PCB Tecnico - Progettazione digitale-analogica mista PCB

Molti prodotti includono disegni PCB ibridi digitali-analogici 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 di segnali analogici sono diverse decine di volte superiori a quello dei segnali digitali, e possono anche raggiungere decine di migliaia di volte.2. Circuiti ADC e DAC ad alta precisione Idealmente, la relazione tra il rapporto segnale-rumore dei circuiti ADC e DAC lineari 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, l'ADC lineare a 14 bit ad alta precisione, il requisito di rumore del DAC è almeno 1000 volte superiore a quello del segnale digitale. 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 di cui sopra mostrano che nella scheda ibrida digitale-analogica singola, il circuito analogico 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. Il segnale digitale è una forte fonte di interferenza al segnale analogicoIl 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 sulla realizzazione delle funzioni del sistema e degli indicatori EMC esterni. Il "più grande" di cui stiamo parlando è relativo ai circuiti analogici. Per i circuiti PCB 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 ammissibile 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 digitale-analogico ibrido a scheda singola può essere realizzato solo prestando attenzione ad ogni passo e ad ogni dettaglio dell'intero processo. Ciò significa che all'inizio del progetto deve essere effettuata una pianificazione accurata e accurata e ogni progetto deve essere attentamente pianificato. L'avanzamento del lavoro delle fasi 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 una scheda PCB altrimenti molto buona. Le regole sono morte. Solo attraverso una profonda comprensione delle regole possiamo garantire di poter utilizzare le regole correttamente e completare eccellenti disegni PCB.