L'actualité PCB - Comment mettre en œuvre la conception de partition pour un PCB à signal mixte

La conception de PCB pour les circuits à signaux mixtes est très complexe et la disposition des éléments, le câblage, l'alimentation et le traitement du fil de masse affecteront directement 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 entre les signaux numériques et analogiques? Deux principes fondamentaux de la compatibilité électromagnétique doivent être compris avant la conception: le premier est de minimiser la surface de la boucle de courant; Le deuxième principe est que le système utilise un seul plan de référence. Inversement, si le système a deux plans de référence, il est possible de former une antenne dipolaire (Remarque: le rayonnement d'une petite antenne dipolaire est proportionnel à la longueur de la ligne, à la quantité de courant et à la fréquence). Si le signal n'est pas retourné par la boucle la plus petite possible, une grande antenne circulaire peut être formée. Évitez les deux autant que possible dans votre conception.

Il a été proposé de séparer la mise à la terre numérique et la mise à la terre analogique sur une carte à signal mixte pour réaliser l'isolation entre la mise à la terre numérique et la mise à la terre analogique. Bien que cette approche soit réalisable, elle présente de nombreux problèmes potentiels, en particulier dans les systèmes complexes de grande taille. La question clé est de ne pas traverser le câblage interstitiel, une fois que vous le faites, le rayonnement électromagnétique et la diaphonie du signal augmenteront considérablement. Un problème courant dans la conception de PCB est un problème EMI causé par des lignes de signal traversant le sol ou une source d'alimentation.

Nous utilisons la méthode de segmentation ci - dessus, la ligne de signal traverse l'écart entre les deux masses, quel est le chemin de retour du courant de signal? Supposons que les deux partitions soient connectées à un certain point (généralement un point sur un point), auquel cas le courant de terre formera une grande boucle. Le courant à haute fréquence circulant à travers la Grande Boucle générera un rayonnement et une inductance de masse élevée. Si le courant analogique de bas niveau traversant la grande boucle est susceptible d'être perturbé par un signal externe. La mauvaise chose est que lorsque ces sections sont connectées ensemble à l'alimentation, une très grande boucle de courant se forme. De plus, les mises à la terre analogiques et numériques reliées par de longs fils forment une antenne dipolaire.

Comprendre le chemin et le mode de retour du courant à la terre est essentiel pour optimiser la conception de votre carte de circuit 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 partitionnée et doit être câblée par des espaces entre les partitions, un point de connexion unique peut être fait entre les couches de mise à la terre de la partition pour former un pont de connexion entre les deux couches de mise à la terre, qui est ensuite câblé par un pont de connexion. De cette manière, il est possible de prévoir un chemin de retour continu sous chaque ligne de signal, créant ainsi une petite surface de boucle.

Il est également possible d'utiliser un dispositif d'isolation optique ou un transformateur pour réaliser un signal traversant un intervalle de segmentation. Pour le premier, il s'agit d'un signal optique traversant l'écart de division. Dans le cas d'un transformateur, c'est le champ magnétique qui traverse l'espace de la cloison. Des signaux différentiels sont également possibles: les signaux arrivent d'une ligne et reviennent d'une autre, auquel cas ils sont utilisés inutilement comme voies de retour.

Pour explorer l'interférence d'un signal numérique sur un signal analogique, nous devons d'abord comprendre les caractéristiques des courants à haute fréquence. Le courant haute fréquence sélectionne toujours l'impédance (inductance), c'est - à - dire le chemin juste en dessous du 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.

En pratique, il est généralement préférable de diviser le PCB unifié en parties analogiques et numériques. Les signaux analogiques sont routés dans des zones analogiques de toutes les couches de la carte, tandis que les signaux numériques sont routés dans des zones de circuits numériques. Dans ce cas, le courant de retour du signal numérique ne circule pas dans la masse du signal analogique.

L'interférence du signal numérique avec le signal analogique ne se produit que lorsque le signal numérique passe par la partie numérique de la carte ou que le signal analogique passe par le circuit. Ce problème n'est pas dû à un manque de segmentation, la vraie raison est le mauvais câblage du signal numérique.

La conception de PCB est uniforme, par la partition des circuits numériques et analogiques et le câblage de signal approprié, peut généralement résoudre certains des problèmes de mise en page et de câblage les plus difficiles, mais il n'y a pas non plus de problèmes potentiels dus à la Division de la terre. Dans ce cas, la disposition et le zonage des composants sont essentiels pour déterminer la qualité de la conception. Si la disposition est correcte, le courant de terre numérique sera limité à la partie numérique de la carte et ne perturbera pas le signal analogique. Ce type de câblage doit être soigneusement vérifié pour s'assurer que les règles de câblage sont respectées à 100%. Oh

Sinon, une ligne de signal inappropriée détruira complètement une très bonne carte.

Lors de la connexion des broches de masse analogique et numérique d'un convertisseur A / D, la plupart des fabricants de convertisseurs A / D recommandent d'utiliser des broches courtes pour connecter les broches agnd et dgnd à la même masse à basse impédance (Remarque: comme la plupart des puces de convertisseur A / D ne connectent pas analogiquement et numériquement ensemble à l'intérieur, les broches analogiques et numériques doivent être connectées via des broches externes), Toute impédance externe connectée au dgnd couplera plus de bruit numérique à un circuit analogique interne au ci via une capacité parasite. Selon cette proposition, les broches agnd et dgnd du convertisseur A / N doivent être connectées à la masse analogique, mais cette approche pose des questions telles que la question de savoir si l'extrémité de masse du condensateur de découplage du signal numérique doit être connectée à la masse analogique ou numérique.

Si le système n'a qu'un seul convertisseur A / D, les problèmes ci - dessus peuvent être facilement résolus. Comme le montre la figure 3, la masse est séparée et les parties analogique et numérique de la masse sont connectées ensemble sous le convertisseur A / n. Lorsque cette approche est adoptée, il est nécessaire de s'assurer que la largeur du pont entre les deux emplacements est égale à la largeur IC et qu'aucune ligne de signal ne peut traverser l'espace de partition.

Si le système dispose de nombreux convertisseurs A / D, par exemple, comment connecter 10 convertisseurs A / d? Si la mise à la terre analogique et numérique est connectée sous chaque convertisseur A / D, une connexion multipoint sera créée et l'isolation entre la terre analogique et numérique sera inutile. Si vous ne le faites pas, vous violez les exigences du fabricant.

La façon de le faire est de commencer par les uniformes. Divisez uniformément le sol en une partie analogique et une partie numérique. Cette disposition répond non seulement aux exigences des fabricants de dispositifs IC pour les connexions analogiques et numériques à faible impédance des broches de terre, mais évite également les problèmes CEM causés par les antennes annulaires ou dipolaires.

Si vous avez des questions sur une approche unifiée de la conception de PCB à signaux mixtes, vous pouvez utiliser la méthode de partitionnement sous - jacent pour mettre en page et câbler toute la carte. Dans la conception, il convient de veiller à ce que les cartes soient faciles à connecter avec des cavaliers espacés de moins de 1 / 2 pouce ou des résistances de 0 ohm dans des expériences ultérieures. Faites attention au zonage et au câblage pour vous assurer qu'il n'y a pas de ligne de signal numérique au - dessus de la partie analogique de toutes les couches, ni de ligne de signal analogique au - dessus de la partie numérique. De plus, aucune ligne de signal ne doit traverser l'espace de mise à la terre ou diviser l'espace entre les sources d'alimentation. Pour tester la fonctionnalité et les performances EMC de la carte, réessayez les performances et les performances EMC de la carte en connectant les deux étages ensemble via une résistance de 0 ohm ou un cavalier. Les résultats des tests comparatifs ont montré que, dans presque tous les cas, les solutions unifiées surpassent les solutions fractionnées en termes de fonctionnalités et de performances EMC.

Cette approche peut être utilisée dans trois situations: certains dispositifs médicaux nécessitent un très faible courant de fuite entre les circuits et les systèmes connectés au patient; Les sorties de certains dispositifs de contrôle de processus industriels peuvent être connectées à des dispositifs électromécaniques bruyants et puissants; Un autre cas est celui où la disposition du PCB est soumise à des restrictions spécifiques.

Il y a généralement des alimentations numériques et analogiques séparées sur les cartes PCB à signal mixte, et il peut et doit y avoir des faces d'alimentation séparées. Cependant, les lignes de signal adjacentes à la couche d'alimentation ne peuvent pas traverser les interstices entre les sources et toutes les lignes de signal traversant les interstices doivent être situées sur une couche de circuit adjacente à une grande surface. Dans certains cas, l'alimentation analogique peut être conçue comme une connexion PCB au lieu d'un côté pour éviter la Division de la face d'alimentation.

La conception de PCB à signal mixte est un processus complexe, et le processus de conception doit prêter attention aux points suivants:

1. Divisez le PCB en parties analogiques et numériques séparées.

2. Disposition correcte des composants.

3. Le convertisseur A / D est placé à travers la cloison.

4. Ne divisez pas le sol. La partie analogique et la partie numérique de la carte sont posées uniformément.

5. Dans toutes les couches de la carte, les signaux numériques ne peuvent être routés que dans la partie numérique de la carte.

6. Dans toutes les couches de la carte, les signaux analogiques ne peuvent être routés que dans la partie analogique de la carte.

7. Séparation de puissance analogique et numérique.

8. Le câblage ne doit pas traverser l'espace entre les surfaces d'alimentation séparées.

9. Les lignes de signal qui doivent traverser l'écart entre les sources d'alimentation séparées doivent être situées sur une couche de câblage adjacente à une grande surface.

10. Analysez le chemin réel et le mode du courant de terre.

11. Utilisez les règles de câblage correctes.