L'actualité PCB - Conception de partition pour PCB à signaux combinés

Résumé: la conception des circuits PCB à signaux mixtes est très complexe. La disposition et le câblage des éléments et la manipulation de l'alimentation et du câblage de masse auront un impact direct sur les performances du circuit et les performances de compatibilité électromagnétique. La conception de partitionnement de la terre et de l'alimentation présentée dans cet article peut optimiser les performances des circuits à signaux mixtes.

Comment réduire les interférences mutuelles entre les signaux numériques et analogiques? Avant de concevoir, nous devons comprendre deux principes fondamentaux de la compatibilité électromagnétique: le premier est de minimiser la surface de la boucle de courant; Le deuxième principe est que le système utilise une seule surface de référence. A l'inverse, s'il y a deux plans de référence dans le système, il est possible de former une antenne dipolaire (Remarque: la taille du rayonnement d'une petite antenne dipolaire est directement proportionnelle à la longueur de la ligne, à la quantité de courant et à la fréquence); Si le signal ne passe pas autant que possible, la petite boucle peut former une antenne à grande boucle (Remarque: l'ampleur du rayonnement d'une antenne à petite boucle est directement proportionnelle au carré de la surface de la boucle, du courant circulant dans la boucle et de la fréquence). Évitez les deux autant que possible dans la conception.

Il est recommandé de séparer la mise à la terre numérique et analogique sur une carte à signaux mixtes, ce qui permet d'isoler la mise à la terre numérique de la mise à la terre analogique. Bien que cette approche soit réalisable, de nombreux problèmes potentiels subsistent, en particulier dans les systèmes complexes à grande échelle. Le problème le plus crucial est qu'il ne peut pas dépasser les écarts sectoriels. Une fois que l'écart de division est routé, le rayonnement électromagnétique et la diaphonie du signal augmentent considérablement. Le problème le plus courant dans la conception de PCB est que les lignes de signal traversent des mises à la terre ou des alimentations séparées et créent des problèmes EMI.

Comme le montre la figure 1, nous utilisons la méthode de division décrite ci - dessus et la ligne de signal traverse l'espace entre les deux masses. Quel est le chemin de retour du courant du signal? Supposons que les deux mises à la terre soient connectées ensemble quelque part (généralement un seul point de connexion quelque part), auquel cas le courant de terre formera une grande boucle. Le courant haute fréquence circulant dans la Grande Boucle produit un rayonnement et une inductance de masse élevée. Si un courant analogique de bas niveau traverse la grande boucle, le courant est facilement perturbé par des signaux externes. Le pire est que lorsque les masses séparées sont connectées ensemble à l'alimentation, une très grande boucle de courant sera formée. De plus, analogiquement et numériquement connectés par de longs fils formant une antenne dipolaire.

Comprendre le chemin et la méthode de retour du courant à la terre est la clé pour optimiser la conception d'une carte à signaux mixtes. De nombreux ingénieurs de conception ne considèrent que le flux du courant de signal et ignorent le chemin spécifique du courant. Si la couche de mise à la terre doit être divisée et que le câblage doit passer par des espaces entre les partitions, un point unique de connexion peut être fait entre les mises à la terre divisées pour former un pont de connexion entre les deux mises à la terre, qui est ensuite câblé à travers le pont de connexion. De cette manière, il est possible de prévoir une voie de retour continue sous chaque ligne de signal, de sorte que la surface de boucle formée est faible.

L'utilisation d'un dispositif d'isolation optique ou d'un transformateur permet également de réaliser un signal traversant un intervalle de segmentation. Pour le premier, c'est le signal optique qui traverse l'intervalle de division; Dans le cas d'un transformateur, c'est le champ magnétique qui traverse l'espace de division. Une autre méthode viable consiste à utiliser un signal différentiel: le signal entre d'une ligne et revient d'une autre. Dans ce cas, la terre n'est pas nécessaire comme chemin de retour.

Pour approfondir les interférences des signaux numériques sur les signaux analogiques, il faut d'abord comprendre les caractéristiques des courants à haute fréquence. Pour les courants à haute fréquence, on choisit toujours le chemin dont l'impédance est minimale (l'inductance la plus faible) et qui se trouve directement sous le signal, de sorte que le courant de retour circule à travers les couches de circuit adjacentes, que les couches adjacentes soient une couche d'alimentation ou une couche de terre.

Dans le travail pratique, il est souvent préférable d'utiliser une mise à la terre uniforme et de diviser la carte PCB en une partie analogique et une partie numérique. Les signaux analogiques sont routés dans les zones analogiques de toutes les couches de la carte, tandis que les signaux numériques sont routés dans les zones de circuits numériques. Dans ce cas, le courant de retour du signal numérique ne circulera pas dans la masse du signal analogique.