Progettazione PCB - I vecchi ingegneri condividono una certa esperienza nella progettazione di circuiti analogici

Il design dei circuiti PCB analogici è il più fastidioso per gli ingegneri, ma è anche la parte più mortale del design. Sebbene lo sviluppo attuale dei circuiti digitali e dei circuiti integrati su larga scala sia molto rapido, la progettazione di circuiti analogici è ancora inevitabile e talvolta i circuiti digitali non possono essere sostituiti, come la progettazione di circuiti a radiofrequenza RF. I problemi a cui si dovrebbe prestare attenzione nella progettazione di circuiti analogici sono riassunti come segue:

Al fine di ottenere un circuito di feedback con buona stabilità, di solito è necessario utilizzare una piccola resistenza o strozzatura al di fuori del ciclo di feedback per fornire un buffer per il carico capacitivo.

Il circuito di feedback integrale richiede solitamente una piccola resistenza (circa 560 ohm) in serie con un condensatore integrale superiore a 10pF.

Non utilizzare circuiti attivi per filtrare o controllare la larghezza di banda RF di EMC al di fuori del loop di feedback, ma utilizzare solo componenti passivi (circuiti RC sono i migliori). Il metodo di feedback integrale è efficace solo alle frequenze in cui il guadagno open-loop dell'amplificatore op è maggiore del guadagno closed-loop. Alle frequenze più elevate, il circuito integratore non può controllare la risposta in frequenza.

Per ottenere un circuito lineare stabile, tutte le connessioni devono essere protette da filtri passivi o da altri metodi di soppressione (come l'isolamento fotoelettrico). Utilizzare filtri EMC e tutti i filtri relativi al IC devono essere collegati al piano di riferimento locale 0V.

I filtri di ingresso e uscita devono essere posizionati al collegamento del cavo esterno; Il filtraggio è richiesto a qualsiasi collegamento del cavo all'interno del sistema non schermato a causa dell'effetto antenna. Inoltre, il filtraggio è richiesto anche alle connessioni del cavo all'interno del sistema di schermatura del convertitore con elaborazione digitale del segnale o modalità switch.

I pin di riferimento di potenza e massa negli IC analogici richiedono un disaccoppiamento RF di alta qualità, proprio come gli IC digitali. Ma gli IC analogici di solito richiedono il disaccoppiamento dell'alimentazione a bassa frequenza, perché il rapporto di rifiuto del rumore dell'alimentazione elettrica (PSRR) dei componenti analogici aumenta poco dopo essere stato superiore a 1KHz. Il filtro RC o LC dovrebbe essere utilizzato sulle tracce di potenza analogiche di ogni amplificatore op, comparatore e convertitore di dati. La frequenza angolare del filtro di alimentazione deve compensare la frequenza angolare PSRR e la pendenza del dispositivo per ottenere il PSRR desiderato all'interno dell'intera gamma di frequenze operative.

Per i segnali analogici ad alta velocità, la tecnologia della linea di trasmissione è necessaria in base alla sua lunghezza di connessione e alla più alta frequenza di comunicazione. Anche se si tratta di un segnale a bassa frequenza, l'uso della tecnologia della linea di trasmissione può migliorare le sue prestazioni anti-interferenza, ma se la linea di trasmissione non è correttamente abbinata, si verificherà un effetto antenna.

Evitare di utilizzare ingressi o uscite ad alta impedenza, sono molto sensibili ai campi elettrici.

Poiché la maggior parte della radiazione è generata da tensione e corrente in modalità comune e poiché la maggior parte delle interferenze elettromagnetiche ambientali è causata da problemi in modalità comune, l'uso della tecnologia bilanciata di trasmissione e ricezione (modalità differenziale) nei circuiti analogici può essere un ottimo effetto EMC e può ridurre la conversazione incrociata. L'azionamento del circuito bilanciato (circuito differenziale) non utilizza il sistema di riferimento 0V come loop di corrente di ritorno, quindi un grande loop di corrente può essere evitato, riducendo così la radiazione RF. Il comparatore deve avere isteresi (feedback positivo) per evitare la conversione errata dell'uscita dovuta al rumore e alle interferenze e per evitare oscillazioni al punto di rottura. Non utilizzare un comparatore che sia più veloce della velocità richiesta (mantenere dV/dt entro l'intervallo richiesto, il più basso possibile).Alcuni IC analogici stessi sono particolarmente sensibili ai campi di radiofrequenza, quindi è spesso necessario utilizzare una piccola scatola di schermatura metallica montata sul PCB e collegata al piano di terra del PCB per schermare tali componenti analogici. Si noti che le condizioni di dissipazione del calore devono essere assicurate.