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

Hvordan redusere interferensen mellom digitale og analoge signaler? To grunnleggende prinsipper for elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) må forstås før design: det første prinsippet er å minimere arealet av strømsløyfen; Det andre prinsippet er at systemet bruker kun ett referanseplan. Tvert imot, hvis systemet har to referanseplan, er det mulig å danne en dipolantenne (merk: strålingen fra en liten dipolantenne er proporsjonal med lengden på linjen, mengden strøm som flyter og frekvensen). Hvis signalet ikke går tilbake gjennom den minste mulige sløyfen, kan det dannes en stor sirkulær antenne. Unngå begge deler i designet ditt så mye som mulig.

Det har blitt foreslått å skille den digitale jordingen og den analoge jordingen på kretskortet med blandet signal for å oppnå isolasjon mellom den digitale jordingen og den analoge jordingen. Selv om denne tilnærmingen er gjennomførbar, har den mange potensielle problemer, spesielt i store og komplekse systemer. Det mest kritiske problemet er ikke å krysse partisjonsgapet ledninger, når du har krysset partisjonsgapet ledninger, vil elektromagnetisk stråling og signalovertale øke dramatisk. Det vanligste problemet i PCB-design er EMI-problem forårsaket av signallinje som krysser bakken eller strømforsyningen.

Som vist i figur 1 bruker vi segmenteringsmetoden ovenfor, og signallinjen spenner over gapet mellom de to bakkene, hva er returveien til signalstrømmen? Anta at de to partisjonerte landene er koblet sammen på et tidspunkt (vanligvis et enkelt punkt på ett punkt), i så fall vil jordstrømmen danne en stor sløyfe. Den høyfrekvente strømmen som strømmer gjennom den store sløyfen vil generere stråling og høy jordinduktans. Hvis den analoge strømmen på lavt nivå som flyter gjennom den store sløyfen er lett å bli forstyrret av eksterne signaler. Det verste er at når seksjonene kobles sammen ved strømkilden, dannes det en veldig stor strømsløyfe. I tillegg danner analog og digital jord forbundet med en lang ledning en dipolantenne.

Å forstå banen og modusen for tilbakestrømning til jord er nøkkelen til å optimalisere kretskortdesign med blandede signaler. Mange designingeniører vurderer bare hvor signalstrømmen flyter, og ignorerer den spesifikke banen til strømmen. Dersom jordlaget må skilles og må føres gjennom spalten mellom skilleveggene, kan det lages en enkeltpunktsforbindelse mellom skillegrunnen for å danne en forbindelsesbro mellom de to jordlagene og deretter føres gjennom forbindelsesbroen. På denne måten kan en likestrømtilbakestrømningsbane tilveiebringes under hver signallinje, noe som resulterer i et lite sløyfeområde.

Optiske isolasjonsenheter eller transformatorer kan også brukes til å realisere signalet som krysser segmenteringsgapet. For førstnevnte er det det optiske signalet som spenner over segmenteringsgapet. Når det gjelder en transformator, er det magnetfeltet som spenner over skilleveggen. Differensielle signaler er også mulige: signaler strømmer inn fra en linje og går tilbake fra den andre, i så fall brukes de som tilbakestrømningsveier unødvendig.

For å utforske interferensen fra digitalt signal til analogt signal, må vi først forstå egenskapene til høyfrekvent strøm. Høyfrekvent strøm velger alltid banen med lavest impedans (induktans) rett under signalet, så returstrømmen vil flyte gjennom det tilstøtende kretslaget, uavhengig av om det tilstøtende laget er strømforsyningslaget eller jordlaget.

I praksis er det generelt foretrukket å bruke en enhetlig PCB-partisjon i analoge og digitale deler. Analoge signaler rutes i det analoge området til alle lag på kortet, mens digitale signaler rutes i det digitale kretsområdet. I dette tilfellet flyter ikke den digitale signalreturstrømmen inn i bakken til det analoge signalet.

Interferens fra digitale signaler til analoge signaler oppstår kun når de digitale signalene rutes over eller analoge signaler rutes over de digitale delene av kretskortet. Dette problemet skyldes ikke mangelen på segmentering, den virkelige årsaken er feil ledninger av digitale signaler.

PCB-design bruker enhetlig, gjennom digital krets og analog kretspartisjon og passende signalkabling, kan vanligvis løse noen av de vanskeligere layout- og ledningsproblemer, men har heller ikke noen potensielle problemer forårsaket av jordsegmentering. I dette tilfellet blir layout og partisjonering av komponenter avgjørende for å bestemme kvaliteten på designet. Hvis den er riktig lagt ut, vil den digitale jordstrømmen være begrenset til den digitale delen av kortet og vil ikke forstyrre det analoge signalet. Slike ledninger må kontrolleres nøye og kontrolleres for å sikre 100 % samsvar med ledningsreglene. Ellers vil en feil signallinje fullstendig ødelegge et veldig godt kretskort.

Når du kobler analoge og digitale jordingsstifter til A/D-omformere sammen, anbefaler de fleste A/D-omformerprodusenter å koble AGND- og DGND-pinnene til samme lavimpedansjording ved å bruke de korteste ledningene (Merk: Fordi de fleste A/D-omformerbrikker ikke kobler analog og digital jord sammen internt, må den analoge og digitale jordingen kobles via eksterne pinner), vil enhver ekstern impedans koblet til DGND koble mer digital støy til den analoge kretsen inne i IC via parasittisk kapasitans. Etter denne anbefalingen må både A/D-omformerens AGND- og DGND-pinnene kobles til den analoge jordingen, men denne tilnærmingen reiser spørsmål som om jordenden av den digitale signalavkoblingskondensatoren skal kobles til den analoge eller digitale jordingen.

Hvis systemet bare har én A/D-omformer, kan problemet ovenfor enkelt løses. Som vist i figur 3 er bakken delt og de analoge og digitale jordseksjonene kobles sammen under A/D-omformeren. Når denne metoden tas i bruk, er det nødvendig å sikre at brobredden mellom de to stedene er lik IC-bredden, og at ingen signallinje kan krysse skilleveggen.

Hvis systemet har mange A/D-omformere, for eksempel 10 A/D-omformere, hvordan kobler man til? Hvis analog og digital jord er tilkoblet under hver A/D-omformer, vil en flerpunktsforbindelse resultere, og isolasjonen mellom analog og digital jord vil være meningsløs. Hvis du ikke gjør det, bryter du produsentens krav.

Den beste måten er å starte med uniform. Som vist i figur 4 er bakken jevnt delt inn i analoge og digitale deler. Denne utformingen oppfyller ikke bare kravene til produsenter av IC-enheter for lavimpedanstilkobling av analoge og digitale jordstifter, men unngår også EMC-problemer forårsaket av sløyfeantenne eller dipolantenne.

Hvis du er i tvil om den enhetlige tilnærmingen til PCB-design med blandet signal, kan du bruke metoden for jordlagspartisjon for å legge ut og rute hele kretskortet. I utformingen bør man være oppmerksom på å gjøre kretskortet lett å kobles sammen med jumpere eller 0 ohm-motstander plassert mindre enn 1/2 tomme fra hverandre i det senere eksperimentet. Vær oppmerksom på sonering og kabling for å sikre at ingen digitale signallinjer er over den analoge delen på alle lag og at ingen analoge signallinjer er over den digitale delen. Dessuten skal ingen signallinje krysse jordgapet eller dele gapet mellom strømkildene. For å teste kortets funksjon og EMC-ytelse, test kortets funksjon og EMC-ytelse på nytt ved å koble de to etasjene sammen via en 0 ohm motstand eller jumper. Ved å sammenligne testresultatene, ble det funnet at i nesten alle tilfeller var den enhetlige løsningen overlegen når det gjelder funksjonalitet og EMC-ytelse sammenlignet med den delte løsningen.

Fungerer metoden for å dele landet fortsatt?

Denne tilnærmingen kan brukes i tre situasjoner: noen medisinske enheter krever svært lav lekkasjestrøm mellom kretser og systemer koblet til pasienten; Utgangen fra noe industrielt prosesskontrollutstyr kan være koblet til støyende og høyeffekts elektromekanisk utstyr; Et annet tilfelle er når LAYOUT av PCB er underlagt spesifikke restriksjoner.

Det er vanligvis separate digitale og analoge strømforsyninger på et PCB-kort med blandet signal som kan og bør ha en delt strømforsyningsflate. Signallinjene ved siden av strømforsyningslaget kan imidlertid ikke krysse gapet mellom strømforsyningene, og alle signallinjene som krysser gapet må være plassert på kretslaget i tilknytning til det store området. I noen tilfeller kan den analoge strømforsyningen utformes med PCB-tilkoblinger i stedet for én side for å unngå splittelse av strømflaten.

Partisjonsdesign av blandet signal PCB

PCB-design med blandet signal er en kompleks prosess, designprosessen bør ta hensyn til følgende punkter:

1. Del kretskortet i separate analoge og digitale deler.

2. Riktig komponentoppsett.

3. A/D-omformer plasseres på tvers av partisjoner.

4. Ikke del bakken. Den analoge delen og den digitale delen av kretskortet er lagt jevnt.

5. I alle lag på tavlen kan det digitale signalet kun rutes i den digitale delen av tavlen.

6. I alle lag på tavlen kan analoge signaler kun rutes i den analoge delen av tavlen.

7. Analog og digital strømseparasjon.

8. Kabling skal ikke spenne over gapet mellom de delte strømforsyningsflatene.

9. Signallinjene som må spenne over gapet mellom de delte strømforsyningene bør plasseres på ledningslaget ved siden av et stort område.

10. Analyser den faktiske banen og modusen for jordstrømmen.

11. Bruk riktige ledningsregler.