電子設計 - デジタルアナログミックスPCBレイアウト設計

デジタルアナ PCBレイアウト設計
1. Understanding the basic concepts of digital-analog hybrid design
Many products include mixed digital-analog PCB設計, そして、異なるシグナルは、異なる干渉防止能力を有する. 相互接続設計プロセスにおいて, 最終製品のインデックス要件を確実にするために、異なる信号間のクロストークを合理的に制御しなければならない.
以下の基本概念を理解することは非常に重要です. デジタルアナログハイブリッド設計の基本概念をマスターすることは、後でレイアウトされる厳しいレイアウトと配線設計規則を理解するのを助けるでしょう, デジタルアナログハイブリッドを設計するとき、端末製品が容易に割引されないように. 重要な制約規則を実装する. そして、それは柔軟に、そして、効果的にデジタルアナログ ハイブリッドデザイン

1. The important difference between analog signal and digital signal in anti-interference ability
The digital signal level has a strong anti-interference ability, アナログ信号が悪い干渉妨害能力を有する間.
例えば, 3 Vレベルのデジタル信号は0でさえ許容できる.3 Vのクロストーク信号は、論理状態に影響しない. しかし, アナログ信号の分野で, いくつかの信号は非常に弱い. 例えば, GSM携帯電話の受信感度は−110 dBmの指標を達成する, これは0の正弦波の実効値に相当する.7 UV. LNAのフロントエンドでUVのオーダの帯域内干渉ノイズが受信されても, 基地局の受信感度を大きく低下させるのに十分である. このわずかな干渉は、デジタル制御信号線または電源グランドライン上の小さなノイズから生じる.
システムの観点から, デジタル信号は一般に基板上またはフレーム内でのみ送信される. 例えば, メモリバス信号, 電力制御信号, etc., 送信端から受信端まで受信された干渉が論理状態の判定に影響を与えるのに十分でないことが保証される限り. アナログ信号は変調のような一連のプロセスを受ける必要がある, 周波数変換, 増幅, 伝送, 空間伝搬, 受信, 復調前の復調. この過程で, 信号は連続して信号に落ちる. システム展望から, 最終的な信号対雑音比が正しく復調するための要件を満たすことを保証する必要がある. 最大の干渉は、宇宙伝搬の減衰と雑音から来る. より良い通信性能を達成するために, ボード上の相互接続によって導入される漏話をできるだけ少なくする必要がある.
したがって, アナログ信号のクロストークに対する要求はディジタル信号よりも数十倍高いと考えられる, そして、何十万回も達するかもしれません.

2. High-precision ADC and DAC circuits
In an ideal situation, the relationship between the signal-to-noise ratio of linear ADC and DAC circuits and the number of conversion bits is:
SNR=10Log(F2/N2)=10Log[A2/2/(A2/3*2n)]=6.02n+1.76 dB
For 14-bit linear ADCs and DACs, if the least significant bit (LSB) is valid, 理論的な信号対雑音比は、86 dbcであるように計算することができる. 約20 dbcのディジタル回路のクロストーク要求に比べて, 高精度14ビット線形性は、ADCおよびDACの雑音要件は、デジタル信号100のそれより少なくとも1000倍高い. もちろん, ビットの最下位数のために11ビットだけが必要であるなら, クロストーク要件は適切に低下させることができる, しかし、それはまだデジタル信号の必要条件よりはるかに高いです.
ノート上の2つの状況は、デジタルアナログハイブリッドシングルボードのアナログ回路が干渉に非常に影響を受けやすいことを示す, これは、信号対雑音比および他の指標に影響を及ぼす. したがって, デジタルアナログハイブリッドシングルボード PCB設計, レイアウトとルーティングのために非常に高い要件が必要である.

3. Digital signal is a strong source of interference to analog signal
The level of the digital signal is very high compared to the analog signal, そして、デジタル信号は、豊かな高調波周波数を含む, したがって、デジタル信号自体はアナログ信号の強い干渉源である. 特に, 高電流クロック信号及びスイッチング電源は、デジタルアナログハイブリッド設計に注目する必要がある強い干渉源である.
4. The fundamental purpose of digital-analog hybrid interconnection design
We can understand the デジタルアナログ design problem in this way. デジタル回路, ディジタル回路の設計ルールに従う. デジタル回路領域, 大きな干渉を許す, システム機能と外部EMCインジケータの実装に影響しない限り.
我々がここで話している「より大きい」はアナログ回路に関連しています. デジタル回路, アナログ回路のようなクロストークの存在を制御する必要はありません. アナログ回路, アナログ回路の設計規則に従わなければならない, そして、アナログ回路領域において、許容される干渉は、デジタル回路領域.
デジタルアナログハイブリッド相互接続設計の目的は、デジタル信号の干渉が妥当なレイアウトを通じてデジタル信号領域に存在することを保証することである, 配線, 遮蔽, フィルタリング, 電源分割.

我々が干渉源を含むことに集中する必要があるもの, 高感度回路, 干渉経路. 以下の3つの局面から採用されたレイアウトとルーティング原則について説明する. 成功したデジタルアナログハイブリッドシングルボードの設計は、すべてのステップとすべてのプロセス全体の細心の注意を払って実現する必要があります. これは、デザインの初めに徹底的で慎重な計画を実行しなければならないことを意味します, すべてのデザインステップを慎重に計画する必要があります. 作業の進捗状況は完全かつ継続的に評価される. レイアウトとルーティングは慎重にチェックされなければならない. Otherwise, 信号線の不正なルーティングは、全く別の回路基板を完全に破壊する.
規則は死んでいる. ルールの深い理解を通してのみ、我々はルールを正しく使用し、優れたデザインを完了できるようにすることができます.
二番目, the circuit type distinction
Before explaining the layout rules of digital-analog hybrid design, 現在、干渉源を識別する, 端子基板上の高感度回路と干渉経路. これらの干渉源と敏感な回路を理解することは、レイアウトと配線計画を正しく定式化するのを助けることができます. 理解が不可欠.
1. Analog circuit
For end products, アナログ回路はすべての無線周波数回路を含む, 無線周波数電源, 無線周波数制御回路, デジタルアナログ 変換回路s, オーディオ回路. 上記のアナログ回路の全ては、敏感な回路である. その中で, sensitive circuits that need special attention include frequency termination circuits (including local oscillator signals, frequency synthesis circuit power and control signals), フロントエンド回路の受信, オーディオ回路.
2. Sources of interference
Interference sources include all digital circuits, high-power radio frequency circuits (power amplifiers, antennas and other high-power radio frequency circuits). その中で, 特別な注意を要する干渉源はクロック回路を含む, スイッチング電源, 高電流送電線, 電力増幅器回路, アンテナ回路. 電力増幅器およびアンテナのような無線周波数信号の干渉は、本明細書の無線周波数設計部で解析される.
3. Interference path
The interference paths that need to be paid attention to for digital-analog hybrid design include: space radiation, power ground (plane or wiring), digital-to-analog 変換回路s, アナログ回路の各種制御信号.
(1) Space radiation: The circuits that are close to each other will generate crosstalk through radiation, ディジタル信号クロストークの概念と同じである, しかし、アナログ信号が耐えることができる漏話がデジタル信号のそれよりはるかに小さいことに注意されるべきである, したがって、レイアウト段階でクロストークを制御する必要がある. 宇宙放射線を減らす方法は、一般に、レイアウトの距離を広げて、遮蔽ボックス.
(2) Power ground: The power ground is a common loop between digital and analog circuits, したがって、干渉信号は、電力接地導体102を介して高感度回路に伝達され得る. 電力供給グランドのクロストークを制御する方法は、フィルタ部品および電源接地部を合理的に使用することである.
(3) Digital-to-analog 変換回路アナログ信号とデジタル信号のインタフェースです. レイアウトまたは配線が不適切に扱われるならば, デジタル及びアナログ回路の不明瞭なレイアウト及びインターレース配線のような, クロストークを起こす.
(4) Analog control signal: The ideal analog device should be that the control signal and the analog circuit are isolated inside the device, そして制御信号は正しい論理レベル. しかし, デバイスはしばしばこれを行うことができません, そして、制御信号上の干渉数は、直接アナログ回路14に結合され得る. 解決策は、アナログ回路制御信号の干渉を最小化し、フィルタ部品を合理的に使用することである.