Progettazione PCB - Progettazione di layout misto digitale-analogico PCB

Progettazione del layout misto digitale-analogico PCB 1. Comprendere i concetti di base del design ibrido digitale-analogico Molti prodotti includono progetti misti di PCB digitale-analogico e segnali diversi hanno diverse capacità anti-interferenza. Nel processo di progettazione dell'interconnessione, la conversazione incrociata tra segnali diversi deve essere ragionevolmente controllata al fine di garantire i requisiti di indice del prodotto finale. È molto importante comprendere i seguenti concetti di base. Padroneggiare i concetti di base del design ibrido digitale-analogico aiuterà a comprendere le rigide regole di progettazione del layout e del cablaggio che saranno formulate in seguito, in modo che il prodotto terminale non sarà facilmente scontato durante la progettazione dell'ibrido digitale-analogico. Attuare le importanti norme sui vincoli. E aiuta ad affrontare in modo flessibile ed efficace i problemi di crosstalk che possono essere incontrati nella progettazione ibrida digitale-analogica.

1. L'importante differenza tra segnale analogico e segnale digitale nella capacità anti-interferenzaIl livello del segnale digitale ha una forte capacità anti-interferenza, mentre il segnale analogico ha una scarsa capacità anti-interferenza. Ad esempio, un segnale digitale di livello 3V può tollerare anche un segnale crosstalk 0,3V e non influenzerà lo stato logico. Tuttavia, nel campo dei segnali analogici, alcuni segnali sono estremamente deboli. Ad esempio, la sensibilità di ricezione di un telefono cellulare GSM può raggiungere un indice di -110dBm, che è solo equivalente ad un valore effettivo di un'onda sinusoidale di 0,7uV. Anche se il rumore di interferenza in banda dell'ordine di uV è ricevuto all'estremità anteriore del LNA, è sufficiente degradare notevolmente la sensibilità di ricezione della stazione base. Questa leggera interferenza può derivare da piccoli rumori sulla linea del segnale di controllo digitale o sulla linea di alimentazione a terra. Dal punto di vista del sistema, i segnali digitali sono generalmente trasmessi solo sulla scheda o nel frame. Ad esempio, segnali del bus di memoria, segnali di controllo dell'alimentazione, ecc., purché sia garantito che l'interferenza ricevuta dall'estremità di invio all'estremità di ricezione non sia sufficiente a influenzare il giudizio dello stato logico. Il segnale analogico deve subire una serie di processi come modulazione, conversione di frequenza, amplificazione, trasmissione, propagazione spaziale, ricezione e demodulazione prima di poter essere recuperato. Durante questo processo, il rumore scende continuamente al segnale. Dal punto di vista del sistema, è necessario garantire che il rapporto segnale/rumore finale soddisfi i requisiti per demodulare correttamente. La maggiore interferenza proviene dall'attenuazione e dal rumore della propagazione dello spazio. Per ottenere migliori prestazioni di comunicazione, il crosstalk introdotto dall'interconnessione sulla scheda deve essere ridotto il più possibile. Pertanto, si può considerare che i requisiti per il crosstalk dei segnali analogici sono diverse decine di volte superiori a quelli dei segnali digitali, e possono persino raggiungere decine di migliaia di volte.

2. circuiti ADC e DAC ad alta precisione In una situazione ideale, la relazione tra il rapporto segnale-rumore dei circuiti ADC lineari e DAC e il numero di bit di conversione è:SNR=10Log(F2/N2)=10Log[A2/2/(A2/3*2n)]=6,02n+1,76 dBFor ADC lineari a 14 bit e DAC, se il bit meno significativo (LSB) è valido, il rapporto segnale-rumore teorico può essere calcolato per essere 86dBc. Rispetto al requisito crosstalk del circuito digitale di circa 20dBc, la linearità a 14 bit ad alta precisione I requisiti di rumore di ADC e DAC sono almeno 1000 volte superiori a quelli dei segnali digitali. Naturalmente, se solo 11 bit sono necessari per il numero meno significativo di bit, il requisito crosstalk può essere opportunamente abbassato, ma è ancora molto più alto del requisito per i segnali digitali. Le due situazioni sopra riportate nella nota indicano che il circuito analogico nella scheda ibrida digitale-analogica singola è molto suscettibile alle interferenze, che influenzeranno il rapporto segnale-rumore e altri indicatori. Pertanto, nel processo di progettazione del PCB ibrido a scheda singola digitale-analogica, devono essere presentati requisiti molto elevati per il layout e il routing.

3. segnale digitale è una forte fonte di interferenza al segnale analogico Il livello del segnale digitale è molto alto rispetto al segnale analogico e il segnale digitale contiene ricche frequenze armoniche, quindi il segnale digitale stesso è una forte fonte di interferenza per il segnale analogico. In particolare, i segnali di clock ad alta corrente e gli alimentatori di commutazione sono forti fonti di interferenza alle quali occorre prestare attenzione nei progetti ibridi digitale-analogici.4. Lo scopo fondamentale della progettazione di interconnessione ibrida digitale-analogicaPossiamo comprendere il problema di progettazione digitale-analogica in questo modo. Per i circuiti digitali, seguiamo le regole di progettazione dei circuiti digitali. Nell'area dei circuiti digitali, possono essere consentite grandi interferenze, purché non influiscano sull'implementazione delle funzioni del sistema e degli indicatori EMC esterni. Il "più grande" di cui stiamo parlando è relativo ai circuiti analogici. Per i circuiti digitali, non è necessario e impossibile per noi controllare l'esistenza di crosstalk come circuiti analogici. Per i circuiti analogici, dobbiamo seguire le regole di progettazione dei circuiti analogici e l'interferenza consentita nell'area del circuito analogico è molto più piccola che nell'area del circuito digitale. Lo scopo della progettazione di interconnessione ibrida digitale-analogica è quello di garantire che l'interferenza dei segnali digitali esista solo nell'area del segnale digitale attraverso layout ragionevole, cablaggio, schermatura, filtraggio e divisione dell'alimentazione elettrica.

Ciò su cui dobbiamo concentrarci include sorgenti di interferenza, circuiti sensibili e percorsi di interferenza. Di seguito verranno descritti i principi di layout e routing adottati da questi tre aspetti. Il successo del design ibrido digitale-analogico monoscheda deve essere realizzato con attenzione ad ogni passo e ad ogni dettaglio dell'intero processo. Ciò significa che all'inizio della progettazione deve essere effettuata una pianificazione accurata e accurata e ogni fase di progettazione deve essere attentamente pianificata. L'avanzamento dei lavori è valutato in modo completo e continuo. Il layout e il routing devono essere attentamente controllati e verificati per garantire la conformità al 100% con le regole di layout e routing. Altrimenti, l'instradamento improprio di una linea di segnale distruggerà completamente un circuito altrimenti molto buono. Le regole sono morte. Solo attraverso una profonda comprensione delle regole possiamo garantire di poter utilizzare le regole correttamente e completare un design eccellente. In secondo luogo, la distinzione del tipo di circuitaPrima di spiegare le regole di layout del design ibrido digitale-analogico, ora distinguiamo le sorgenti di interferenza, i circuiti sensibili e i percorsi di interferenza sulla scheda terminale. Comprendere queste fonti di interferenza e circuiti sensibili può aiutarci a formulare correttamente il layout e il piano di cablaggio. La comprensione è essenziale.1. Circuiti analogiciPer i prodotti finali, i circuiti analogici includono tutti i circuiti a radiofrequenza, gli alimentatori a radiofrequenza, i circuiti di controllo a radiofrequenza, i circuiti di conversione digitale-analogico e i circuiti audio. Tutti i circuiti analogici di cui sopra sono circuiti sensibili. Tra questi, i circuiti sensibili che necessitano di particolare attenzione includono i circuiti di terminazione di frequenza (compresi i segnali oscillatori locali, la potenza del circuito di sintesi di frequenza e i segnali di controllo), i circuiti front-end di ricezione e i circuiti audio.2. Fonti di interferenzaLe sorgenti di interferenza comprendono tutti i circuiti digitali, circuiti di radiofrequenza ad alta potenza (amplificatori di potenza, antenne e altri circuiti di radiofrequenza ad alta potenza). Tra queste, le fonti di interferenza che richiedono particolare attenzione includono circuiti di clock, alimentatori di commutazione, linee di alimentazione ad alta corrente, circuiti di amplificatori di potenza e circuiti di antenna. L'interferenza dei segnali di radiofrequenza come amplificatori di potenza e antenne è analizzata nella parte di progettazione di radiofrequenza di questa specifica.3. Percorso di interferenzaI percorsi di interferenza a cui è necessario prestare attenzione per la progettazione ibrida digitale-analogica includono: radiazione spaziale, potenza a terra (piano o cablaggio), circuiti di conversione digitale-analogico e vari segnali di controllo dei circuiti analogici. (1) Radiazione spaziale: I circuiti che sono vicini l'uno all'altro genereranno crosstalk attraverso la radiazione, che è lo stesso del concetto di crosstalk del segnale digitale, ma va notato che il crosstalk che i segnali analogici possono tollerare è molto più piccolo di quello dei segnali digitali, quindi c'è bisogno di controllare crosstalk nella fase di layout. Il modo per ridurre la radiazione spaziale è generalmente quello di estendere la distanza del layout e utilizzare la scatola di schermatura. (2) Terra di alimentazione: La terra di alimentazione è un ciclo comune tra circuiti digitali e analogici, quindi i segnali di interferenza possono essere condotti ai circuiti sensibili attraverso il conduttore di terra di alimentazione. Il modo per controllare il reticolo del terreno dell'alimentazione elettrica è quello di utilizzare i componenti del filtro e la divisione del terreno dell'alimentazione elettrica ragionevolmente. (3) Circuito di conversione digitale-analogico: È un'interfaccia tra segnali analogici e digitali. Se il layout o il cablaggio sono gestiti in modo improprio, come il layout non chiaro dei circuiti digitali e analogici e il cablaggio interlacciato, può causare crosstalk. (4) segnale di controllo analogico: Il dispositivo analogico ideale dovrebbe essere che il segnale di controllo e il circuito analogico siano isolati all'interno del dispositivo e il segnale di controllo deve solo garantire il livello logico corretto. Tuttavia, il dispositivo spesso non può farlo e il numero di interferenza sul segnale di controllo può essere collegato direttamente al circuito analogico. La soluzione è ridurre al minimo l'interferenza del segnale di controllo del circuito analogico e utilizzare ragionevolmente i componenti del filtro.