksnio skaidymo metodą, kad išdėstytumėte ir nukreiptumėte visą plokštę. Projektuojant reikia atkreipti dėmesį į tai, kad plokštę būtų lengva sujungti su trumpikliais arba 0 omų rezistoriais, esančiais mažesniu nei 1/2 colio atstumu. Atkreipkite dėmesį į zonavimą ir laidų sujungimą, kad užtikrintumėte, jog virš analoginės sekcijos visuose sluoksniuose nebūtų jokių skaitmeninių signalų linijų ir kad virš skaitmeninės sekcijos nebūtų analoginių signalų linijų. Be to, jokia signalo linija neturėtų kirsti žemės tarpo arba padalinti tarpą tarp maitinimo šaltinių. Norėdami patikrinti plokštės funkciją ir EMC veikimą, dar kartą patikrinkite plokštės funkciją ir EMC veikimą, sujungdami du aukštus per 0 omų rezistorių arba trumpiklį. Palyginus bandymų rezultatus, nustatyta, kad beveik visais atvejais unifikuotas sprendimas buvo pranašesnis funkcionalumu ir EMC našumu lyginant su padalintu sprendimu.

Ar žemės padalijimo metodas vis dar veikia?

Šis metodas gali būti taikomas trimis atvejais: kai kuriems medicinos prietaisams reikalinga labai maža nuotėkio srovė tarp grandinių ir sistemų, prijungtų prie paciento; Kai kurių pramoninių procesų valdymo įrenginių išėjimas gali būti prijungtas prie triukšmingos ir didelės galios elektromechaninės įrangos; Kitas atvejis – kai PCB IŠDĖJIMAS yra apribotas.

Paprastai mišraus signalo PCB plokštėje yra atskiri skaitmeniniai ir analoginiai maitinimo šaltiniai, kurie gali ir turi turėti padalintą maitinimo šaltinį. Tačiau signalo linijos, esančios greta maitinimo sluoksnio, negali kirsti tarpo tarp maitinimo šaltinių, o visos signalo linijos, kertančios tarpą, turi būti grandinės sluoksnyje, esančiame greta didelio ploto. Kai kuriais atvejais analoginis maitinimo šaltinis gali būti suprojektuotas su PCB jungtimis, o ne vienu paviršiumi, kad būtų išvengta galios paviršiaus padalijimo.

Mišraus signalo PCB pertvarų projektavimas

Mišraus signalo PCB projektavimas yra sudėtingas procesas, projektavimo procese reikia atkreipti dėmesį į šiuos dalykus:

1. Padalinkite PCB į atskiras analogines ir skaitmenines dalis.

2. Tinkamas komponentų išdėstymas.

3. A/D keitiklis dedamas per pertvaras.

4. Neskirstykite žemės. Analoginė ir skaitmeninė plokštės dalys yra išdėstytos tolygiai.

5. Visuose plokštės sluoksniuose skaitmeninis signalas gali būti nukreipiamas tik į skaitmeninę plokštės dalį.

6. Visuose plokštės sluoksniuose analoginiai signalai gali būti nukreipti tik analoginėje plokštės dalyje.

7. Analoginis ir skaitmeninis galios atskyrimas.

8. Laidai neturi pertraukti tarpo tarp padalinto maitinimo šaltinio paviršių.

9. Signalų linijos, kurios turi eiti per tarpą tarp padalintų maitinimo šaltinių, turi būti ant laidų sluoksnio, greta didelio ploto.

10. Išanalizuoti tikrąjį žemės srovės tekėjimo kelią ir režimą.

11. Laikykitės tinkamų laidų taisyklių.