Blog de PCB - Diseño de partición de PCB de señal mixta

Diseño de señales mixtas PCB Board Muy complicado, Diseño y enrutamiento de componentes, Y el procesamiento de la fuente de alimentación y el cable de tierra, Afectará directamente al rendimiento del circuito y a la compatibilidad electromagnética. Los diseños de puesta a tierra y partición de potencia descritos en este documento pueden optimizar el rendimiento de los circuitos de señales mixtas. Cómo reducir la interferencia entre la señal digital y la señal analógica? Two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC) must be understood before design: the first principle is to minimize the area of the current loop; the second principle is that the system uses only one reference surface. Por el contrario, Si hay dos planos de referencia en el sistema, it is possible to form a dipole antenna (Note: the radiation size of a small dipole antenna is proportional to the length of the wire, Magnitud de la corriente, Y frequency); and if the signal cannot pass as far as possible When a small loop returns, it is possible to form a large loop antenna (Note: the radiation size of a small loop antenna is proportional to the loop area, Corriente que fluye a través del bucle, and the square of the frequency). Ambas situaciones deben evitarse en la medida de lo posible en el diseño.. Se sugiere que la puesta a tierra digital y analógica se separe de la placa de circuito de señal mixta para lograr el aislamiento entre la puesta a tierra digital y analógica.. Aunque este método es factible, Hay muchos problemas potenciales, Especialmente en sistemas complejos a gran escala. El problema clave es que el cableado no puede atravesar la brecha de División. Una vez que el cableado se cruza, La radiación electromagnética y la conversación cruzada de señales aumentarán dramáticamente. Preguntas frecuentes en PCB Board El diseño es que la línea de señal pasa a través de la tierra dividida o la fuente de alimentación para generar problemas de interferencia electromagnética..

¿Utilizando el método de División 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? Supongamos que dos tomas de tierra separadas están conectadas en algún lugar (generalmente una conexión de un solo punto en algún lugar), en cuyo caso la corriente de puesta a tierra formará un gran bucle. La corriente de alta frecuencia que fluye a través de los grandes bucles producirá radiación e Inductancia de alta tierra. Las corrientes analógicas de bajo nivel que fluyen a través de grandes bucles son susceptibles a la interferencia de señales externas. Desafortunadamente, cuando la tierra dividida está conectada a la fuente de alimentación, se forma un circuito de corriente muy grande. Además, la antena dipolo se forma analógicamente y digitalmente mediante la conexión de cables largos. La comprensión de la posición y el modo de retorno de la corriente al suelo es la clave para optimizar el diseño del tablero de señales híbrido. Muchos ingenieros de diseño sólo consideran el flujo de la corriente de la señal, pero ignoran el camino específico de la corriente. Si el estrato de puesta a tierra debe ser dividido y el cableado debe ser a través de la brecha entre las particiones, se puede hacer una conexión de un solo punto entre las particiones de puesta a tierra para formar un puente de conexión entre las dos tierras, y luego el cableado a través del puente de conexión. De esta manera, se puede proporcionar una ruta de retorno de corriente continua bajo cada línea de señal, resultando en un área de bucle pequeña. También se pueden utilizar aisladores ópticos o transformadores para realizar señales a través de la brecha de División. Para el primero, la señal óptica pasa a través de la brecha de División; En el caso del transformador, el campo magnético pasa a través de la brecha de División. Otra posibilidad es utilizar señales diferenciales: las señales fluyen de una línea y regresan de otra, en cuyo caso no se requiere tierra como ruta de retorno. Para estudiar más a fondo la interferencia de las señales digitales en las señales analógicas, 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 fluye a través de la capa de circuito adyacente, ya sea la capa de alimentación o la capa de tierra.

En la práctica, se prefiere la puesta a tierra unificada, y el PCB se divide en partes analógicas y digitales. Las señales analógicas están cableadas en todas las capas del Circuito en el área analógica, mientras que las señales digitales están cableadas en el área del circuito digital. En este caso, la corriente del bucle de señal digital no fluye hacia la señal analógica a tierra. La interferencia digital - analógica sólo se produce cuando la señal digital se encamina a la parte analógica de la placa de Circuito, o cuando la señal analógica se encamina a la parte digital de la placa de circuito. El problema no es que no haya tierra dividida, sino que la verdadera razón es que las señales digitales están mal conectadas. El diseño de PCB adopta la puesta a tierra unificada. A través de la División de circuitos digitales y analógicos y el cableado adecuado de la señal, se pueden resolver algunos problemas difíciles de diseño y cableado, y no se producirán algunos problemas potenciales causados por la separación de la tierra. En este caso, el diseño y la partición de los componentes se convierten en la clave 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 el pleno cumplimiento de las normas de cableado. De lo contrario, las líneas de señal mal cableadas pueden destruir completamente los circuitos que de otro modo serían muy buenos. La mayoría de los fabricantes de convertidores A / D recomiendan que los pines agnd y dgnd se conecten a la misma tierra de baja impedancia a través de cables cortos cuando los pines analógicos y digitales de tierra del convertidor A / D están conectados juntos. (Nota: Dado que la mayoría de los chips convertidores A / D no están conectados analógicamente y digitalmente, deben estar conectados analógicamente y digitalmente a través de pines externos), cualquier impedancia externa conectada a la dgnd pasará a través de condensadores parásitos. Más Ruido digital se acopla al circuito analógico dentro del circuito integrado. 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 problemas, como si la 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, estos problemas se pueden resolver fácilmente. Como se muestra en la figura 3 supra, la puesta a tierra se separa bajo el convertidor A / D y las porciones analógicas y digitales de puesta a tierra se conectan entre sí. De esta manera, debe garantizarse que la anchura del puente de conexión entre las dos conexiones terrestres sea la misma que la del circuito integrado y que no haya líneas de señal que puedan atravesar la brecha de separación. ¿Por ejemplo, si hay más de un convertidor A / D en el sistema, cómo puedo conectar 10 convertidores A / D? Si se conectan analógicamente y digitalmente bajo cada convertidor A / D, habrá conexiones multipunto y el aislamiento entre analógicamente y digitalmente no tendrá sentido. Si no lo hace, violará los requisitos del fabricante. La solución comienza con una base unificada. Como se muestra en la figura 4, la puesta a tierra unificada se divide en una parte analógica y una parte digital. Este diseño y cableado no sólo satisface los requisitos de los fabricantes de dispositivos de Ci para la conexión de baja Impedancia de los pines analógicos y digitales de puesta a tierra, sino que también no forma una antena de anillo o dipolo, lo que conduce a problemas de compatibilidad electromagnética.

Si tiene alguna duda sobre el método unificado de puesta a tierra para el diseño de PCB de señales mixtas, puede utilizar el método de División de capas de puesta a tierra para el diseño y cableado de todo el tablero. En el diseño, se debe tener cuidado de hacer que el tablero sea fácil de usar en experimentos posteriores. Los Saltadores de menos de 1 / 2 pulgadas de distancia o resistencias de 0 ohmios conectan tierra dividida. Preste atención a la zonificación y enrutamiento para asegurarse de que no hay líneas de señal digital en la parte superior de la parte analógica y no hay líneas de señal analógica en la parte superior de la parte digital en todas las capas. Además, ninguna línea de señal puede cruzar la brecha de tierra o dividir la brecha entre las fuentes de energía. Para probar la funcionalidad y el rendimiento EMC de la placa de Circuito, conecte las dos juntas de tierra a través de resistencias de 0 ohmios o Saltadores, y vuelva a probar la funcionalidad y el rendimiento EMC de la placa de circuito. Los resultados de las pruebas comparativas muestran que, en casi todos los casos, la solución unificada es superior a la solución segmentada en función y rendimiento EMC. ¿Sigue siendo útil el método de División de la tierra? Este método se puede utilizar en tres casos: algunos dispositivos médicos requieren una baja corriente de fuga entre los circuitos y sistemas del paciente; Las salidas de algunos equipos de control de procesos industriales pueden estar conectadas a equipos electromecánicos ruidosos y de alta potencia; En otro caso, el diseño de los PCB está sujeto a ciertas restricciones. Las placas de circuitos impresos de señales mixtas suelen tener fuentes de alimentación digitales y analógicas separadas, y pueden o deben utilizar fuentes de alimentación separadas. Sin embargo, las líneas de señal adyacentes a la capa de alimentación no pueden cruzar las brechas entre las fuentes de alimentación, y todas las líneas de señal que atraviesan las brechas deben estar situadas en la capa de circuito adyacente a una gran superficie de tierra. En algunos casos, el diseño de la fuente de alimentación analógica como un cable de conexión PCB en lugar de un plano puede evitar el problema de dividir el plano de alimentación.

El diseño de PCB de señales mixtas es un proceso complejo. En el proceso de diseño deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:

El PCB se divide en partes analógicas y digitales separadas.

Diseño adecuado del componente.

El convertidor analógico - digital se coloca a través de la partición.

No separe el suelo. Puesta a tierra uniforme en las partes analógicas y digitales de la placa de circuito.

En todas las capas de la placa de Circuito, la señal digital sólo puede ser enrutada a la parte digital de la placa de circuito.

En todas las capas de la placa de Circuito, la señal analógica sólo puede ser enrutada en la parte analógica de la placa de circuito.

Realizar la División de potencia analógica y digital.

El cableado no puede abarcar la brecha entre los planos de alimentación divididos.

La línea de señal que debe atravesar la brecha entre las fuentes de alimentación divididas debe estar situada en la capa de cableado adyacente a la gran zona de puesta a tierra.

Se analizan la trayectoria y el método de la corriente de retorno a la tierra.

11) Use correct PCB Board Reglas de cableado.