BPA reka bentuk litar isyarat campuran 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 bekalan kuasa yang diperkenalkan dalam kertas ini boleh mengoptimumkan prestasi litar isyarat bercampur.

Bagaimana untuk mengurangkan gangguan antara isyarat digital dan analog? Dua prinsip asas keserasian elektromagnet (EMC) mesti difahami sebelum reka bentuk: prinsip pertama adalah untuk meminimumkan kawasan gelung semasa; Prinsip kedua ialah sistem hanya menggunakan satu satah rujukan. Sebaliknya, jika sistem mempunyai dua satah rujukan, adalah mungkin untuk membentuk antena dipol (nota: sinaran antena dipol kecil adalah berkadar dengan panjang talian, jumlah arus yang mengalir, dan frekuensi). Jika isyarat tidak kembali melalui gelung terkecil yang mungkin, antena bulat besar boleh dibentuk. Elakkan kedua-duanya dalam reka bentuk anda sebanyak mungkin.

Telah dicadangkan untuk memisahkan tanah digital dan tanah analog pada papan litar isyarat campuran untuk mencapai pengasingan antara tanah digital dan tanah analog. Walaupun pendekatan ini boleh dilaksanakan, ia mempunyai banyak masalah yang berpotensi, terutamanya dalam sistem yang besar dan kompleks. Masalah yang paling kritikal adalah untuk tidak menyeberangi pendawaian jurang partition, apabila melintasi pendawaian jurang partition, sinaran elektromagnet dan crosstalk isyarat akan meningkat secara mendadak. Masalah yang paling biasa dalam reka bentuk PCB ialah masalah EMI yang disebabkan oleh garis isyarat yang melintasi tanah atau bekalan kuasa.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, kami menggunakan kaedah pembahagian di atas, dan garis isyarat merentangi jurang antara dua tanah, apakah laluan pulangan arus isyarat? Katakan kedua-dua tanah yang dipisahkan disambungkan pada satu titik (biasanya satu titik pada satu titik), yang mana arus bumi akan membentuk gelung besar. Arus frekuensi tinggi yang mengalir melalui gelung besar akan menghasilkan sinaran dan kearuhan tanah yang tinggi. Jika arus analog tahap rendah yang mengalir melalui gelung besar mudah diganggu oleh isyarat luaran. Perkara yang paling teruk ialah apabila bahagian disambungkan bersama pada sumber kuasa, gelung arus yang sangat besar terbentuk. Di samping itu, tanah analog dan digital yang disambungkan dengan wayar panjang membentuk antena dipol.

Memahami laluan dan mod aliran balik semasa ke tanah adalah kunci untuk mengoptimumkan reka bentuk papan litar isyarat campuran. Ramai jurutera reka bentuk hanya mempertimbangkan ke mana arus isyarat mengalir, mengabaikan laluan khusus arus. Jika lapisan tanah mesti dipisahkan dan mesti dialihkan melalui celah antara partition, sambungan titik tunggal boleh dibuat antara tanah yang dipisahkan untuk membentuk jambatan sambungan antara dua lapisan tanah dan kemudian dialihkan melalui jambatan sambungan. Dengan cara ini, laluan aliran balik arus terus boleh disediakan di bawah setiap garis isyarat, menghasilkan kawasan gelung kecil.

Peranti pengasingan optik atau transformer juga boleh digunakan untuk merealisasikan isyarat yang melintasi jurang pembahagian. Bagi yang pertama, ia adalah isyarat optik yang merentangi jurang pembahagian. Dalam kes pengubah, ia adalah medan magnet yang merentangi jurang partition. Isyarat pembezaan juga mungkin: isyarat mengalir masuk dari satu baris dan kembali dari yang lain, dalam hal ini ia digunakan sebagai laluan aliran balik secara tidak perlu.

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

Dalam amalan, secara amnya lebih disukai untuk menggunakan partition PCB seragam ke bahagian analog dan digital. Isyarat analog dihalakan di rantau analog semua lapisan papan, manakala isyarat digital dihalakan di rantau litar digital. Dalam kes ini, arus pulangan isyarat digital tidak mengalir ke dalam tanah isyarat analog.

Gangguan daripada isyarat digital kepada isyarat analog berlaku hanya apabila isyarat digital dihalakan atau isyarat analog disalurkan ke atas bahagian digital papan litar. Masalah ini bukan disebabkan oleh kekurangan segmentasi, sebab sebenar adalah pendawaian isyarat digital yang tidak betul.

Reka bentuk PCB menggunakan bersatu, melalui litar digital dan partition litar analog dan pendawaian isyarat yang sesuai, biasanya boleh menyelesaikan beberapa susun atur yang lebih sukar dan masalah pendawaian, tetapi juga tidak mempunyai beberapa masalah yang berpotensi disebabkan oleh pembahagian tanah. Dalam kes ini, susun atur dan pembahagian komponen menjadi kritikal dalam menentukan kualiti reka bentuk. Jika dibentangkan dengan betul, arus bumi digital akan dihadkan kepada bahagian digital papan dan tidak akan mengganggu isyarat analog. Pendawaian sedemikian mesti diperiksa dan diperiksa dengan teliti untuk memastikan 100% pematuhan dengan peraturan pendawaian. Jika tidak, talian isyarat yang tidak betul akan memusnahkan papan litar yang sangat baik sepenuhnya.

Apabila menyambungkan pin tanah analog dan digital penukar A/D bersama-sama, kebanyakan pengeluar penukar A/D mengesyorkan menyambungkan pin AGND dan DGND ke tanah galangan rendah yang sama menggunakan petunjuk terpendek (Nota: Oleh kerana kebanyakan cip penukar A/D tidak menyambungkan tanah analog dan digital bersama-sama secara dalaman, tanah analog dan digital mesti disambungkan melalui pin luaran), sebarang galangan luaran yang disambungkan kepada DGND akan menggabungkan lebih banyak bunyi digital ke litar analog di dalam IC melalui parasit. kemuatan. Berikutan pengesyoran ini, kedua-dua penukar A/D AGND dan pin DGND perlu disambungkan ke tanah analog, tetapi pendekatan ini menimbulkan persoalan seperti sama ada hujung tanah kapasitor penyahgandingan isyarat digital harus disambungkan ke tanah analog atau digital.

Jika sistem hanya mempunyai satu penukar A/D, masalah di atas boleh diselesaikan dengan mudah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, tanah dibelah dan bahagian tanah analog dan digital disambungkan bersama di bawah penukar A/D. Apabila kaedah ini diguna pakai, adalah perlu untuk memastikan bahawa lebar jambatan antara kedua-dua tapak adalah sama dengan lebar IC, dan tiada garis isyarat boleh melepasi jurang partition.

Jika sistem mempunyai banyak penukar A/D, contohnya, 10 penukar A/D bagaimana hendak menyambung? Jika tanah analog dan digital disambungkan di bawah setiap penukar A/D, Sambungan berbilang titik akan terhasil dan pengasingan antara tanah analog dan digital akan menjadi tidak bermakna. Jika tidak, anda melanggar keperluan pengeluar.

Cara terbaik adalah bermula dengan pakaian seragam. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4, tanah dibahagikan secara seragam kepada bahagian analog dan digital. Susun atur ini bukan sahaja memenuhi keperluan pengeluar peranti IC untuk sambungan impedans rendah pin tanah analog dan digital, tetapi juga mengelakkan masalah EMC yang disebabkan oleh antena gelung atau antena dipole.

Jika anda mempunyai keraguan tentang pendekatan bersatu reka bentuk PCB isyarat campuran, anda boleh menggunakan kaedah sekatan lapisan tanah untuk menyusun dan mengarahkan keseluruhan papan litar. Dalam reka bentuk, perhatian harus diberikan untuk menjadikan papan litar mudah disambungkan bersama-sama dengan pelompat atau perintang 0 ohm yang jaraknya kurang daripada 1/2 inci dalam eksperimen kemudian. Beri perhatian kepada pengezonan dan pendawaian untuk memastikan tiada garis isyarat digital berada di atas bahagian analog pada semua lapisan dan tiada garis isyarat analog berada di atas bahagian digital. Selain itu, tiada garis isyarat harus melepasi jurang tanah atau membahagikan jurang antara sumber kuasa. Untuk menguji fungsi papan dan prestasi EMC, uji semula fungsi papan dan prestasi EMC dengan menyambungkan dua tingkat bersama melalui perintang atau pelompat 0 ohm. Membandingkan keputusan ujian, didapati bahawa dalam hampir semua kes, penyelesaian bersatu adalah unggul dari segi kefungsian dan prestasi EMC berbanding dengan penyelesaian split.

Adakah kaedah pembahagian tanah masih berkesan?

Pendekatan ini boleh digunakan dalam tiga situasi: sesetengah peranti perubatan memerlukan arus kebocoran yang sangat rendah antara litar dan sistem yang disambungkan kepada pesakit; Keluaran beberapa peralatan kawalan proses industri mungkin disambungkan kepada peralatan elektromekanikal yang bising dan berkuasa tinggi; Satu lagi kes ialah apabila LAYOUT PCB tertakluk kepada sekatan tertentu.

Biasanya terdapat bekalan kuasa digital dan analog yang berasingan pada papan PCB isyarat bercampur yang boleh dan harus mempunyai muka bekalan kuasa terbelah. Walau bagaimanapun, garis isyarat bersebelahan dengan lapisan bekalan kuasa tidak boleh melintasi jurang antara bekalan kuasa, dan semua garis isyarat yang melintasi jurang mesti terletak pada lapisan litar bersebelahan dengan kawasan besar. Dalam sesetengah kes, bekalan kuasa analog boleh direka bentuk dengan sambungan PCB dan bukannya satu muka untuk mengelakkan pemisahan muka kuasa.

Reka bentuk pembahagian PCB isyarat bercampur

Reka bentuk PCB isyarat campuran adalah proses yang kompleks, proses reka bentuk harus memberi perhatian kepada perkara berikut:

1. Bahagikan PCB kepada bahagian analog dan digital yang berasingan.

2. Susun atur komponen yang betul.

3. Penukar A/D diletakkan merentasi partition.

4. Jangan belah tanah. Bahagian analog dan bahagian digital papan litar diletakkan secara seragam.

5. Dalam semua lapisan papan, isyarat digital hanya boleh dialihkan di bahagian digital papan.

6. Dalam semua lapisan papan, isyarat analog hanya boleh dialihkan di bahagian analog papan.

7. Pemisahan kuasa analog dan digital.

8. Pendawaian tidak boleh menjangkau jurang antara permukaan bekalan kuasa belah.

9. Talian isyarat yang mesti merentangi jurang antara bekalan kuasa belah hendaklah terletak pada lapisan pendawaian bersebelahan dengan kawasan yang luas.

10. Menganalisis laluan sebenar dan cara aliran arus bumi.

11. Gunakan peraturan pendawaian yang betul.