PCB proiectarea circuitului de semnal mixt este foarte complicat. Dispunerea și cablarea componentelor și procesarea sursei de alimentare și a firului de împământare vor afecta direct performanța circuitului și performanța compatibilității electromagnetice. Proiectarea partiției de masă și de alimentare introdusă în această lucrare poate optimiza performanța circuitelor cu semnal mixt.

Cum se reduce interferența dintre semnalele digitale și analogice? Două principii de bază ale compatibilităţii electromagnetice (EMC) trebuie înţelese înainte de proiectare: primul principiu este de a minimiza aria buclei de curent; Al doilea principiu este că sistemul utilizează un singur plan de referință. Dimpotrivă, dacă sistemul are două plane de referință, este posibil să se formeze o antenă dipol (notă: radiația unei antene dipol mici este proporțională cu lungimea liniei, cantitatea de curent care curge și frecvența). Dacă semnalul nu revine prin cea mai mică buclă posibilă, se poate forma o antenă circulară mare. Evitați pe cât posibil ambele în design.

S-a sugerat să se separe împământarea digitală și cea analogică pe placa de circuite cu semnal mixt pentru a realiza izolarea între împământul digital și masa analogică. Deși această abordare este fezabilă, are multe probleme potențiale, în special în sistemele mari și complexe. Cea mai critică problemă este să nu traversați cablajul decalajului partiției, odată ce ați traversat cablajul decalajului partiției, radiația electromagnetică și diafonia semnalului vor crește dramatic. Cea mai frecventă problemă în proiectarea PCB-ului este problema EMI cauzată de linia de semnal care traversează pământul sau sursa de alimentare.

După cum se arată în Figura 1, folosim metoda de segmentare de mai sus, iar linia de semnal se întinde pe decalajul dintre cele două pământuri, care este calea de întoarcere a curentului de semnal? Să presupunem că cele două terenuri împărțite sunt conectate la un moment dat (de obicei un singur punct la un punct), caz în care curentul de pământ va forma o buclă mare. Curentul de înaltă frecvență care curge prin bucla mare va genera radiații și inductanță mare la sol. Dacă curentul analogic de nivel scăzut care curge prin bucla mare este ușor de interferat de semnale externe. Cel mai rău lucru este că atunci când secțiunile sunt conectate împreună la sursa de alimentare, se formează o buclă de curent foarte mare. În plus, pământul analog și digital conectat printr-un fir lung formează o antenă dipol.

Înțelegerea căii și modului de retur a curentului la pământ este cheia pentru optimizarea designului plăcii de circuite cu semnal mixt. Mulți ingineri de proiectare iau în considerare numai unde curge curentul semnalului, ignorând calea specifică a curentului. Dacă stratul de pământ trebuie să fie compartimentat și trebuie să fie direcționat prin golul dintre pereți despărțitori, se poate face o legătură într-un singur punct între pământul despărțit pentru a forma o punte de legătură între cele două straturi de pământ și apoi dirijată prin puntea de legătură. În acest fel, sub fiecare linie de semnal poate fi furnizată o cale de reflux de curent continuu, rezultând o zonă mică de buclă.

Dispozitivele de izolare optică sau transformatoarele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a realiza semnalul care traversează intervalul de segmentare. Pentru primul, semnalul optic este cel care se întinde pe decalajul de segmentare. În cazul unui transformator, câmpul magnetic este cel care se întinde pe spațiul despărțitor. Sunt posibile și semnale diferențiale: semnalele intră de pe o linie și revin de pe cealaltă, caz în care sunt folosite ca căi de retur în mod inutil.

Pentru a explora interferența semnalului digital cu semnalul analogic, trebuie mai întâi să înțelegem caracteristicile curentului de înaltă frecvență. Curentul de înaltă frecvență alege întotdeauna calea cu cea mai mică impedanță (inductanță) direct sub semnal, astfel încât curentul de retur va curge prin stratul de circuit adiacent, indiferent dacă stratul adiacent este stratul de alimentare sau stratul de masă.

În practică, se preferă în general utilizarea unei partiții PCB uniforme în părți analogice și digitale. Semnalele analogice sunt direcționate în regiunea analogică a tuturor straturilor plăcii, în timp ce semnalele digitale sunt direcționate în regiunea circuitului digital. În acest caz, curentul de returnare a semnalului digital nu curge în pământul semnalului analogic.

Interferența de la semnalele digitale la semnalele analogice apare numai atunci când semnalele digitale sunt direcționate peste sau semnalele analogice sunt direcționate peste părțile digitale ale plăcii de circuite. Această problemă nu se datorează lipsei de segmentare, motivul real este cablarea necorespunzătoare a semnalelor digitale.

Designul PCB folosește unificat, prin circuitul digital și partiția circuitului analogic și cablarea semnalului adecvată, de obicei poate rezolva unele dintre problemele mai dificile de aspect și cablare, dar, de asemenea, nu are unele probleme potențiale cauzate de segmentarea solului. În acest caz, aspectul și împărțirea componentelor devin critice în determinarea calității designului. Dacă este aranjat corespunzător, curentul digital de masă va fi limitat la partea digitală a plăcii și nu va interfera cu semnalul analogic. Un astfel de cablaj trebuie verificat și verificat cu atenție pentru a asigura conformitatea 100% cu regulile de cablare. În caz contrar, o linie de semnal necorespunzătoare va distruge complet o placă de circuite foarte bună.

Când conectați împreună pinii de împământare analogi și digitali ai convertoarelor A/D, majoritatea producătorilor de convertoare A/D recomandă conectarea pinii AGND și DGND la aceeași masă de impedanță joasă folosind cele mai scurte cabluri (Notă: Deoarece majoritatea cipurilor convertoare A/D nu conectează împământarea analogică și digitală împreună în interior, masa analogică și digitală trebuie conectată prin pini externi), orice impedanță externă conectată la DGND va cupla mai mult zgomot digital la circuitul analogic din interiorul IC prin intermediul parazitului. capacitate. Urmând această recomandare, atât pinii convertorului A/D AGND, cât și pinii DGND trebuie să fie conectați la masă analogică, dar această abordare ridică întrebări, cum ar fi dacă capătul de masă al condensatorului de decuplare a semnalului digital trebuie conectat la masă analogică sau digitală.

Dacă sistemul are un singur convertor A/D, problema de mai sus poate fi rezolvată cu ușurință. După cum se arată în Figura 3, împământul este împărțit, iar secțiunile de împământare analogică și digitală sunt conectate împreună sub convertorul A/D. Când se adoptă această metodă, este necesar să se asigure că lățimea punții dintre cele două locuri este egală cu lățimea IC și că nicio linie de semnal nu poate traversa golul de partiție.

Dacă sistemul are multe convertoare A/D, de exemplu, 10 convertoare A/D, cum se conectează? Dacă împământarea analogică și digitală sunt conectate sub fiecare convertor A/D, va rezulta o conexiune multipunct, iar izolarea dintre masă analogică și digitală va fi lipsită de sens. Dacă nu o faci, încalci cerințele producătorului.

Cel mai bun mod este să începeți cu o uniformă. După cum se arată în Figura 4, pământul este împărțit uniform în părți analogice și digitale. Acest aspect nu numai că îndeplinește cerințele producătorilor de dispozitive IC pentru conexiunea cu impedanță scăzută a pinilor de împământare analogi și digitali, dar evită și problemele EMC cauzate de antena buclă sau antena dipol.

Dacă aveți îndoieli cu privire la abordarea unificată a designului PCB cu semnal mixt, puteți utiliza metoda partiției stratului de masă pentru a așeza și a direcționa întreaga placă de circuit. În proiectare, trebuie acordată atenție pentru ca placa de circuit să fie ușor de conectat împreună cu jumperi sau rezistențe de 0 ohmi distanțate la mai puțin de 1/2 inch în experimentul ulterior. Acordați atenție zonei și cablajului pentru a vă asigura că nicio linie de semnal digital nu se află deasupra secțiunii analogice pe toate straturile și că nicio linie de semnal analogic nu este deasupra secțiunii digitale. Mai mult, nicio linie de semnal nu trebuie să traverseze golul de masă sau să împartă decalajul între sursele de alimentare. Pentru a testa funcția plăcii și performanța EMC, retestați funcția plăcii și performanța EMC conectând cele două etaje împreună printr-un rezistor sau un jumper de 0 ohmi. Comparând rezultatele testelor, s-a constatat că în aproape toate cazurile, soluția unificată a fost superioară în ceea ce privește funcționalitatea și performanța EMC față de soluția split.

Mai funcționează metoda de împărțire a terenului?

Această abordare poate fi utilizată în trei situații: unele dispozitive medicale necesită un curent de scurgere foarte scăzut între circuite și sisteme conectate la pacient; Ieșirea unor echipamente de control al proceselor industriale poate fi conectată la echipamente electromecanice zgomotoase și de mare putere; Un alt caz este atunci când DISPOZIȚIA PCB-ului este supusă unor restricții specifice.

De obicei, există surse de alimentare digitale și analogice separate pe o placă PCB cu semnal mixt care poate și ar trebui să aibă o suprafață de alimentare divizată. Cu toate acestea, liniile de semnal adiacente stratului de alimentare nu pot traversa decalajul dintre sursele de alimentare și toate liniile de semnal care traversează decalajul trebuie să fie situate pe stratul de circuit adiacent zonei mari. În unele cazuri, sursa de alimentare analogică poate fi proiectată cu conexiuni PCB, mai degrabă decât cu o singură față, pentru a evita divizarea feței de alimentare.

Proiectarea partiției PCB cu semnal mixt

Proiectarea PCB cu semnal mixt este un proces complex, procesul de proiectare ar trebui să acorde atenție următoarelor puncte:

1. Împărțiți PCB-ul în părți analogice și digitale separate.

2. Dispunerea corectă a componentelor.

3. Convertorul A/D este plasat peste partiții.

4. Nu împărți pământul. Partea analogică și partea digitală a plăcii de circuite sunt așezate uniform.

5. În toate straturile plăcii, semnalul digital poate fi direcționat numai în partea digitală a plăcii.

6. În toate straturile plăcii, semnalele analogice pot fi direcționate numai în partea analogică a plăcii.

7. Separarea puterii analogice și digitale.

8. Cablajul nu trebuie să acopere golul dintre suprafețele despărțite ale sursei de alimentare.

9. Liniile de semnal care trebuie să acopere decalajul dintre sursele de alimentare divizate ar trebui să fie amplasate pe stratul de cablare adiacent unei suprafețe mari.

10. Analizați calea reală și modul de curgere a curentului de pământ.

11. Utilizați regulile de cablare corecte.