Leiterplatte Blog - Beispiele für Leiterplattenverkabelungstechniken

Das Design der Mixed-Signal-Leiterplatte ist sehr kompliziert. Das Layout und die Verdrahtung der Komponenten und die Handhabung der Strom- und Erdungskabel beeinflussen direkt die Schaltungsleistung und die elektromagnetische Kompatibilitätsleistung. Dieser Artikel wird digitales und analoges Schaltungspartitiondesign einführen, um die Leistung von Mischsignalschaltungen zu optimieren. Um die gegenseitige Interferenz zwischen digitalen und analogen Signalen zu reduzieren, müssen in der Leiterplatte zwei Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) vor dem Design verstanden werden: Verringern Sie die Fläche der Stromschleife so weit wie möglich; das System verwendet nur eine Bezugsfläche. Wenn es zwei Referenzebenen im System gibt, ist es möglich, eine Dipolantenne zu bilden. Wenn das Signal nicht durch die kleinstmögliche Schleife zurückkehren kann, kann eine große Schleifenantenne gebildet werden, die bei der Konstruktion möglichst vermieden werden sollte. Die Trennung der digitalen und analogen Masse auf Mixed-Signal-Boards ermöglicht eine Trennung zwischen der digitalen und analogen Masse. Obwohl diese Methode machbar ist, birgt diese Methode auch viele potenzielle Probleme, insbesondere in komplexen Großsystemen. Das Hauptproblem ist, dass die Verkabelung nicht über die Trennlücke geführt werden kann. Sobald die Verkabelung gekreuzt ist, nehmen die elektromagnetische Strahlung und das Signal-Übersprechen dramatisch zu. Ein häufiges Problem beim Leiterplattendesign ist, dass die Signalleitung die geteilte Masse oder Stromleitung überquert, um EMI-Probleme zu erzeugen.

1. Partitionsmethode 1Die Signalleitung überspannt den Abstand zwischen zwei Gründen, also was ist der Rückweg für den Signalstrom? Angenommen, dass die beiden geteilten Erdungen irgendwo miteinander verbunden sind (normalerweise eine Einzelpunktverbindung an einer bestimmten Stelle), bildet in diesem Fall der Erdungsstrom eine große Schleife, und der Erdungsstrom fließt durch die große Schleife. Hochfrequente Ströme erzeugen Strahlung und hohe Induktivität. Fließt ein niedriger Analogstrom durch die große Schleife, kann der Strom leicht durch externe Signale gestört werden. Wenn die geteilten Erdungen an der Stromversorgung miteinander verbunden werden, entsteht eine sehr große Stromschleife. Zusätzlich werden die analoge Masse und die digitale Masse durch einen langen Draht miteinander verbunden, um eine Dipolantenne zu bilden. Zu wissen, wo und wie Strom zur Erde zurückkehrt, ist der Schlüssel zur Optimierung von Mixed-Signal-Boards. Viele Entwürfe berücksichtigen nur, wo der Signalstrom fließt, wobei der spezifische Pfad des Stroms ignoriert wird. Wenn die Masseschicht geteilt werden muss und die Verkabelung durch den Spalt zwischen den Abteilungen geführt werden muss, kann eine Einpunktverbindung zwischen den geteilten Erdungen hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Erdungen zu bilden, und dann durch die Verbindungsbrücke geführt werden. Auf diese Weise kann unter jeder Signalleitung ein Gleichstrom-Rückweg vorgesehen werden, so dass die gebildete Schleifenfläche klein ist. Signale über den Spaltspalt können auch mit optischen Isolatoren oder Transformatoren erreicht werden. Bei ersterem ist es das optische Signal, das die Teilungslücke überschreitet; Bei letzterem ist es das Magnetfeld, das die Teilungslücke überschreitet. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Differentialsignalen: Das Signal fließt von einer Leitung ein und kehrt von der anderen Signalleitung zurück. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit, den Boden als Rückweg zu verwenden.2. Trennmethode 2In der praktischen Arbeit wird im Allgemeinen eine einheitliche Masse verwendet, und die Leiterplatte ist in einen analogen Teil und einen digitalen Teil unterteilt. Analoge Signale werden im analogen Bereich auf allen Schichten der Platine geroutet, während digitale Signale im digitalen Schaltungsbereich geroutet werden. In diesem Fall fließt der digitale Signalrückstrom nicht in die analoge Signalmasse. Digital-zu-Analog-Interferenzen treten nur auf, wenn digitale Signale über den analogen Teil der Platine geroutet werden oder analoge Signale über den digitalen Teil der Platine geroutet werden. Diese Art von Problem liegt nicht daran, dass es keine geteilte Masse gibt, der wahre Grund ist die falsche Verdrahtung des digitalen Signals. Das Leiterplattendesign nimmt einen einheitlichen Boden an. Durch die Aufteilung von digitalen Schaltungen und analogen Schaltungen und einer geeigneten Signalverdrahtung können einige komplexere Layout- und Verdrahtungsprobleme in der Regel gelöst werden, und einige potenzielle Probleme, die durch Erdung verursacht werden, werden nicht verursacht. In diesem Fall wird das Layout und die Aufteilung der Komponenten der Schlüssel, um die Qualität des Designs zu bestimmen. Bei richtigem Layout werden digitale Masseströme auf den digitalen Teil der Platine beschränkt und stören nicht die analogen Signale. Solche Verkabelungen müssen sorgfältig überprüft und überprüft werden, um die Einhaltung der Verdrahtungsregeln sicherzustellen, andernfalls wird eine unsachgemäße Verlegung einer Signalleitung das Design einer Leiterplatte vollständig zerstören.3. A/D-PartitionBeim Verbinden der analogen Massepunkte und der digitalen Massepunkte des A/D-Wandlers empfehlen die meisten A/D-Wandler-Hersteller, die AGND- und DGND-Pins mit der gleichen niederohmigen Masse mit kurzen Leitungen zu verbinden. Da die meisten A/D-Wandler-Chips die analoge Masse und die digitale Masse nicht miteinander verbinden, müssen die analoge Masse und die digitale Masse über externe Pins angeschlossen werden. Jede externe Impedanz, die an DGND angeschlossen ist, überträgt mehr parasitäre Kapazitäten. Digitales Rauschen wird an die analoge Schaltung im IC gekoppelt. Nach dieser Empfehlung müssen sowohl die AGND- als auch die DGND-Pins des A/D-Wandlers mit analoger Masse verbunden werden. Wenn das System nur über einen A/D-Wandler verfügt, kann das obige Problem leicht gelöst werden. Trennen Sie die Masse und schließen Sie die analoge Masse und die digitale Masse unter dem A/D-Wandler zusammen. Wenn es viele A/D-Wandler im System gibt, wenn die analoge Masse und die digitale Masse unter jedem A/D-Wandler miteinander verbunden sind, werden mehrere Punkte angeschlossen, und die Isolierung zwischen der analogen Masse und der digitalen Masse ist minimal. Es ist sinnlos, und wenn Sie es nicht auf diese Weise verbinden, verletzen Sie die Anforderungen des Herstellers. Es ist, die vereinheitlichte Masse zu Beginn zu verwenden, und die vereinheitlichte Masse wird in einen analogen und einen digitalen Teil unterteilt. Diese Art von Layout und Verdrahtung erfüllt nicht nur die Anforderungen von IC-Geräteherstellern für den niederohmigen Anschluss von analogen Massen und digitalen Massepunkten, sondern bildet auch keine Schleifenantennen oder Dipolantennen auf Leiterplatte.