Abstrak: Reka bentuk litar isyarat bercampur BPA adalah sangat rumit. Susun atur dan pendawaian komponen dan pemprosesan bekalan kuasa dan wayar bumi secara langsung akan menjejaskan prestasi litar dan prestasi keserasian elektromagnet. Reka bentuk pembahagian tanah dan kuasa yang diperkenalkan dalam artikel ini boleh mengoptimumkan prestasi litar isyarat bercampur.

Bagaimana untuk mengurangkan gangguan bersama antara isyarat digital dan isyarat analog? Sebelum mereka bentuk, kita mesti memahami dua prinsip asas keserasian elektromagnet (EMC): Prinsip pertama adalah untuk meminimumkan kawasan gelung semasa; prinsip kedua ialah sistem hanya menggunakan satu permukaan rujukan. Sebaliknya, jika sistem mempunyai dua satah rujukan, adalah mungkin untuk membentuk antena dipol (Nota: saiz sinaran antena dipol kecil adalah berkadar dengan panjang talian, jumlah arus yang mengalir dan kekerapan); dan jika isyarat tidak boleh melepasi sebanyak mungkin Pemulangan gelung kecil mungkin membentuk antena gelung besar (Nota: saiz sinaran antena gelung kecil adalah berkadar dengan kawasan gelung, arus yang mengalir melalui gelung, dan segi empat sama daripada kekerapan). Elakkan kedua-dua situasi ini sebanyak mungkin dalam reka bentuk.

Adalah dicadangkan untuk memisahkan tanah digital dan tanah analog pada papan litar isyarat campuran, supaya pengasingan antara tanah digital dan tanah analog boleh dicapai. Walaupun kaedah ini boleh dilaksanakan, terdapat banyak masalah yang berpotensi, terutamanya dalam sistem berskala besar yang kompleks. Masalah yang paling kritikal ialah ia tidak boleh dialihkan merentasi jurang pembahagian. Sebaik sahaja jurang pembahagian dialihkan, sinaran elektromagnet dan crosstalk isyarat akan meningkat dengan mendadak. Masalah yang paling biasa dalam reka bentuk PCB ialah garis isyarat melintasi tanah yang dibahagikan atau bekalan kuasa dan menjana masalah EMI.

Bagaimana untuk mencapai reka bentuk sekatan PCB isyarat campuran

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, kami menggunakan kaedah pembahagian yang disebutkan di atas, dan garis isyarat melintasi jurang antara dua alasan. Apakah laluan pulangan bagi arus isyarat? Dengan mengandaikan bahawa dua alasan yang dibahagikan disambungkan bersama di suatu tempat (biasanya sambungan satu titik di lokasi tertentu), dalam kes ini, arus tanah akan membentuk gelung besar. Arus frekuensi tinggi yang mengalir melalui gelung besar menghasilkan sinaran dan kearuhan tanah yang tinggi. Jika arus analog peringkat rendah mengalir melalui gelung besar, arus mudah diganggu oleh isyarat luaran. Perkara yang paling teruk ialah apabila alasan yang dibahagikan disambungkan bersama pada bekalan kuasa, gelung arus yang sangat besar akan terbentuk. Di samping itu, tanah analog dan tanah digital disambungkan dengan wayar panjang untuk membentuk antena dipol.

Memahami laluan dan kaedah arus kembali ke tanah adalah kunci untuk mengoptimumkan reka bentuk papan litar isyarat campuran. Ramai jurutera reka bentuk hanya mempertimbangkan ke mana arus isyarat mengalir, dan mengabaikan laluan khusus arus. Jika lapisan tanah mesti dibahagikan, dan pendawaian mesti dialihkan melalui jurang antara bahagian, sambungan satu titik boleh dibuat antara alasan yang dibahagikan untuk membentuk jambatan sambungan antara dua alasan, dan kemudian pendawaian melalui jambatan sambungan . Dengan cara ini, laluan pemulangan arus terus boleh disediakan di bawah setiap garis isyarat, supaya kawasan gelung yang terbentuk adalah kecil.

Penggunaan peranti pengasingan optik atau transformer juga boleh mencapai isyarat merentasi jurang pembahagian. Untuk yang pertama, ia adalah isyarat optik yang melintasi jurang pembahagian; dalam kes pengubah, ia adalah medan magnet yang melintasi jurang pembahagian. Kaedah lain yang boleh dilaksanakan ialah menggunakan isyarat pembezaan: isyarat mengalir masuk dari satu baris dan kembali dari garis isyarat lain. Dalam kes ini, tanah tidak diperlukan sebagai laluan pulang.

Untuk meneroka secara mendalam gangguan isyarat digital kepada isyarat analog, kita mesti terlebih dahulu memahami ciri-ciri arus frekuensi tinggi. Untuk arus frekuensi tinggi, sentiasa pilih laluan dengan impedans paling rendah (aruhan terendah) dan terus di bawah isyarat, jadi arus balik akan mengalir melalui lapisan litar bersebelahan, tidak kira sama ada lapisan bersebelahan ialah lapisan kuasa atau lapisan tanah .

Dalam kerja sebenar, ia biasanya cenderung untuk menggunakan tanah bersatu, dan membahagikan PCB kepada bahagian analog dan bahagian digital. Isyarat analog dialihkan di kawasan analog semua lapisan papan litar, dan isyarat digital dialihkan di kawasan litar digital. Dalam kes ini, arus pulangan isyarat digital tidak akan mengalir ke tanah isyarat analog.

Hanya apabila isyarat digital berwayar pada bahagian analog papan litar atau isyarat analog berwayar pada bahagian digital papan litar, gangguan isyarat digital kepada isyarat analog akan muncul. Masalah seperti ini tidak berlaku kerana tidak ada pembahagian tanah, sebab sebenar ialah pendawaian isyarat digital yang tidak betul.

Reka bentuk PCB menggunakan tanah bersatu, melalui litar digital dan partition litar analog dan pendawaian isyarat yang sesuai, biasanya boleh menyelesaikan beberapa masalah susun atur dan pendawaian yang lebih sukar, dan pada masa yang sama, ia tidak akan menyebabkan beberapa masalah yang berpotensi disebabkan oleh pembahagian tanah. Dalam kes ini, susun atur dan pembahagian komponen menjadi kunci untuk menentukan kebaikan dan keburukan reka bentuk. Jika susun atur adalah munasabah, arus bumi digital akan dihadkan kepada bahagian digital papan litar dan tidak akan mengganggu isyarat analog. Pendawaian tersebut hendaklah diperiksa dan disahkan dengan teliti untuk memastikan peraturan pendawaian dipatuhi 100%. Jika tidak, penghalaan talian isyarat yang tidak betul akan memusnahkan papan litar yang sebaliknya sangat baik.

Apabila menyambungkan tanah analog dan pin tanah digital penukar A/D bersama-sama, kebanyakan pengeluar penukar A/D akan mencadangkan: Sambungkan pin AGND dan DGND ke tanah galangan rendah yang sama melalui petunjuk terpendek. (Nota: Oleh kerana kebanyakan cip penukar A/D tidak menyambungkan tanah analog dan tanah digital bersama-sama, tanah analog dan digital mesti disambungkan melalui pin luaran.) Sebarang impedans luaran yang disambungkan kepada DGND akan melepasi kemuatan parasit. Lebih banyak bunyi digital digandingkan dengan litar analog di dalam IC. Menurut cadangan ini, anda perlu menyambungkan pin AGND dan DGND penukar A/D ke tanah analog, tetapi kaedah ini akan menyebabkan masalah seperti sama ada terminal tanah bagi kapasitor penyahgandingan isyarat digital harus disambungkan ke tanah analog atau tanah digital.

Bagaimana untuk mencapai reka bentuk sekatan PCB isyarat campuran

Jika sistem hanya mempunyai satu penukar A/D, masalah di atas boleh diselesaikan dengan mudah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, bahagikan tanah, dan sambungkan tanah analog dan tanah digital bersama di bawah penukar A/D. Apabila menggunakan kaedah ini, adalah perlu untuk memastikan bahawa lebar jambatan penghubung antara dua alasan adalah sama dengan lebar IC, dan mana-mana garis isyarat tidak boleh melepasi jurang pembahagian.

Jika terdapat banyak penukar A/D dalam sistem, contohnya, bagaimana hendak menyambungkan penukar 10 A/D? Jika tanah analog dan tanah digital disambungkan bersama di bawah setiap penukar A/D, sambungan berbilang titik dijana dan pengasingan antara tanah analog dan tanah digital tidak bermakna. Jika anda tidak menyambung dengan cara ini, ia melanggar keperluan pengeluar.