site logo

Як досягти дизайну розділів друкованої плати зі змішаним сигналом?

Анотація: Розробка схеми змішаного сигналу Друкована плата є дуже складним. Розміщення та підключення компонентів, а також обробка джерела живлення та проводу заземлення безпосередньо впливатимуть на продуктивність схеми та показники електромагнітної сумісності. Конструкція розподілу землі та живлення, представлена ​​в цій статті, може оптимізувати роботу ланцюгів змішаних сигналів.

ipcb

Як зменшити взаємні перешкоди між цифровим сигналом і аналоговим сигналом? Перед проектуванням ми повинні зрозуміти два основних принципи електромагнітної сумісності (ЕМС): Перший принцип – мінімізувати площу струмового контуру; другий принцип полягає в тому, що система використовує лише одну опорну поверхню. Навпаки, якщо система має дві опорні площини, можна сформувати дипольну антену (Примітка: розмір випромінювання невеликої дипольної антени пропорційний довжині лінії, кількості струму, що протікає, і частоті); і якщо сигнал не може пройти якомога більше Повернення маленької петлі може утворити велику рамкову антену (Примітка: розмір випромінювання маленької рамкової антени пропорційний площі контуру, струму, що проходить через петлю, і квадрату частоти). Уникайте цих двох ситуацій, наскільки це можливо в дизайні.

Рекомендується розділити цифрове заземлення та аналогове заземлення на платі зі змішаним сигналом, щоб можна було досягти ізоляції між цифровим заземленням та аналоговим заземленням. Хоча цей метод можливий, існує багато потенційних проблем, особливо у складних великомасштабних системах. Найважливіша проблема полягає в тому, що його не можна перенаправити через розрив між підрозділами. Після того, як розподільний проміжок буде спрямований, електромагнітне випромінювання та перехресні перешкоди сигналу різко зростуть. Найпоширенішою проблемою в розробці друкованих плат є те, що сигнальна лінія перетинає розділену землю або джерело живлення і створює проблеми з електромагнітними електромагнітними випромінюваннями.

Як досягти дизайну розділів друкованої плати зі змішаним сигналом

Як показано на малюнку 1, ми використовуємо вищезгаданий метод поділу, і сигнальна лінія перетинає проміжок між двома заземленнями. Який зворотний шлях сигнального струму? Якщо припустити, що два розділених заземлення десь з’єднані разом (зазвичай з’єднання в одній точці в певному місці), у цьому випадку струм заземлення утворить великий контур. Високочастотний струм, що протікає через велику петлю, створює випромінювання та високу індуктивність землі. Якщо аналоговий струм низького рівня протікає через велику петлю, струм легко заважає зовнішніми сигналами. Найгірше те, що при з’єднанні розділених заземлення на джерелі живлення утвориться дуже великий струмовий контур. Крім того, аналогове заземлення і цифрове заземлення з’єднані довгим дротом, утворюючи дипольну антену.

Розуміння шляху та методу повернення струму до землі є ключем до оптимізації дизайну плати зі змішаними сигналами. Багато інженерів-конструкторів розглядають лише те, куди протікає сигнал сигналу, і ігнорують конкретний шлях струму. Якщо шар заземлення має бути розділений, а проводка повинна бути прокладена через проміжок між поділками, можна зробити одноточкове з’єднання між розділеними заземленнями, щоб утворити з’єднувальний міст між двома заземленнями, а потім провести проводку через з’єднувальний міст. . Таким чином, під кожною сигнальною лінією може бути передбачений зворотний шлях постійного струму, так що утворена площа петлі була невеликою.

Використання пристроїв оптичної ізоляції або трансформаторів також може досягти сигналу через проміжок сегментації. Для першого це оптичний сигнал, який перетинає сегментаційний проміжок; у випадку трансформатора це магнітне поле, яке перетинає сегментаційний проміжок. Іншим можливим методом є використання диференціальних сигналів: сигнал надходить з однієї лінії і повертається з іншої сигнальної лінії. У цьому випадку земля як зворотний шлях не потрібна.

Щоб глибоко дослідити взаємодію цифрових сигналів з аналоговими, ми повинні спочатку зрозуміти характеристики струмів високої частоти. Для струмів високої частоти завжди вибирайте шлях з найменшим опором (найнижчою індуктивністю) і безпосередньо під сигналом, щоб зворотний струм протікав через сусідній шар ланцюга, незалежно від того, чи є сусідній шар шаром живлення чи шаром заземлення. .

У реальній роботі він зазвичай схиляється до використання уніфікованого заземлення і поділяє друковану плату на аналогову і цифрову частини. Аналоговий сигнал маршрутизується в аналоговій області всіх шарів друкованої плати, а цифровий – в області цифрової схеми. У цьому випадку зворотний струм цифрового сигналу не потече в землю аналогового сигналу.

Тільки коли цифровий сигнал підключено до аналогової частини друкованої плати або аналоговий сигнал підключено до цифрової частини друкованої плати, з’явиться інтерференція цифрового сигналу з аналоговим сигналом. Такого роду проблеми не виникає, тому що немає розділеного заземлення, справжня причина – неправильне підключення цифрового сигналу.

Конструкція друкованої плати використовує уніфіковану землю, через розділення цифрових та аналогових схем і відповідну сигнальну проводку, зазвичай може вирішити деякі складніші проблеми компонування та проводки, і в той же час це не спричинить деяких потенційних проблем, викликаних розподілом заземлення. У цьому випадку компонування і розподіл компонентів стає ключовим для визначення плюсів і мінусів конструкції. Якщо компонування є розумним, цифровий струм заземлення буде обмежено цифровою частиною друкованої плати і не буде перешкоджати аналоговому сигналу. Таку проводку необхідно ретельно перевіряти та перевіряти, щоб забезпечити 100% дотримання правил електропроводки. Інакше неправильна прокладка сигнальної лінії повністю знищить дуже хорошу плату.

При з’єднанні аналогового заземлення і цифрового заземлення аналого-цифрового перетворювача більшість виробників аналого-цифрових перетворювачів запропонують: Підключіть контакти AGND і DGND до одного заземлення з низьким опором через найкоротший провод. (Примітка: оскільки більшість мікросхем аналого-цифрового перетворювача не з’єднують аналогове заземлення і цифрову землю разом, аналогове і цифрове заземлення повинні бути з’єднані через зовнішні контакти.) Будь-який зовнішній опір, підключений до DGND, пропускає паразитну ємність. Більше цифрового шуму поєднується з аналоговими схемами всередині мікросхеми. Відповідно до цієї рекомендації, вам потрібно підключити контакти AGND і DGND аналого-цифрового перетворювача до аналогового заземлення, але цей метод спричинить проблеми, наприклад, чи слід під’єднувати клему заземлення конденсатора цифрового сигналу до аналогової землі. або цифрове заземлення.

Як досягти дизайну розділів друкованої плати зі змішаним сигналом

Якщо в системі є тільки один аналого-цифровий перетворювач, вищезазначені проблеми можна легко вирішити. Як показано на малюнку 3, розділіть заземлення та з’єднайте аналогове заземлення та цифрове заземлення разом під АЦП. При прийнятті цього методу необхідно переконатися, що ширина з’єднувального моста між двома заземленнями була такою ж, як і ширина ІМС, і жодна сигнальна лінія не може перетинати розділовий проміжок.

Якщо в системі багато АЦП, наприклад, як підключити 10 АЦП? Якщо аналогове заземлення і цифрове заземлення з’єднані разом під кожним аналого-цифровим перетворювачем, створюється багатоточкове з’єднання, і ізоляція між аналоговим заземленням і цифровим заземленням втрачає сенс. Якщо ви не підключите таким чином, це порушує вимоги виробника.