Blog de PCB - Diseño de la partición de señales mixtas de PCB

Sobre PCB Board,Cómo reducir la interferencia entre señales digitales y analógicas? Two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC) must be understood before design: the first principle is to minimize the current loop area; The second principle is that the system uses only one reference plane. Por el contrario, Si el sistema tiene dos planos de referencia:, it is possible to form a dipole antenna (note: the radiation of a small dipole antenna is proportional to the length of the line, Cantidad de corriente que fluye, and the frequency). Si la señal no regresa a través del bucle mínimo posible, Puede formar grandes antenas circulares. Evitar tanto en el diseño como sea posible.

Se sugiere separar la puesta a tierra digital y la puesta a tierra analógica en el tablero de circuitos de señales mixtas para lograr el aislamiento entre la puesta a tierra digital y la puesta a tierra analógica.. A.unque este método es factible, Tiene muchos problemas potenciales., Especialmente en sistemas complejos a gran escala. La clave es no cruzar la brecha, Una vez atravesado el cableado Gap, La radiación electromagnética y la conversación cruzada de la señal aumentarán significativamente. Preguntas frecuentes PCB Board Diseño: problemas EMI causados por líneas de señal que atraviesan el suelo o la fuente de alimentación. Utilizamos el método de segmentación anterior, La línea de señal cruza la brecha entre dos puntos de tierra, Cuál es la ruta de retorno de la corriente de la señal? Suppose the two partitioned lands are connected at some point (usually a single point at one point), En este caso, la corriente de puesta a tierra formará un gran circuito. La corriente de alta frecuencia que fluye a través de los grandes bucles producirá radiación e Inductancia de alta tierra. Si la corriente analógica de bajo nivel que fluye a través del bucle grande es susceptible a la interferencia de la señal externa. Lo malo es que cuando estas Partes están conectadas a la fuente de alimentación, Forma un circuito de corriente muy grande. Además, Antena dipolar formada por la conexión analógica y digital a tierra a través de cables largos.

La clave para optimizar el diseño de la placa de circuito de señal mixta es entender la trayectoria y el modo de retorno de la corriente al suelo. Muchos ingenieros de diseño sólo consideran el flujo de la corriente de la señal, pero ignoran el camino específico de la corriente. Si la capa de tierra debe ser particionada y debe ser enrutada a través de una brecha entre particiones, se puede hacer una conexión de un solo punto entre las capas de tierra particionadas para formar un puente de conexión entre las dos capas de tierra y luego enrutar a través del puente de conexión. De esta manera, se puede proporcionar una ruta de retorno DC debajo de cada línea de señal, resultando en un área de bucle más pequeña.

El dispositivo de aislamiento óptico o el transformador también se pueden utilizar para realizar señales a través de la brecha de sección. Para el primero, la señal óptica cruza la brecha de División. En el caso de los transformadores, es el campo magnético el que atraviesa la brecha del mamparo. Las señales diferenciales también son posibles: las señales fluyen de una línea y regresan de otra, en cuyo caso se utilizan innecesariamente como rutas de retorno.

Para explorar la interferencia de la señal digital en la señal analógica, primero debemos entender las características de la corriente de alta frecuencia. La corriente de alta frecuencia siempre selecciona la impedancia (Inductancia), es decir, el camino directamente debajo de la señal, por lo que la corriente de retorno fluirá a través de la capa de circuito adyacente, ya sea la capa de alimentación o la capa de tierra. En la práctica, a menudo se prefiere una división unificada de PCB en partes analógicas y digitales. Las señales analógicas están cableadas en las regiones analógicas de todas las capas del tablero, mientras que las señales digitales están cableadas en las regiones de circuitos digitales. En este caso, la corriente de retorno de la señal digital no fluye a la tierra de la señal analógica. La interferencia entre la señal digital y la señal analógica sólo se produce cuando la señal digital se encamina a través de la parte digital de la placa de circuito o cuando la señal analógica se encamina a través de la parte digital. Este problema no se debe a la falta de segmentación, la verdadera razón es el cableado inadecuado de la señal digital.

El diseño de PCB adopta un diseño unificado, a través de la División de circuitos digitales y analógicos y el cableado adecuado de la señal, por lo general puede resolver algunos problemas difíciles de diseño y cableado, pero no hay algunos problemas potenciales causados por la segmentación de la tierra. En este caso, el diseño y la zonificación de los componentes son cruciales para determinar la calidad del diseño. Si la disposición es correcta, la corriente de tierra digital se limitará a la parte digital del tablero y no interferirá con la señal analógica. Este cableado debe examinarse cuidadosamente para garantizar que se ajusta al 10.0% a las normas de cableado. De lo contrario, las líneas de señal incorrectas destruirán completamente los circuitos muy buenos.

La mayoría de los fabricantes de convertidores A / D recomiendan utilizar cables cortos para conectar los pines agnd y dgnd a la misma tierra de baja impedancia cuando se conectan los pines de tierra analógicos y digitales de los convertidores A / D (Nota: Dado que la mayoría de los chips convertidores A / C no están conectados analógicamente y digitalmente Juntos, los cables de tierra analógicos y digitales deben estar conectados a través de pines externos), Cualquier impedancia externa conectada a la dgnd acoplará más ruido digital al circuito analógico dentro del CI a través de condensadores parásitos. De acuerdo con esta recomendación, tanto los pines agnd como dgnd del convertidor A / D deben estar conectados a tierra analógica, pero este enfoque plantea algunas preguntas, como si la terminal de tierra del condensador de desacoplamiento de señales digitales debe estar conectada a tierra analógica o digital.

Si el sistema sólo tiene un convertidor A / D, esto se puede resolver fácilmente. La puesta a tierra está separada y las secciones analógicas y digitales de puesta a tierra están conectadas bajo un convertidor A / D. Cuando se utilice este método, debe garantizarse que la anchura del puente entre las dos posiciones sea igual a la anchura del CI y que ninguna línea de señal pueda atravesar la brecha de partición. ¿Si el sistema tiene muchos convertidores A / D, como 10 convertidores A / D, cómo puedo conectarme? Si las conexiones analógicas y digitales a tierra se conectan bajo cada convertidor A / D, se producirán conexiones multipunto, y el aislamiento entre analógico y digital no tendrá sentido. Si no lo hace, violará los requisitos del fabricante. La forma de hacerlo es empezar con el uniforme. Como se muestra en la figura 4., el suelo se divide uniformemente en secciones analógicas y digitales. Este diseño no sólo cumple los requisitos de los fabricantes de dispositivos IC para conexiones analógicas y digitales de baja impedancia a los pines de tierra, sino que también evita problemas EMC causados por antenas circulares o dipolos.

Si tiene alguna pregunta sobre el enfoque unificado para el diseño de PCB de señales mixtas, puede utilizar el método de División de capas de tierra para diseñar y cablear todo el tablero. En el diseño, se debe tener cuidado de que las placas de circuitos se conecten fácilmente a través de Saltadores o resistencias de 0 ohmios a intervalos inferiores a 1 / 2. pulgadas. Preste atención a la zonificación y enrutamiento para asegurarse de que no hay líneas de señal digital por encima de la parte analógica en todas las capas y líneas de señal analógica por encima de la parte digital. Además, las líneas de señal no deben atravesar las brechas de puesta a tierra ni las brechas entre las fuentes de alimentación separadas. Para probar la funcionalidad del tablero y el rendimiento EMC, conecte los dos pisos juntos a través de resistencias de 0 ohmios o Saltadores y vuelva a probar la funcionalidad del tablero y las características EMC. La comparación de los resultados de las pruebas muestra que la solución unificada es superior a la solución dividida en función y rendimiento EMC en casi todos los casos.

¿Sigue siendo válido el método de División de la tierra?

Este método se puede utilizar en tres situaciones: algunos dispositivos médicos requieren una corriente de fuga muy baja entre los circuitos y sistemas conectados al paciente; Las salidas de algunos equipos de control de procesos industriales pueden conectarse a equipos electromecánicos ruidosos y de alta potencia; En otro caso, el diseño de los PCB está sujeto a limitaciones específicas. Las fuentes de alimentación digitales y analógicas separadas suelen estar presentes en los PCB de señales mixtas y pueden y deben tener una superficie de alimentación separada. Sin embargo, las líneas de señal adyacentes a la capa de alimentación no pueden pasar a través de la brecha entre las fuentes de alimentación, y todas las líneas de señal que pasan a través de la brecha deben estar en la capa de circuito adyacente a la gran área. En algunos casos, la fuente de alimentación analógica puede diseñarse como una conexión PCB en lugar de una cara para evitar la División de la cara de alimentación.

Señal híbrida PCB Board El diseño es un proceso complejo, the design process should pay attention to the following points:

1. Separación PCB Board Dividido en partes analógicas y digitales separadas.

2. Diseño correcto del componente.

3..A/Colocación del convertidor D a través de particiones.

4. No dividas la tierra.. Disposición uniforme de las partes analógicas y digitales de la placa de circuito.

5.. En PCB Board, La señal digital sólo puede ser enrutada en la parte digital PCB Board.

6.. En PCB Board, Las señales analógicas sólo pueden PCB Board.

7. Separación de potencia analógica y digital.

8.. El cableado no debe abarcar la brecha entre las superficies de la fuente de alimentación dividida.

9.. Las líneas de señal que deben atravesar las brechas entre las fuentes de alimentación separadas deben estar situadas en una capa de cableado adyacente a una gran área.

10. Análisis de la trayectoria y el modo reales de la corriente de puesta a tierra.

11. Use las reglas de cableado correctas.