Noticias de PCB - Cómo lograr el diseño de zonificación de PCB de señal mixta

El diseño de PCB de los circuitos de señal híbridos es muy complejo, y la disposición de los componentes, el cableado, el procesamiento de la fuente de alimentación y el cable de tierra afectarán directamente el rendimiento del circuito y el rendimiento de compatibilidad electromagnética. El diseño de zonificación de la tierra y la fuente de alimentación presentado en este artículo puede optimizar el rendimiento del Circuito de señal mixta.

¿¿ cómo reducir la interferencia entre las señales digitales y analógicas? Antes del diseño, hay que entender dos principios básicos de la compatibilidad electromagnética: el primero es minimizar el área del Circuito de corriente; El segundo principio es que el sistema solo utiliza un plano de referencia. Por el contrario, si el sistema tiene dos planos de referencia, es posible formar una antena dipolo (nota: la radiación de la antena dipolo pequeño es proporcional a la longitud de la línea, la cantidad de corriente y la frecuencia). Si la señal no regresa a través del bucle lo más pequeño posible, se puede formar una antena circular grande. Evite tanto como sea posible en su diseño.

Se sugirió separar el suelo digital del suelo analógico en una placa de circuito de señal mixta para lograr el aislamiento entre el suelo digital y el suelo analógico. Aunque este enfoque es factible, tiene muchos problemas potenciales, especialmente en sistemas grandes y complejos. El problema clave es no cruzar el cableado de brecha, una vez que se cruza el cableado de brecha, la radiación electromagnética y la conversación cruzada de señales aumentarán drásticamente. Un problema común en el diseño de PCB es el problema EMI causado por el cable de señal que atraviesa el suelo o la fuente de alimentación.

¿Utilizamos el método de División anterior, la línea de señal cruza la brecha entre los dos lugares, ¿ cuál es la ruta de retorno de la corriente de la señal? Suponiendo que dos zonas se conecten en un punto (generalmente un punto en un punto), en este caso, la corriente de tierra formará un gran circuito. La corriente de alta frecuencia que fluye a través del gran circuito producirá radiación e inducción de alta tierra. Si la corriente analógica de bajo nivel que fluye a través del gran circuito es vulnerable a la interferencia de señales externas. Lo malo es que cuando estas Partes están conectadas en la fuente de alimentación, se forma un circuito de corriente muy grande. Además, se forman antenas dipolos conectadas a tierra analógicas y digitales a través de largos cables.

Comprender el camino y el modo de retorno de la corriente al suelo es la clave para optimizar el diseño de la placa de circuito de señal mixta. Muchos ingenieros de diseño solo consideran el flujo de la corriente de la señal e ignoran el camino específico de la corriente. Si la formación de puesta a tierra debe dividirse y debe ser enrutada a través de un hueco entre las zonas, se puede realizar una conexión de un solo punto entre las formaciones de puesta a tierra de la zona para formar un puente de conexión entre las dos formaciones de puesta a tierra, y luego a través del puente de conexión. De esta manera, se puede proporcionar una ruta de retorno de corriente continua debajo de cada línea de señal, generando así un pequeño área de bucle.

También se pueden utilizar dispositivos de aislamiento óptico o transformadores para lograr señales que atraviesan las brechas de sección. Para el primero, es una señal óptica que cruza la brecha dividida. En el caso de los transformadores, es el campo magnético el que cruza la brecha del tabique. Las señales diferenciales también son posibles: las señales fluyen de una línea y regresan de otra, en este caso se utilizan innecesariamente como rutas de retorno.

Para explorar la interferencia de las señales digitales en las señales analógicas, primero debemos entender las características de las corrientes de alta frecuencia. La corriente de alta frecuencia siempre elige la resistencia (inductor), es decir, el camino directamente debajo de la señal, por lo que la corriente de retorno fluye a través de la capa de circuito adyacente, ya sea que la capa adyacente sea la capa de alimentación o la capa de tierra.

En la práctica, generalmente se prefiere dividir los PCB unificados en partes analógicas y digitales. Las señales analógicas se dirigen en áreas analógicas de todas las capas de la placa, mientras que las señales digitales se dirigen en áreas de circuitos digitales. En este caso, la corriente de retorno de la señal digital no fluirá al suelo de la señal analógica.

La interferencia de la señal digital con la señal analógica solo se produce cuando la señal digital pasa por la parte digital de la placa de circuito o cuando la señal analógica pasa por el circuito. Este problema no se debe a la falta de segmentación, la verdadera razón es el cableado inadecuado de las señales digitales.

El diseño de PCB es uniforme, a través de la División de circuitos digitales y analógicos y el cableado de señal adecuado, generalmente puede resolver algunos problemas de diseño y cableado más difíciles, pero no tendrá algunos problemas potenciales debido a la División de tierra. En este caso, el diseño y la zonificación de los componentes son esenciales para determinar la calidad del diseño. Si el diseño es correcto, la corriente de tierra digital se limitará a la parte digital de la placa de circuito y no interferirá con la señal analógica. Este tipo de cableado debe revisarse cuidadosamente para asegurarse de que cumple con las reglas de cableado al 100%. Oh

De lo contrario, una línea de señal inadecuada destruirá por completo una muy buena placa de circuito.

Al conectar los pines de tierra analógicos y digitales del convertidor A / d, la mayoría de los fabricantes de convertidores A / D recomiendan usar cables cortos para conectar los pines agnd y dgnd al mismo suelo de baja resistencia (nota: debido a que la mayoría de los chips de convertidor A / D no conectan analógicamente y digitalmente dentro, los cables de Tierra analógicos y digitales deben conectarse a través de pines externos), Cualquier resistencia externa conectada a la dgnd acoplará más ruido digital a los circuitos analógicos del Interior del IC a través de condensadores parasitarios. Según esta recomendación, tanto los pines agnd como dgnd del convertidor A / D deben conectarse al suelo analógico, pero este método plantea algunas preguntas, como si el extremo de tierra del capacitor de desacoplamiento de señal digital debe conectarse al suelo analógico o digital.

Si el sistema solo tiene un convertidor A / d, los problemas anteriores se pueden resolver fácilmente. Como se muestra en la figura 3, el suelo está separado y las partes analógicas y digitales del suelo están conectadas bajo el convertidor A / D. Al adoptar este método, es necesario asegurarse de que el ancho del puente entre las dos posiciones sea igual al ancho del IC y que no haya líneas de señal que puedan pasar por el hueco de la división.

¿Si el sistema tiene muchos convertidores A / d, ¿ cómo se conectan, por ejemplo, 10 convertidores A / d? Si se conecta el suelo analógico y digital bajo cada convertidor A / d, se producirán conexiones multipunto y el aislamiento entre el suelo analógico y digital no tendrá sentido. Si no lo haces, violas los requisitos del fabricante.

La forma de hacerlo es a partir del uniforme. El suelo se divide uniformemente en partes analógicas y digitales. Este diseño no solo cumple con los requisitos de los fabricantes de dispositivos IC para la conexión de baja resistencia de los pines de tierra analógicos y digitales, sino que también evita problemas EMC causados por antenas circulares o dipolos.

Si tiene dudas sobre el método unificado de diseño de PCB de señal mixta, puede usar el método de División subyacente para diseñar y cableado de toda la placa de circuito. En el diseño se debe tener cuidado de facilitar la conexión de las placas de circuito en experimentos posteriores con Saltadores o resistencias de 0 Ohm separadas por menos de 1 / 2 pulgadas. Preste atención a la zonificación y el cableado para asegurarse de que no hay líneas de señal digitales por encima de la parte analógica de todas las capas, ni líneas de señal analógicas por encima de la parte digital. Además, ningún cable de señal debe pasar por la brecha de tierra o dividir la brecha entre las fuentes de alimentación. Para probar la función y el rendimiento de EMC de la placa, conecte los dos pisos juntos a través de una resistencia de 0 Ohm o un saltador para volver a probar el rendimiento de la placa y el rendimiento de emc. La comparación de los resultados de las pruebas encontró que en casi todos los casos, la solución unificada es mejor que la solución dividida en términos de función y rendimiento emc.

Este método se puede utilizar en tres casos: algunos dispositivos médicos necesitan conectarse a los circuitos y sistemas del paciente con una corriente de fuga muy baja; La salida de algunos equipos de control de procesos industriales puede conectarse a equipos electromecánicos ruidosos y de alta potencia; En otro caso, el diseño de los PCB está sujeto a restricciones específicas.

Por lo general, hay fuentes de alimentación digitales y analógicas separadas en el tablero de PCB de señal mixta, y puede o debe haber superficies de alimentación separadas. Sin embargo, los cables de señal adyacentes a la capa de alimentación no pueden pasar por la brecha entre las fuentes de alimentación, y todos los cables de señal que pasan por la brecha deben estar ubicados en la capa de circuito adyacente a la gran área. En algunos casos, la fuente de alimentación analógica se puede diseñar como una conexión de pcb, no como una cara, para evitar la División de la superficie de la fuente de alimentación.

El diseño de PCB de señal mixta es un proceso complejo, y el proceso de diseño debe prestar atención a los siguientes puntos:

1. dividir los PCB en partes analógicas y digitales separadas.

2. diseño correcto de los componentes.

3. el convertidor A / D se coloca a través del tabique.

4. no divida el suelo. Las Partes analógicas y digitales de la placa de circuito están bien colocadas.

5. en todas las capas de la placa, las señales digitales solo pueden ser enrutadas en la parte digital de la placa.

6. en todas las capas de la placa, la señal analógica solo se puede enrutar en la parte analógica de la placa.

7. separación de fuentes de alimentación analógicas y digitales.

8. el cableado no debe cruzar las brechas entre las superficies separadas de la fuente de alimentación.

9. los cables de señalización que deben cruzar la brecha entre las fuentes de alimentación separadas deben colocarse en capas de cableado adyacentes a grandes áreas.

10. analizar el camino real y el modo de la corriente de tierra.

11. use las reglas de cableado correctas.