Notizie PCB - Come realizzare la progettazione della partizione del PWB misto del segnale

La progettazione PCB del circuito a segnale misto è molto complicata, il layout dei componenti, del cablaggio, dell'alimentazione elettrica e dell'elaborazione del filo di terra influenzerà direttamente le prestazioni del circuito e le prestazioni di compatibilità elettromagnetica. La progettazione della divisione della terra e dell'alimentazione elettrica introdotta in questa carta può ottimizzare la prestazione dei circuiti a segnale misto.

Come ridurre l'interferenza tra segnali digitali e analogici? Prima della progettazione devono essere compresi due principi fondamentali di compatibilità elettromagnetica (EMC): il primo principio è quello di ridurre al minimo l'area corrente del ciclo; Il secondo principio è che il sistema utilizza un solo piano di riferimento. Al contrario, se il sistema ha due piani di riferimento, è possibile formare un'antenna dipolo (nota: la radiazione di una piccola antenna dipolo è proporzionale alla lunghezza della linea, alla quantità di corrente che scorre e alla frequenza). Se il segnale non ritorna attraverso il loop più piccolo possibile, si può formare una grande antenna circolare. Evitare entrambi nel vostro disegno il più possibile.

È stato suggerito di separare la terra digitale e quella analogica sul circuito a segnale misto per ottenere l'isolamento tra la terra digitale e la terra analogica. Anche se questo approccio è fattibile, presenta molti potenziali problemi, soprattutto nei sistemi grandi e complessi. Il problema chiave non è attraversare il cablaggio del gap, una volta attraversato il cablaggio del gap, la radiazione elettromagnetica e il segnale crosstalk aumenteranno drammaticamente. Un problema comune nella progettazione PCB è il problema EMI causato dalla linea di segnale che attraversa il terreno o l'alimentazione elettrica.

Usiamo il metodo di segmentazione di cui sopra e la linea del segnale copre il divario tra i due terreni, qual è il percorso di ritorno della corrente del segnale? Supponiamo che le due terre partizionate siano collegate ad un certo punto (di solito un singolo punto in un punto), nel qual caso la corrente terrestre formerà un grande loop. La corrente ad alta frequenza che scorre attraverso il grande ciclo genererà radiazioni e induttanza di terra elevata. Se la corrente analogica a basso livello che scorre attraverso il grande loop è facile essere interferita da segnali esterni. La cosa negativa è che quando le sezioni sono collegate insieme alla fonte di alimentazione, si forma un ciclo di corrente molto grande. Inoltre, a terra analogica e digitale collegati da un lungo filo formano un'antenna dipolo.

Comprendere il percorso e la modalità del ritorno di corrente a terra è la chiave per ottimizzare la progettazione del circuito a segnale misto. Molti progettisti considerano solo dove scorre la corrente del segnale, ignorando il percorso specifico della corrente. Se lo strato di terra deve essere partizionato e deve essere instradato attraverso lo spazio tra le partizioni, una connessione a singolo punto può essere fatta tra il terreno partizionato per formare un ponte di collegamento tra i due strati di terra e quindi instradato attraverso il ponte di collegamento. In questo modo, un percorso di riflusso in corrente continua può essere fornito sotto ogni linea di segnale, con conseguente una piccola area di loop.

I dispositivi di isolamento ottico o trasformatori possono anche essere utilizzati per realizzare il segnale che attraversa il divario di segmentazione. Per il primo, è il segnale ottico che copre il divario di segmentazione. Nel caso di un trasformatore, è il campo magnetico che copre lo spazio divisorio. Sono possibili anche segnali differenziali: i segnali arrivano da una linea e tornano dall'altra, nel qual caso vengono utilizzati come percorsi di backflow inutilmente.

Per esplorare l'interferenza del segnale digitale al segnale analogico, dobbiamo prima capire le caratteristiche della corrente ad alta frequenza. La corrente ad alta frequenza seleziona sempre l'impedenza (induttanza), il percorso direttamente sotto il segnale, in modo che la corrente di ritorno fluisca attraverso lo strato del circuito adiacente, indipendentemente dal fatto che lo strato adiacente sia lo strato di potenza o di terra.

In pratica, è generalmente preferito utilizzare una partizione PCB uniforme in parti analogiche e digitali. I segnali analogici vengono instradati nella regione analogica di tutti i livelli della scheda, mentre i segnali digitali vengono instradati nella regione del circuito digitale. In questo caso, la corrente di ritorno del segnale digitale non fluisce nel terreno del segnale analogico.

L'interferenza tra segnali digitali e segnali analogici si verifica solo quando i segnali digitali sono instradati o i segnali analogici sono instradati sulle parti digitali del circuito stampato. Questo problema non è dovuto alla mancanza di segmentazione, la vera ragione è il cablaggio improprio dei segnali digitali.

La progettazione PCB utilizza unificato, attraverso il circuito digitale e la partizione del circuito analogico e il cablaggio del segnale appropriato, di solito può risolvere alcuni dei problemi di layout e cablaggio più difficili, ma anche non ha qualche problema potenziale causato dalla segmentazione a terra. In questo caso, il layout e il partizionamento dei componenti diventano fondamentali per determinare la qualità del progetto. Se correttamente impostata, la corrente di terra digitale sarà limitata alla parte digitale della scheda e non interferirà con il segnale analogico. Tali cablaggi devono essere attentamente controllati e controllati per garantire la conformità al 100% con le regole di cablaggio. O

therwise, una linea di segnale impropria distruggerà completamente un circuito stampato molto buono.

Quando si collegano i pin di terra analogici e digitali dei convertitori A/D insieme, la maggior parte dei produttori di convertitori A/D consiglia di collegare i pin AGND e DGND allo stesso terreno a bassa impedenza utilizzando cavi corti (Nota: Poiché la maggior parte dei chip di convertitore A/D non collegano la terra analogica e digitale insieme internamente, il terreno analogico e digitale deve essere collegato tramite pin esterni), Qualsiasi impedenza esterna collegata a DGND accoppia più rumore digitale al circuito analogico all'interno dell'IC tramite capacità parassitaria. Seguendo questa raccomandazione, entrambi i pin del convertitore A/D AGND e DGND devono essere collegati al terreno analogico, ma questo approccio solleva interrogativi come se l'estremità di terra del condensatore di disaccoppiamento del segnale digitale debba essere collegata al terreno analogico o digitale.

Se il sistema ha un solo convertitore A/D, il problema di cui sopra può essere facilmente risolto. Come mostrato nella Figura 3, il terreno è diviso e le sezioni di terra analogiche e digitali sono collegate insieme sotto il convertitore A/D. Quando questo metodo è adottato, è necessario assicurarsi che la larghezza del ponte tra i due siti sia uguale alla larghezza IC e che nessuna linea di segnale possa attraversare lo spazio divisorio.

Se il sistema ha molti convertitori A/D, ad esempio, 10 convertitori A/D come connettersi? Se la terra analogica e digitale sono collegati sotto ogni convertitore A/D, si otterrà una connessione multipunto e l'isolamento tra terra analogica e digitale sarà privo di significato. In caso contrario, si violano i requisiti del produttore.

Il modo per farlo è iniziare con un'uniforme. Dividi il terreno uniformemente in parti analogiche e digitali. Questo layout non solo soddisfa i requisiti dei produttori di dispositivi IC per la connessione a bassa impedenza di pin di terra analogici e digitali, ma evita anche problemi EMC causati da antenna loop o antenna dipolo.

Se avete dubbi sull'approccio unificato della progettazione PCB a segnale misto, è possibile utilizzare il metodo della partizione dello strato di terra per stendere e instradare l'intero circuito stampato. Nella progettazione, l'attenzione dovrebbe essere prestata per rendere il circuito stampato facile da collegare insieme a jumper o resistenze 0 ohm distanziate meno di 1/2 pollici nell'esperimento successivo. Prestare attenzione alla zonizzazione e al cablaggio per assicurarsi che nessuna linea di segnale digitale sia sopra la sezione analogica su tutti i livelli e che nessuna linea di segnale analogico sia sopra la sezione digitale. Inoltre, nessuna linea di segnale dovrebbe attraversare il divario di terra o dividere il divario tra le fonti di energia. Per testare la funzione della scheda e le prestazioni EMC, testare nuovamente la funzione della scheda e le prestazioni EMC collegando i due piani insieme tramite una resistenza o jumper da 0 ohm. Confrontando i risultati dei test, si è scoperto che in quasi tutti i casi, la soluzione unificata era superiore in termini di funzionalità e prestazioni EMC rispetto alla soluzione split.

Questo approccio può essere utilizzato in tre situazioni: alcuni dispositivi medici richiedono una corrente di dispersione molto bassa tra circuiti e sistemi collegati al paziente; L'uscita di alcune apparecchiature industriali di controllo dei processi può essere collegata a apparecchiature elettromeccaniche rumorose e ad alta potenza; Un altro caso è quando il LAYOUT del PCB è soggetto a restrizioni specifiche.

Di solito ci sono alimentatori digitali e analogici separati su una scheda PCB a segnale misto che può e dovrebbe avere una faccia di alimentazione divisa. Tuttavia, le linee di segnale adiacenti allo strato di alimentazione non possono attraversare lo spazio tra gli alimentatori e tutte le linee di segnale che attraversano lo spazio devono essere situate sullo strato del circuito adiacente alla grande area. In alcuni casi, l'alimentatore analogico può essere progettato con connessioni PCB piuttosto che con una faccia per evitare la divisione del fronte di alimentazione.

# La progettazione PCB a segnale misto è un processo complesso, il processo di progettazione dovrebbe prestare attenzione ai seguenti punti:

1. Dividere il PCB in parti analogiche e digitali separate.

2. Corretto layout dei componenti.

3.A / D convertitore è posizionato attraverso le partizioni.

4. Non dividere il terreno. La parte analogica e la parte digitale del circuito stampato sono disposti uniformemente.

5. In tutti gli strati della scheda, il segnale digitale può essere instradato solo nella parte digitale della scheda.

6. In tutti i livelli della scheda, i segnali analogici possono essere instradati solo nella parte analogica della scheda.

7. separazione di potenza analogica e digitale.

8. Il cablaggio non dovrebbe coprire lo spazio tra le superfici split dell'alimentazione elettrica.

9. Le linee di segnale che devono coprire lo spazio tra gli alimentatori split dovrebbero essere situate sullo strato di cablaggio adiacente a una grande area.

10. Analizzare il percorso effettivo e la modalità del flusso di corrente terrestre.

11. Utilizzare regole di cablaggio corrette.