PCB Tecnico - Metodo di progettazione PCB del circuito ibrido digitale-analogico

Nel design 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 e se il segnale può essere correttamente ricevuto e convertito è un fattore importante da considerare nella progettazione del PCB. L'articolo discute il metodo di elaborazione generale del circuito ibrido digitale-analogico analizzando il meccanismo di interferenza del circuito ibrido digitale-analogico e combinando la pratica progettuale, ed è verificato da esempi di progettazione.

I. Introduzione

Un circuito stampato (PCB) è un supporto per componenti e dispositivi del circuito in prodotti elettronici e fornisce collegamenti elettrici tra componenti e dispositivi del circuito. Oggi, molti PCB non sono più circuiti monofunzionali, ma sono composti da una miscela di circuiti digitali e circuiti analogici. I dati vengono generalmente raccolti e ricevuti in un circuito analogico, mentre la larghezza di banda e il guadagno devono essere digitalizzati per essere controllati dal software. Pertanto, ci sono spesso circuiti digitali e circuiti analogici sulla stessa scheda, e persino condividono gli stessi componenti. Tenendo conto della reciproca interferenza tra loro e l'impatto sulle prestazioni del circuito, il layout e il cablaggio del circuito devono avere determinati principi. I requisiti speciali per le linee di trasmissione di potenza in progettazione PCB a segnale misto e i requisiti per l'isolamento dell'accoppiamento acustico tra circuiti analogici e digitali hanno aumentato la complessità del layout e del routing durante la progettazione. Qui, attraverso l'analisi del layout PCB a segnale misto ad alta densità e del design del cablaggio, per raggiungere gli obiettivi di progettazione PCB richiesti.

2. Il meccanismo di generazione dell'interferenza digitale-analogica del circuito ibrido

Rispetto ai segnali digitali, i segnali analogici sono molto più sensibili al rumore, perché il funzionamento dei circuiti analogici dipende da corrente e tensione in continuo cambiamento. Qualsiasi lieve interferenza può influenzare il suo normale funzionamento, mentre il funzionamento dei circuiti digitali dipende da L'estremità ricevente rileva il livello alto o basso in base a un 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, la tensione effettiva stabile è solo alta e bassa tensione. Quando l'uscita logica digitale cambia da un'alta tensione a una bassa tensione, il perno di terra del dispositivo scaricherà e genererà una 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, sarà causata una grande quantità di corrente di commutazione. La tensione di terra logica oscilla, che chiamiamo rimbalzo di terra. Il rumore di rimbalzo a terra e il disturbo di potenza causati dal circuito digitale, se accoppiato al circuito analogico, influenzeranno le prestazioni del circuito analogico. Poiché molte fonti di interferenza sono generate attraverso i bus di alimentazione e di terra, il cavo di terra causa la maggiore interferenza acustica, quindi il design del terreno e dell'alimentazione è particolarmente importante quando si progetta il PCB.

In terzo luogo, i principi generali di elaborazione del circuito ibrido digitale-analogico PCB design

Ho parlato del meccanismo di interferenza dei circuiti ibridi. 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) Il principio della disposizione e del 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) Trattamento dell'energia e del suolo. 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.

Comprendere 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.