PCB načrtovanje mešanega signalnega vezja je zelo zapleteno. Postavitev in ožičenje komponent ter obdelava napajalne in ozemljitvene žice bo neposredno vplivala na zmogljivost vezja in zmogljivost elektromagnetne združljivosti. Zasnova particije ozemljitve in napajanja, predstavljena v tem prispevku, lahko optimizira delovanje vezij z mešanimi signali.

Kako zmanjšati motnje med digitalnimi in analognimi signali? Pred načrtovanjem je treba razumeti dve osnovni principi elektromagnetne združljivosti (EMC): prvo načelo je zmanjšati površino tokovne zanke; Drugo načelo je, da sistem uporablja samo eno referenčno ravnino. Nasprotno, če ima sistem dve referenčni ravnini, je mogoče oblikovati dipolno anteno (opomba: sevanje majhne dipolne antene je sorazmerno z dolžino linije, količino toka, ki teče, in frekvenco). Če se signal ne vrne skozi najmanjšo možno zanko, se lahko oblikuje velika krožna antena. Izogibajte se obojemu v svojem dizajnu, kolikor je le mogoče.

Predlagano je bilo ločiti digitalno ozemljitev in analogno ozemljitev na vezju z mešanim signalom, da se doseže izolacija med digitalno ozemljitev in analogno ozemljitev. Čeprav je ta pristop izvedljiv, ima veliko možnih težav, zlasti v velikih in zapletenih sistemih. Najbolj kritična težava je, da ne prečkate ožičenja med pregradno režo, ko boste prečkali ožičenje med pregradno režo, se bo elektromagnetno sevanje in preslušavanje signala dramatično povečalo. Najpogostejša težava pri načrtovanju PCB je težava EMI, ki jo povzroči signalna linija, ki prečka zemljo ali napajalnik.

Kot je prikazano na sliki 1, uporabljamo zgornjo metodo segmentacije in signalna linija se razteza med dvema ozemljima, kakšna je povratna pot signalnega toka? Recimo, da sta dve razdeljeni deželi povezani na neki točki (običajno ena točka na eni točki), v tem primeru bo zemeljski tok tvoril veliko zanko. Visokofrekvenčni tok, ki teče skozi veliko zanko, bo ustvaril sevanje in visoko induktivnost tal. Če lahko zunanji signali zlahka motijo ​​analogni tok nizke ravni, ki teče skozi veliko zanko. Najslabše je, da ko so odseki povezani skupaj na vir napajanja, nastane zelo velika tokovna zanka. Poleg tega analogna in digitalna ozemljitev, povezana z dolgo žico, tvorita dipolno anteno.

Razumevanje poti in načina toka povratnega toka v zemljo je ključ do optimizacije zasnove vezij z mešanimi signali. Mnogi oblikovalci upoštevajo le, kje teče signalni tok, pri čemer ne upoštevajo specifične poti toka. Če je treba ozemljitveno plast pregraditi in jo je treba napeljati skozi režo med predelnimi stenami, je mogoče med pregrajeno tlemi vzpostaviti enotočkovno povezavo, da se tvori povezovalni most med obema ozemljitvenima slojema in nato speljan skozi povezovalni most. Na ta način je mogoče zagotoviti pot povratnega toka enosmernega toka pod vsako signalno črto, kar ima za posledico majhno območje zanke.

Optične izolacijske naprave ali transformatorji se lahko uporabljajo tudi za realizacijo signala, ki prečka segmentacijsko vrzel. Pri prvem je optični signal, ki zajema segmentacijsko vrzel. V primeru transformatorja je magnetno polje tisto, ki obsega pregradno režo. Možni so tudi diferencialni signali: signali prihajajo iz ene linije in se vračajo iz druge, v tem primeru se po nepotrebnem uporabljajo kot poti povratnega toka.

Za raziskovanje motenj digitalnega signala v analogni signal moramo najprej razumeti značilnosti visokofrekvenčnega toka. Visokofrekvenčni tok vedno izbere pot z najnižjo impedanco (induktivnost) neposredno pod signalom, tako da bo povratni tok tekel skozi sosednji sloj vezja, ne glede na to, ali je sosednja plast napajalna ali ozemljitvena.

V praksi je na splošno prednostna uporaba enotne PCB particije na analogne in digitalne dele. Analogni signali se usmerjajo v analogno območje vseh slojev plošče, digitalni signali pa v območje digitalnega vezja. V tem primeru povratni tok digitalnega signala ne teče v ozemljitev analognega signala.

Do motenj iz digitalnih signalov v analogne signale pride le, ko so digitalni signali usmerjeni ali so analogni signali usmerjeni preko digitalnih delov vezja. Ta težava ni posledica pomanjkanja segmentacije, pravi razlog je nepravilno ožičenje digitalnih signalov.

Zasnova tiskanega vezja uporablja poenoteno, prek particije digitalnega in analognega vezja ter ustreznega signalnega ožičenja, običajno lahko reši nekatere težje težave pri postavitvi in ​​ožičenju, vendar tudi nima morebitnih težav, ki jih povzroča segmentacija tal. V tem primeru postaneta postavitev in razdelitev komponent ključnega pomena pri določanju kakovosti zasnove. Če je pravilno razporejen, bo digitalni ozemljitveni tok omejen na digitalni del plošče in ne bo motil analognega signala. Takšno ožičenje je treba skrbno preveriti in preveriti, da se zagotovi 100-odstotna skladnost s pravili ožičenja. V nasprotnem primeru bo nepravilna signalna linija popolnoma uničila zelo dobro vezje.

Ko povezujete analogne in digitalne ozemljitvene nožice A/D pretvornikov skupaj, večina proizvajalcev A/D pretvornikov priporoča, da priključite nožice AGND in DGND na isto ozemljitev z nizko impedanco z uporabo najkrajših vodnikov (Opomba: Ker večina A/D pretvorniških čipov ne povezuje analogne in digitalne ozemljitve skupaj, morata biti analogna in digitalna ozemljitev povezana z zunanjimi zatiči), bo vsaka zunanja impedanca, povezana z DGND, povezala več digitalnega hrupa z analognim vezjem znotraj IC preko parazitskega kapacitivnost. Po tem priporočilu je treba tako zatiča A/D pretvornika AGND kot DGND priključiti na analogno ozemljitev, vendar ta pristop sproža vprašanja, na primer, ali je treba ozemljitveni konec kondenzatorja za ločevanje digitalnega signala povezati na analogno ali digitalno ozemljitev.

Če ima sistem samo en A/D pretvornik, je zgornji problem mogoče enostavno rešiti. Kot je prikazano na sliki 3, je ozemljitev razdeljena, analogni in digitalni ozemljitveni del pa sta povezana skupaj pod A/D pretvornikom. Ko je ta metoda sprejeta, je treba zagotoviti, da je širina mostu med obema mestoma enaka širini IC in da nobena signalna črta ne more prečkati pregradne vrzeli.

Če ima sistem veliko A/D pretvornikov, na primer 10 A/D pretvornikov, kako povezati? Če sta analogna in digitalna ozemljitev povezana pod vsakim A/D pretvornikom, bo nastala večtočkovna povezava in izolacija med analogno in digitalno ozemljitev bo nesmiselna. Če tega ne storite, kršite zahteve proizvajalca.

Najboljši način je začeti z uniformo. Kot je prikazano na sliki 4, je tla enakomerno razdeljena na analogni in digitalni del. Ta postavitev ne izpolnjuje le zahtev proizvajalcev IC naprav za nizko impedančno povezavo analognih in digitalnih ozemljitvenih zatičev, temveč se tudi izogne ​​EMC težavam, ki jih povzroča zančna antena ali dipolna antena.

Če dvomite o enotnem pristopu načrtovanja PCB z mešanimi signali, lahko uporabite metodo particije ozemljitvenega sloja, da postavite in usmerite celotno vezje. Pri načrtovanju je treba paziti, da je vezje enostavno povezati skupaj s skakalci ali 0 ohmskimi upori, ki so v poznejšem poskusu oddaljeni manj kot 1/2 palca. Bodite pozorni na zoniranje in ožičenje, da zagotovite, da nobena digitalna signalna linija ni nad analognim odsekom na vseh slojih in da nobena analogna signalna linija ni nad digitalnim odsekom. Poleg tega nobena signalna linija ne sme prečkati talne vrzeli ali deliti vrzeli med viri energije. Če želite preizkusiti delovanje plošče in zmogljivost EMC, ponovno preizkusite delovanje plošče in zmogljivost EMC tako, da povežete obe etaži skupaj preko 0 ohmskega upora ali mostička. S primerjavo rezultatov testiranja je bilo ugotovljeno, da je bila poenotena rešitev v skoraj vseh primerih boljša glede na funkcionalnost in EMC zmogljivost v primerjavi z razdeljeno rešitvijo.

Ali metoda delitve zemljišča še deluje?

Ta pristop je mogoče uporabiti v treh situacijah: nekatere medicinske naprave zahtevajo zelo nizek uhajajoči tok med vezji in sistemi, povezanimi s pacientom; Izhod nekatere opreme za nadzor industrijskih procesov je lahko povezan s hrupno in visoko zmogljivo elektromehansko opremo; Drug primer je, ko je POSTAVITEV PCB-ja predmet posebnih omejitev.

Na plošči PCB z mešanimi signali sta običajno ločeni digitalni in analogni napajalniki, ki lahko in morajo imeti deljeno napajalno stran. Vendar pa signalne linije, ki mejijo na napajalno plast, ne morejo prečkati vrzeli med napajalniki in vse signalne linije, ki prečkajo vrzel, morajo biti nameščene na sloju vezja, ki meji na veliko območje. V nekaterih primerih je lahko analogni napajalnik zasnovan s PCB povezavami in ne z eno stranjo, da se prepreči razdelitev napajalne površine.

Oblikovanje particij PCB z mešanim signalom

Zasnova PCB z mešanim signalom je zapleten proces, pri načrtovanju je treba biti pozoren na naslednje točke:

1. PCB razdelite na ločene analogne in digitalne dele.

2. Pravilna postavitev komponent.

3. A/D pretvornik je nameščen čez particije.

4. Ne delite tal. Analogni del in digitalni del vezja sta položena enotno.

5. V vseh slojih plošče je digitalni signal mogoče usmerjati samo v digitalni del plošče.

6. V vseh slojih plošče se lahko analogni signali usmerjajo samo v analogni del plošče.

7. Analogno in digitalno ločevanje moči.

8. Ožičenje ne sme zajemati vrzeli med deljenima površinama napajalnika.

9. Signalne linije, ki morajo pokrivati ​​vrzel med razdeljenimi napajalniki, morajo biti nameščene na sloju ožičenja, ki meji na veliko območje.

10. Analizirajte dejansko pot in način toka zemeljskega toka.

11. Uporabite pravilna pravila ožičenja.