Друкована плата Конструкція схеми змішаного сигналу дуже складна. Компонування та підключення компонентів, а також обробка джерела живлення та проводу заземлення безпосередньо впливатимуть на продуктивність схеми та показники електромагнітної сумісності. Конструкція розподілу заземлення та джерела живлення, представлена ​​в цій статті, може оптимізувати роботу схем зі змішаними сигналами.

Як зменшити перешкоди між цифровими та аналоговими сигналами? Перед проектуванням необхідно зрозуміти два основних принципи електромагнітної сумісності (ЕМС): перший принцип — мінімізувати площу струмового контуру; Другий принцип полягає в тому, що система використовує лише одну опорну площину. Навпаки, якщо система має дві опорні площини, можна сформувати дипольну антену (примітка: випромінювання малої дипольної антени пропорційне довжині лінії, величині струму, що протікає, і частоті). Якщо сигнал не повертається через найменшу можливу петлю, може утворитися велика кругла антена. Уникайте обох у своєму дизайні, наскільки це можливо.

Було запропоновано розділити цифрове заземлення і аналогове заземлення на платі зі змішаним сигналом, щоб досягти ізоляції між цифровим заземленням і аналоговим заземленням. Хоча цей підхід можливий, він має багато потенційних проблем, особливо у великих і складних системах. Найважливіша проблема полягає в тому, щоб не перетинати проводку зазору між розділами, оскільки після перетину проводки зазору розділу електромагнітне випромінювання та перехресні перешкоди сигналу різко зростуть. Найпоширенішою проблемою в розробці друкованої плати є проблема EMI, спричинена перетинанням сигнальної лінії заземлення або джерела живлення.

Як показано на малюнку 1, ми використовуємо наведений вище метод сегментації, і сигнальна лінія охоплює проміжок між двома землею, який шлях повернення сигнального струму? Припустимо, що дві розділені землі з’єднані в якійсь точці (зазвичай одна точка в одній точці), і в цьому випадку струм землі утворить велику петлю. Струм високої частоти, що протікає через великий контур, генеруватиме випромінювання та високу індуктивність землі. Якщо аналоговий струм низького рівня, що протікає через великий контур, легко заважати зовнішніми сигналами. Найгірше те, що при з’єднанні секцій на джерелі живлення утворюється дуже велика петля струму. Крім того, аналоговий і цифровий заземлення, з’єднані довгим проводом, утворюють дипольну антену.

Розуміння шляху та режиму зворотного потоку струму на землю є ключем до оптимізації дизайну плати зі змішаним сигналом. Багато інженерів-конструкторів розглядають лише те, куди протікає сигнал сигналу, ігноруючи конкретний шлях струму. Якщо шар землі повинен бути розділений і прокладений через зазор між перегородками, між розділеним заземленням можна зробити одноточкове з’єднання, щоб утворити з’єднувальний міст між двома шарами землі, а потім прокласти через з’єднувальний міст. Таким чином, під кожною сигнальною лінією може бути забезпечений зворотний шлях постійного струму, що призводить до невеликої зони петлі.

Пристрої оптичної ізоляції або трансформатори також можуть бути використані для реалізації сигналу, що перетинає сегментаційний проміжок. Для першого це оптичний сигнал, який охоплює сегментаційний проміжок. У разі трансформатора це магнітне поле, яке охоплює зазор між перегородками. Можливі також диференціальні сигнали: сигнали надходять з однієї лінії і повертаються з іншої, у цьому випадку вони використовуються як шляхи зворотного потоку без потреби.

Щоб дослідити взаємодію цифрового сигналу з аналоговим сигналом, ми повинні спочатку зрозуміти характеристики струму високої частоти. Високочастотний струм завжди вибирає шлях з найменшим опором (індуктивністю) безпосередньо під сигналом, тому зворотний струм буде протікати через сусідній шар ланцюга, незалежно від того, чи є сусідній шар шаром живлення чи шаром заземлення.

На практиці, як правило, переважно використовувати єдиний розділ PCB на аналогову та цифрову частини. Аналогові сигнали маршрутизуються в аналоговій області всіх шарів плати, а цифрові сигнали маршрутизуються в області цифрових схем. У цьому випадку зворотний струм цифрового сигналу не тече в землю аналогового сигналу.

Перешкоди від цифрових сигналів до аналогових виникають лише тоді, коли цифрові сигнали направляються або аналогові сигнали направляються через цифрові частини друкованої плати. Ця проблема не пов’язана з відсутністю сегментації, справжньою причиною є неправильне підключення цифрових сигналів.

Конструкція друкованої плати використовує уніфіковану схему через розділення цифрової та аналогової схем і відповідну сигнальну проводку, зазвичай може вирішити деякі складніші проблеми компонування та проводки, але також не має потенційних проблем, викликаних сегментацією землі. У цьому випадку розташування та розподіл компонентів стає критичним для визначення якості конструкції. При правильному розміщенні цифровий струм заземлення буде обмежений цифровою частиною плати і не заважатиме аналоговому сигналу. Таку проводку необхідно ретельно перевіряти і перевіряти на 100% відповідність правилам електропроводки. Інакше неправильна сигнальна лінія повністю знищить дуже хорошу плату.

При з’єднанні аналогових і цифрових контактів заземлення аналого-цифрових перетворювачів більшість виробників аналого-цифрових перетворювачів рекомендують підключати висновки AGND і DGND до одного заземлення з низьким опором за допомогою найкоротших проводів (Примітка: Оскільки більшість мікросхем аналого-цифрового перетворювача не з’єднують аналогове і цифрове заземлення разом, аналогове і цифрове заземлення повинні бути з’єднані за допомогою зовнішніх контактів), будь-який зовнішній опір, підключений до DGND, буде поєднувати більше цифрових шумів з аналоговою схемою всередині мікросхеми через паразитні ємність. Дотримуючись цієї рекомендації, висновки аналого-цифрового перетворювача AGND і DGND повинні бути підключені до аналогового заземлення, але такий підхід викликає питання, наприклад, чи слід підключати заземлення конденсатора розв’язування цифрового сигналу до аналогового чи цифрового заземлення.

Якщо в системі є тільки один аналого-цифровий перетворювач, вищезазначену проблему можна легко вирішити. Як показано на малюнку 3, заземлення розділене, а аналогова і цифрова секції заземлення з’єднані разом під АЦП. Коли використовується цей метод, необхідно переконатися, що ширина мосту між двома сайтами дорівнює ширині IC, і що жодна сигнальна лінія не може перетинати проміжок розділу.

Якщо в системі багато АЦП, наприклад, 10 АЦП, як підключити? Якщо аналогове і цифрове заземлення підключені під кожним аналого-цифровим перетворювачем, вийде багатоточкове з’єднання, і ізоляція між аналоговим і цифровим заземленням буде безглуздою. Якщо ви цього не зробите, ви порушуєте вимоги виробника.

Найкраще почати з уніформи. Як показано на малюнку 4, земля рівномірно розділена на аналогову та цифрову частини. Таке розташування не тільки відповідає вимогам виробників інтегральних пристроїв щодо низькоомного підключення аналогових і цифрових контактів заземлення, але також дозволяє уникнути проблем ЕМС, викликаних рамою або дипольною антеною.

Якщо у вас є сумніви щодо уніфікованого підходу до проектування друкованих плат із змішаними сигналами, ви можете використовувати метод перегородки наземного шару, щоб розмістити та розмістити всю друковану плату. При розробці слід звернути увагу на те, щоб друковану плату легко з’єднувати разом за допомогою перемичок або резисторів 0 Ом, розташованих на відстані менше 1/2 дюйма один від одного в подальшому експерименті. Зверніть увагу на зонування та підключення, щоб переконатися, що жодні цифрові сигнальні лінії не знаходяться над аналоговою секцією на всіх рівнях і що жодні аналогові сигнальні лінії не знаходяться над цифровою секцією. Більше того, жодна сигнальна лінія не повинна перетинати розрив землі або розділяти проміжок між джерелами живлення. Щоб перевірити роботу плати та продуктивність ЕМС, перевірте її функцію та продуктивність ЕМС, з’єднавши два поверхи разом через резистор 0 Ом або перемичку. Порівнявши результати тестування, було виявлено, що майже у всіх випадках уніфіковане рішення перевершувало за функціональністю та показниками ЕМС порівняно з розділеним рішенням.

Чи працює метод поділу землі?

Цей підхід можна використовувати в трьох ситуаціях: деякі медичні пристрої вимагають дуже низького струму витоку між ланцюгами та системами, підключеними до пацієнта; Вихід деяких промислових технологічних устаткування може бути підключений до шумного та потужного електромеханічного обладнання; Інший випадок, коли на КЛАСКУ друкованої плати діють спеціальні обмеження.

Зазвичай на друкованій платі зі змішаним сигналом є окремі цифрові та аналогові джерела живлення, які можуть і повинні мати розділену поверхню живлення. Однак сигнальні лінії, що примикають до шару джерела живлення, не можуть перетинати проміжок між джерелами живлення, і всі сигнальні лінії, які перетинають розрив, повинні бути розташовані на шарі схеми, що примикає до великої площі. У деяких випадках аналоговий блок живлення може бути сконструйований із з’єднаннями на друкованій платі, а не з однією гранню, щоб уникнути поділу поверхні живлення.

Дизайн розділів друкованої плати зі змішаним сигналом

Проектування друкованої плати зі змішаним сигналом є складним процесом, у процесі проектування слід звернути увагу на наступні моменти:

1. Розділіть друковану плату на окремі аналогові та цифрові частини.

2. Правильне розташування компонентів.

3. АЦП розташовується між розділами.

4. Не діліть землю. Аналогова частина і цифрова частина друкованої плати прокладені рівномірно.

5. На всіх рівнях плати цифровий сигнал може бути маршрутизований тільки в цифровій частині плати.

6. На всіх рівнях плати аналогові сигнали можна маршрутизувати тільки в аналоговій частині плати.

7. Аналогове та цифрове розділення потужності.

8. Проводка не повинна охоплювати зазор між розділеними поверхнями джерела живлення.

9. Сигнальні лінії, які повинні охоплювати зазор між розділеними джерелами живлення, повинні розташовуватися на шарі проводки, що прилягає до великої площі.

10. Проаналізуйте фактичний шлях і режим протікання земного струму.

11. Використовуйте правильні правила підключення.