Abstract: Ang disenyo ng mixed-signal circuit PCB ay napakakomplikado. Ang layout at mga kable ng mga bahagi at ang pagproseso ng power supply at ground wire ay direktang makakaapekto sa pagganap ng circuit at pagganap ng electromagnetic compatibility. Ang disenyo ng partisyon ng lupa at kapangyarihan na ipinakilala sa artikulong ito ay maaaring mag-optimize ng pagganap ng mga mixed-signal circuit.

Paano bawasan ang mutual interference sa pagitan ng digital signal at analog signal? Bago magdisenyo, dapat nating maunawaan ang dalawang pangunahing mga prinsipyo ng electromagnetic compatibility (EMC): Ang unang prinsipyo ay upang mabawasan ang lugar ng kasalukuyang loop; ang pangalawang prinsipyo ay ang sistema ay gumagamit lamang ng isang reference surface. Sa kabaligtaran, kung ang sistema ay may dalawang reference na eroplano, posible na bumuo ng isang dipole antenna (Tandaan: ang laki ng radiation ng isang maliit na dipole antenna ay proporsyonal sa haba ng linya, ang dami ng kasalukuyang dumadaloy at ang dalas); at kung hindi makapasa ang signal hangga’t maaari Ang pagbabalik ng isang maliit na loop ay maaaring bumuo ng isang malaking loop antenna (Tandaan: ang laki ng radiation ng isang maliit na loop antenna ay proporsyonal sa lugar ng loop, ang kasalukuyang dumadaloy sa loop, at ang parisukat ng dalas). Iwasan ang dalawang sitwasyong ito hangga’t maaari sa disenyo.

Iminumungkahi na paghiwalayin ang digital ground at analog ground sa mixed-signal circuit board, upang makamit ang paghihiwalay sa pagitan ng digital ground at analog ground. Bagama’t magagawa ang pamamaraang ito, maraming potensyal na problema, lalo na sa kumplikadong malalaking sistema. Ang pinaka-kritikal na problema ay hindi ito maaaring i-ruta sa puwang ng dibisyon. Kapag nai-ruta na ang division gap, tataas nang husto ang electromagnetic radiation at signal crosstalk. Ang pinakakaraniwang problema sa disenyo ng PCB ay ang linya ng signal ay tumatawid sa nahahati na lupa o power supply at bumubuo ng mga problema sa EMI.

Paano makamit ang disenyo ng partition ng mixed-signal PCB

Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ginagamit namin ang nabanggit na paraan ng paghahati, at ang linya ng signal ay tumatawid sa puwang sa pagitan ng dalawang ground. Ano ang landas ng pagbabalik ng kasalukuyang signal? Ipagpalagay na ang dalawang grounds na nahahati ay konektado sa isang lugar (karaniwan ay isang solong punto na koneksyon sa isang tiyak na lokasyon), sa kasong ito, ang ground current ay bubuo ng isang malaking loop. Ang high-frequency current na dumadaloy sa malaking loop ay bumubuo ng radiation at high ground inductance. Kung ang mababang antas ng analog na kasalukuyang dumadaloy sa malaking loop, ang kasalukuyang ay madaling makagambala sa pamamagitan ng mga panlabas na signal. Ang pinakamasamang bagay ay na kapag ang nahahati na mga lugar ay konektado nang magkasama sa power supply, isang napakalaking kasalukuyang loop ang mabubuo. Bilang karagdagan, ang analog na lupa at digital na lupa ay konektado sa pamamagitan ng isang mahabang wire upang bumuo ng isang dipole antenna.

Ang pag-unawa sa landas at paraan ng kasalukuyang pagbabalik sa lupa ay ang susi sa pag-optimize ng disenyo ng mixed-signal circuit board. Isinasaalang-alang lamang ng maraming mga inhinyero ng disenyo kung saan dumadaloy ang kasalukuyang signal, at binabalewala ang tiyak na landas ng kasalukuyang. Kung ang layer ng lupa ay dapat na hatiin, at ang mga kable ay dapat na iruruta sa pagitan ng mga dibisyon, ang isang solong punto na koneksyon ay maaaring gawin sa pagitan ng nahahati na mga bakuran upang bumuo ng isang koneksyon na tulay sa pagitan ng dalawang mga ground, at pagkatapos ay ang mga kable sa pamamagitan ng tulay ng koneksyon . Sa ganitong paraan, maaaring magbigay ng direktang kasalukuyang landas ng pagbabalik sa ilalim ng bawat linya ng signal, upang ang loop na lugar na nabuo ay maliit.

Ang paggamit ng mga optical isolation device o mga transformer ay maaari ding makamit ang signal sa kabuuan ng segmentation gap. Para sa una, ito ay ang optical signal na tumatawid sa segmentation gap; sa kaso ng isang transpormer, ito ay ang magnetic field na tumatawid sa segmentation gap. Ang isa pang magagawang paraan ay ang paggamit ng mga differential signal: ang signal ay dumadaloy mula sa isang linya at bumabalik mula sa isa pang linya ng signal. Sa kasong ito, ang lupa ay hindi kailangan bilang isang landas sa pagbabalik.

Upang malalim na galugarin ang interference ng mga digital na signal sa analog signal, kailangan muna nating maunawaan ang mga katangian ng mga high-frequency na alon. Para sa mga high-frequency na alon, palaging piliin ang landas na may pinakamababang impedance (pinakamababang inductance) at direkta sa ibaba ng signal, kaya ang return current ay dadaloy sa katabing circuit layer, hindi alintana kung ang katabing layer ay ang power layer o ang ground layer .

Sa aktwal na trabaho, karaniwang hilig na gumamit ng pinag-isang lupa, at hatiin ang PCB sa isang analog na bahagi at isang digital na bahagi. Ang analog signal ay iruruta sa analog na lugar ng lahat ng mga layer ng circuit board, at ang digital signal ay iruruta sa digital circuit area. Sa kasong ito, ang digital signal return current ay hindi dadaloy sa analog signal ground.

Kapag ang digital signal ay naka-wire sa analog na bahagi ng circuit board o ang analog signal ay naka-wire sa digital na bahagi ng circuit board, lalabas ang interference ng digital signal sa analog signal. Ang ganitong uri ng problema ay hindi nangyayari dahil walang nahahati na lupa, ang tunay na dahilan ay ang hindi tamang mga kable ng digital signal.

Ang disenyo ng PCB ay gumagamit ng pinag-isang lupa, sa pamamagitan ng digital circuit at analog circuit partition at naaangkop na signal wiring, kadalasan ay maaaring malutas ang ilang mas mahirap na layout at mga problema sa mga kable, at sa parehong oras, hindi ito magdudulot ng ilang potensyal na problema na dulot ng ground division. Sa kasong ito, ang layout at partitioning ng mga bahagi ay nagiging susi sa pagtukoy ng mga kalamangan at kahinaan ng disenyo. Kung ang layout ay makatwiran, ang digital ground current ay limitado sa digital na bahagi ng circuit board at hindi makagambala sa analog signal. Ang nasabing mga kable ay dapat na maingat na inspeksyon at i-verify upang matiyak na ang mga patakaran sa mga kable ay 100% na nasusunod. Kung hindi, ang hindi tamang pagruruta ng linya ng signal ay ganap na sisira sa isang napakahusay na circuit board.

Kapag pinagsama ang analog ground at digital ground pin ng A/D converter, karamihan sa mga manufacturer ng A/D converter ay magmumungkahi: Ikonekta ang AGND at DGND pin sa parehong mababang impedance ground sa pamamagitan ng pinakamaikling lead. (Tandaan: Dahil ang karamihan sa mga A/D converter chips ay hindi nagkokonekta sa analog ground at digital ground nang magkasama, ang analog at digital na ground ay dapat na konektado sa pamamagitan ng mga panlabas na pin.) Anumang panlabas na impedance na konektado sa DGND ay papasa sa parasitic capacitance. Mas maraming digital na ingay ang isinasama sa mga analog circuit sa loob ng IC. Ayon sa rekomendasyong ito, kailangan mong ikonekta ang AGND at DGND pin ng A/D converter sa analog ground, ngunit ang pamamaraang ito ay magdudulot ng mga problema tulad ng kung ang ground terminal ng digital signal decoupling capacitor ay dapat na konektado sa analog ground o ang digital ground.

Paano makamit ang disenyo ng partition ng mixed-signal PCB

Kung ang system ay mayroon lamang isang A/D converter, ang mga problema sa itaas ay madaling malutas. Gaya ng ipinapakita sa Figure 3, hatiin ang lupa, at ikonekta ang analog ground at digital ground nang magkasama sa ilalim ng A/D converter. Kapag pinagtibay ang pamamaraang ito, kinakailangang tiyakin na ang lapad ng connecting bridge sa pagitan ng dalawang grounds ay kapareho ng lapad ng IC, at ang anumang linya ng signal ay hindi maaaring tumawid sa division gap.

Kung maraming A/D converter sa system, halimbawa, paano ikonekta ang 10 A/D converter? Kung magkakaugnay ang analog ground at digital ground sa ilalim ng bawat A/D converter, mabubuo ang multi-point na koneksyon, at ang paghihiwalay sa pagitan ng analog ground at digital ground ay walang kahulugan. Kung hindi ka kumonekta sa ganitong paraan, lumalabag ito sa mga kinakailangan ng tagagawa.