Notizie PCB - Progettazione PCB a circuito misto digitale-analogico

Principi generali di progettazione PCB per circuito ibrido digitale-analogico

Ho parlato del meccanismo di generazione dell'interferenza del circuito ibrido, quindi come ridurre l'interferenza reciproca tra segnale digitale e segnale analogico? Prima di progettare, dobbiamo comprendere i due principi di base della compatibilità elettromagnetica (EMC): il primo principio è quello di ridurre il più possibile l'area del ciclo corrente. Se il segnale non può tornare attraverso il loop più piccolo possibile, può essere formato un loop grande.状 Antenna. Il secondo principio è che il sistema utilizza un solo piano di riferimento. Al contrario, se il sistema ha due piani di riferimento, può formare un'antenna dipolo. Evitare queste due situazioni il più possibile nella progettazione.

(1) Principi di layout e routing. Uno dei primi fattori da considerare per il layout dei componenti è quello di separare la parte del circuito analogico dalla parte del circuito digitale. Il segnale analogico viene instradato nell'area analogica di tutti i livelli del circuito e il segnale digitale viene instradato nell'area del circuito digitale. In questo caso, la corrente di ritorno del segnale digitale non fluirà nel terreno del segnale analogico. Per alcune linee ad alta frequenza con requisiti speciali, è meglio instradarle manualmente e utilizzare linee differenziali o schermate quando necessario. A volte a causa della posizione del connettore di ingresso/uscita, il cablaggio dei circuiti digitali e analogici deve essere mescolato tra loro, il che può causare l'influenza reciproca della parte analogica e della parte digitale del circuito. Ciò è necessario per evitare l'esecuzione di linee di clock digitali e linee di segnale analogico ad alta frequenza vicino allo strato di potenza analogico, altrimenti, il rumore del segnale di alimentazione sarà accoppiato al segnale analogico sensibile. Per cercare di raggiungere una rete a bassa impedenza di potenza e di massa, l'induttanza del cavo del circuito digitale dovrebbe essere minimizzata e l'accoppiamento capacitivo del circuito analogico dovrebbe essere minimizzato. La frequenza del circuito digitale è alta e la sensibilità del circuito analogico è forte. Per la linea di segnale, la linea di segnale digitale ad alta frequenza dovrebbe essere il più lontano possibile dal dispositivo sensibile del circuito analogico.

(2) Potenza e assistenza a terra. Nella progettazione di circuiti ibridi complessi, il layout e la gestione dei cavi di messa a terra sono fattori importanti per migliorare le prestazioni del circuito. Si consiglia di separare la terra digitale e la terra analogica sul circuito a segnale misto per ottenere l'isolamento tra la terra digitale e la terra analogica. Tuttavia, questo metodo tende ad attraversare il cablaggio dello spazio di separazione, che causerà un forte aumento della radiazione elettromagnetica e del segnale crosstalk.

Conoscere il percorso e il metodo del ritorno della corrente a terra è la chiave per ottimizzare la progettazione del circuito a segnale misto. Se lo strato di terra deve essere diviso e il cablaggio deve essere instradato attraverso lo spazio tra le divisioni, è possibile effettuare una connessione a punto singolo tra i terreni divisi per formare un ponte di collegamento tra i due terreni e quindi cablare attraverso il ponte di collegamento.

In questo modo, un percorso di ritorno della corrente continua può essere fornito sotto ogni linea di segnale, o dispositivi di isolamento ottico, trasformatori, ecc. possono anche essere utilizzati per ottenere il segnale attraverso il divario di segmentazione. Tuttavia, nel lavoro reale, la progettazione PCB tende ad adottare un terreno unificato. Attraverso la divisione dei circuiti digitali e analogici e il cablaggio appropriato del segnale, alcuni problemi difficili di layout e cablaggio possono essere solitamente risolti e non causeranno alcuni potenziali problemi a causa della divisione locale. Confrontando i risultati dei test del circuito stampato, scoprirete anche che la soluzione di terra unificata è superiore alla split ground in termini di funzionalità e prestazioni EMC.

Ci sono solitamente alimentatori digitali e analogici indipendenti sulla scheda PCB a segnale misto. Dovrebbero essere utilizzati piani di potenza divisi, preferibilmente accanto e sotto il piano di terra. Il piano di potenza può accoppiare le correnti di radiofrequenza a circuiti che possono essere collegati allo spazio. Per ridurre questo effetto di accoppiamento, il piano di potenza deve essere fisicamente più piccolo del piano di terra adiacente di 20H (H si riferisce alla distanza tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra).

(3) Trattamento dei dispositivi ibridi. I dispositivi ibridi comuni includono oscillatori a cristallo, dispositivi AD ad alta velocità, ecc Ci sono due parti del circuito digitale e del circuito analogico all'interno del dispositivo. Generalmente, i perni AGND e DGND dovrebbero essere collegati esternamente allo stesso piano di terra analogico a bassa impedenza e il cavo dovrebbe essere il più corto possibile. Qualsiasi impedenza aggiuntiva di DGND accoppia più rumore digitale al circuito analogico interno del dispositivo attraverso capacità parassitaria. Naturalmente, questo causerà il flusso della corrente digitale all'interno del convertitore nel piano di terra analogico, ma ciò causerà molte meno interferenze rispetto al collegamento del pin DGND del convertitore al piano di terra digitale rumoroso. Come la messa a terra, anche i pin di alimentazione analogici e digitali dovrebbero essere collegati al piano di alimentazione analogico e i condensatori bypass appropriati dovrebbero essere collegati il più vicino possibile a ciascun pin di alimentazione. Se necessario, il perno analogico dell'alimentazione e il perno digitale dell'alimentazione devono essere isolati da un induttore del saltatore.

(4) Aggiungere condensatori di disaccoppiamento. I condensatori di disaccoppiamento possono eliminare le interferenze ad alta frequenza. Poiché la reattività capacitiva del condensatore è inversamente proporzionale alla frequenza, collegare il condensatore in parallelo tra il segnale e la terra servirà da bypass per il rumore ad alta frequenza. In linea di principio, ogni chip integrato viene aggiunto con un condensatore ceramico del chip 0.01mF~0.1mF, che non solo consente al chip di immagazzinare energia, ma fornisce e assorbe l'energia di carica e scarica istantanea del circuito del chip quando la porta è aperta e chiusa e può anche essere bypassato e filtrato. La componente di rumore ad alta frequenza del dispositivo. Aggiungere un condensatore elettrolitico 10mF ~ 100MF (preferibilmente un condensatore tantalio) al terminale di ingresso di alimentazione per sopprimere l'interferenza di rumore dell'alimentazione elettrica. Naturalmente, il cavo del condensatore non dovrebbe essere troppo lungo, perché la lunghezza del cavo del condensatore è un parametro molto importante. Più lunga è l'induttanza, maggiore è l'induttanza e minore è la frequenza di risonanza del condensatore. L'effetto di filtraggio della frequenza sul rumore ad alta frequenza sarà indebolito o addirittura scomparirà. Pertanto, nella progettazione di schede PCB ad alta velocità, dovrebbe essere prestata particolare attenzione a rendere il piombo del condensatore il più breve possibile. Cioè, rendere il condensatore il più vicino possibile al chip.

(5) Una grande area di lamina rivestita di rame è collegata alla terra analogica. Coprire il circuito analogico con una grande area di lamina di rame e praticare fori densi nell'area vuota per collegarsi al terreno analogico. Questo può svolgere un effetto schermante e isolamento, riducendo così l'interferenza reciproca tra i segnali analogici e può anche svolgere un ruolo nella dissipazione del calore.

(6) I cavi di alimentazione e di massa dovrebbero essere il più corti e spessi possibile, in particolare i cavi sulle perle magnetiche che collegano l'alimentazione digitale e l'alimentazione analogica devono essere spessi, perché oltre a ridurre la caduta di tensione, è più importante ridurre il rumore di accoppiamento.