Dati PCB - Progettazione della scheda PCB del circuito misto digitale-analogico

Nella progettazione di scheda PCB ad alta velocità, il problema di interferenza nella progettazione PCB del circuito ibrido digitale-analogico è sempre stato un problema difficile. In particolare, il circuito analogico è generalmente la fonte del segnale. Se il segnale può essere ricevuto e convertito correttamente è un fattore importante da considerare nella progettazione del PCB. Analizzando il meccanismo dell'interferenza del circuito ibrido, combinato con la pratica di progettazione, l'articolo discute il metodo di elaborazione generale del circuito ibrido e viene verificato da un esempio di progettazione. Un circuito stampato (PCB) è un supporto per elementi di circuito e dispositivi nei prodotti elettronici e fornisce connessioni elettriche tra elementi di circuito e dispositivi. Ci sono molti PCB ora che non sono più un singolo circuito di funzione, ma una miscela di circuiti digitali e analogici. I dati vengono generalmente raccolti e ricevuti in circuiti analogici, mentre larghezza di banda e guadagno devono essere digitalizzati per il controllo del software, quindi circuiti digitali e circuiti analogici spesso coesistono su una scheda, anche condividendo gli stessi componenti. Considerando l'interferenza reciproca tra loro e l'influenza sulle prestazioni del circuito, il layout e il cablaggio del circuito devono avere determinati principi. I requisiti speciali per le linee di trasmissione di energia e il requisito di isolare l'accoppiamento acustico tra circuiti analogici e digitali nella progettazione PCB a segnale misto aumentano la complessità del layout e del routing durante la progettazione. Qui, gli obiettivi di progettazione richiesti del PCB vengono raggiunti analizzando il layout e il design di routing di un PCB a segnale misto ad alta densità.

1. il meccanismo di generazione dell'interferenza del circuito ibrido digitale-analogico Rispetto ai segnali digitali, i segnali analogici sono molto più sensibili al rumore, perché il funzionamento dei circuiti analogici dipende dalla corrente e dalla tensione continuamente mutevoli e qualsiasi lieve interferenza può influenzare il suo normale funzionamento, mentre il funzionamento dei circuiti digitali si basa su L'estremità ricevente rileva il livello alto o basso secondo il livello di tensione o soglia predefiniti e ha una certa capacità anti-interferenza. Ma in un ambiente a segnale misto, i segnali digitali sono una fonte di rumore rispetto ai segnali analogici. Quando il circuito digitale funziona, ci sono solo due tipi di tensioni, alto e basso livello, la tensione effettiva stabile. Quando l'uscita logica digitale cambia da un'alta tensione a una bassa tensione, il perno di terra del dispositivo si scaricherà, con conseguente corrente di commutazione, che è l'azione di commutazione del circuito. Più veloce è la velocità del circuito digitale, più breve è il tempo di commutazione generalmente richiesto. Quando un gran numero di circuiti di commutazione passa da un livello logico alto a un livello logico basso allo stesso tempo, a causa dell'insufficiente capacità del cavo di terra di passare la corrente, una grande quantità di corrente di commutazione causerà. La tensione di terra logica oscilla, lo chiamiamo rimbalzo di terra. Come mostrato nella figura 1. Il rumore di rimbalzo a terra e i disturbi dell'alimentazione causati dai circuiti digitali, se accoppiati in circuiti analogici, influenzeranno le prestazioni dei circuiti analogici. Poiché molte fonti di interferenza sono generate dall'alimentazione elettrica e dal bus di terra, tra cui l'interferenza acustica causata dal cavo di terra, il design della terra e dell'alimentazione elettrica è particolarmente importante nella progettazione del PCB.2. Principi generali di elaborazione per la progettazione PCB di circuiti ibridi digitali-analogiciIl meccanismo di generazione di interferenze del circuito ibrido, quindi come ridurre l'interferenza reciproca tra segnali digitali e segnali analogici? Due principi fondamentali di compatibilità elettromagnetica (EMC) devono essere compresi prima della progettazione: il primo principio è quello di ridurre al minimo l'area del ciclo corrente, se il segnale non può tornare attraverso il ciclo più piccolo possibile, un grande ciclo può essere formato antenna a forma di antenna. 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. Entrambe queste situazioni dovrebbero essere evitate il più possibile nella progettazione. (1) Principi di configurazione e routing. Uno dei primi fattori da considerare nel 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 della scheda e il segnale digitale viene instradato nell'area del circuito digitale. In questo caso, la corrente di ritorno del segnale digitale non fluisce nel terreno del segnale analogico. Per alcune linee ad alta frequenza e requisiti speciali, utilizzare linee differenziali o linee schermate se necessario. A volte a causa della posizione dei connettori di ingresso / uscita, è necessario mescolare il cablaggio dei circuiti digitali e analogici, quindi c'è un'alta possibilità che i circuiti analogici e digitali interferiscano tra loro. Ciò è per evitare l'esecuzione di linee di clock digitali e linee di segnale analogico ad alta frequenza adiacenti al piano di alimentazione analogico, altrimenti, il rumore del segnale di alimentazione sarà accoppiato nel segnale analogico sensibile. Per cercare di raggiungere una bassa potenza di impedenza e una rete a terra, la reattività induttiva dei fili del circuito digitale dovrebbe essere minimizzata e l'accoppiamento capacitivo del circuito analogico dovrebbe essere minimizzato. La frequenza dei circuiti digitali è alta e la sensibilità dei circuiti analogici è forte. Per le linee di segnale, le linee di segnale digitali ad alta frequenza dovrebbero essere tenute il più possibile lontane dai dispositivi sensibili del circuito analogico. (2) Gestione dell'energia elettrica e del suolo. Nella progettazione di circuiti ibridi complessi, il layout e la gestione delle tracce di terra sono fattori importanti per migliorare le prestazioni del circuito. È stato suggerito di separare il terreno digitale e analogico su schede a segnale misto per ottenere l'isolamento tra il terreno digitale e quello analogico. Ma questo approccio tende a spostarsi attraverso il divario diviso, che può causare un drammatico aumento della radiazione elettromagnetica e del segnale crosstalk. Sapere dove e come la corrente ritorna a terra è fondamentale per ottimizzare i progetti di schede a segnale misto. Se lo strato di terra deve essere diviso e il cablaggio deve essere instradato attraverso lo spazio tra le divisioni, una connessione a punto singolo può essere effettuata tra i terreni divisi per formare un ponte di collegamento tra i due terreni e quindi instradato attraverso il ponte di collegamento. In questo modo, un percorso di ritorno della corrente continua può essere fornito sotto ogni linea di segnale, o un dispositivo di isolamento ottico, un trasformatore, ecc. può essere utilizzato per realizzare il segnale che attraversa il divario di divisione. Tuttavia, nel lavoro reale, la progettazione PCB tende a utilizzare terra unificata. Attraverso la divisione dei circuiti digitali e dei circuiti analogici e il cablaggio appropriato del segnale, alcuni problemi difficili di layout e cablaggio possono solitamente essere risolti e alcuni problemi potenziali causati dalla separazione da terra non si verificheranno. Confrontando i risultati dei test del circuito stampato, si scopre anche che la soluzione unificata è superiore alla soluzione segmentata in termini di funzionalità e prestazioni EMC. Di solito ci sono alimentatori digitali e analogici separati su PCB a segnale misto e un piano di alimentazione diviso dovrebbe essere utilizzato, accanto e sotto il piano di terra. I piani di potenza possono accoppiare le correnti RF a circuiti che possono essere collegati allo spazio. Per ridurre questo effetto di accoppiamento, i piani di potenza devono essere fisicamente 20H più piccoli dei piani di terra adiacenti (H si riferisce alla distanza tra l'alimentazione elettrica e il piano di terra). (3) Manipolazione di dispositivi ibridi. I dispositivi ibridi comuni includono oscillatori a cristallo, dispositivi AD ad alta velocità, ecc., e ci sono due parti dei circuiti digitali a