Tecnología de PCB - Método de diseño de PCB para circuitos híbridos digitales y analógicos

En el diseño de PCB de alta velocidad, el problema de interferencia en el diseño de PCB de circuitos híbridos digitales y analógicos siempre ha sido un problema difícil. En particular, los circuitos analógicos suelen ser la fuente de la señal, y si pueden recibir y convertir correctamente la señal es un factor importante a tener en cuenta en el diseño de pcb. Al analizar el mecanismo de interferencia del circuito híbrido digital - analógico y combinar la práctica de diseño, este artículo explora el método general de tratamiento del circuito híbrido digital - analógico y lo verifica a través de ejemplos de diseño.

I. Introducción

La placa de circuito impreso (pcb) es el soporte de los componentes y dispositivos de circuito en los productos electrónicos, que proporciona la conexión eléctrica entre los componentes y equipos de circuito. Hoy en día, muchos PCB ya no son circuitos funcionales únicos, sino que están compuestos por una mezcla de circuitos digitales y analógicos. Los datos suelen recopilarse y recibirse en circuitos analógicos, mientras que el ancho de banda y la ganancia deben digitalizarse para ser controlados por el software. Por lo tanto, generalmente hay circuitos digitales y analógicos en la misma placa, e incluso comparten los mismos componentes. Teniendo en cuenta la interferencia mutua entre ellos y la influencia en el rendimiento del circuito, el diseño y el cableado del circuito deben tener ciertos principios. Los requisitos especiales para las líneas de transmisión en el diseño de PCB de señal mixta y los requisitos para aislar el acoplamiento acústico entre circuitos analógicos y digitales aumentan la complejidad del diseño y el cableado durante el proceso de diseño. Aquí, a través del análisis del diseño y el diseño de cableado de los PCB de señal mixta de alta densidad, se alcanzan los objetivos de diseño de PCB necesarios.

2. mecanismo de generación de interferencias en circuitos híbridos digitales - anales

Las señales analógicas son más sensibles al ruido que las digitales, ya que el funcionamiento de los circuitos analógicos depende de la corriente y el voltaje cambiantes. Cualquier interferencia leve afectará su funcionamiento normal, mientras que el funcionamiento del circuito digital depende de que el extremo receptor detecte un nivel alto o bajo de acuerdo con un nivel de voltaje o umbral predefinido, y tenga cierta capacidad anti - interferencia. Pero en un entorno de señal mixta, la señal digital es la fuente de ruido en relación con la señal analógica. Cuando el circuito digital funciona, el voltaje efectivo estable es solo de alto y bajo voltaje. Cuando la salida lógica digital cambia de alta a baja tensión, el pin de tierra del dispositivo descarga y genera una corriente de conmutación, que es la acción de conmutación del circuito. Cuanto más rápido sea el circuito digital, menos tiempo de conmutación suele tardar. Cuando un gran número de circuitos de conmutación cambian de un alto nivel lógico a un bajo nivel lógico al mismo tiempo, debido a la falta de capacidad del cable de tierra para pasar la corriente, se producirá una gran cantidad de corriente de conmutación. Fluctuación lógica del voltaje de tierra, lo llamamos rebote de tierra. El ruido de rebote del suelo y la interferencia de la fuente de alimentación causada por el circuito digital, si se acopla al circuito analógico, afectarán el rendimiento del circuito analógico. Debido a que un número considerable de fuentes de interferencia se generan a través de la fuente de alimentación y el bus de tierra, el ruido causado por el cable de tierra es el mayor, por lo que al diseñar el pcb, el diseño de la tierra y la fuente de alimentación es particularmente importante.

En tercer lugar, el principio general de procesamiento del diseño de PCB de circuitos híbridos digitales y analógicos

Hablé del mecanismo de interferencia del circuito híbrido. ¿¿ cómo reducir la interferencia mutua entre las señales digitales y analógicas? Antes de diseñar, debemos entender dos principios básicos de la compatibilidad electromagnética (emc): el primero es minimizar el área del Circuito de corriente. ¿Si la señal no se puede devolver a través del bucle lo más pequeño posible, puede formarse un gran bucle. ¿ antena? El segundo principio es que el sistema solo utiliza un plano de referencia. Por el contrario, si el sistema tiene dos planos de referencia, puede formar una antena dipolo. Ambas situaciones se evitan en la medida de lo posible en el diseño.

(1) principios de diseño y cableado. Uno de los primeros factores a considerar en el diseño del componente es separar la parte del circuito analógico de la parte del circuito digital. Las señales analógicas se dirigen en áreas analógicas de todas las capas de la placa de circuito, mientras que las señales digitales se dirigen en áreas de circuito digital. En este caso, la corriente de retorno de la señal digital no fluirá a la señal analógica a tierra. Para algunas líneas de alta frecuencia con requisitos especiales, es mejor cableado manual, utilizando líneas diferenciales o líneas blindadas si es necesario. A veces, debido a la ubicación del conector de entrada / salida, el cableado de los circuitos digitales y analógicos debe mezclarse, lo que puede provocar la interacción entre las partes analógicas y digitales del circuito. Esto es para evitar operar líneas de reloj digital y líneas de señal analógicas de alta frecuencia cerca de la capa de Potencia analógica, de lo contrario, el ruido de la señal de potencia se acoplará a señales analógicas sensibles. Para lograr una fuente de alimentación de baja resistencia y una red de tierra, se minimiza la inducción eléctrica de los cables del circuito digital y se debe minimizar el acoplamiento capacitivo del circuito analógico. Los circuitos digitales tienen una alta frecuencia y una fuerte sensibilidad de los circuitos analógicos. Para las líneas de señal, las líneas de señal digital de alta frecuencia deben mantenerse lo más alejadas posible de los equipos sensibles de circuitos analógicos.

(2) tratamiento de la fuente de alimentación y la puesta a tierra. En el diseño de placas de circuito mixtas complejas, la disposición y el tratamiento de los cables de tierra son factores importantes para mejorar el rendimiento del circuito. Se recomienda 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. Sin embargo, este método tiende a atravesar el cableado de brecha de separación, lo que provocará un fuerte aumento de la radiación electromagnética y la conversación cruzada de señales.

Comprender el camino y el método del lugar de retorno de la corriente es la clave para optimizar el diseño de la placa de circuito de señal mixta. Si se debe dividir la formación de puesta a tierra y el cableado debe pasar por el hueco entre las zonas, se puede hacer una conexión de un solo punto entre las puesta a tierra divididas para formar un puente de conexión entre las dos puesta a tierra, y luego se puede cableado a través del puente de conexión.