Leiterplattentechnisch - Wie realisiert man das Partitionsdesign der gemischten Signal-Leiterplatte?

Das Design der gemischten Signalschaltung PCB ist sehr komplex. Das Layout und die Verdrahtung von Komponenten und die Verarbeitung von Stromversorgung und Erdungskabel beeinflussen direkt die Schaltungsleistung und EMV-Leistung. Das in diesem Papier vorgestellte Trennungsdesign der Masse und der Stromversorgung kann die Leistung der gemischten Signalschaltung optimieren.

Wie kann die gegenseitige Interferenz zwischen Digitalsignal und Analogsignal reduziert werden? Vor dem Entwurf müssen zwei Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verstanden werden: Zum einen soll die Fläche der Stromschleife so weit wie möglich reduziert werden; Zum anderen wird nur eine Referenzfläche im System verwendet. Im Gegenteil, wenn zwei Bezugsebenen im System vorhanden sind, kann eine Dipolantenne gebildet werden (Hinweis: Die Strahlungsgröße der kleinen Dipolantenne ist direkt proportional zur Länge der Leitung, dem durchfließenden Strom und der Frequenz); Wenn das Signal nicht durch die kleinste Schleife wie möglich zurückkehren kann, kann eine große Schleifenantenne gebildet werden. Der Strom der Schleife ist proportional zum Quadrat der Frequenz. Diese beiden Situationen sollten im Design so weit wie möglich vermieden werden.

Es wird vorgeschlagen, dass die digitale Masse und die analoge Masse auf der gemischten Signal-Leiterplatte getrennt werden sollten, um die Isolierung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse zu realisieren. Obwohl diese Methode machbar ist, es gibt viele mögliche Probleme, insbesondere bei komplexen Großanlagen. Das Hauptproblem ist, dass es unmöglich ist, die Spaltlücke zu überwinden. Sobald es überquert ist, elektromagnetische Strahlung und Signal Übersprechen werden schnell zunehmen. Das gemeinsame Problem in PCB Design ist EMI-Problem, das durch Signalleitung über geteilte Erde oder Stromversorgung verursacht wird.

Wir verwenden die obige Segmentierungsmethode, und die Signalleitung überquert die Lücke zwischen den beiden Erdungen. Wie ist der Rückweg des Signalstroms? Es wird davon ausgegangen, dass die beiden getrennten Gelände an irgendeiner Stelle (in der Regel an einem einzelnen Punkt an einem bestimmten Ort) miteinander verbunden sind. In diesem Fall bildet der Massestrom eine große Schleife. Der Hochfrequenzstrom, der durch die große Schleife fließt, erzeugt Strahlung und hohe Erdinduktivität. Wenn der Strom, der durch die große Schleife fließt, niedriger Analogstrom ist, kann der Strom leicht durch externe Signale gestört werden. Schlimmer noch, wenn die geteilte Masse an der Stromversorgung angeschlossen wird, bildet sie eine sehr große Stromschleife. Darüber hinaus bildet die analoge und digitale Verbindung über einen langen Draht eine Dipolantenne.

Das Verständnis des Pfades und Modus der Stromrückgabe zur Masse ist der Schlüssel, um das Design der gemischten Signal-Leiterplatte zu optimieren. Viele Konstrukteure berücksichtigen nur, wo der Signalstrom fließt und ignorieren dabei den spezifischen Pfad des Stroms. Wenn die Erdungsdrahtschicht geteilt werden muss und die Verdrahtung durch den Spalt zwischen den Trennwänden geführt werden muss, kann eine Einzelpunktverbindung zwischen den geteilten Erdschichten hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Erdschichten zu bilden, und dann wird die Verdrahtung durch die Verbindungsbrücke geführt. Auf diese Weise kann unter jeder Signalleitung ein Gleichstrom-Rückweg vorgesehen werden, so dass die gebildete Schleifenfläche sehr klein ist.

Auch optische Trennvorrichtungen oder Transformatoren können verwendet werden, um die Lücke zu überqueren. Bei ersterem überschreitet das optische Signal den Spalt, während im Fall des Transformators das Magnetfeld den Spalt überquert. Ein weiterer möglicher Ansatz ist die Verwendung von Differenzsignalen: Signale fließen von einer Leitung ein und von einer anderen zurück, in diesem Fall müssen sie nicht als Rückweg verwendet werden.

Um die Interferenz von digitalem Signal zu analogem Signal zu untersuchen, müssen wir zuerst die Eigenschaften von Hochfrequenzstrom verstehen. Hochfrequenzströme wählen immer den Impedanzpfad (Induktivität) direkt unterhalb des Signals, so dass der Rückstrom durch die benachbarte Schaltungsschicht fließt, unabhängig davon, ob die benachbarte Schicht die Leistungsschicht oder die Masseschicht ist.

In der Praxis, PCB wird normalerweise in analogen Teil und digitalen Teil unterteilt. Analoge Signale werden im analogen Bereich aller Schichten der Platine geroutet, während digitale Signale im Bereich der digitalen Schaltung geroutet werden. In diesem Fall, Der Rückstrom des digitalen Signals fließt nicht zur Masse des analogen Signals.

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. Dieses Problem liegt nicht daran, dass es keine Aufteilung gibt, der wahre Grund ist, dass die digitale Signalverdrahtung nicht angemessen ist.

PCB-Design nimmt ein einheitliches Design an, durch die digitale Schaltung und analoge Schaltungspartition und geeignete Signalverdrahtung, kann in der Regel einige schwierige Layout- und Verdrahtungsprobleme lösen, wird aber auch keine potenziellen Probleme verursachen, die durch Erdung verursacht werden. In diesem Fall werden das Layout und die Aufteilung der Komponenten zum Schlüssel für das Design. 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 überprüft und überprüft werden, um 100% Einhaltung der Verdrahtungsregeln zu gewährleisten. Andernfalls zerstört eine unsachgemäße Signalleitung eine sehr gute Leiterplatte vollständig.

Beim Verbinden analoger Massepunkte und digitaler Massepunkte eines LED-D-Wandlers, Die meisten Hersteller von LED-Wandlern empfehlen, Agd- und DGND-Pins mit derselben niederohmigen Masse über kurze Leitungen anzuschließen (Hinweis: Da die meisten LED-Wandler-Chips analoge Masse und digitale Masse nicht miteinander verbinden, müssen sie über externe Pins angeschlossen werden) Jede externe Impedanz, die an DGND angeschlossen ist, koppelt mehr digitales Rauschen an die analoge Schaltung innerhalb des IC durch parasitäre Kapazität. Nach diesem Vorschlag ist es notwendig, die agnd- und DGND-Pins des A-D-Wandlers mit der analogen Masse zu verbinden. Dieses Verfahren kann jedoch zu Problemen führen, z. B. ob die Erdungsanlage des digitalen Signalentkopplungskondensators mit der analogen Masse oder der digitalen Masse verbunden werden soll.

Wenn das System nur einen LED-Wandler hat, können die oben genannten Probleme leicht gelöst werden. Wie in Abb. 3 gezeigt, wird die Masse geteilt und die analogen und digitalen Teile werden unter dem A- und D-Wandler miteinander verbunden. Bei der Annahme dieser Methode muss sichergestellt werden, dass die Breite der Verbindungsbrücke zwischen den beiden Erdungen gleich der des IC ist, und keine Signalleitung den Trennspalt überqueren kann.

Wenn es zum Beispiel viele LED-Wandler im System gibt, wie kann man 10-A- und D-Wandler anschließen? Wenn analoge Masse und digitale Masse an der Unterseite jedes EndD-Wandlers miteinander verbunden sind, gibt es eine Mehrpunktverbindung, und die Isolierung zwischen analoger Masse und digitaler Masse ist bedeutungslos. Wenn Sie sich nicht auf diese Weise verbinden, verstößt dies gegen die Anforderungen des Herstellers.

Wenn Sie Zweifel am einheitlichen Design der gemischten Signal-Leiterplatte haben, können wir die Methode verwenden, die Masseschicht zu teilen, um die gesamte Leiterplatte auszulegen und zu routen. Im Design sollten wir unser Bestes versuchen, um die Leiterplatte einfach zu machen, die getrennte Masse mit Jumpern mit Abstand weniger als 1,2 Zoll oder 0 Ohm Widerstand im hinteren Experiment zu verbinden. Achten Sie auf Zonierung und Verdrahtung, um sicherzustellen, dass es keine digitalen Signalleitungen über dem analogen Abschnitt oder eine analoge Signalleitung über dem digitalen Abschnitt auf allen Ebenen gibt. Darüber hinaus kann keine Signalleitung die Erdlücke überqueren oder die Lücke zwischen Netzteilen teilen. Um die Funktion und EMV-Leistung der Leiterplatte zu testen, verbinden Sie dann die beiden Masse durch 0-Ohm-Widerstand oder Jumper und testen Sie die Funktion und EMV-Leistung der Leiterplatte erneut. Vergleicht man die Testergebnisse, so stellt sich heraus, dass die einheitliche Lösung in fast allen Fällen der segmentierten Lösung hinsichtlich Funktion und EMV-Leistung überlegen ist.

Diese Methode kann in den folgenden drei Situationen verwendet werden: Einige medizinische Geräte erfordern einen geringen Leckstrom zwischen Schaltkreisen und Systemen, die mit Patienten verbunden sind; Der Ausgang einiger industrieller Prozesssteuergeräte kann an elektromechanische Geräte mit hohem Geräusch und hoher Leistung angeschlossen werden; Ein anderer Fall ist, wenn das Layout der Leiterplatte eingeschränkt ist.

In gemischten Signal-PCB gibt es normalerweise unabhängige digitale und analoge Stromversorgung, die geteilte Stromversorgung annehmen kann und sollte. Die Signalleitung, die an die Stromversorgungsschicht angrenzt, kann jedoch den Abstand zwischen den Stromversorgungen nicht überschreiten, und alle Signalleitungen, die den Spalt überqueren, müssen sich auf der Schaltungsschicht befinden, die an die große Fläche angrenzt. In einigen Fällen kann das Design einer analogen Stromversorgung mit Leiterplattenanschlussleitung anstelle einer Oberfläche das Problem der netzversorgungsseitigen Segmentierung vermeiden.

Das Design des gemischten Signals PCB ist ein komplexer Prozess. The following points should be paid attention to in the design process:

1. Teilen Sie PCB in unabhängigen analogen Teil und digitalen Teil.

2. Richtige Anordnung der Komponenten.

3. Ein Arrad D Konverter werden über Partitionen platziert.

4. Teilt den Boden nicht. Die Leiterplatte wird gleichmäßig unter dem analogen und dem digitalen Teil verlegt.

5. In allen Schichten der Leiterplatte kann das digitale Signal nur im digitalen Teil der Leiterplatte verdrahtet werden.

6. In allen Schichten der Leiterplatte kann das analoge Signal nur im analogen Teil der Leiterplatte verdrahtet werden.

7. Realisieren Sie analoge und digitale Stromtrennung.

8. Die Verdrahtung darf den Spalt zwischen den geteilten Leistungsflächen nicht überschreiten.

9. Der Signaldraht, der den Spalt zwischen den geteilten Netzteilen überqueren muss, muss auf der Verdrahtungsschicht neben dem großen Bereich liegen.

10. Analysieren Sie den tatsächlichen Flusspfad und den Modus des Rücklaufstroms.

11. Verwenden Sie korrekte Verdrahtungsregeln.