PCB Dizajni i qarkut të sinjalit të përzier është shumë i ndërlikuar. Paraqitja dhe instalimet elektrike të komponentëve dhe përpunimi i furnizimit me energji elektrike dhe telit të tokëzimit do të ndikojnë drejtpërdrejt në performancën e qarkut dhe performancën e përputhshmërisë elektromagnetike. Dizajni i ndarjes së tokës dhe furnizimit me energji i prezantuar në këtë punim mund të optimizojë performancën e qarqeve me sinjal të përzier.

Si të zvogëloni ndërhyrjen midis sinjaleve dixhitale dhe analoge? Dy parime bazë të përputhshmërisë elektromagnetike (EMC) duhet të kuptohen përpara projektimit: parimi i parë është minimizimi i sipërfaqes së qarkut aktual; Parimi i dytë është se sistemi përdor vetëm një plan referencë. Përkundrazi, nëse sistemi ka dy plane referimi, është e mundur të formohet një antenë dipole (shënim: rrezatimi i një antene të vogël dipole është proporcional me gjatësinë e linjës, sasinë e rrymës që rrjedh dhe frekuencën). Nëse sinjali nuk kthehet përmes lakut më të vogël të mundshëm, mund të formohet një antenë e madhe rrethore. Shmangni të dyja në dizajnin tuaj sa më shumë që të jetë e mundur.

Është sugjeruar që të ndahet toka dixhitale dhe toka analoge në tabelën e qarkut me sinjal të përzier për të arritur izolimin midis tokës dixhitale dhe tokës analoge. Edhe pse kjo qasje është e realizueshme, ajo ka shumë probleme potenciale, veçanërisht në sistemet e mëdha dhe komplekse. Problemi më kritik është të mos kaloni instalime elektrike në hendekun e ndarjes, pasi të kaloni instalimet elektrike të hendekut të ndarjes, rrezatimi elektromagnetik dhe ndërlidhja e sinjalit do të rriten në mënyrë dramatike. Problemi më i zakonshëm në dizajnimin e PCB-ve është problemi i EMI i shkaktuar nga kalimi i linjës së sinjalit nga toka ose furnizimi me energji elektrike.

Siç tregohet në figurën 1, ne përdorim metodën e segmentimit të mësipërm, dhe linja e sinjalit përfshin hendekun midis dy tokave, cila është rruga e kthimit të rrymës së sinjalit? Supozoni se dy tokat e ndara janë të lidhura në një pikë (zakonisht një pikë e vetme në një pikë), në të cilin rast rryma e tokës do të formojë një lak të madh. Rryma e frekuencës së lartë që rrjedh nëpër lakun e madh do të gjenerojë rrezatim dhe induktivitet të lartë të tokës. Nëse rryma analoge e nivelit të ulët që rrjedh nëpër lakun e madh është e lehtë të ndërhyhet nga sinjalet e jashtme. Gjëja më e keqe është se kur seksionet lidhen së bashku në burimin e energjisë, formohet një lak shumë i madh aktual. Përveç kësaj, toka analoge dhe dixhitale e lidhur me një tel të gjatë formojnë një antenë dipole.

Kuptimi i rrugës dhe mënyrës së kthimit aktual në tokë është çelësi për të optimizuar dizajnin e tabelës së qarkut me sinjal të përzier. Shumë inxhinierë të projektimit marrin parasysh vetëm se ku rrjedh rryma e sinjalit, duke injoruar rrugën specifike të rrymës. Nëse shtresa e tokës duhet të ndahet dhe duhet të kalohet përmes hendekut midis ndarjeve, mund të bëhet një lidhje me një pikë midis tokës së ndarë për të formuar një urë lidhëse midis dy shtresave të tokës dhe më pas të kalohet përmes urës lidhëse. Në këtë mënyrë, një rrugë e kthimit të rrymës direkte mund të sigurohet poshtë çdo linje sinjali, duke rezultuar në një zonë të vogël lak.

Pajisjet e izolimit optik ose transformatorët mund të përdoren gjithashtu për të realizuar sinjalin që kalon hendekun e segmentimit. Për të parën, është sinjali optik që përfshin hendekun e segmentimit. Në rastin e një transformatori, është fusha magnetike që përfshin hendekun e ndarjes. Sinjalet diferenciale janë gjithashtu të mundshme: sinjalet hyjnë nga njëra linjë dhe kthehen nga tjetra, me ç’rast ato përdoren si shtigje të kthimit prapa pa nevojë.

Për të eksploruar ndërhyrjen e sinjalit dixhital në sinjalin analog, së pari duhet të kuptojmë karakteristikat e rrymës me frekuencë të lartë. Rryma me frekuencë të lartë zgjedh gjithmonë shtegun me impedancën (induktivitetin) më të ulët direkt nën sinjal, kështu që rryma e kthimit do të rrjedhë përmes shtresës së qarkut ngjitur, pavarësisht nëse shtresa ngjitur është shtresa e furnizimit me energji elektrike apo shtresa e tokës.

Në praktikë, përgjithësisht preferohet të përdoret një ndarje uniforme PCB në pjesë analoge dhe dixhitale. Sinjalet analoge drejtohen në rajonin analog të të gjitha shtresave të tabelës, ndërsa sinjalet dixhitale drejtohen në rajonin e qarkut dixhital. Në këtë rast, rryma e kthimit të sinjalit dixhital nuk rrjedh në tokën e sinjalit analog.

Ndërhyrja nga sinjalet dixhitale në sinjalet analoge ndodh vetëm kur sinjalet dixhitale kalojnë ose sinjalet analoge kalojnë mbi pjesët dixhitale të tabelës së qarkut. Ky problem nuk është për shkak të mungesës së segmentimit, arsyeja e vërtetë është instalimi i gabuar i sinjaleve dixhitale.

Dizajni i PCB përdor unifikuar, përmes qarkut dixhital dhe ndarjes së qarkut analog dhe instalimeve elektrike të sinjalit të duhur, zakonisht mund të zgjidhë disa nga problemet më të vështira të paraqitjes dhe instalimeve elektrike, por gjithashtu nuk ka ndonjë problem të mundshëm të shkaktuar nga segmentimi i tokës. Në këtë rast, paraqitja dhe ndarja e komponentëve bëhet kritike në përcaktimin e cilësisë së dizajnit. Nëse vendoset siç duhet, rryma dixhitale e tokës do të kufizohet në pjesën dixhitale të tabelës dhe nuk do të ndërhyjë me sinjalin analog. Instalimet e tilla duhet të kontrollohen dhe kontrollohen me kujdes për të siguruar përputhjen 100% me rregullat e instalimeve elektrike. Përndryshe, një linjë sinjali jo e duhur do të shkatërrojë plotësisht një bord qarku shumë të mirë.

Kur lidhni së bashku kunjat e tokëzimit analog dhe dixhital të konvertuesve A/D, shumica e prodhuesve të konvertuesve A/D rekomandojnë lidhjen e kunjave AGND dhe DGND me të njëjtën tokë me rezistencë të ulët duke përdorur kabllot më të shkurtër (Shënim: Për shkak se shumica e çipave të konvertuesit A/D nuk lidhin tokën analoge dhe dixhitale së bashku nga brenda, toka analoge dhe dixhitale duhet të lidhen nëpërmjet kunjave të jashtme), çdo impedancë e jashtme e lidhur me DGND do të bashkojë më shumë zhurmë dixhitale në qarkun analog brenda IC nëpërmjet parazitit. kapaciteti. Pas këtij rekomandimi, të dy kunjat e konvertuesit A/D AGND dhe DGND duhet të lidhen me tokën analoge, por kjo qasje ngre pyetje të tilla si nëse fundi i tokës së kondensatorit të shkëputjes së sinjalit dixhital duhet të lidhet me tokën analoge apo dixhitale.

Nëse sistemi ka vetëm një konvertues A/D, problemi i mësipërm mund të zgjidhet lehtësisht. Siç tregohet në figurën 3, toka është e ndarë dhe seksionet e tokës analoge dhe dixhitale janë të lidhura së bashku nën konvertuesin A/D. Kur miratohet kjo metodë, është e nevojshme të sigurohet që gjerësia e urës midis dy vendeve të jetë e barabartë me gjerësinë e IC dhe që asnjë linjë sinjali nuk mund të kalojë hendekun e ndarjes.

Nëse sistemi ka shumë konvertues A/D, për shembull, 10 konvertues A/D si të lidheni? Nëse toka analoge dhe dixhitale janë të lidhura nën çdo konvertues A/D, do të rezultojë një lidhje me shumë pika dhe izolimi midis tokës analoge dhe dixhitale do të jetë i pakuptimtë. Nëse nuk e bëni këtë, ju shkelni kërkesat e prodhuesit.

Mënyra më e mirë është të filloni me një uniformë. Siç tregohet në figurën 4, toka është e ndarë në mënyrë uniforme në pjesë analoge dhe dixhitale. Ky plan urbanistik jo vetëm që plotëson kërkesat e prodhuesve të pajisjeve IC për lidhjen me impedancë të ulët të kunjave të tokës analoge dhe dixhitale, por gjithashtu shmang problemet EMC të shkaktuara nga antena me unazë ose antena dipole.

Nëse keni dyshime për qasjen e unifikuar të dizajnit të PCB-ve me sinjal të përzier, mund të përdorni metodën e ndarjes së shtresës së tokës për të shtruar dhe drejtuar të gjithë tabelën e qarkut. Në dizajn, duhet t’i kushtohet vëmendje për ta bërë bordin e qarkut të lehtë për t’u lidhur së bashku me kërcyes ose rezistorë 0 om të vendosur më pak se 1/2 inç larg njëra-tjetrës në eksperimentin e mëvonshëm. Kushtojini vëmendje zonimit dhe instalimeve elektrike për të siguruar që asnjë linjë sinjali dixhital të mos jetë mbi seksionin analog në të gjitha shtresat dhe që asnjë linja sinjali analog të mos jetë mbi seksionin dixhital. Për më tepër, asnjë linjë sinjali nuk duhet të kalojë hendekun e tokës ose të ndajë hendekun midis burimeve të energjisë. Për të testuar funksionin e tabelës dhe performancën EMC, ritestoni funksionin e tabelës dhe performancën EMC duke lidhur dy katet së bashku nëpërmjet një rezistence ose kërcyese 0 om. Duke krahasuar rezultatet e testit, u zbulua se pothuajse në të gjitha rastet, zgjidhja e unifikuar ishte superiore për sa i përket funksionalitetit dhe performancës EMC në krahasim me zgjidhjen e ndarë.

A funksionon ende metoda e ndarjes së tokës?

Kjo qasje mund të përdoret në tre situata: disa pajisje mjekësore kërkojnë rrymë rrjedhjeje shumë të ulët ndërmjet qarqeve dhe sistemeve të lidhura me pacientin; Prodhimi i disa pajisjeve të kontrollit të procesit industrial mund të lidhet me pajisje elektromekanike të zhurmshme dhe me fuqi të lartë; Një rast tjetër është kur LAYOUT-i i PCB-së i nënshtrohet kufizimeve specifike.

Zakonisht ka furnizime të veçanta të energjisë dixhitale dhe analoge në një tabelë PCB me sinjal të përzier që mund dhe duhet të ketë një faqe të ndarë të furnizimit me energji elektrike. Sidoqoftë, linjat e sinjalit ngjitur me shtresën e furnizimit me energji nuk mund të kalojnë hendekun midis furnizimit me energji dhe të gjitha linjat e sinjalit që kalojnë hendekun duhet të vendosen në shtresën e qarkut ngjitur me zonën e madhe. Në disa raste, furnizimi me energji analoge mund të projektohet me lidhje PCB dhe jo me një fytyrë për të shmangur ndarjen e rrymës.

Dizajni i ndarjes së PCB me sinjal të përzier

Dizajni i PCB-ve me sinjal të përzier është një proces kompleks, procesi i projektimit duhet t’i kushtojë vëmendje pikave të mëposhtme:

1. Ndani PCB-në në pjesë të veçanta analoge dhe dixhitale.

2. Paraqitja e duhur e komponentëve.

3. Konvertuesi A/D vendoset nëpër ndarje.

4. Mos e ndani tokën. Pjesa analoge dhe pjesa dixhitale e tabelës së qarkut vendosen në mënyrë uniforme.

5. Në të gjitha shtresat e tabelës, sinjali dixhital mund të drejtohet vetëm në pjesën dixhitale të tabelës.

6. Në të gjitha shtresat e tabelës, sinjalet analoge mund të drejtohen vetëm në pjesën analoge të tabelës.

7. Ndarja e fuqisë analoge dhe dixhitale.

8. Lidhja elektrike nuk duhet të përfshijë hendekun midis sipërfaqeve të ndara të furnizimit me energji elektrike.

9. Linjat e sinjalit që duhet të përshkojnë hendekun midis furnizimit me energji të ndarë duhet të vendosen në shtresën e instalimeve elektrike ngjitur me një zonë të madhe.

10. Analizoni rrugën aktuale dhe mënyrën e rrjedhjes së rrymës së tokës.

11. Përdorni rregulla të sakta për instalime elektrike.