PCB-Neuigkeiten - Wie man ein pcb design mit gemischtem Signal erreicht

PCB Design Mischsignalschaltung ist sehr kompliziert, das Layout der Bauteile, Verkabelung, Stromversorgung und Erdungskabelverarbeitung beeinflussen direkt die Schaltungsleistung und die elektromagnetische Kompatibilitätsleistung.Das in diesem Papier vorgestellte Trennungsdesign von Masse und Stromversorgung kann die Leistung von Mixed-Signal-Schaltungen optimieren.

Wie kann die Interferenz zwischen digitalen und analogen Signalen reduziert werden? Vor dem Entwurf müssen zwei Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verstanden werden: Das erste Prinzip besteht darin,die Stromschleifenfläche zu minimieren; Das zweite Prinzip ist, dass das System nur eine Referenzebene verwendet. Im Gegenteil, wenn das System zwei Referenzebenen hat, ist es möglich, eine Dipolantenne zu bilden (Hinweis: Die Strahlung einer kleinen Dipolantenne ist proportional zur Länge der Linie, der Menge des fließenden Stroms und der Frequenz). Wenn das Signal nicht durch die kleinstmögliche Schleife zurückkehrt, kann eine große Rundantenne gebildet werden. Vermeiden Sie beides in Ihrem Design so viel wie möglich.

Es wurde vorgeschlagen, die digitale Masse und die analoge Masse auf der Mixed-Signal-Leiterplatte zu trennen, um eine Trennung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse zu erreichen. Obwohl dieser Ansatz machbar ist, birgt er viele potenzielle Probleme, insbesondere in großen und komplexen Systemen. Das Hauptproblem besteht darin, die Spaltverdrahtung nicht zu überqueren, sobald die Spaltverdrahtung überschritten wurde, werden elektromagnetische Strahlung und Signalübersprache dramatisch zunehmen. Ein häufiges Problem im pcb design ist EMI-Problem, das durch Signalleitung verursacht wird, die die Masse oder Stromversorgung überquert.

Wir verwenden die obige Segmentierungsmethode, und die Signalleitung überspannt die Lücke zwischen den beiden Erdungen, was ist der Rückweg des Signalstroms? Angenommen, die beiden geteilten Länder sind an einem Punkt verbunden (normalerweise ein einzelner Punkt an einem Punkt), in welchem Fall der Erdstrom eine große Schleife bildet. Der Hochfrequenzstrom, der durch die große Schleife fließt, erzeugt Strahlung und hohe Erdinduktivität.Wenn der niedrige Analogstrom, der durch die große Schleife fließt, leicht durch externe Signale gestört werden kann. Das Schlechte ist, dass wenn die Abschnitte an der Stromquelle miteinander verbunden sind, eine sehr große Stromschleife entsteht. Zusätzlich bilden analoge und digitale Masse, die über einen langen Draht verbunden sind, eine Dipolantenne.

Das Verständnis des Pfades und Modus des Stromrückflusses zur Masse ist der Schlüssel zur Optimierung des Mixed-Signal-Leiterplattendesigns. Viele Konstrukteure berücksichtigen nur, wo der Signalstrom fließt und ignorieren dabei den spezifischen Pfad des Stroms. Wenn die Masseschicht partitioniert werden muss und durch den Spalt zwischen den Trennwänden geführt werden muss, kann eine Einzelpunktverbindung zwischen der partitionierten Masse hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Masseschichten zu bilden und dann durch die Verbindungsbrücke geführt werden. Auf diese Weise kann unterhalb jeder Signalleitung ein Gleichstrom-Rücklaufpfad vorgesehen werden, was zu einer kleinen Schleifenfläche führt.

Optische Trennvorrichtungen oder Transformatoren können auch verwendet werden, um das Signal zu realisieren, das die Segmentierungslücke überschreitet. Bei ersterem ist es das optische Signal, das die Segmentierungslücke überspannt. Bei einem Transformator ist es das Magnetfeld, das den Trennspalt überspannt. Auch differentielle Signale sind möglich: Signale fließen von einer Leitung ein und von der anderen zurück, werden dann unnötig als Rücklaufwege genutzt.

Um die Interferenz von digitalem Signal zu analogem Signal zu untersuchen, müssen wir zuerst die Eigenschaften von Hochfrequenzstrom verstehen. Der Hochfrequenzstrom wählt immer die Impedanz (Induktivität), den Weg direkt unter dem Signal, so dass der Rückstrom durch die benachbarte Schaltungsschicht fließt, unabhängig davon, ob die benachbarte Schicht die Leistungs- oder Masseschicht ist.

In der Praxis wird es im Allgemeinen bevorzugt, eine einheitliche pcb Partition in analoge und digitale Teile zu verwenden. Analoge Signale werden im analogen Bereich aller Schichten der Platine geroutet, während digitale Signale im digitalen Schaltungsbereich geroutet werden. In diesem Fall fließt der digitale Signalrückstrom nicht in die Masse des analogen Signals.

Interferenzen von digitalen Signalen zu analogen Signalen treten nur dann auf, wenn die digitalen Signale über die digitalen Teile der Leiterplatte geroutet werden. Dieses Problem ist nicht auf die fehlende Segmentierung zurückzuführen, der wahre Grund ist die falsche Verdrahtung digitaler Signale.

PCB design verwendet vereinheitlicht, durch die digitale Schaltung und analoge Schaltungspartition und geeignete Signalverdrahtung, kann in der Regel einige der schwierigeren Layout- und Verdrahtungsprobleme lösen, hat aber auch keine potenziellen Probleme, die durch Erdungssegmentierung verursacht werden. In diesem Fall wird das Layout und die Aufteilung der Komponenten entscheidend für die Qualität des Designs. Bei richtiger Anordnung beschränkt sich der digitale Massestrom auf den digitalen Teil der Platine und stört das analoge Signal nicht. Diese Verkabelung muss sorgfältig überprüft und überprüft werden, um 100% Einhaltung der Verdrahtungsregeln zu gewährleisten. O Eine unsachgemäße Signalleitung zerstört eine sehr gute Leiterplatte vollständig.

Wenn analoge und digitale Massepunkte von A/D-Wandlern miteinander verbunden werden, empfehlen die meisten A/D-Wandlerhersteller, AGND- und DGND-Pins über kurze Leitungen mit derselben niederohmigen Masse zu verbinden (Hinweis: Da die meisten A/D-Wandler-Chips analoge und digitale Masse nicht intern miteinander verbinden, müssen analoge und digitale Massepunkte über externe Pins angeschlossen werden). Jede externe Impedanz, die an DGND angeschlossen ist, koppelt mehr digitales Rauschen über parasitäre Kapazität an die analoge Schaltung im IC. Nach dieser Empfehlung müssen sowohl der A/D-Wandler AGND als auch die DGND-Pins mit der analogen Masse verbunden werden, aber dieser Ansatz wirft Fragen auf, ob das Erdende des digitalen Signalentkopplungskondensators an die analoge oder digitale Masse angeschlossen werden soll.

Wenn das System nur über einen A/D-Wandler verfügt, kann das obige Problem leicht gelöst werden. Wie in Abbildung 3 gezeigt, wird die Masse geteilt und die analogen und digitalen Masseabschnitte werden unter dem A/D-Wandler miteinander verbunden. Wenn diese Methode angenommen wird, ist es notwendig sicherzustellen, dass die Brückenbreite zwischen den beiden Standorten gleich der IC-Breite ist, und dass keine Signallinie den Trennspalt überqueren kann.

Wenn das System viele A/D-Wandler hat, zum Beispiel 10-A/D-Wandler, wie kann man anschließen? Wenn analoge und digitale Masse unter jedem A/D-Wandler angeschlossen sind, ergibt sich eine Mehrpunktverbindung, und die Trennung zwischen analoger und digitaler Masse ist bedeutungslos. Wenn Sie dies nicht tun, verletzen Sie die Anforderungen des Herstellers.

Der Weg, das zu tun, ist, mit einer Uniform zu beginnen. Teilen Sie den Boden gleichmäßig in analoge und digitale Teile. Dieses Layout erfüllt nicht nur die Anforderungen der IC-Gerätehersteller für den niederohmigen Anschluss von analogen und digitalen Massepunkten, sondern vermeidet auch EMV-Probleme, die durch Schleifenantenne oder Dipolantenne verursacht werden.

Wenn Sie Zweifel an dem einheitlichen Ansatz des Mixed Signal pcb Designs haben, können Sie die Methode der Masseschichtpartition verwenden, um die gesamte Leiterplatte auszulegen und zu routen. Im Design sollte darauf geachtet werden, dass die Leiterplatte einfach mit Jumpern oder 0-Ohm-Widerständen verbunden werden kann, die im späteren Experiment weniger als 1/2 Zoll auseinander liegen. Achten Sie auf Zonierung und Verdrahtung, um sicherzustellen, dass sich keine digitalen Signalleitungen über dem analogen Abschnitt auf allen Ebenen befinden und keine analogen Signalleitungen über dem digitalen Abschnitt befinden. Darüber hinaus sollte keine Signalleitung die Erdlücke überqueren oder die Lücke zwischen den Stromquellen teilen. Um die Funktion und EMV-Leistung der Platine zu testen, testen Sie die Funktion und EMV-Leistung der Platine erneut, indem Sie die beiden Etagen über einen 0-Ohm-Widerstand oder -Jumper miteinander verbinden. Im Vergleich der Testergebnisse stellte sich heraus, dass die einheitliche Lösung in fast allen Fällen hinsichtlich Funktionalität und EMV-Leistung gegenüber der Split-Lösung überlegen war.

Dieser Ansatz kann in drei Situationen angewendet werden: Einige medizinische Geräte erfordern einen sehr geringen Leckstrom zwischen Schaltkreisen und Systemen, die mit dem Patienten verbunden sind; Der Ausgang einiger industrieller Prozesssteuergeräte kann an laute und leistungsstarke elektromechanische Geräte angeschlossen werden; Ein weiterer Fall ist, wenn das LAYOUT der Leiterplatte bestimmten Einschränkungen unterliegt.

Es gibt normalerweise separate digitale und analoge Netzteile auf einer gemischten Leiterplatte, die eine geteilte Stromversorgung haben kann und sollte. Die Signalleitungen, die an die Stromversorgungsschicht angrenzen, können jedoch den Abstand zwischen den Netzteilen nicht überschreiten, und alle Signalleitungen, die den Abstand überschreiten, müssen auf der Schaltungsschicht neben der großen Fläche liegen. In einigen Fällen kann das analoge Netzteil mit Leiterplattenanschlüssen anstatt mit einer Fläche ausgelegt werden, um eine Trennung der Netzfläche zu vermeiden.

Mixed-Signal elektrische leiterplatte Design ist ein komplexer Prozess, der Designprozess sollte auf die folgenden Punkte achten:

1. Teilen Sie die Leiterplatte in separate analoge und digitale Teile.

2. Richtiges Bauteillayout.

3.A/D Konverter wird über Partitionen platziert.

4. Teile den Boden nicht. Der analoge Teil und der digitale Teil der Platine sind gleichmäßig verlegt.

5. In allen Schichten der Platine kann das digitale Signal nur in den digitalen Teil der Platine geleitet werden.

6. In allen Schichten der Platine können analoge Signale nur im analogen Teil der Platine geroutet werden.

7. Analoge und digitale Stromtrennung.

8. Verdrahtung sollte nicht den Spalt zwischen den geteilten Stromversorgungsoberflächen umfassen.

9. Die Signalleitungen, die den Abstand zwischen den geteilten Netzteilen umfassen müssen, sollten auf der Verdrahtungsschicht neben einem großen Bereich angeordnet sein.

10. Analysieren Sie den tatsächlichen Pfad und die Art des Erdstromflusses.

11. Verwenden Sie korrekte Verdrahtungsregeln.