PCB disenyo ng mixed signal circuit ay napaka-kumplikado. 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 partition ng ground at power supply na ipinakilala sa papel na ito ay maaaring ma-optimize ang pagganap ng mixed-signal circuits.

Paano bawasan ang interference sa pagitan ng digital at analog signal? Dalawang pangunahing prinsipyo ng electromagnetic compatibility (EMC) ay dapat na maunawaan bago ang disenyo: ang unang prinsipyo ay upang mabawasan ang lugar ng kasalukuyang loop; Ang pangalawang prinsipyo ay ang sistema ay gumagamit lamang ng isang reference plane. Sa kabaligtaran, kung ang sistema ay may dalawang reference na eroplano, posible na bumuo ng isang dipole antenna (tandaan: ang radiation ng isang maliit na dipole antenna ay proporsyonal sa haba ng linya, ang dami ng kasalukuyang dumadaloy, at ang dalas). Kung ang signal ay hindi bumalik sa pamamagitan ng pinakamaliit na posibleng loop, isang malaking pabilog na antena ay maaaring mabuo. Iwasan ang pareho sa iyong disenyo hangga’t maaari.

Iminungkahi na paghiwalayin ang digital ground at ang 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, marami itong potensyal na problema, lalo na sa malaki at kumplikadong mga sistema. Ang pinaka-kritikal na problema ay hindi upang tumawid sa partition gap wiring, sa sandaling tumawid sa partition gap wiring, electromagnetic radiation at signal crosstalk ay tataas nang malaki. Ang pinakakaraniwang problema sa disenyo ng PCB ay ang problema sa EMI na dulot ng linya ng signal na tumatawid sa lupa o power supply.

Tulad ng ipinapakita sa Figure 1, ginagamit namin ang paraan ng segmentasyon sa itaas, at ang linya ng signal ay sumasaklaw sa puwang sa pagitan ng dalawang lupa, ano ang landas ng pagbabalik ng kasalukuyang signal? Ipagpalagay na ang dalawang nahati na lupain ay konektado sa isang punto (karaniwan ay isang solong punto sa isang punto), kung saan ang kasalukuyang earth ay bubuo ng isang malaking loop. Ang mataas na dalas ng kasalukuyang dumadaloy sa malaking loop ay bubuo ng radiation at mataas na ground inductance. Kung ang mababang antas ng analog na kasalukuyang dumadaloy sa malaking loop ay madaling magambala ng mga panlabas na signal. Ang pinakamasamang bagay ay kapag ang mga seksyon ay konektado nang magkasama sa pinagmumulan ng kapangyarihan, isang napakalaking kasalukuyang loop ay nabuo. Bilang karagdagan, ang analog at digital na lupa na konektado sa pamamagitan ng isang mahabang wire ay bumubuo ng isang dipole antenna.

Ang pag-unawa sa landas at mode ng kasalukuyang backflow sa lupa ay ang susi upang ma-optimize ang disenyo ng mixed-signal circuit board. Isinasaalang-alang lamang ng maraming mga inhinyero ng disenyo kung saan dumadaloy ang kasalukuyang signal, na hindi pinapansin ang tiyak na landas ng kasalukuyang. Kung ang layer ng lupa ay dapat na hatiin at dapat na iruruta sa pagitan ng mga partisyon, ang isang solong punto na koneksyon ay maaaring gawin sa pagitan ng nahati na lupa upang bumuo ng isang koneksyon na tulay sa pagitan ng dalawang mga layer ng lupa at pagkatapos ay iruruta sa koneksyon ng tulay. Sa ganitong paraan, maaaring magbigay ng direktang kasalukuyang backflow path sa ibaba ng bawat linya ng signal, na nagreresulta sa isang maliit na lugar ng loop.

Ang mga optical isolation device o mga transformer ay maaari ding gamitin upang mapagtanto ang signal na tumatawid sa segmentation gap. Para sa una, ito ay ang optical signal na sumasaklaw sa segmentation gap. Sa kaso ng isang transpormer, ito ay ang magnetic field na sumasaklaw sa partition gap. Posible rin ang mga differential signal: dumadaloy ang mga signal mula sa isang linya at bumabalik mula sa kabilang linya, kung saan ginagamit ang mga ito bilang mga backflow na hindi kinakailangan.

Upang tuklasin ang interference ng digital signal sa analog signal, kailangan muna nating maunawaan ang mga katangian ng high frequency current. Palaging pinipili ng high-frequency current ang landas na may pinakamababang impedance (inductance) nang direkta sa ibaba ng signal, kaya ang return current ay dadaloy sa katabing circuit layer, hindi alintana kung ang katabing layer ay ang power supply layer o ang ground layer.

Sa pagsasagawa, sa pangkalahatan ay ginustong gumamit ng pare-parehong partisyon ng PCB sa mga analog at digital na bahagi. Ang mga analog signal ay niruruta sa analog na rehiyon ng lahat ng mga layer ng board, habang ang mga digital na signal ay niruruta sa digital circuit region. Sa kasong ito, ang digital signal return current ay hindi dumadaloy sa lupa ng analog signal.

Ang interference mula sa mga digital na signal patungo sa mga analog na signal ay nangyayari lamang kapag ang mga digital na signal ay niruruta sa ibabaw o ang mga analog na signal ay niruruta sa mga digital na bahagi ng circuit board. Ang problemang ito ay hindi dahil sa kakulangan ng segmentation, ang tunay na dahilan ay ang hindi tamang mga kable ng mga digital na signal.

Ang disenyo ng PCB ay gumagamit ng pinag-isang, sa pamamagitan ng digital circuit at analog circuit partition at naaangkop na signal wiring, kadalasan ay maaaring malutas ang ilan sa mga mas mahirap na layout at mga problema sa mga kable, ngunit wala ring ilang potensyal na problema na dulot ng ground segmentation. Sa kasong ito, ang layout at partitioning ng mga bahagi ay nagiging kritikal sa pagtukoy ng kalidad ng disenyo. Kung maayos na inilatag, ang digital ground current ay magiging limitado sa digital na bahagi ng board at hindi makagambala sa analog signal. Ang nasabing mga kable ay dapat na maingat na suriin at suriin upang matiyak ang 100% na pagsunod sa mga tuntunin ng mga kable. Kung hindi, ang isang hindi tamang linya ng signal ay ganap na sisira sa isang napakahusay na circuit board.

Kapag pinagsama ang analog at digital na ground pin ng mga A/D converter, inirerekomenda ng karamihan sa mga manufacturer ng A/D converter na ikonekta ang AGND at DGND pin sa parehong low-impedance na ground gamit ang pinakamaikling lead (Tandaan: Dahil ang karamihan sa mga A/D converter chips ay hindi nagkokonekta ng analog at digital na ground nang magkasama sa loob, ang analog at digital na ground ay dapat na konektado sa pamamagitan ng mga panlabas na pin), ang anumang panlabas na impedance na konektado sa DGND ay magsasama ng higit pang digital na ingay sa analog circuit sa loob ng IC sa pamamagitan ng parasitic kapasidad. Kasunod ng rekomendasyong ito, ang parehong A/D converter AGND at DGND pin ay kailangang ikonekta sa analog ground, ngunit ang diskarte na ito ay naglalabas ng mga tanong tulad ng kung ang ground end ng digital signal decoupling capacitor ay dapat na konektado sa analog o digital ground.

Kung ang system ay mayroon lamang isang A/D converter, ang problema sa itaas ay madaling malutas. Tulad ng ipinapakita sa Figure 3, ang lupa ay nahati at ang analog at digital na mga seksyon ng lupa ay magkakaugnay sa ilalim ng A/D converter. Kapag pinagtibay ang pamamaraang ito, kinakailangan upang matiyak na ang lapad ng tulay sa pagitan ng dalawang site ay katumbas ng lapad ng IC, at walang linya ng signal ang maaaring tumawid sa puwang ng partisyon.

Kung ang system ay maraming A/D converter, halimbawa, 10 A/D converter paano kumonekta? Kung ang analog at digital na ground ay konektado sa ilalim ng bawat A/D converter, Isang multipoint na koneksyon ang magreresulta, at ang paghihiwalay sa pagitan ng analog at digital na ground ay magiging walang kabuluhan. Kung hindi mo gagawin, nilalabag mo ang mga kinakailangan ng tagagawa.

Ang pinakamahusay na paraan ay magsimula sa isang uniporme. Tulad ng ipinapakita sa Figure 4, ang lupa ay pantay na nahahati sa analog at digital na mga bahagi. Ang layout na ito ay hindi lamang nakakatugon sa mga kinakailangan ng mga IC device manufacturer para sa mababang impedance na koneksyon ng analog at digital na ground pin, ngunit iniiwasan din ang mga problema sa EMC na dulot ng loop antenna o dipole antenna.

Kung mayroon kang mga pagdududa tungkol sa pinag-isang diskarte ng mixed-signal na disenyo ng PCB, maaari mong gamitin ang paraan ng ground layer partition upang ilatag at iruta ang buong circuit board. Sa disenyo, dapat bigyang pansin ang circuit board na madaling ikonekta kasama ng mga jumper o 0 ohm resistors na mas mababa sa 1/2 pulgada ang pagitan sa susunod na eksperimento. Bigyang-pansin ang pag-zoning at mga kable upang matiyak na walang mga linya ng digital na signal na nasa itaas ng analog na seksyon sa lahat ng mga layer at na walang mga linya ng analog na signal na nasa itaas ng digital na seksyon. Bukod dito, walang linya ng signal ang dapat tumawid sa puwang sa lupa o hatiin ang agwat sa pagitan ng mga pinagmumulan ng kuryente. Upang subukan ang paggana ng board at ang pagganap ng EMC, muling suriin ang paggana ng board at pagganap ng EMC sa pamamagitan ng pagkonekta sa dalawang palapag nang magkasama sa pamamagitan ng isang 0 ohm resistor o jumper. Ang paghahambing ng mga resulta ng pagsubok, natagpuan na sa halos lahat ng mga kaso, ang pinag-isang solusyon ay higit na mataas sa mga tuntunin ng pag-andar at pagganap ng EMC kumpara sa split solution.

Gumagana pa ba ang paraan ng paghahati ng lupa?

Ang diskarte na ito ay maaaring gamitin sa tatlong sitwasyon: ang ilang mga medikal na aparato ay nangangailangan ng napakababang leakage current sa pagitan ng mga circuit at mga system na konektado sa pasyente; Ang output ng ilang pang-industriya na kagamitan sa pagkontrol sa proseso ay maaaring konektado sa maingay at mataas na kapangyarihan na electromechanical na kagamitan; Ang isa pang kaso ay kapag ang LAYOUT ng PCB ay napapailalim sa mga partikular na paghihigpit.

Karaniwang may magkahiwalay na digital at analog power supply sa isang mixed-signal PCB board na maaari at dapat magkaroon ng split power supply face. Gayunpaman, ang mga linya ng signal na katabi ng layer ng supply ng kuryente ay hindi maaaring tumawid sa puwang sa pagitan ng mga supply ng kuryente, at ang lahat ng mga linya ng signal na tumatawid sa puwang ay dapat na matatagpuan sa circuit layer na katabi ng malaking lugar. Sa ilang mga kaso, ang analog power supply ay maaaring idisenyo gamit ang mga PCB na koneksyon sa halip na isang mukha upang maiwasan ang power face splitting.

Disenyo ng partition ng mixed signal PCB

Ang disenyo ng Mixed-signal PCB ay isang kumplikadong proseso, ang proseso ng disenyo ay dapat magbayad ng pansin sa mga sumusunod na puntos:

1. Hatiin ang PCB sa magkahiwalay na analog at digital na bahagi.

2. Wastong layout ng bahagi.

3. Ang A/D converter ay inilalagay sa mga partisyon.

4. Huwag hatiin ang lupa. Ang analog na bahagi at ang digital na bahagi ng circuit board ay inilatag nang pantay.

5. Sa lahat ng mga layer ng board, ang digital signal ay maaari lamang i-ruta sa digital na bahagi ng board.

6. Sa lahat ng mga layer ng board, ang mga analog signal ay maaari lamang i-ruta sa analog na bahagi ng board.

7. Analog at digital power separation.

8. Ang mga kable ay hindi dapat sumasaklaw sa agwat sa pagitan ng mga split power supply surface.

9. Ang mga linya ng signal na dapat sumasaklaw sa agwat sa pagitan ng mga split power supply ay dapat na matatagpuan sa layer ng mga kable na katabi ng isang malaking lugar.

10. Suriin ang aktwal na landas at paraan ng daloy ng kasalukuyang lupa.

11. Gumamit ng wastong mga tuntunin sa mga kable.