Kopsavilkums: jauktu signālu shēmas dizains PCB ir ļoti sarežģīta. Komponentu izkārtojums un elektroinstalācija, kā arī barošanas avota un zemējuma vada apstrāde tieši ietekmēs ķēdes veiktspēju un elektromagnētiskās saderības veiktspēju. Šajā rakstā izklāstītais zemes un jaudas nodalījuma dizains var optimizēt jauktu signālu ķēžu veiktspēju.

Kā samazināt digitālā un analogā signāla savstarpējos traucējumus? Pirms projektēšanas mums ir jāsaprot divi elektromagnētiskās saderības (EMC) pamatprincipi: pirmais princips ir samazināt strāvas cilpas laukumu; otrs princips ir tāds, ka sistēma izmanto tikai vienu atskaites virsmu. Gluži pretēji, ja sistēmai ir divas atskaites plaknes, ir iespējams izveidot dipola antenu (Piezīme: mazas dipola antenas starojuma lielums ir proporcionāls līnijas garumam, plūstošās strāvas daudzumam un frekvencei); un ja signāls nevar iziet pēc iespējas vairāk Mazas cilpas atgriešanās var veidot lielu cilpas antenu (Piezīme: mazas cilpas antenas starojuma lielums ir proporcionāls cilpas laukumam, strāvai, kas plūst caur cilpu, un kvadrātveida no frekvences). Izvairieties no šīm divām situācijām, cik vien iespējams dizainā.

Ir ieteicams atdalīt digitālo zemējumu un analogo zemējumu jaukta signāla shēmas platē, lai varētu panākt izolāciju starp digitālo zemējumu un analogo zemējumu. Lai gan šī metode ir iespējama, ir daudz potenciālu problēmu, jo īpaši sarežģītās liela mēroga sistēmās. Viskritiskākā problēma ir tā, ka to nevar novirzīt pāri sadalījuma spraugai. Kad dalīšanas sprauga ir novirzīta, elektromagnētiskais starojums un signāla šķērsruna strauji palielināsies. Visbiežāk sastopamā PCB dizaina problēma ir tā, ka signāla līnija šķērso sadalīto zemējumu vai barošanas avotu un rada EMI problēmas.

Kā panākt jaukta signāla PCB nodalījuma dizainu

Kā parādīts 1. attēlā, mēs izmantojam iepriekš minēto dalīšanas metodi, un signāla līnija šķērso spraugu starp abiem pamatiem. Kāds ir signāla strāvas atgriešanās ceļš? Pieņemot, ka divi sadalītie zemējumi ir kaut kur savienoti kopā (parasti viena punkta savienojums noteiktā vietā), šajā gadījumā zemējuma strāva veidos lielu cilpu. Augstfrekvences strāva, kas plūst caur lielo cilpu, rada starojumu un augstu zemes induktivitāti. Ja zema līmeņa analogā strāva plūst caur lielo cilpu, strāvu viegli traucē ārējie signāli. Sliktākais ir tas, ka, pie barošanas avota savienojot kopā sadalītos zemējumus, izveidosies ļoti liela strāvas cilpa. Turklāt analogais zemējums un digitālais zemējums ir savienoti ar garu vadu, veidojot dipola antenu.

Izpratne par strāvas atgriešanās zemē ceļu un metodi ir atslēga, lai optimizētu jaukto signālu shēmas plates dizainu. Daudzi projektēšanas inženieri ņem vērā tikai to, kur plūst signāla strāva, un ignorē konkrēto strāvas ceļu. Ja zemējuma slānis ir jāsadala un elektroinstalācija ir jānovieto caur atstarpi starp nodalījumiem, starp sadalītajiem iezemējumiem var izveidot viena punkta savienojumu, lai izveidotu savienojuma tiltu starp diviem iezemējumiem, un pēc tam vadu vadu caur savienojuma tiltu. . Tādā veidā zem katras signāla līnijas var nodrošināt līdzstrāvas atgriešanās ceļu, lai izveidotā cilpas laukums būtu mazs.

Izmantojot optiskās izolācijas ierīces vai transformatorus, signālu var sasniegt arī segmentācijas spraugā. Pirmajam segmentācijas spraugu šķērso optiskais signāls; transformatora gadījumā segmentācijas spraugu šķērso magnētiskais lauks. Vēl viena iespējama metode ir izmantot diferenciālos signālus: signāls ieplūst no vienas līnijas un atgriežas no citas signāla līnijas. Šajā gadījumā zeme nav vajadzīga kā atgriešanās ceļš.

Lai padziļināti izpētītu digitālo signālu traucējumus analogajos signālos, vispirms ir jāsaprot augstfrekvences strāvu īpašības. Augstfrekvences strāvām vienmēr izvēlieties ceļu ar mazāko pretestību (zemāko induktivitāti) un tieši zem signāla, lai atgriezes strāva plūst caur blakus esošās ķēdes slāni neatkarīgi no tā, vai blakus esošais slānis ir barošanas slānis vai zemes slānis. .

Faktiskā darbā parasti ir tendence izmantot vienotu zemējumu un sadalīt PCB analogajā un digitālajā daļā. Analogais signāls tiek maršrutēts visu shēmas plates slāņu analogajā zonā, un digitālais signāls tiek maršrutēts digitālās shēmas apgabalā. Šajā gadījumā digitālā signāla atgriešanas strāva neplūst analogā signāla zemē.

Tikai tad, ja digitālais signāls ir pievienots shēmas plates analogajai daļai vai analogais signāls ir pievienots shēmas plates digitālajai daļai, parādīsies digitālā signāla traucējumi analogajam signālam. Šāda veida problēma nerodas, jo nav sadalīta zemējuma, patiesais iemesls ir nepareiza digitālā signāla elektroinstalācija.

PCB dizains izmanto vienotu zemējumu, izmantojot digitālās ķēdes un analogās ķēdes nodalījumu un atbilstošu signāla vadu, parasti var atrisināt dažas sarežģītākas izkārtojuma un vadu problēmas, un tajā pašā laikā tas neradīs dažas iespējamās problēmas, ko izraisa zemes dalīšana. Šajā gadījumā komponentu izkārtojums un sadalīšana kļūst par atslēgu, lai noteiktu dizaina plusus un mīnusus. Ja izkārtojums ir saprātīgs, digitālā zemējuma strāva tiks ierobežota līdz shēmas plates digitālajai daļai un netraucēs analogajam signālam. Šāda elektroinstalācija ir rūpīgi jāpārbauda un jāpārbauda, ​​lai nodrošinātu 100% atbilstību elektroinstalācijas noteikumiem. Pretējā gadījumā nepareiza signāla līnijas maršrutēšana pilnībā iznīcinās citādi ļoti labu shēmas plati.

Savienojot kopā A/D pārveidotāja analogās zemējuma un digitālās zemējuma tapas, lielākā daļa A/D pārveidotāju ražotāju iesaka: Savienojiet AGND un DGND tapas ar vienu un to pašu zemo pretestības zemi, izmantojot īsāko vadu. (Piezīme. Tā kā lielākā daļa A/D pārveidotāja mikroshēmu nesavieno kopā analogo zemējumu un digitālo zemējumu, analogais un digitālais zemējums ir jāpievieno caur ārējām tapām.) Jebkura ārējā pretestība, kas savienota ar DGND, izturēs parazitāro kapacitāti. Vairāk digitālo trokšņu ir savienots ar analogajām shēmām IC iekšpusē. Saskaņā ar šo ieteikumu jums ir jāpievieno A/D pārveidotāja AGND un DGND tapas ar analogo zemējumu, taču šī metode radīs problēmas, piemēram, vai digitālā signāla atsaistes kondensatora zemējuma spaile ir jāpievieno analogajam zemējumam. vai digitālā zeme.

Kā panākt jaukta signāla PCB nodalījuma dizainu

Ja sistēmai ir tikai viens A/D pārveidotājs, iepriekš minētās problēmas var viegli atrisināt. Kā parādīts 3. attēlā, sadaliet zemējumu un savienojiet analogo zemējumu un digitālo zemējumu kopā zem A/D pārveidotāja. Pieņemot šo metodi, ir jānodrošina, lai savienojošā tilta platums starp diviem pamatiem būtu vienāds ar IC platumu un neviena signāla līnija nevar šķērsot sadales spraugu.

Ja sistēmā ir daudz A/D pārveidotāju, piemēram, kā pieslēgt 10 A/D pārveidotājus? Ja analogais zemējums un digitālais zemējums ir savienoti kopā zem katra A/D pārveidotāja, tiek ģenerēts vairāku punktu savienojums, un izolācija starp analogo zemējumu un digitālo zemējumu ir bezjēdzīga. Ja šādā veidā neveiksit savienojumu, tas pārkāpj ražotāja prasības.