ПЦБ- dizajn kola mešovitog signala je veoma komplikovan. Raspored i ožičenje komponenti i obrada žice za napajanje i uzemljenje direktno će uticati na performanse kola i performanse elektromagnetne kompatibilnosti. Dizajn particije uzemljenja i napajanja predstavljen u ovom radu može optimizovati performanse kola sa mešovitim signalom.

Kako smanjiti smetnje između digitalnih i analognih signala? Dva osnovna principa elektromagnetne kompatibilnosti (EMC) moraju se razumeti pre projektovanja: prvi princip je da se minimizira površina strujne petlje; Drugi princip je da sistem koristi samo jednu referentnu ravan. On the contrary, if the system has two reference planes, it is possible to form a dipole antenna (note: the radiation of a small dipole antenna is proportional to the length of the line, the amount of current flowing, and the frequency). Ako se signal ne vrati kroz najmanju moguću petlju, može se formirati velika kružna antena. Avoid both in your design as much as possible.

It has been suggested to separate the digital ground and the analog ground on the mixed-signal circuit board to achieve isolation between the digital ground and the analog ground. Iako je ovaj pristup izvodljiv, on ima mnogo potencijalnih problema, posebno u velikim i složenim sistemima. The most critical problem is not to cross the partition gap wiring, once crossed the partition gap wiring, electromagnetic radiation and signal crosstalk will increase dramatically. The most common problem in PCB design is EMI problem caused by signal line crossing the ground or power supply.

As shown in Figure 1, we use the above segmentation method, and the signal line spans the gap between the two ground, what is the return path of the signal current? Suppose the two partitioned lands are connected at some point (usually a single point at one point), in which case the earth current will form a large loop. The high frequency current flowing through the large loop will generate radiation and high ground inductance. If the low level analog current flowing through the large loop is easy to be interfered by external signals. Najgore je što kada se sekcije spoje zajedno na izvoru napajanja, formira se veoma velika strujna petlja. Pored toga, analogno i digitalno uzemljenje spojeno dugom žicom formiraju dipolnu antenu.

Razumevanje putanje i načina povratnog toka struje u zemlju je ključ za optimizaciju dizajna ploče sa mešovitim signalom. Many design engineers only consider where the signal current flows, ignoring the specific path of the current. Ako se sloj zemlje mora pregraditi i mora se provući kroz razmak između pregrada, može se napraviti veza u jednoj tački između pregrađenog tla kako bi se formirao vezni most između dva sloja uzemljenja, a zatim se uputio kroz spojni most. In this way, a direct current backflow path can be provided below each signal line, resulting in a small loop area.

Optical isolation devices or transformers can also be used to realize the signal crossing the segmentation gap. Za prvu, optički signal je taj koji pokriva jaz segmentacije. U slučaju transformatora, magnetno polje je ono koje obuhvata pregradni razmak. Mogući su i diferencijalni signali: signali ulaze iz jedne linije i vraćaju se iz druge, u kom slučaju se nepotrebno koriste kao povratni putevi.

To explore the interference of digital signal to analog signal, we must first understand the characteristics of high frequency current. Struja visoke frekvencije uvek bira putanju sa najnižom impedansom (induktivnošću) direktno ispod signala, tako da će povratna struja teći kroz susedni sloj kola, bez obzira da li je susedni sloj sloj napajanja ili sloj uzemljenja.

U praksi je generalno poželjnije koristiti uniformnu PCB particiju na analogne i digitalne delove. Analogni signali se rutiraju u analognom regionu svih slojeva ploče, dok se digitalni signali rutiraju u regionu digitalnog kola. U ovom slučaju povratna struja digitalnog signala ne teče u masu analognog signala.

Do smetnji od digitalnih signala do analognih signala dolazi samo kada se digitalni signali usmeravaju ili se analogni signali usmeravaju preko digitalnih delova ploče. This problem is not due to the lack of segmentation, the real reason is the improper wiring of digital signals.

Dizajn PCB-a koristi objedinjenu, kroz particiju digitalnog kola i analognog kola i odgovarajuće signalno ožičenje, obično može da reši neke od težih problema sa rasporedom i ožičenjem, ali takođe nema nekih potencijalnih problema uzrokovanih segmentacijom zemlje. U ovom slučaju, raspored i podela komponenti postaju kritični u određivanju kvaliteta dizajna. If properly laid out, the digital ground current will be limited to the digital part of the board and will not interfere with the analog signal. Such wiring must be carefully checked and checked to ensure 100% compliance with wiring rules. U suprotnom, neispravna signalna linija će potpuno uništiti vrlo dobru ploču.

When connecting analog and digital ground pins of A/D converters together, most A/D converter manufacturers recommend connecting the AGND and DGND pins to the same low-impedance ground using the shortest leads (Note: Pošto većina A/D konvertorskih čipova ne povezuje analogno i digitalno uzemljenje zajedno interno, analogno i digitalno uzemljenje moraju biti povezane preko eksternih pinova), svaka spoljna impedansa povezana na DGND će povezati više digitalnog šuma sa analognim kolom unutar IC-a preko parazita kapacitivnost. Prateći ovu preporuku, i pinovi A/D pretvarača AGND i DGND moraju biti povezani na analognu masu, ali ovaj pristup postavlja pitanja kao što je da li kraj uzemljenja kondenzatora za razdvajanje digitalnog signala treba da bude povezan sa analognom ili digitalnom zemljom.

Ako sistem ima samo jedan A/D konvertor, gornji problem se lako može rešiti. Kao što je prikazano na slici 3, uzemljenje je podeljeno i analogni i digitalni deo uzemljenja su povezani zajedno ispod A/D pretvarača. When this method is adopted, it is necessary to ensure that the bridge width between the two sites is equal to the IC width, and that no signal line can cross the partition gap.

If the system has many A/D converters, for example, 10 A/D converters how to connect? If analog and digital ground are connected under each A/D converter, A multipoint connection will result, and the isolation between analog and digital ground will be meaningless. Ako to ne učinite, prekršite zahteve proizvođača.

Najbolji način je da počnete sa uniformom. As shown in Figure 4, the ground is uniformly divided into analog and digital parts. This layout not only meets the requirements of IC device manufacturers for low impedance connection of analog and digital ground pins, but also avoids EMC problems caused by loop antenna or dipole antenna.

Ako sumnjate u jedinstven pristup dizajna PCB-a sa mešovitim signalom, možete koristiti metod particije sloja zemlje da postavite i usmerite celu ploču. U dizajnu, treba obratiti pažnju na to da se štampana ploča lako poveže zajedno sa kratkospojnicima ili otpornicima od 0 oma koji su međusobno udaljeni manje od 1/2 inča u kasnijem eksperimentu. Obratite pažnju na zoniranje i ožičenje kako biste osigurali da nijedna digitalna signalna linija nije iznad analogne sekcije na svim slojevima i da nijedna analogna signalna linija nije iznad digitalne sekcije. Moreover, no signal line should cross the ground gap or divide the gap between the power sources. Da biste testirali funkciju ploče i EMC performanse, ponovo testirajte funkciju ploče i EMC performanse tako što ćete spojiti dva sprata zajedno preko otpornika od 0 oma ili kratkospojnika. Upoređivanjem rezultata testiranja, ustanovljeno je da je u skoro svim slučajevima objedinjeno rešenje bilo superiornije u pogledu funkcionalnosti i EMC performansi u odnosu na podeljeno rešenje.

Da li metoda podele zemljišta i dalje funkcioniše?

Ovaj pristup se može koristiti u tri situacije: neki medicinski uređaji zahtevaju veoma nisku struju curenja između kola i sistema povezanih sa pacijentom; The output of some industrial process control equipment may be connected to noisy and high-power electromechanical equipment; Drugi slučaj je kada je IZGLED PCB-a podložan određenim ograničenjima.

Obično postoje odvojena digitalna i analogna napajanja na PCB ploči sa mešovitim signalom koja može i treba da ima podeljeno lice napajanja. Međutim, signalne linije u blizini sloja napajanja ne mogu da pređu prazninu između izvora napajanja, a sve signalne linije koje prelaze prazninu moraju biti locirane na sloju kola pored velike površine. U nekim slučajevima, analogno napajanje može biti dizajnirano sa PCB konekcijama, a ne sa jednim licem da bi se izbeglo razdvajanje lica napajanja.

Partition design of mixed signal PCB

Dizajn PCB-a sa mešovitim signalom je složen proces, proces projektovanja treba da obrati pažnju na sledeće tačke:

1. Podijelite PCB na zasebne analogne i digitalne dijelove.

2. Odgovarajući raspored komponenti.

3. A/D konvertor je postavljen preko particija.

4. Ne delite zemlju. The analog part and the digital part of the circuit board are laid uniformly.

5. U svim slojevima ploče, digitalni signal se može usmeriti samo u digitalni deo ploče.

6. U svim slojevima ploče analogni signali se mogu rutirati samo u analognom delu ploče.

7. Analog and digital power separation.

8. Wiring should not span the gap between the split power supply surfaces.

9. Signalne linije koje moraju da pokrivaju jaz između podeljenih izvora napajanja treba da se nalaze na sloju ožičenja pored velike površine.

10. Analizirati stvarnu putanju i način toka struje zemlje.

11. Koristite ispravna pravila ožičenja.