Dati PCB - Progettazione della divisione del bordo misto del PWB del segnale

La progettazione del segnale misto Scheda PCB è molto complicato, e la disposizione e il cablaggio dei componenti, nonché la movimentazione dei cavi di alimentazione e di massa, influenzerà direttamente le prestazioni del circuito e le prestazioni di compatibilità elettromagnetica. La progettazione della divisione di terra e potenza descritta in questo articolo può ottimizzare la prestazione dei circuiti a segnale misto. Come ridurre l'interferenza reciproca tra segnali digitali e segnali analogici? Two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC) must be understood before design: the first principle is to minimize the area of the current loop; the second principle is that the system uses only one reference surface. Al contrario, se nel sistema sono presenti due piani di riferimento, it is possible to form a dipole antenna (Note: the radiation size of a small dipole antenna is proportional to the length of the wire, l'ampiezza della corrente corrente, e il frequency); and if the signal cannot pass as far as possible When a small loop returns, it is possible to form a large loop antenna (Note: the radiation size of a small loop antenna is proportional to the loop area, la corrente che scorre attraverso il ciclo, and the square of the frequency). Entrambe queste situazioni dovrebbero essere evitate il più possibile nella progettazione. È stato suggerito di separare il terreno digitale e analogico su un circuito a segnale misto in modo da ottenere l'isolamento tra il terreno digitale e quello analogico. Anche se questo metodo è fattibile, ci sono molti potenziali problemi, soprattutto in sistemi complessi di grandi dimensioni. Il problema principale è che il cablaggio non può essere attraversato attraverso lo spazio diviso. Una volta attraversato il cablaggio, la radiazione elettromagnetica e il segnale crosstalk aumenteranno drasticamente. Un problema comune in Scheda PCB Il design è che la linea del segnale attraversa il terreno diviso o l'alimentazione elettrica per generare problemi EMI.

Usiamo il metodo di divisione di cui sopra e la linea del segnale copre il divario tra i due motivi, qual è il percorso di ritorno della corrente del segnale? Supponendo che i due motivi che sono divisi siano collegati tra loro da qualche parte (di solito un singolo punto di connessione in una certa posizione), in questo caso, la corrente di terra formerà un grande anello. La corrente ad alta frequenza che scorre attraverso il grande ciclo genererà radiazioni e alta induttanza del suolo. Se la corrente analogica a basso livello che scorre attraverso il grande loop è molto facile essere disturbata da segnali esterni. Sfortunatamente, quando i terreni divisi sono collegati insieme all'alimentazione elettrica, si forma un circuito di corrente molto grande. Inoltre, la terra analogica e la terra digitale sono collegati insieme attraverso un lungo cavo per formare un'antenna dipolo. Sapere dove e come la corrente ritorna a terra è fondamentale per ottimizzare i progetti di schede 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 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, in modo che l'area del loop formata sia piccola. I segnali attraverso il divario di divisione possono essere ottenuti anche utilizzando isolatori ottici o trasformatori. Per il primo, è il segnale ottico che attraversa il divario di divisione; nel caso di un trasformatore, è il campo magnetico che attraversa il divario di divisione. Un altro approccio possibile è quello di utilizzare la segnalazione differenziale: il segnale scorre da una linea e ritorna dall'altra, nel qual caso il terreno non è necessario come percorso di ritorno. Per esplorare in profondità l'interferenza dei segnali digitali ai segnali analogici, dobbiamo prima comprendere le caratteristiche delle correnti ad alta frequenza. Le correnti ad alta frequenza scelgono sempre l'impedenza (induttanza), un percorso direttamente sotto il segnale, quindi la corrente di ritorno scorre attraverso uno strato di circuito adiacente, sia che lo strato adiacente sia un piano di potenza o di terra.

In pratica, è generalmente preferito utilizzare una terra unificata e la scheda PCB è divisa in una parte analogica e una parte digitale. I segnali analogici vengono instradati nell'area analogica su tutti i livelli della scheda, mentre i segnali digitali vengono instradati nell'area del circuito digitale. In questo caso, la corrente di ritorno del segnale digitale non fluisce nel terreno del segnale analogico. L'interferenza digitale-analogica si verifica solo quando i segnali digitali vengono instradati sulla parte analogica della scheda o i segnali analogici vengono instradati sulla parte digitale della scheda. Questo problema non è perché non c'è split ground, la vera ragione è il cablaggio improprio del segnale digitale. Il design della scheda PCB adotta una 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 essere solitamente risolti e alcuni problemi potenziali causati dalla separazione da terra non saranno causati. In questo caso, il layout e la partizione dei componenti diventano la chiave per determinare la qualità del design. Con il layout corretto, le correnti di terra digitali saranno limitate alla parte digitale della scheda e non interferiranno con i segnali analogici. Tali cablaggi devono essere attentamente controllati e controllati per garantire la conformità al 100% con le regole di cablaggio. Altrimenti, una linea di segnale instradata impropriamente può distruggere completamente un circuito altrimenti molto buono. Quando si collegano i perni di terra analogici e digitali del convertitore A/D insieme, la maggior parte dei produttori di convertitori A/D raccomandano che i perni AGND e DGND siano collegati allo stesso terreno a bassa impedenza con cavi corti. (Nota: Poiché la maggior parte dei chip convertitore A/D non collega la terra analogica e la terra digitale insieme, la terra analogica e digitale deve essere collegata tramite pin esterni), qualsiasi impedenza esterna collegata a DGND passerà la capacità parassitaria. Più rumore digitale è accoppiato ai circuiti analogici all'interno dell'IC. Seguendo questa raccomandazione, sia i pin AGND che DGND del convertitore A/D devono essere collegati a terra analogica, ma questo approccio crea problemi come se il terreno del condensatore di disaccoppiamento del segnale digitale debba essere collegato a terra analogica o a terra digitale. Se il sistema ha un solo convertitore A/D, il problema di cui sopra è facile da risolvere. Come mostrato nella figura 3 sopra, dividere il terreno e collegare le sezioni di terra analogica e digitale insieme sotto il convertitore A/D. Quando si utilizza questo metodo, è necessario assicurarsi che la larghezza del ponte di collegamento tra i due terreni sia la stessa della larghezza del IC e che nessuna linea di segnale possa attraversare lo spazio di divisione. Se ci sono molti convertitori A/D nel sistema, ad esempio, come collegare 10 convertitori A/D? Se la terra analogica e la terra digitale sono collegati insieme sotto ogni convertitore A/D, ci sarà una connessione multipunto e l'isolamento tra la terra analogica e la terra digitale sarà privo di significato. E se non ti connetti in questo modo, stai violando i requisiti del produttore. La soluzione è iniziare con un terreno unificato. Come mostrato nella Figura 4 qui sotto, il terreno unificato è diviso in una parte analogica e una parte digitale. Questo tipo di layout e cablaggio non solo soddisfa i requisiti dei produttori di dispositivi IC per il collegamento a bassa impedenza dei pin di terra analogici e digitali, ma anche non forma antenne loop o antenne dipole per causare problemi EMC.

Se hai dubbi sul metodo di messa a terra unificato per la progettazione PCB a segnale misto, puoi utilizzare il metodo di dividere lo strato di terra per layout e instradare l'intero circuito stampato. Durante la progettazione, prestare attenzione a rendere il circuito stampato facile da usare negli esperimenti successivi. La distanza è inferiore a 1/2 pollici jumper o resistenze 0-ohm collegheranno i terreni divisi insieme. Prestare attenzione al partizionamento e al routing, assicurandosi che nessuna linea di segnale digitale sia in cima alla sezione analogica e che nessuna linea di segnale analogico sia in cima alla sezione digitale su tutti i livelli. Inoltre, nessuna linea di segnale può coprire gli spazi di terra o dividere lo spazio tra gli alimentatori. Per testare la funzionalità e le prestazioni EMC della scheda, quindi testare nuovamente la scheda per funzionalità e prestazioni EMC collegando i due terreni insieme attraverso una resistenza o jumper da 0 ohm. Confrontando i risultati dei test, si scopre che in quasi tutti i casi, la soluzione unificata è superiore alla soluzione segmentata in termini di funzionalità e prestazioni EMC. Il metodo di divisione della terra è ancora utile? Questo approccio può essere utilizzato in tre situazioni: alcune apparecchiature mediche richiedono bassa corrente di dispersione tra circuiti e sistemi collegati al paziente; alcune uscite di apparecchiature per il controllo dei processi industriali possono essere collegate a apparecchiature elettromeccaniche rumorose e ad alta potenza; Un'altra situazione è quando il layout della scheda PCB è soggetto a determinati vincoli. Ci sono spesso alimentatori digitali e analogici separati su PCB a segnale misto e piani di alimentazione divisi possono e dovrebbero essere utilizzati. Tuttavia, le linee di segnale immediatamente adiacenti allo strato di alimentazione non possono coprire lo spazio tra gli alimentatori e tutte le linee di segnale che attraversano lo spazio devono essere situate sullo strato del circuito immediatamente adiacente al terreno di grande area. In alcuni casi, progettare l'alimentatore analogico come linea di connessione PCB invece di un piano può evitare il problema di dividere il piano di alimentazione.

La progettazione PCB a segnale misto è un processo complesso. Nel processo di progettazione occorre prestare attenzione ai seguenti punti:

1) Dividere la scheda PCB in parti analogiche e digitali separate.

2) Disposizione appropriata dei componenti.

3) I convertitori A/D sono posizionati tra le partizioni.

4) Non dividere il terreno. Eseguire un terreno uniforme sotto le parti analogiche e digitali della scheda.

5) In tutti gli strati della scheda, i segnali digitali possono essere instradati 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) Realizzare la divisione di potenza analogica e digitale.

8) Il cablaggio non può coprire lo spazio tra i piani di potenza divisi.

9) Le linee di segnale che devono attraversare lo spazio tra gli alimentatori divisi dovrebbero essere situate sullo strato di cablaggio immediatamente adiacente al terreno di grande area.

10) Analizzare il percorso e il metodo della corrente di ritorno a terra effettivamente fluente.

11) Use correct Scheda PCB regole di cablaggio.