Sammendrag: Utformingen av blandet signalkrets PCB er veldig komplisert. Utformingen og kablingen av komponenter og behandlingen av strømforsyning og jordledning vil direkte påvirke kretsytelsen og elektromagnetisk kompatibilitetsytelse. Partisjonsdesignet for jord og strøm introdusert i denne artikkelen kan optimalisere ytelsen til blandede signalkretser.

Hvordan redusere den gjensidige forstyrrelsen mellom digitalt signal og analogt signal? Før vi designer, må vi forstå de to grunnleggende prinsippene for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC): Det første prinsippet er å minimere området til strømsløyfen; det andre prinsippet er at systemet bruker kun én referanseflate. Tvert imot, hvis systemet har to referanseplan, er det mulig å danne en dipolantenne (Merk: strålingsstørrelsen til en liten dipolantenne er proporsjonal med lengden på linjen, mengden strøm som flyter og frekvensen); og hvis signalet ikke kan passere så mye som mulig, kan returen til en liten sløyfe danne en stor sløyfeantenne (Merk: strålingsstørrelsen til en liten sløyfeantenne er proporsjonal med sløyfearealet, strømmen som flyter gjennom sløyfen og kvadratet av frekvensen). Unngå disse to situasjonene så mye som mulig i designet.

Det foreslås å skille den digitale jordingen og den analoge jordingen på kretskortet med blandet signal, slik at isolasjonen mellom den digitale jordingen og den analoge jordingen kan oppnås. Selv om denne metoden er gjennomførbar, er det mange potensielle problemer, spesielt i komplekse systemer i stor skala. Det mest kritiske problemet er at det ikke kan rutes over divisjonsgapet. Når delingsgapet er rutet, vil elektromagnetisk stråling og signalovertale øke kraftig. Det vanligste problemet i PCB-design er at signallinjen krysser den delte bakken eller strømforsyningen og genererer EMI-problemer.

Hvordan oppnå partisjonsdesign av PCB med blandet signal

Som vist i figur 1 bruker vi den ovennevnte delingsmetoden, og signallinjen krysser gapet mellom de to grunnene. Hva er returveien til signalstrømmen? Forutsatt at de to jordingene som er delt er koblet sammen et sted (vanligvis en enkeltpunktforbindelse på et bestemt sted), vil i dette tilfellet jordstrømmen danne en stor sløyfe. Den høyfrekvente strømmen som strømmer gjennom den store sløyfen genererer stråling og høy jordinduktans. Hvis den analoge strømmen på lavt nivå flyter gjennom den store sløyfen, blir strømmen lett forstyrret av eksterne signaler. Det verste er at når de delte jordingene kobles sammen ved strømforsyningen, vil det dannes en veldig stor strømsløyfe. I tillegg er den analoge jordingen og den digitale jordingen forbundet med en lang ledning for å danne en dipolantenne.

Å forstå banen og metoden for strømretur til jord er nøkkelen til å optimalisere kretskortdesign med blandede signaler. Mange designingeniører vurderer kun hvor signalstrømmen flyter, og ignorerer den spesifikke banen til strømmen. Hvis jordlaget må deles, og ledningene må føres gjennom gapet mellom delingene, kan det lages en ettpunktsforbindelse mellom de delte grunnene for å danne en forbindelsesbro mellom de to grunnene, og deretter ledninger gjennom forbindelsesbroen . På denne måten kan det tilveiebringes en likestrømreturbane under hver signallinje, slik at sløyfearealet som dannes blir lite.

Bruken av optiske isolasjonsenheter eller transformatorer kan også oppnå signalet over segmenteringsgapet. For førstnevnte er det det optiske signalet som krysser segmenteringsgapet; når det gjelder en transformator, er det magnetfeltet som krysser segmenteringsgapet. En annen mulig metode er å bruke differensialsignaler: signalet strømmer inn fra en linje og returnerer fra en annen signallinje. I dette tilfellet er ikke bakken nødvendig som returvei.

For å utforske forstyrrelsen av digitale signaler til analoge signaler dypt, må vi først forstå egenskapene til høyfrekvente strømmer. For høyfrekvente strømmer, velg alltid banen med minst impedans (laveste induktans) og rett under signalet, slik at returstrømmen vil flyte gjennom det tilstøtende kretslaget, uavhengig av om det tilstøtende laget er kraftlaget eller jordlaget .

I faktisk arbeid er det generelt tilbøyelig å bruke en enhetlig jording, og dele kretskortet i en analog del og en digital del. Det analoge signalet rutes i det analoge området til alle lag på kretskortet, og det digitale signalet rutes i det digitale kretsområdet. I dette tilfellet vil den digitale signalreturstrømmen ikke flyte inn i den analoge signaljorden.

Bare når det digitale signalet er koblet til den analoge delen av kretskortet eller det analoge signalet er koblet til den digitale delen av kretskortet, vil forstyrrelsen av det digitale signalet til det analoge signalet vises. Denne typen problem oppstår ikke fordi det ikke er delt jord, den virkelige årsaken er feil ledning av det digitale signalet.

PCB-design vedtar enhetlig jord, gjennom digital krets og analog kretspartisjon og passende signalkabling, kan vanligvis løse noen vanskeligere layout- og ledningsproblemer, og samtidig vil det ikke forårsake noen potensielle problemer forårsaket av jorddeling. I dette tilfellet blir layout og partisjonering av komponenter nøkkelen til å bestemme fordeler og ulemper med designet. Hvis oppsettet er rimelig, vil den digitale jordstrømmen begrenses til den digitale delen av kretskortet og vil ikke forstyrre det analoge signalet. Slike ledninger må inspiseres nøye og verifiseres for å sikre at ledningsreglene overholdes 100 %. Ellers vil feil ruting av en signallinje fullstendig ødelegge et ellers veldig bra kretskort.

Når du kobler den analoge jordingen og den digitale jordingspinnen til A/D-omformeren sammen, vil de fleste A/D-omformerprodusenter foreslå: Koble AGND- og DGND-pinnene til samme lavimpedansjording gjennom den korteste ledningen. (Merk: Fordi de fleste A/D-omformerbrikker ikke kobler den analoge jordingen og den digitale jordingen sammen, må den analoge og digitale jordingen kobles gjennom eksterne pinner.) Enhver ekstern impedans koblet til DGND vil passere parasittisk kapasitans. Mer digital støy er koblet til de analoge kretsene inne i IC. I henhold til denne anbefalingen må du koble AGND- og DGND-pinnene til A/D-omformeren til den analoge jordingen, men denne metoden vil forårsake problemer som om jordterminalen til den digitale signalavkoblingskondensatoren skal kobles til den analoge jordingen. eller den digitale bakken.

Hvordan oppnå partisjonsdesign av PCB med blandet signal

Hvis systemet kun har én A/D-omformer, kan problemene ovenfor enkelt løses. Som vist i figur 3, del bakken og koble den analoge bakken og den digitale bakken sammen under A/D-omformeren. Når du tar i bruk denne metoden, er det nødvendig å sikre at bredden på forbindelsesbroen mellom de to grunnene er den samme som bredden på IC, og at enhver signallinje ikke kan krysse delingsgapet.

Hvis det er mange A/D-omformere i systemet, for eksempel, hvordan kobler man til 10 A/D-omformere? Hvis den analoge jordingen og den digitale jordingen er koblet sammen under hver A/D-omformer, genereres flerpunktsforbindelse, og isolasjonen mellom den analoge jordingen og den digitale jordingen er meningsløs. Hvis du ikke kobler til på denne måten, bryter det med produsentens krav.