ПХБ дизајнот на колото за мешан сигнал е многу комплициран. Распоредот и жици на компонентите и обработката на напојувањето и жица за заземјување директно ќе влијаат на перформансите на колото и перформансите на електромагнетната компатибилност. Дизајнот на преградата на земјата и напојувањето претставен во овој труд може да ги оптимизира перформансите на кола со мешан сигнал.

Како да ги намалите пречките помеѓу дигиталните и аналогните сигнали? Два основни принципи на електромагнетна компатибилност (EMC) мора да се разберат пред дизајнирање: првиот принцип е да се минимизира површината на тековната јамка; Вториот принцип е дека системот користи само една референтна рамнина. Напротив, ако системот има две референтни рамнини, можно е да се формира диполна антена (забелешка: зрачењето на мала диполна антена е пропорционално на должината на линијата, количината на струја што тече и фреквенцијата). Ако сигналот не се врати низ најмалата можна јамка, може да се формира голема кружна антена. Избегнувајте ги и двете во вашиот дизајн колку што е можно повеќе.

Предложено е да се оддели дигиталното заземјување и аналогното заземјување на плочката со мешан сигнал за да се постигне изолација помеѓу дигиталното заземјување и аналогното заземјување. Иако овој пристап е изводлив, тој има многу потенцијални проблеми, особено во големи и сложени системи. Најкритичниот проблем е да не се премине жици со јазот на партицијата, откако ќе се премине жици со јазот на партицијата, електромагнетното зрачење и прекршувањето на сигналот драстично ќе се зголемат. Најчестиот проблем во дизајнот на ПХБ е проблемот со EMI предизвикан од преминувањето на сигналната линија преку земјата или напојувањето.

Како што е прикажано на Слика 1, ние го користиме горенаведениот метод на сегментација, а линијата на сигналот го опфаќа јазот помеѓу двете заземјувачи, која е патеката за враќање на струјата на сигналот? Да претпоставиме дека двете поделени земјишта се поврзани во одреден момент (обично една точка во една точка), во тој случај струјата на земјата ќе формира голема јамка. Струјата со висока фреквенција што тече низ големата јамка ќе генерира зрачење и висока индуктивност на земјата. Ако аналогната струја на ниско ниво што тече низ големата јамка е лесно да биде попречена од надворешни сигнали. Најлошото нешто е што кога деловите се поврзани заедно на изворот на енергија, се формира многу голема струјна јамка. Покрај тоа, аналогната и дигиталната заземјување поврзани со долга жица формираат диполна антена.

Разбирањето на патеката и начинот на тековниот повратен проток кон земјата е клучот за оптимизирање на дизајнот на плочката со мешан сигнал. Многу дизајнерски инженери размислуваат само каде тече струјата на сигналот, игнорирајќи ја специфичната патека на струјата. Ако заземјниот слој мора да биде преграден и мора да се насочи низ јазот помеѓу преградите, може да се направи едноточка врска помеѓу преградената земја за да се формира поврзувачки мост помеѓу двата заземјени слоја и потоа да се помине низ мостот за поврзување. На овој начин, патеката за повратен проток на директна струја може да се обезбеди под секоја сигнална линија, што резултира со мала област на јамка.

Уреди за оптичка изолација или трансформатори, исто така, може да се користат за да се реализира сигналот што ја преминува јазот на сегментација. За првиот, тоа е оптичкиот сигнал што го опфаќа јазот на сегментација. Во случај на трансформатор, тоа е магнетното поле што го опфаќа преградниот јаз. Можни се и диференцијални сигнали: сигналите влегуваат од една линија и се враќаат од другата, во тој случај непотребно се користат како патеки за повратен проток.

За да ги истражиме пречките на дигиталниот сигнал до аналогниот сигнал, прво мора да ги разбереме карактеристиките на висока фреквентна струја. Високофреквентната струја секогаш ја избира патеката со најниска импеданса (индуктивност) директно под сигналот, така што повратната струја ќе тече низ соседниот слој на колото, без разлика дали соседниот слој е слој за напојување или заземјен слој.

Во пракса, генерално се претпочита да се користи униформа PCB партиција во аналогни и дигитални делови. Аналогните сигнали се пренасочуваат во аналогниот регион на сите слоеви на плочата, додека дигиталните сигнали се пренасочуваат во регионот на дигиталните кола. Во овој случај, струјата за враќање на дигиталниот сигнал не тече во земјата на аналогниот сигнал.

Пречки од дигитални сигнали до аналогни сигнали се јавуваат само кога дигиталните сигнали се пренасочуваат или аналогните сигнали се пренасочуваат преку дигиталните делови на плочката. Овој проблем не се должи на недостаток на сегментација, вистинската причина е несоодветното поврзување на дигиталните сигнали.

ПХБ дизајн користи унифициран, преку дигитално коло и аналогно коло партиција и соодветни сигнални жици, обично може да реши некои од потешките проблеми со распоредот и жици, но исто така нема некои потенцијални проблеми предизвикани од сегментацијата на земјата. Во овој случај, распоредот и поделбата на компонентите стануваат критични во одредувањето на квалитетот на дизајнот. Ако е правилно поставена, дигиталната струја за заземјување ќе биде ограничена на дигиталниот дел од плочата и нема да се меша со аналогниот сигнал. Таквите жици мора внимателно да се проверат и проверат за да се обезбеди 100% усогласеност со правилата за ожичување. Во спротивно, несоодветна сигнална линија целосно ќе уништи многу добро коло.

Кога поврзувате аналогни и дигитални заземјувачки пинови на A/D конвертори заедно, повеќето производители на A/D конвертори препорачуваат поврзување на пиновите AGND и DGND на истото заземјување со ниска импеданса користејќи најкратки кабли (Забелешка: Бидејќи повеќето чипови за конвертор А/Д не поврзуваат внатрешно аналогно и дигитално заземјување, аналогната и дигиталната заземјување мора да се поврзат преку надворешни пинови), секоја надворешна импеданса поврзана со DGND ќе спои повеќе дигитален шум во аналогното коло во ИЦ преку паразитски капацитет. Следејќи ја оваа препорака, и пиновите на конверторот A/D AGND и DGND треба да се поврзат со аналогното заземјување, но овој пристап покренува прашања како што се дали крајот на заземјувањето на кондензаторот за одвојување на дигиталниот сигнал треба да се поврзе со аналогната или дигиталната заземјување.

Ако системот има само еден A/D конвертор, горенаведениот проблем може лесно да се реши. Како што е прикажано на слика 3, земјата е поделена и аналогните и дигиталните делови за заземјување се поврзани заедно под A/D конверторот. Кога ќе се усвои овој метод, неопходно е да се осигура дека ширината на мостот помеѓу двете локации е еднаква на ширината на IC и дека ниту една сигнална линија не може да го премине јазот на партицијата.

Ако системот има многу A/D конвертори, на пример, 10 A/D конвертори како да се поврзете? Ако аналогно и дигитално заземјување се поврзат под секој A/D конвертор, ќе дојде до поврзување со повеќе точки, а изолацијата помеѓу аналогната и дигиталната заземјување ќе биде бесмислена. Ако не го сторите тоа, ги прекршувате барањата на производителот.

Најдобар начин е да започнете со униформа. Како што е прикажано на слика 4, земјата е подеднакво поделена на аналогни и дигитални делови. Овој распоред не само што ги задоволува барањата на производителите на IC уреди за поврзување со ниска импеданса на аналогни и дигитални заземјувачки пинови, туку исто така ги избегнува проблемите со EMC предизвикани од јамка антена или диполна антена.

Ако се сомневате во унифицираниот пристап на дизајнот на ПХБ со мешан сигнал, можете да го користите методот на партиција на заземјен слој за да го поставите и насочите целото коло. Во дизајнот, треба да се посвети внимание за да се олесни поврзувањето на плочката со џемпери или отпорници од 0 оми, на растојание помало од 1/2 инчи меѓу себе во подоцнежниот експеримент. Обрнете внимание на зонирањето и жици за да се осигурате дека нема дигитални сигнални линии над аналогниот дел на сите слоеви и дека нема аналогни сигнални линии над дигиталниот дел. Згора на тоа, ниту една сигнална линија не треба да го преминува јазот на земјата или да го дели јазот помеѓу изворите на енергија. За да ја тестирате функцијата на плочата и перформансите на EMC, повторно тестирајте ја функцијата на плочата и перформансите на EMC со поврзување на двата ката заедно преку отпорник или скокач од 0 оми. Споредувајќи ги резултатите од тестот, беше откриено дека во скоро сите случаи, унифицираното решение беше супериорно во однос на функционалноста и перформансите на EMC во споредба со сплит-решението.

Дали методот на поделба на земјиштето сè уште функционира?

Овој пристап може да се користи во три ситуации: некои медицински уреди бараат многу мала струја на истекување помеѓу кола и системите поврзани со пациентот; Излезот на некоја опрема за контрола на индустриските процеси може да биде поврзан со бучна и електромеханичка опрема со голема моќност; Друг случај е кога распоредот на ПХБ е предмет на специфични ограничувања.

Обично има посебни дигитални и аналогни напојувања на ПХБ плоча со мешан сигнал што може и треба да има поделено лице за напојување. Сепак, сигналните линии во непосредна близина на слојот за напојување не можат да ја преминат јазот помеѓу напојувањата и сите сигнални линии што ја преминуваат јазот мора да се наоѓаат на слојот на колото во непосредна близина на големата површина. Во некои случаи, аналогното напојување може да биде дизајнирано со приклучоци за PCB наместо со едно лице за да се избегне разделување на напојувањето.

Дизајн на партиција на ПХБ со мешан сигнал

Дизајнот на ПХБ со мешан сигнал е сложен процес, процесот на дизајнирање треба да обрне внимание на следниве точки:

1. Поделете ја ПХБ на посебни аналогни и дигитални делови.

2. Правилен распоред на компонентите.

3. A/D конверторот е поставен преку партиции.

4. Не ја дели земјата. Аналогниот дел и дигиталниот дел од плочката се поставени подеднакво.

5. Во сите слоеви на плочата, дигиталниот сигнал може да се пренасочува само во дигиталниот дел од плочата.

6. Во сите слоеви на плочата, аналогните сигнали може да се пренасочуваат само во аналогниот дел од плочата.

7. Аналогна и дигитална поделба на моќноста.

8. Жиците не треба да го опфаќаат јазот помеѓу поделените површини за напојување.

9. Сигналните линии што мора да го опфаќаат јазот помеѓу поделените напојувања треба да се наоѓаат на слојот за жици во непосредна близина на голема површина.

10. Анализирајте ја вистинската патека и начин на проток на заземјуваната струја.

11. Користете правилни правила за поврзување со жици.