Leiterplattentechnisch - Warum ist PCB in digitale Masse und analoge Masse unterteilt

1 Warum trennen Sie digitale Masse und analoge Masse

Denn obwohl sie miteinander verbunden sind, die Entfernung ist länger, der Unterschied ist anders. Die Spannung an verschiedenen Punkten auf demselben Kabel kann unterschiedlich sein, besonders wenn der Strom groß ist. Wegen des Widerstands des Drahtes, Ein Spannungsabfall tritt auf, wenn Strom fließt. Darüber hinaus, der Draht hat die Induktivität verteilt, und der Einfluss der verteilten Induktivität wird unter dem AC-Signal manifestiert. Also müssen wir es in digitale Masse und analoge Masse unterteilen, weil das hochfrequente Rauschen des digitalen Signals sehr groß ist, wenn die analoge Masse und die digitale Masse gemischt sind, Das Rauschen wird auf den analogen Teil übertragen und verursacht Störungen. Wenn der Boden getrennt ist, Hochfrequentes Rauschen kann durch Filtern am Netzteil isoliert werden. Aber wenn die beiden Gründe gemischt sind, es ist nicht einfach zu filtern. Deshalb PCB sollte in digitale Masse und analoge Masse unterteilt werden.

2 Wie man digitale Masse und analoge Masse gestaltet

Vor dem Entwurf müssen wir die beiden Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verstehen: Das erste Prinzip ist, die Fläche der Stromschleife zu minimieren; Das zweite Prinzip ist, dass das System nur eine Referenzfläche verwendet. Im Gegenteil, wenn das System zwei Bezugsebenen hat, ist es möglich, eine Dipolantenne zu bilden (Hinweis: Die Strahlungsgröße einer kleinen Dipolantenne ist proportional zur Länge der Leitung, der Menge des fließenden Stroms und der Frequenz); Die Rückkehr einer kleinen Schleife kann eine große Schleifenantenne bilden (Hinweis: Die Strahlungsgröße einer kleinen Schleifenantenne ist proportional zur Schleifenfläche, dem Strom, der durch die Schleife fließt, und dem Quadrat der Frequenz). Vermeiden Sie diese beiden Situationen so weit wie möglich im Design.

Es wird vorgeschlagen, die digitale Masse und die analoge Masse auf der Mischsignal-Leiterplatte, so dass die Trennung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse erreicht werden kann. Obwohl diese Methode machbar ist, es gibt viele mögliche Probleme, insbesondere bei komplexen Großanlagen. Das kritischste Problem ist, dass es nicht über die Division Gap geleitet werden kann.. Sobald die Teilungslücke geschlossen ist, Elektromagnetische Strahlung und Signal Übersprechen werden stark zunehmen. Das häufigste Problem in PCB-Design is that the signal line crosses the divided ground or power supply and generates EMI problems.

Wir verwenden die obige Aufteilungsmethode, und die Signalleitung überquert die Lücke zwischen den beiden Gründen. Wie ist der Rückweg des Signalstroms? 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. Der Hochfrequenzstrom, der durch die große Schleife fließt, erzeugt Strahlung und hohe Erdinduktivität. Fließt der niedere Analogstrom durch die große Schleife, wird der Strom leicht durch externe Signale gestört. Das Schlimmste ist, dass, wenn die geteilten Böden an der Stromversorgung miteinander verbunden werden, eine sehr große Stromschleife gebildet wird. Zusätzlich werden die analoge Masse und die digitale Masse durch einen langen Draht zu einer Dipolantenne verbunden.

Das Verständnis des Pfades und der Methode der Stromrückgabe zur Erde ist der Schlüssel zur Optimierung Mischsignal-Leiterplatte Design. Viele Konstrukteure berücksichtigen nur, wo der Signalstrom fließt, und ignorieren Sie den spezifischen Pfad des aktuellen. Wenn die Bodenschicht geteilt werden muss, und die Verkabelung muss durch den Spalt zwischen den Abteilungen geführt werden, Eine Einpunktverbindung kann zwischen den geteilten Geländen hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Geländen zu bilden, und dann Verkabelung durch die Verbindungsbrücke. Auf diese Weise, Unter jeder Signalleitung kann ein Gleichstrom-Rückweg vorgesehen werden, so dass die entstandene Schleifenfläche klein ist.

Durch den Einsatz von optischen Trennvorrichtungen oder Transformatoren kann das Signal auch über die Segmentierungslücke erreicht werden. Bei ersterem ist es das optische Signal, das die Segmentierungslücke überschreitet; Im Falle eines Transformators ist es das Magnetfeld, das die Segmentierungslücke überschreitet. Eine weitere mögliche Methode ist die Verwendung von Differentialsignalen: Das Signal fließt von einer Leitung ein und kehrt von einer anderen Signalleitung zurück. In diesem Fall wird der Boden nicht als Rückweg benötigt.

Um die Interferenz von digitalen Signalen zu analogen Signalen tief zu erforschen, müssen wir zuerst die Eigenschaften von hochfrequenten Strömen verstehen. Bei Hochfrequenzströmen wählen Sie immer den Weg mit der geringsten Impedanz (niedrigste Induktivität) und direkt unter dem Signal, so dass der Rückstrom durch die benachbarte Schaltungsschicht fließt, unabhängig davon, ob die benachbarte Schicht die Leistungsschicht oder die Masseschicht ist. In der tatsächlichen Arbeit ist es im Allgemeinen geneigt, eine einheitliche Masse zu verwenden und die Leiterplatte in einen analogen und einen digitalen Teil zu teilen. Das analoge Signal wird im analogen Bereich aller Schichten der Leiterplatte geroutet, und das digitale Signal wird im digitalen Schaltungsbereich geroutet. In diesem Fall fließt der digitale Signalrückstrom nicht in die analoge Signalmasse.

Nur wenn das digitale Signal auf dem analogen Teil der Leiterplatte verdrahtet ist oder das analoge Signal auf dem digitalen Teil der Leiterplatte verdrahtet ist, tritt die Störung des digitalen Signals auf das analoge Signal auf. Diese Art von Problem tritt nicht auf, weil es keine geteilte Masse gibt, der wahre Grund ist die falsche Verdrahtung des digitalen Signals. PCB-Design nimmt einheitliche Masse an, durch digitale Schaltung und analoge Schaltungspartition und geeignete Signalverdrahtung, kann in der Regel einige schwierigere Layout- und Verdrahtungsprobleme lösen, und gleichzeitig verursacht es keine potenziellen Probleme, die durch Erdungsteilung verursacht werden. In diesem Fall wird das Layout und die Aufteilung von Komponenten zum Schlüssel, um die Vor- und Nachteile des Designs zu bestimmen. Wenn das Layout vernünftig ist, wird der digitale Massestrom auf den digitalen Teil der Leiterplatte beschränkt und wird das analoge Signal nicht stören. Diese Verkabelung muss sorgfältig geprüft und überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Verdrahtungsregeln 100% eingehalten werden. Andernfalls zerstört eine unsachgemäße Verlegung einer Signalleitung eine ansonsten sehr gute Leiterplatte vollständig.

Beim Verbinden der analogen Masse und der digitalen Massepunkte des A/D-Wandlers schlagen die meisten A/D-Wandler-Hersteller vor: Verbinden Sie die AGND- und DGND-Pins mit derselben niederohmigen Masse durch die kürzeste Leitung (Hinweis: Da die meisten A/D-Wandler-Chips die analoge Masse und die digitale Masse nicht miteinander verbinden, müssen die analoge und die digitale Masse über externe Pins angeschlossen werden. Jede externe Impedanz, die an DGND angeschlossen ist, überträgt parasitäre Kapazität. Mehr digitales Rauschen wird an die analogen Schaltungen im IC gekoppelt. Gemäß diesem Vorschlag ist es notwendig, die AGND- und DGND-Pins des A/D-Wandlers an die analoge Masse anzuschließen, aber dieses Verfahren verursacht Probleme, wie z.B. ob der Masseanschluss des digitalen Signalentkopplungskondensators mit der analogen Masse oder der digitalen Masse verbunden werden soll.

Wenn das System nur über einen A/D-Wandler verfügt, können die oben genannten Probleme leicht gelöst werden. Trennen Sie die Masse und verbinden Sie die analoge Masse und die digitale Masse zusammen unter dem A/D-Wandler. Bei der Annahme dieser Methode muss sichergestellt werden, dass die Breite der Verbindungsbrücke zwischen den beiden Erdungen mit der Breite des IC übereinstimmt, und dass keine Signalleitung den Teilungsspalt überschreiten kann.

Wenn es zum Beispiel viele A/D-Wandler im System gibt, wie kann man 10-A/D-Wandler anschließen? Wenn die analoge Masse und die digitale Masse unter jedem A/D-Wandler miteinander verbunden sind, wird eine Mehrpunktverbindung erzeugt, und die Trennung zwischen der analogen Masse und der digitalen Masse ist bedeutungslos. Wenn Sie keine Verbindung auf diese Weise herstellen, verstößt dies gegen die Anforderungen des Herstellers. Wenn Sie Zweifel an der gleichmäßigen Erdung des Mixed-Signal-PCB-Designs haben, können Sie die Masseschichtteilungsmethode verwenden, um die gesamte Leiterplatte zu layouten und zu routen. Achten Sie beim Design darauf, die Leiterplatte in den späteren Experimenten einfach zu verwenden. Der Abstand ist kleiner als 1/2 Zoll. Die Jumperdrähte oder 0-Ohm-Widerstände werden separat miteinander verbunden. Achten Sie auf Trennwände und Verkabelung, stellen Sie sicher, dass sich keine digitalen Signalleitungen über dem analogen Teil auf allen Ebenen befinden und keine analogen Signalleitungen über dem digitalen Teil befinden. Darüber hinaus kann keine Signalleitung die Erdlücke oder die Lücke zwischen geteilten Netzteilen überschreiten. Um die Funktion und EMV-Leistung der Leiterplatte zu testen, verbinden Sie dann die beiden Erdungen durch einen 0-Ohm-Widerstand oder Jumperdraht zusammen und testen Sie die Funktion und EMV-Leistung der Leiterplatte erneut. Vergleicht man die Testergebnisse, stellt sich heraus, dass die einheitliche Lösung in fast allen Fällen der geteilten Lösung hinsichtlich Funktion und EMV-Leistung überlegen ist.

Ist die Methode der Aufteilung des Landes noch nützlich?

Diese Methode kann in den folgenden drei Situationen verwendet werden: Einige medizinische Geräte erfordern einen geringen Leckstrom zwischen Schaltkreisen und Systemen, die mit dem Patienten verbunden sind; Der Ausgang einiger industrieller Prozesssteuergeräte kann an ein lautes und leistungsstarkes elektromechanisches System angeschlossen werden. Ausrüstung; Eine andere Situation ist, wenn das Layout der Leiterplatte bestimmten Einschränkungen unterliegt.

Es gibt in der Regel unabhängige digitale und analoge Netzteile auf Mixed-Signal Leiterplatten, und geteilte Leistungsebenen können und sollten verwendet werden. Allerdings, Die Signalleitungen in der Nähe der Versorgungsschicht können die Lücke zwischen den Netzteilen nicht überschreiten, und alle Signalleitungen, die den Spalt überqueren, müssen sich auf der Schaltungsschicht in der Nähe der großflächigen Masse befinden. In einigen Fällen, Designing the analog power supply with a PCB Verbindungsleitung anstelle einer einzigen Oberfläche kann das Problem der Aufteilung der Energiefläche vermeiden.