Апстракт: Дизајн на коло со мешан сигнал ПХБ е многу комплицирано. Распоредот и жици на компонентите и обработката на напојувањето и жицата за заземјување директно ќе влијаат на перформансите на колото и перформансите на електромагнетната компатибилност. Дизајнот на поделба на земјата и моќноста воведен во овој напис може да ги оптимизира перформансите на кола со мешан сигнал.

Како да се намалат меѓусебните пречки помеѓу дигиталниот и аналогниот сигнал? Пред дизајнирање, мора да ги разбереме двата основни принципи на електромагнетна компатибилност (EMC): Првиот принцип е да се минимизира површината на тековната јамка; вториот принцип е дека системот користи само една референтна површина. Напротив, ако системот има две референтни рамнини, можно е да се формира диполна антена (Забелешка: големината на зрачењето на мала диполна антена е пропорционална на должината на линијата, количината на струја што тече и фреквенцијата); и ако сигналот не може да помине што е можно повеќе Враќањето на мала јамка може да формира антена со голема јамка (Забелешка: големината на зрачењето на мала јамка антена е пропорционална со областа на јамката, струјата што тече низ јамката и квадратот на фреквенцијата). Избегнувајте ги овие две ситуации колку што е можно во дизајнот.

Се предлага да се оддели дигиталното заземјување и аналогното заземјување на плочката со мешан сигнал, за да може да се постигне изолација помеѓу дигиталното заземјување и аналогното заземјување. Иако овој метод е изводлив, постојат многу потенцијални проблеми, особено во сложените системи од големи размери. Најкритичниот проблем е што не може да се префрли низ јазот на поделба. Штом ќе се пренасочи јазот за поделба, електромагнетното зрачење и прекршувањето на сигналот нагло ќе се зголемат. Најчестиот проблем во дизајнот на ПХБ е тоа што сигналната линија ја преминува поделената земја или напојувањето и генерира проблеми со EMI.

Како да се постигне дизајн на партиција на ПХБ со мешан сигнал

Како што е прикажано на слика 1, го користиме гореспоменатиот метод на поделба, а сигналната линија ја преминува јазот помеѓу двете основи. Која е повратната патека на струјата на сигналот? Под претпоставка дека двете основи кои се поделени се поврзани заедно некаде (обично едноточка врска на одредена локација), во овој случај, струјата на земјата ќе формира голема јамка. Високофреквентната струја што тече низ големата јамка генерира зрачење и висока индуктивност на земјата. Ако аналогната струја на ниско ниво тече низ големата јамка, струјата лесно се меша со надворешни сигнали. Најлошото е што кога поделените основи ќе се поврзат заедно на напојувањето, ќе се формира многу голема струјна јамка. Покрај тоа, аналогното заземјување и дигиталното заземјување се поврзани со долга жица за да формираат диполна антена.

Разбирањето на патеката и начинот на враќање на струјата на земјата е клучот за оптимизирање на дизајнот на плочката со мешан сигнал. Многу дизајнерски инженери само размислуваат каде тече струјата на сигналот и ја игнорираат специфичната патека на струјата. Ако заземјувачкиот слој мора да се подели, а жиците мора да се насочат низ јазот помеѓу поделбите, може да се направи едноточка врска помеѓу поделените основи за да се формира мост за поврзување помеѓу двете основи, а потоа жици преку мостот за поврзување . На овој начин, под секоја сигнална линија може да се обезбеди повратен пат на директна струја, така што формираната површина на јамката е мала.

Употребата на уреди за оптичка изолација или трансформатори, исто така, може да го постигне сигналот низ јазот за сегментација. За првиот, оптичкиот сигнал е тој што го преминува јазот на сегментација; во случај на трансформатор, тоа е магнетното поле кое го преминува јазот на сегментација. Друг изводлив метод е да се користат диференцијални сигнали: сигналот тече од една линија и се враќа од друга сигнална линија. Во овој случај, земјата не е потребна како повратна патека.

За длабоко да ги истражиме пречките на дигиталните сигнали во аналогните сигнали, прво мора да ги разбереме карактеристиките на струите со висока фреквенција. За струи со висока фреквенција, секогаш избирајте ја патеката со најмала импеданса (најниска индуктивност) и директно под сигналот, така што повратната струја ќе тече низ соседниот слој на колото, без разлика дали соседниот слој е слој на моќност или слој на земја. .

Во вистинската работа, генерално е наклонето да се користи унифицирана основа и да се подели ПХБ на аналоген дел и дигитален дел. Аналогниот сигнал се пренесува во аналогната област на сите слоеви на колото, а дигиталниот сигнал се пренесува во областа на дигиталното коло. Во овој случај, струјата за враќање на дигиталниот сигнал нема да тече во заземјувањето на аналогниот сигнал.

Само кога дигиталниот сигнал е поврзан на аналогниот дел од колото или аналогниот сигнал е поврзан на дигиталниот дел од колото, ќе се појави пречки на дигиталниот сигнал до аналогниот сигнал. Овој вид на проблем не се јавува бидејќи нема поделено заземјување, вистинската причина е несоодветното поврзување на дигиталниот сигнал.

Дизајнот на ПХБ усвојува унифицирана заземјување, преку дигитално коло и партиција на аналогно коло и соодветно ожичување на сигналот, обично може да реши некои потешки проблеми со распоредот и жици, а во исто време, нема да предизвика некои потенцијални проблеми предизвикани од поделбата на земјата. Во овој случај, распоредот и поделбата на компонентите станува клучот за одредување на добрите и лошите страни на дизајнот. Ако распоредот е разумен, дигиталната струја за заземјување ќе биде ограничена на дигиталниот дел од плочката и нема да пречи на аналогниот сигнал. Таквите жици мора внимателно да се проверат и да се потврдат за да се осигура дека правилата за поврзување се 100% усогласени. Во спротивно, неправилното насочување на сигналната линија целосно ќе го уништи инаку многу доброто коло.

Кога ги поврзувате аналогните заземјувачи и дигиталните пинови за заземјување на A/D конверторот заедно, повеќето производители на A/D конвертори би предложиле: Поврзете ги пиновите AGND и DGND на истото заземјување со мала импеданса преку најкраткиот довод. (Забелешка: Бидејќи повеќето чипови за конвертор А/Д не ги поврзуваат аналогното заземјување и дигиталното заземјување заедно, аналогната и дигиталната заземјување мора да се поврзат преку надворешни пинови.) Секоја надворешна импеданса поврзана со DGND ќе помине паразитски капацитет. Повеќе дигитален шум е поврзан со аналогните кола во внатрешноста на IC. Според оваа препорака, треба да ги поврзете пиновите AGND и DGND на A/D конверторот со аналогното заземјување, но овој метод ќе предизвика проблеми како на пример дали приклучокот за заземјување на кондензаторот за одвојување дигитален сигнал треба да се поврзе со аналогната земја или дигиталната земја.

Како да се постигне дизајн на партиција на ПХБ со мешан сигнал

Ако системот има само еден A/D конвертор, горенаведените проблеми може лесно да се решат. Како што е прикажано на слика 3, поделете ја земјата и поврзете ја аналогната и дигиталната заземјување заедно под A/D конверторот. При усвојување на овој метод, неопходно е да се осигура дека ширината на поврзувачкиот мост помеѓу двете основи е иста како ширината на IC, и која било сигнална линија не може да ја премине јазот на поделба.

Ако има многу A/D конвертори во системот, на пример, како да поврзете 10 A/D конвертори? Ако аналогното заземјување и дигиталното заземјување се поврзани заедно под секој A/D конвертор, се генерира поврзување со повеќе точки, а изолацијата помеѓу аналогното заземјување и дигиталната заземјување е бесмислена. Ако не се поврзете на овој начин, тоа ги прекршува барањата на производителот.