Technologie PCB - Méthodes de conception de PCB pour les circuits hybrides numériques - analogiques

Dans la conception de PCB à grande vitesse, le problème de l'interférence dans la conception de PCB de circuit hybride numérique - analogique a toujours été un casse - tête. En particulier, les circuits analogiques sont souvent la source du signal et la capacité de recevoir et de convertir correctement le signal est un facteur important à prendre en compte dans la conception du PCB. Cet article explore les méthodes générales de traitement des circuits hybrides numériques - analogiques en analysant les mécanismes d'interférence des circuits hybrides numériques - analogiques, en combinaison avec les pratiques de conception, et est validé par des exemples de conception.

I. Introduction

Une carte de circuit imprimé (PCB) est un support pour les composants de circuit et les dispositifs dans les produits électroniques, il fournit des connexions électriques entre les composants de circuit et les dispositifs. De nos jours, de nombreux PCB ne sont plus des circuits monofonctionnels, mais sont composés d'un mélange de circuits numériques et analogiques. Les données sont généralement collectées et reçues dans des circuits analogiques, tandis que la bande passante et le gain doivent être numérisés pour être contrôlés par le logiciel. Il est donc courant d'avoir des circuits numériques et analogiques sur une même carte, voire de partager les mêmes composants. Compte tenu de l'interférence mutuelle entre eux et de l'impact sur les performances du circuit, il doit y avoir certains principes pour la disposition et le câblage du circuit. Les exigences particulières pour les lignes de transmission dans la conception de PCB à signaux mixtes et l'exigence d'isoler le couplage de bruit entre les circuits analogiques et numériques ajoutent à la complexité de la disposition et du câblage dans le processus de conception. Ici, les objectifs de conception de PCB requis sont atteints en analysant la mise en page et le câblage des PCB à signal mixte haute densité.

2. Mécanisme de génération des interférences de circuit hybride numérique - analogique

Les signaux analogiques sont plus sensibles au bruit que les signaux numériques, car le fonctionnement des circuits analogiques dépend des variations de courant et de tension. Toute légère perturbation affecte son bon fonctionnement, alors que le fonctionnement du circuit numérique dépend de la détection par la réception d'un niveau haut ou bas en fonction d'un niveau de tension ou d'un seuil prédéfini et d'une certaine résistance aux interférences. Mais dans un environnement à signaux mixtes, le signal numérique est une source de bruit par rapport au signal analogique. Lorsque le circuit numérique fonctionne, la tension effective stable n'est que haute et basse tension. Lorsque la sortie logique numérique passe d'une tension élevée à une tension faible, la broche de masse du dispositif se décharge et produit un courant de commutation, qui est l'action de commutation du circuit. Plus le circuit numérique est rapide, plus le temps de commutation généralement nécessaire est court. Lorsqu'un grand nombre de circuits de commutation passent simultanément d'un niveau logique haut à un niveau logique bas, il en résulte un grand nombre en raison de la capacité insuffisante de la ligne de masse à traverser le courant. La tension de terre logique fluctue, nous appelons cela un rebond de terre. Le bruit de rebond à la terre et les perturbations de l'alimentation causées par un circuit numérique, s'ils sont couplés à un circuit analogique, affecteront les performances du circuit analogique. Étant donné qu'un nombre considérable de sources d'interférences sont générées par l'intermédiaire du bus d'alimentation et de mise à la terre et que les interférences sonores causées par les lignes de terre sont les plus importantes, la conception de la mise à la terre et de l'alimentation est particulièrement importante lors de la conception d'un PCB.

Troisièmement, le principe général de traitement de la conception de circuits hybrides numériques - analogiques PCB

J'ai parlé du mécanisme d'interférence des circuits hybrides. Comment réduire les interférences mutuelles entre les signaux numériques et analogiques? Avant de concevoir, nous devons comprendre deux principes de base de la compatibilité électromagnétique (CEM): le premier est de réduire autant que possible la surface de la boucle de courant. Si le signal ne peut pas être renvoyé par une boucle aussi petite que possible, une grande boucle peut être formée. Le deuxième principe est que le système utilise un seul plan de référence. Inversement, si le système a deux plans de référence, il peut former une antenne dipolaire. Évitez les deux autant que possible dans la conception.

(1) Principes de disposition et de câblage. L'un des premiers facteurs à prendre en compte pour la disposition des éléments est la séparation de la partie de circuit analogique de la partie de circuit 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. Pour certaines lignes à haute fréquence avec des exigences particulières, il est préférable de les câbler manuellement, en utilisant des lignes différentielles ou blindées si nécessaire. Parfois, en raison de l'emplacement des connecteurs d'entrée / sortie, le câblage des circuits numériques et analogiques doit être mélangé, ce qui peut entraîner une interaction entre la partie analogique et la partie numérique du circuit. Il s'agit d'éviter de faire fonctionner des lignes d'horloge numérique et des lignes de signaux analogiques haute fréquence à proximité de la couche de puissance analogique, sinon le bruit du signal de puissance serait couplé à un signal analogique sensible. Pour réaliser un réseau d'alimentation et de masse à faible impédance, l'induction électrique des fils du circuit numérique est minimisée et le couplage capacitif du circuit analogique doit être minimisé. La fréquence du circuit numérique est élevée et la sensibilité du circuit analogique est forte. Pour les lignes de signal, les lignes de signal numérique haute fréquence doivent être placées aussi loin que possible des circuits analogiques sensibles.

(2) Traitement de l'alimentation et de la mise à la terre. Dans la conception de cartes hybrides complexes, la disposition et le traitement des fils de terre sont des facteurs importants pour améliorer les performances du circuit. Il est recommandé 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. Cependant, cette approche tend à traverser le câblage de séparation, ce qui entraînera une augmentation spectaculaire du rayonnement électromagnétique et de la diaphonie du signal.

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. 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.