Elektronisches Design - Digital-Analog Mixed Schaltungen Layout Design

Digital-Analog gemischt PCB Layout Design
1. Verständnis der grundlegenden Konzepte des digital-analogen Hybrid Designs

Many products include mixed digital-analog Leiterplattendesigns, und verschiedene Signale haben unterschiedliche Anti-Interferenz-Fähigkeiten. Bei der Planung der Zusammenschaltung, das Übersprechen zwischen verschiedenen Signalen muss angemessen gesteuert werden, um die Indexanforderungen des Endprodukts zu gewährleisten.
Es ist sehr wichtig, die folgenden Grundbegriffe zu verstehen. Die Beherrschung der grundlegenden Konzepte des digital-analogen Hybrid-Designs wird helfen, die strengen Layout- und Verdrahtungsdesign-Regeln zu verstehen, die später formuliert werden, Damit das Endprodukt bei der Gestaltung des digital-analogen Hybrids nicht leicht diskontiert werden kann. Umsetzung der wichtigen Beschränkungsregeln. Und es hilft, Crosstalk-Probleme flexibel und effektiv zu lösen, die in digital-analog auftreten können Hybrid-Design.

1. Der wichtige Unterschied zwischen analogem Signal und digitalem Signal in der Störschutzfähigkeit

The digital signal level has a strong anti-interference ability, während das analoge Signal eine schlechte Anti-Interferenz Fähigkeit hat.
Zum Beispiel, Ein digitales Signal mit 3V-Pegel verträgt sogar 0.3V Übersprechersignal und beeinflusst nicht den Logikzustand. Allerdings, im Bereich analoger Signale, einige Signale sind extrem schwach. Zum Beispiel, Die Empfangsempfindlichkeit eines GSM-Mobiltelefons kann einen Index von -110dBm erreichen, der nur einem effektiven Wert einer Sinuswelle von 0 entspricht.7uV. Auch wenn das In-Band-Störgeräusch in der Reihenfolge von uV am vorderen Ende des LNA empfangen wird, Es reicht aus, um die Empfangsempfindlichkeit der Basisstation stark zu verschlechtern. Diese leichte Störung kann von kleinen Geräuschen auf der digitalen Steuersignalleitung oder der Stromerdungsleitung stammen.
Aus Sicht des Systems, Digitale Signale werden in der Regel nur auf der Platine oder im Rahmen übertragen. Zum Beispiel, Speicherbussignale, Leistungssteuersignale, etc., solange sichergestellt ist, dass die vom sendenden Ende zum empfangenden Ende empfangene Störung nicht ausreicht, um die Beurteilung des logischen Zustandes zu beeinflussen. Das analoge Signal muss eine Reihe von Prozessen wie Modulation durchlaufen, Frequenzumrechnung, Verstärkung, Übertragung, räumliche Ausbreitung, Empfang, und Demodulation, bevor es wiederhergestellt werden kann. Während dieses Prozesses, das Rauschen sinkt kontinuierlich auf das Signal. Aus Systemsicht, Es muss sichergestellt werden, dass das endgültige Signal-Rausch-Verhältnis die Anforderungen erfüllt, um ordnungsgemäß demodulieren zu können. Die größte Störung kommt von der Dämpfung und Geräuschentwicklung der Raumausbreitung. Um eine bessere Kommunikationsleistung zu erreichen, der durch die Verbindung auf der Platine eingeführte Übersprechen muss so weit wie möglich reduziert werden.
Daher, Es kann davon ausgegangen werden, dass die Anforderungen an Übersprechen von analogen Signalen mehrere zehnmal höher sind als die von digitalen Signalen, und kann sogar zehntausende Male erreichen.

2. Hochpräzise ADC- und DAC-Schaltungen

In einer idealen Situation ist die Beziehung zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis linearer ADC- und DAC-Schaltungen und der Anzahl der Umwandlungsbits:

SNR=10Log(F2/N2)=10Log[A2/2/(A2/3*2n)]=6.02n+1.76 dB
For 14-bit linear ADCs and DACs, if the least significant bit (LSB) is valid, Das theoretische Signal-Rausch-Verhältnis kann auf 86dBc berechnet werden. Verglichen mit der Übersprecheranforderung der digitalen Schaltung von etwa 20dBc, Die Rauschanforderungen von ADCs und DACs sind mindestens 1000-mal höher als bei digitalen Signalen. Natürlich, wenn nur 11-Bit für die geringste signifikante Anzahl von Bits benötigt werden, Der Übersprecherfordernis kann entsprechend gesenkt werden, aber es ist immer noch viel höher als die Anforderung an digitale Signale.
Die beiden oben genannten Situationen auf der Notiz weisen darauf hin, dass die analoge Schaltung in der digital-analogen Hybrid-Single-Platine sehr anfällig für Interferenzen ist, das Signal-Rausch-Verhältnis und andere Indikatoren beeinflusst. Daher, im Prozess der digital-analogen Hybrid Single-Board PCB-Design, Es müssen sehr hohe Anforderungen an Layout und Routing gestellt werden.

3. Digital signal is a strong source of interference to analog signal
The level of the digital signal is very high compared to the analog signal, und das digitale Signal enthält reiche harmonische Frequenzen, So ist das digitale Signal selbst eine starke Störquelle für das analoge Signal. Insbesondere, Hochstrom-Taktsignale und Schaltnetzteile sind starke Störquellen, auf die bei digital-analogen Hybrid-Designs geachtet werden muss.
4. The fundamental purpose of digital-analog hybrid interconnection design
Auf diese Weise können wir das digital-analoge Designproblem verstehen. Für digitale Schaltungen folgen wir den Designregeln von digitalen Schaltungen. Im Bereich der digitalen Schaltungen können große Störungen erlaubt werden, Solange dies die Implementierung von Systemfunktionen und externen EMC-Indikatoren nicht berücksichtigt.

Das "größere", von dem wir hier sprechen, ist relativ zu analogen Schaltungen. Für digitale Schaltungen, Es ist nicht notwendig und unmöglich für uns, die Existenz von Übersprechen wie analoge Schaltungen zu kontrollieren. Für analoge Schaltungen, Wir müssen die Designregeln von analogen Schaltungen befolgen, und die im analogen Schaltungsbereich zulässige Störung ist viel kleiner als im digitalen Schaltungsbereich.
Der Zweck des digital-analogen hybriden Verbindungsdesigns besteht darin, sicherzustellen, dass die Interferenz digitaler Signale nur im digitalen Signalbereich durch vernünftiges Layout vorliegt, Verkabelung, Abschirmung, Filtern, Abteilung Stromversorgung.

Worauf wir uns konzentrieren müssen, sind Störquellen., Empfindliche Schaltungen, und Störpfade. Im Folgenden werden die Layout- und Routingprinzipien beschrieben, die aus diesen drei Aspekten übernommen wurden.. Erfolgreiches Digital-Analog Hybrid Single-Board Design muss mit sorgfältiger Aufmerksamkeit auf jeden Schritt und jedes Detail im gesamten Prozess realisiert werden. Das bedeutet, dass zu Beginn des Entwurfs eine gründliche und sorgfältige Planung durchgeführt werden muss., und jeder Designschritt muss sorgfältig geplant werden. Der Fortschritt der Arbeiten wird vollständig und kontinuierlich evaluiert. Layout und Routing müssen sorgfältig geprüft und verifiziert werden, um 100% Übereinstimmung mit den Layout- und Routingregeln zu gewährleisten. Ansonsten, Eine unsachgemäße Verlegung einer Signalleitung zerstört eine ansonsten sehr gute Leiterplatte vollständig.
Die Regeln sind tot.. Nur durch ein tiefes Verständnis der Regeln können wir sicherstellen, dass wir die Regeln richtig anwenden und ein ausgezeichnetes Design abschließen können..
Zweiter, the circuit type distinction
Before explaining the layout rules of digital-analog hybrid design, wir unterscheiden nun die Störquellen, Empfindliche Schaltungen und Störpfade auf der Klemmenplatine. Das Verständnis dieser Störquellen und empfindlichen Schaltkreise kann uns helfen, das Layout und den Verdrahtungsplan richtig zu formulieren. Verständnis ist unerlässlich.
1. Analog circuit
For end products, Analogschaltungen umfassen alle Hochfrequenzschaltungen, Hochfrequenzstromversorgungen, Funkfrequenzsteuerkreise, digital-analog Umwandlungsschaltungs, und Audioschaltungen. Alle oben genannten analogen Schaltungen sind empfindliche Schaltungen. Unter ihnen, sensitive circuits that need special attention include frequency termination circuits (including local oscillator signals, frequency synthesis circuit power and control signals), Empfang von Frontend-Schaltungen, und Audioschaltungen.
2. Sources of interference
Interference sources include all digital circuits, high-power radio frequency circuits (power amplifiers, antennas and other high-power radio frequency circuits). Unter ihnen, Zu den Störquellen, die besondere Aufmerksamkeit benötigen, gehören Taktschaltungen, Schaltnetzteile, Hochstromleitungen, Leistungsverstärkerschaltungen, und Antennenschaltungen. Die Störung von Hochfrequenzsignalen wie Leistungsverstärkern und Antennen wird im Hochfrequenzdesign Teil dieser Spezifikation analysiert.
3. Interference path
The interference paths that need to be paid attention to for digital-analog hybrid design include: space radiation, power ground (plane or wiring), digital-to-analog Umwandlungsschaltungs, und verschiedene Steuersignale analoger Schaltungen.
(1) Space radiation: The circuits that are close to each other will generate crosstalk through radiation, das gleiche wie das Konzept des digitalen Signalübersprechens ist, Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Übersprechen, das analoge Signale tolerieren können, viel kleiner ist als das von digitalen Signalen, Es ist notwendig, Übersprechen in der Layoutphase zu steuern. Die Art und Weise, die Weltraumstrahlung zu reduzieren, besteht im Allgemeinen darin, den Abstand des Layouts zu verlängern und den Abschirmkasten zu verwenden.
(2) Power ground: The power ground is a common loop between digital and analog circuits, So können Interferenzsignale über den Leistungserdleiter auf empfindliche Schaltkreise geleitet werden. Die Art und Weise, das Übersprechen der Stromversorgungserde zu steuern, besteht darin, Filterkomponenten und Stromversorgungserdeilung vernünftig zu verwenden.
(3) Digital-to-analog UmwandlungsschaltungEs ist eine Schnittstelle zwischen analogen und digitalen Signalen. Bei unsachgemäßer Handhabung des Layouts oder der Verkabelung, wie das unklare Layout von digitalen und analogen Schaltungen und die Interlaced Verdrahtung, es kann Übersprechen verursachen.
(4) Analog control signal: The ideal analog device should be that the control signal and the analog circuit are isolated inside the device, und das Steuersignal muss nur den richtigen Logikpegel sicherstellen. Allerdings, das Gerät kann dies oft nicht, und die Störnummer auf dem Steuersignal kann direkt mit der analogen Schaltung gekoppelt werden. Die Lösung besteht darin, die Störung des analogen Schaltungssteuersignals zu minimieren und Filterkomponenten vernünftig zu verwenden.