Аннотация: Проектирование схемы смешанных сигналов. печатная плата очень сложно. Компоновка и разводка компонентов, а также обработка источника питания и заземляющего провода напрямую влияют на характеристики схемы и характеристики электромагнитной совместимости. Разделение земли и питания, представленное в этой статье, может оптимизировать работу схем со смешанными сигналами.

Как уменьшить взаимные помехи между цифровым и аналоговым сигналами? Перед проектированием мы должны понять два основных принципа электромагнитной совместимости (ЭМС): первый принцип – минимизировать площадь токовой петли; Второй принцип заключается в том, что система использует только одну опорную поверхность. Напротив, если система имеет две опорные плоскости, можно сформировать дипольную антенну (Примечание: размер излучения небольшой дипольной антенны пропорционален длине линии, величине протекающего тока и частоте); и если сигнал не может пройти в максимально возможной степени Возврат малой петли может образовать большую рамочную антенну (Примечание: размер излучения маленькой рамочной антенны пропорционален площади петли, току, протекающему через петлю, и квадрату частоты). По возможности избегайте этих двух ситуаций в дизайне.

Предлагается разделить цифровое заземление и аналоговое заземление на печатной плате смешанных сигналов, чтобы можно было добиться изоляции между цифровой землей и аналоговой землей. Хотя этот метод осуществим, существует множество потенциальных проблем, особенно в сложных крупномасштабных системах. Самая серьезная проблема заключается в том, что его нельзя направить через разрыв разделения. После того, как разделительный зазор будет проложен, электромагнитное излучение и перекрестные помехи резко увеличатся. Наиболее распространенная проблема в конструкции печатной платы заключается в том, что сигнальная линия пересекает разделенную землю или источник питания и создает проблемы с электромагнитными помехами.

Как создать разделение на печатной плате со смешанными сигналами

Как показано на рисунке 1, мы используем вышеупомянутый метод деления, и сигнальная линия пересекает разрыв между двумя землями. Каков обратный путь сигнального тока? Предполагая, что два разделенных заземления где-то соединены вместе (обычно это одноточечное соединение в определенном месте), в этом случае ток заземления будет образовывать большую петлю. Высокочастотный ток, протекающий через большой контур, генерирует излучение и высокую индуктивность заземления. Если аналоговый ток низкого уровня протекает через большую петлю, току легко мешают внешние сигналы. Хуже всего то, что когда разделенные земли соединяются вместе в источнике питания, образуется очень большая токовая петля. Кроме того, аналоговая земля и цифровая земля соединены длинным проводом, образуя дипольную антенну.

Понимание пути и метода возврата тока на землю является ключом к оптимизации конструкции печатной платы со смешанными сигналами. Многие инженеры-конструкторы учитывают только то, где протекает сигнальный ток, и игнорируют конкретный путь тока. Если слой заземления должен быть разделен, и проводка должна быть проложена через зазор между перегородками, можно выполнить одноточечное соединение между разделенными заземлениями, чтобы сформировать соединительный мост между двумя заземлениями, а затем выполнить проводку через соединительный мост. . Таким образом, под каждой сигнальной линией может быть предусмотрен обратный путь постоянного тока, так что формируемая площадь петли будет небольшой.

Использование устройств оптической развязки или трансформаторов также может обеспечить передачу сигнала через разрыв сегментации. В первом случае это оптический сигнал, который пересекает разрыв сегментации; в случае трансформатора это магнитное поле, которое пересекает разрыв сегментации. Другой возможный метод – использовать дифференциальные сигналы: сигнал поступает из одной линии и возвращается из другой сигнальной линии. В этом случае земля в качестве обратного пути не нужна.

Чтобы глубоко изучить влияние цифровых сигналов на аналоговые, мы должны сначала понять характеристики высокочастотных токов. Для высокочастотных токов всегда выбирайте путь с наименьшим импедансом (наименьшей индуктивностью) и непосредственно под сигналом, чтобы обратный ток протекал через соседний слой схемы, независимо от того, является ли соседний слой слоем мощности или слоем заземления. .

В реальной работе обычно используют единое заземление и делят плату на аналоговую и цифровую части. Аналоговый сигнал направляется в аналоговую область всех слоев печатной платы, а цифровой сигнал маршрутизируется в области цифровой схемы. В этом случае обратный ток цифрового сигнала не будет течь на землю аналогового сигнала.

Только когда цифровой сигнал подключен к аналоговой части печатной платы или аналоговый сигнал подключен к цифровой части печатной платы, появится интерференция цифрового сигнала с аналоговым сигналом. Такого рода проблем не возникает, потому что нет разделенного заземления, настоящая причина – неправильная разводка цифрового сигнала.

В конструкции печатной платы используется единое заземление через разделение цифровых и аналоговых схем и соответствующую сигнальную проводку, что обычно может решить некоторые более сложные проблемы с компоновкой и проводкой, и в то же время это не вызовет некоторых потенциальных проблем, вызванных разделением заземления. В этом случае расположение и разделение компонентов становится ключом к определению плюсов и минусов дизайна. Если компоновка является разумной, цифровой ток заземления будет ограничен цифровой частью печатной платы и не будет мешать аналоговому сигналу. Такая проводка должна быть тщательно проверена и проверена, чтобы гарантировать, что правила электромонтажа соблюдаются на 100%. В противном случае неправильная прокладка сигнальной линии полностью разрушит в остальном очень хорошую печатную плату.

При соединении контактов аналогового заземления и цифрового заземления аналого-цифрового преобразователя большинство производителей аналого-цифрового преобразователя предлагают: Подключите контакты AGND и DGND к одной и той же земле с низким сопротивлением через самый короткий провод. (Примечание: поскольку большинство микросхем аналого-цифрового преобразователя не соединяют аналоговую землю и цифровую землю вместе, аналоговая и цифровая земля должны быть подключены через внешние контакты.) Любой внешний импеданс, подключенный к DGND, будет проходить через паразитную емкость. Больше цифрового шума связано с аналоговыми цепями внутри ИС. В соответствии с этой рекомендацией вам необходимо подключить контакты AGND и DGND аналого-цифрового преобразователя к аналоговой земле, но этот метод вызовет проблемы, такие как необходимость подключения клеммы заземления конденсатора развязки цифрового сигнала к аналоговой земле. или цифровая земля.

Как создать разделение на печатной плате со смешанными сигналами

Если в системе есть только один аналого-цифровой преобразователь, вышеуказанные проблемы можно легко решить. Как показано на рисунке 3, разделите землю и соедините аналоговую землю и цифровую землю вместе под аналого-цифровым преобразователем. При использовании этого метода необходимо убедиться, что ширина соединительного моста между двумя заземлениями равна ширине ИС, и никакая сигнальная линия не может пересекать разделительный зазор.

Если в системе много аналого-цифровых преобразователей, например, как подключить 10 аналого-цифровых преобразователей? Если аналоговая земля и цифровая земля соединены вместе под каждым аналого-цифровым преобразователем, создается многоточечное соединение, и изоляция между аналоговой землей и цифровой землей не имеет смысла. Если вы не подключитесь таким образом, это нарушит требования производителя.