Leiterplattentechnisch - PCB-Design-Methode der digital-analogen Hybridschaltung

In der Hochgeschwindigkeits-PCB Design, Das Interferenzproblem im PCB-Design der digital-analogen Hybridschaltung war schon immer ein schwieriges Problem. Insbesondere, Die analoge Schaltung ist im Allgemeinen die Quelle des Signals, und ob das Signal korrekt empfangen und konvertiert werden kann, ist ein wichtiger Faktor, der beim PCB-Design berücksichtigt werden muss. Der Artikel diskutiert die allgemeine Verarbeitungsmethode der digital-analogen Hybridschaltung durch Analyse des Mechanismus der Störung der digital-analogen Hybridschaltung und Kombination der Entwurfspraxis, und es wird durch Designbeispiele verifiziert.

I. Einleitung

A printed circuit board (PCB) is a support for circuit components and devices in electronic products, und es stellt elektrische Verbindungen zwischen Schaltungskomponenten und Geräten zur Verfügung. Heutzutage, Viele Leiterplatten sind keine Einzelfunktionsschaltungen mehr, aber bestehen aus einer Mischung aus digitalen und analogen Schaltungen. Daten werden in der Regel in einer analogen Schaltung gesammelt und empfangen, Während Bandbreite und Verstärkung digitalisiert werden müssen, um durch Software gesteuert zu werden. Daher, Es gibt oft digitale und analoge Schaltungen auf der gleichen Platine, und sogar die gleichen Komponenten teilen. Unter Berücksichtigung der gegenseitigen Interferenz zwischen ihnen und der Auswirkungen auf die Schaltungsleistung, Das Layout und die Verdrahtung der Schaltung müssen bestimmte Prinzipien haben. Die speziellen Anforderungen an Stromübertragungsleitungen im Mixed-Signal-PCB-Design und die Anforderungen an die Isolierung der Rauschkopplung zwischen analogen und digitalen Schaltungen haben die Komplexität von Layout und Routing während der Konstruktion erhöht. Hier, durch die Analyse von hoher Dichte Mixed-Signal PCB Layout und Verdrahtungsdesign, um die erforderlichen PCB-Designziele zu erreichen.

2. Der Erzeugungsmechanismus der digital-analogen Hybridschaltungsstörung

Im Vergleich zu digitalen Signalen sind analoge Signale viel empfindlicher auf Rauschen, da der Betrieb analoger Schaltungen von kontinuierlich wechselndem Strom und Spannung abhängt. Jede leichte Störung kann seinen normalen Betrieb beeinträchtigen, während der Betrieb digitaler Schaltungen von einem hohen oder niedrigen Pegel gemäß einem vordefinierten Spannungspegel oder Schwellenwert abhängt und eine bestimmte Störfestigkeit aufweist. Aber in einer Mixed-Signal-Umgebung sind digitale Signale eine Rauschquelle im Vergleich zu analogen Signalen. Wenn die digitale Schaltung funktioniert, ist die stabile effektive Spannung nur Hoch- und Niederspannung. Wenn der digitale Logikausgang von einer Hochspannung zu einer Niederspannung wechselt, entlädt sich der Massepunkt des Geräts und erzeugt einen Schaltstrom, der die Schaltwirkung der Schaltung ist. Je schneller die Geschwindigkeit der digitalen Schaltung, desto kürzer ist die Schaltzeit in der Regel erforderlich. Wenn eine große Anzahl von Schaltkreisen gleichzeitig von einem logischen hohen zu einem logischen niedrigen Niveau wechselt, wird aufgrund der unzureichenden Fähigkeit des Erdungskabels, Strom zu übergeben, eine große Menge an Schaltstrom verursacht. Die logische Massespannung schwankt, was wir Massespannung nennen. Das Ground Bounce Rauschen und die Leistungsstörung, die durch die digitale Schaltung verursacht wird, wenn sie mit der analogen Schaltung gekoppelt ist, beeinflussen die Leistung der analogen Schaltung. Da ziemlich viele Störquellen durch die Strom- und Erdungsbusse erzeugt werden, verursacht der Erdungskabel die größten Störeinflüsse, so dass das Design der Masse und der Leistung besonders wichtig ist, wenn die Leiterplatte entworfen wird.

Drittens die allgemeinen Verarbeitungsprinzipien des digital-analogen Hybrid-Schaltungsplattendesigns

Ich sprach über den Mechanismus der Hybridschaltung Interferenz. Wie kann die gegenseitige Interferenz zwischen Digitalsignal und Analogsignal reduziert werden? Vor dem Entwurf müssen wir die beiden Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) verstehen: Das erste Prinzip ist, die Fläche der Stromschleife so weit wie möglich zu reduzieren. Wenn das Signal nicht durch die kleinstmögliche Schleife zurückkehren kann, kann eine große Schleife gebildet werden. Antenne. Das zweite Prinzip ist, dass das System nur eine Referenzebene verwendet. Im Gegenteil, wenn das System zwei Referenzebenen hat, kann es eine Dipolantenne bilden. Vermeiden Sie diese beiden Situationen so weit wie möglich im Design.

(1) Das Prinzip des Layouts und der Routing. Einer der ersten Faktoren, die für das Bauteillayout zu berücksichtigen sind, besteht darin, den analogen Schaltungsteil vom digitalen Schaltungsteil zu trennen. 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. Für einige Hochfrequenzleitungen mit speziellen Anforderungen ist es am besten, sie manuell zu routen und bei Bedarf Differenzleitungen oder geschirmte Leitungen zu verwenden. Manchmal muss aufgrund der Position des Eingangs-/Ausgangsanschlusses die Verdrahtung der digitalen und analogen Schaltungen gemischt werden, was den gegenseitigen Einfluss des analogen Teils und des digitalen Teils der Schaltung verursachen kann. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, dass digitale Taktleitungen und hochfrequente analoge Signalleitungen in der Nähe der analogen Leistungsschicht laufen, andernfalls wird das Rauschen des Leistungssignals mit dem empfindlichen analogen Signal gekoppelt. Um zu versuchen, ein niederohmiges Energie- und Erdungsnetzwerk zu erreichen, sollte die Induktivität des digitalen Schaltungsdrahts minimiert werden, und die kapazitive Kopplung der analogen Schaltung sollte minimiert werden. Die Frequenz der digitalen Schaltung ist hoch, und die Empfindlichkeit der analogen Schaltung ist stark. Für die Signalleitung sollte die hochfrequente digitale Signalleitung so weit wie möglich von der empfindlichen analogen Schaltungseinrichtung entfernt sein.

(2) Behandlung von Strom und Boden. Beim Design komplexer Hybrid-Leiterplatten sind das Layout und die Handhabung von Erdungsdrähten wichtige Faktoren zur Verbesserung der Schaltungsleistung. Es wird vorgeschlagen, die digitale Masse und die analoge Masse auf der gemischten Signal-Leiterplatte zu trennen, um eine Isolierung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse zu erreichen. Diese Methode neigt jedoch dazu, die Trennspaltverdrahtung zu überqueren, was zu einem starken Anstieg der elektromagnetischen Strahlung und des Signalübersprechens führt.

Das Verständnis des Pfades und der Methode der Stromrückgabe zur Masse ist der Schlüssel zur Optimierung von Mixed-Signal Leiterplattendesign. 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.