Conception électronique - Conception "mise à la terre numérique et analogique" sur PCB

Les méthodes et techniques de conception de « mise à la terre numérique et analogique» sur une carte PCB sont décrites ci - dessous:

Méthode 1: diviser le plan de masse en fonction de la fonction du circuit

Par segmentation, on entend l'utilisation de la segmentation physique pour réduire le couplage entre différents types de lignes, notamment par le couplage des lignes de puissance et des lignes de masse. Un example de division d'une ligne de masse en fonction de la fonction du circuit est illustré sur la figure. Les plans de masse de quatre types de circuits différents sont divisés à l'aide de techniques de division et les quatre plans de masse sont séparés par des rainures non métalliques sur le plan de masse. L'entrée de puissance de chaque circuit utilise un filtre LC pour réduire le couplage entre les surfaces de puissance des différents circuits.

Pour l et c du filtre LC de chaque circuit, il est préférable d'utiliser des valeurs différentes pour donner à chaque circuit des caractéristiques de filtrage différentes. Les circuits numériques à grande vitesse ont une puissance instantanée élevée, de sorte que les circuits numériques à grande vitesse sont placés à l'entrée de l'alimentation. Le circuit d'interface prend en compte des facteurs tels que les décharges électrostatiques (ESD) et les dispositifs ou circuits de suppression des transitoires et se trouve à la fin de l'alimentation. Sur une carte de circuit imprimé, selon un example de conception de mise à la terre fonctionnelle du circuit, lorsque différents types de circuits tels que les circuits analogiques, numériques et de bruit sont situés sur la même carte de circuit imprimé, chaque circuit doit être mis à la terre de la manière la plus adaptée à ce type de circuit. Les différents circuits de mise à la terre sont ensuite connectés ensemble.

Méthode 2: utiliser un plan de sol local

Le circuit oscillateur, le circuit d'horloge, le circuit numérique, le circuit analogique, etc., peuvent être montés sur un seul plan de masse local.

Ce plan de masse local est disposé au niveau supérieur du PCB. Il est directement relié au plan de masse interne du PCB (plan de référence 0v) par plusieurs vias. L'oscillateur et le circuit d'horloge sont montés sur un plan de masse local et une couche miroir peut être prévue pour capturer les oscillations. Le courant radiofréquence de mode commun est généré par les circuits internes et associés du dispositif, ce qui permet de réduire le rayonnement radiofréquence. Lors de l'utilisation d'un plan de sol local, veillez à ne pas traverser la couche, sinon la fonction de la couche miroir sera détruite. Si une trace traverse un plan de masse local, il y aura une petite boucle de terre ou un potentiel discontinu. Ces petites boucles de mise à la terre peuvent causer des problèmes avec les fréquences radio. Si un appareil utilise une mise à la terre numérique différente ou une mise à la terre analogique différente, il est possible de disposer l'appareil sur un plan de masse local différent et de partitionner l'appareil au moyen d'une fente isolante. La tension d'alimentation entrant dans chaque composant est filtrée par ferrite, billes magnétiques et condensateurs

Méthode trois, PCB adopte la mise à la terre d'E / s "sans bruit" et la mise à la terre numérique "avec bruit" pour la conception de séparation

Pour utiliser la technologie de découplage ou de blindage de câble pour supprimer le bruit de mode commun, les conceptions de PCB doivent envisager de fournir un « non - bruit» ou un « non - bruit» ou un « non - bruit» pour le découplage de câble (qui Shunte le courant vers la masse) et le blindage qui ne sont pas contaminés par le bruit des circuits logiques numériques. « nettoyer » la terre. Lors de la conception d'une disposition de PCB, placez toutes les lignes d'E / s dans une certaine zone du PCB et fournissez à cette zone une masse d'E / s à faible inductance spécialement divisée et connectez la masse d'E / s en un seul point. Le courant de masse d'un circuit logique numérique ne peut pas circuler sur une masse d'E / s "sans bruit".

Les circuits d'horloge et les lignes de signal d'horloge doivent être éloignés de la zone d'interface E / S.

Méthode IV, deux problèmes de segmentation de PCB: isolation et interconnexion

La segmentation des PCB doit résoudre deux problèmes: l'un est l'isolation et l'autre est l'interconnexion. L'isolation sur le PCB peut être réalisée par l'utilisation de "fossés", comme illustré, c'est - à - dire la formation d'une zone vide sans revêtement de cuivre sur toutes les couches du PCB. La largeur minimale du "fossé" est de 50 mils. "Hao" divise l'ensemble du PCB en "îlots" distincts en fonction de leurs différentes fonctions. Il est évident que les « douves » qui séparent les couches miroirs pour former une source d'alimentation et une mise à la terre indépendantes pour chaque zone peuvent empêcher l'énergie RF de passer d'une zone à l'autre à travers le système de distribution.

« isoler » n’est pas une fin. En tant que système, chaque zone fonctionnelle doit être interconnectée. Le fractionnement consiste à mieux organiser la disposition et le câblage pour une meilleure interconnexion. Il est donc nécessaire de prévoir un passage pour les lignes qui doivent être connectées à chaque sous - zone fonctionnelle. Il existe deux méthodes d'interconnexion couramment utilisées: l'une consiste à utiliser des transformateurs indépendants, des isolateurs optiques ou des lignes de données de mode commun pour traverser des « tranchées», comme illustré à la figure 10.1.26 a); L'autre est que "seuls ceux qui ont un" pont traversant "peuvent entrer (courant de signal) et sortir (courant de retour).Il est difficile de concevoir une disposition de shunt optimisée.vous pouvez également connecter tous les signaux en utilisant un blindage métallique et d'autres méthodes.l'énergie RF générée et indésirable est masquée, ce qui contrôle Le rayonnement et renforce la résistance aux interférences du PCB".

Méthode 5, sous la forme d'un "Plan de surface uniforme"

Dans un circuit ADC ou DAC, lorsque les broches analogiques de mise à la terre et les broches numériques de mise à la terre d'un ADC ou DAC doivent être connectées ensemble, la recommandation générale est la suivante: connectez les broches agnd et dgnd au même plan de masse à basse impédance avec la broche la plus courte.

Si le système numérique utilise un ADC, comme illustré à la figure 10.1.29, il est possible de diviser le « plan de masse», la masse analogique et la masse numérique étant connectées ensemble sous la puce ADC. Cependant, il est nécessaire de s'assurer que la largeur du pont de connexion entre les deux masses est la même que celle de l'IC et qu'aucune ligne de signal ne peut traverser l'espace de séparation.

La plupart des puces de convertisseur A / D ne seront pas connectées ensemble analogiquement et numériquement. La mise à la terre analogique et la mise à la terre numérique doivent être connectées par des broches externes. Toute impédance externe connectée au dgnd devient plus numérique en raison de capacités parasites. Le bruit est couplé à un circuit analogique interne à l'IC. Pour utiliser le « plan de masse unifié», vous devez connecter les broches agnd et dgnd du convertisseur A / D à la masse analogique. Simulation de problèmes de mise à la terre.

Méthode 6: diviser le plan d'alimentation à l'aide d'une alimentation numérique et d'une alimentation analogique

Dans un système hybride numérique - analogique, il est courant d'utiliser une alimentation numérique indépendante et une alimentation analogique séparément. Utilisez un plan d'alimentation Split sur un PCB à signal mixte. Il est à noter qu'une ligne de signal proche de la couche d'alimentation ne peut pas traverser l'espace entre les sources d'alimentation, seul une ligne de signal sur la couche de signal proche de la grande surface "Terre" peut traverser l'espace. L'alimentation analogique peut être conçue sous la forme d'une trace ou d'un remplissage de PCB plutôt que d'un plan d'alimentation, ce qui évite les problèmes de segmentation du plan d'alimentation.