PCB 블로그 - 디지털 혼합 회로의 PCB 보드 설계

고속 PCB 보드의 설계에서 디지털 혼합 회로 PCB 설계의 간섭 문제는 줄곧 어려운 문제였다.특히, 아날로그 회로는 일반적으로 신호의 소스입니다.신호를 제대로 수신하고 변환할 수 있는지는 PCB 설계에서 고려해야 할 중요한 요소이다.혼합회로의 간섭 기리를 분석하고 설계 실천과 결합하여 혼합회로의 일반적인 처리 방법을 연구했으며 설계 실례를 통해 검증했다.인쇄회로기판 (PCB) 은 전자제품에서 회로소자와 부품의 버팀목으로서 회로소자와 설비간의 전기련결을 제공한다.이제 많은 PCB가 단일 기능 회로가 아니라 디지털 및 아날로그 회로의 혼합 회로입니다.데이터는 일반적으로 아날로그 회로에서 수집되고 수신되며 대역폭과 이득은 소프트웨어 제어를 위해 디지털화되어야 하므로 디지털 회로와 아날로그 회로는 일반적으로 하나의 보드에 공존하며 심지어 같은 구성 요소를 공유합니다.이들 간의 상호 간섭과 회로 성능에 미치는 영향을 고려할 때 회로의 배치와 배선은 반드시 일정한 원칙이 있어야 한다.혼합 신호 PCB 설계에서 송전선로에 대한 특수한 요구와 아날로그 회로와 디지털 회로 사이의 소음 결합을 격리하는 요구는 설계 과정에서 배치와 배선의 복잡성을 증가시켰다.여기서 고밀도 혼합 신호 PCB의 레이아웃과 케이블 연결 설계를 분석하여 필요한 PCB 설계 목표를 달성했습니다.

1. 디지털 혼합 회로 간섭의 생성 메커니즘은 디지털 신호에 비해 아날로그 신호는 소음에 훨씬 민감하다. 아날로그 회로의 작업은 끊임없이 변화하는 전류와 전압에 의존하기 때문에 어떠한 경미한 간섭도 정상적인 작업에 영향을 줄 수 있다.디지털 회로의 작업은 수신단이 미리 정의된 전압 레벨 또는 임계값에 따라 높은 레벨 또는 낮은 레벨을 감지하고 일정한 간섭 방지 능력을 갖추는 데 의존한다.그러나 혼합 신호 환경에서는 아날로그 신호에 비해 디지털 신호가 노이즈 소스입니다.디지털 회로가 작동할 때, 고전압과 저전압 두 종류의 전압, 즉 안정된 유효 전압만 있다.디지털 논리 출력이 고전압에서 저전압으로 바뀌면 부품의 접지 핀이 방전되어 스위치 전류가 발생하는데, 이것이 바로 회로의 스위치 동작이다.디지털 회로의 속도가 빠를수록 일반적으로 필요한 전환 시간이 짧아집니다.대량의 스위치 회로가 동시에 논리적 고전평에서 논리적 저전평으로 바뀌면 지선이 전류를 통과하는 능력이 부족하기 때문에 대량의 스위치 전류를 초래할 수 있다.논리적 접지 전압 파동을 우리는 접지 반등이라고 부른다.그림 1과 같습니다.디지털 회로로 인한 접지 반발 소음과 전원 간섭은 아날로그 회로에 결합되면 아날로그 회로의 성능에 영향을 줄 수 있다.전원과 접지 모선은 상당히 많은 간섭원을 발생시켰기 때문에, 그 중 지선으로 인한 소음 간섭은 PCB 설계에서 접지와 전원의 설계가 특히 중요하다.디지털 혼합 회로 PCB 설계의 일반적인 처리 원리에서 혼합 회로 간섭의 발생 메커니즘을 언급했습니다. 그렇다면 디지털 신호와 아날로그 신호 사이의 상호 간섭을 어떻게 줄일 수 있습니까?설계에 앞서 전자기 호환성 (EMC) 의 두 가지 기본 원칙을 알아야 합니다. 첫 번째 원칙은 전류 회로의 면적을 최대한 줄이는 것입니다. 신호가 가능한 한 작은 회로를 통해 돌아오지 않으면 큰 회로가 형성되어 모양 안테나가 형성될 수 있습니다.두 번째 원리는 참조 평면을 하나만 사용하는 것입니다.반대로 시스템에 두 개의 참조 평면이 있으면 짝극 안테나가 형성될 수 있다.설계에서 가능한 한 이 두 가지 상황을 피해야 한다.(1) 레이아웃 및 경로설정 원칙.컴포넌트 레이아웃에서 가장 먼저 고려해야 할 요소 중 하나는 아날로그 회로 부분을 디지털 회로 부분과 분리하는 것입니다.아날로그 신호는 보드의 모든 레이어의 아날로그 영역에서, 디지털 신호는 디지털 회로 영역에서 라우팅됩니다.이 경우 디지털 신호 반환 전류는 아날로그 신호로 유입되지 않습니다.주파수가 높고 특수한 요구가 있는 일부 선로에 대해서는 필요하다면 차동선로를 사용하거나 차폐선로를 사용할수 있다.때때로 입력/출력 커넥터의 위치 때문에 디지털 회로와 아날로그 회로의 배선을 혼합해야 하기 때문에 아날로그 회로와 디지털 회로가 서로 간섭할 가능성이 높다.이는 아날로그 전원 평면 근처에서 디지털 시계선과 고주파 아날로그 신호선이 작동하지 않도록 하기 위한 것이다. 그렇지 않으면 전원 신호의 소음이 민감한 아날로그 신호에 결합된다.저항성이 낮은 전원과 접지 네트워크를 실현하기 위해 디지털 회로 도선의 감지 저항은 최소화하고 아날로그 회로의 용량 결합은 최소화해야 한다.디지털 회로는 주파수가 높고 아날로그 회로의 민감도가 강하다.신호선의 경우 고주파 디지털 신호선은 민감한 아날로그 회로 장치에서 가능한 한 멀리 떨어져 있어야 합니다.(2) 전원 및 접지 처리.복잡한 혼합회로판의 설계에서 접지적선의 배치와 처리는 회로의 성능을 향상시키는 중요한 요소이다.혼합 신호판의 숫자와 아날로그 접지를 분리하여 숫자와 아날로그 사이의 격리를 실현하자는 의견이 있다.그러나 이런 방법은 흔히 분렬간극을 통과하는데 이는 전자기복사와 신호교란의 급격한 증가를 초래할수 있다.전류가 어디에 있는지, 어떻게 지면으로 돌아가는지 이해하는 것이 혼합 신호판 설계를 최적화하는 관건이다.접지층이 분리되어 있고 경로설정이 파티션 간의 간격을 통과해야 하는 경우 분리된 접지 간에 단일 점 연결을 수행하여 두 접지 사이에 연결 브리지를 형성한 다음 연결 브리지를 통해 경로설정할 수 있습니다.이를 통해 각 신호선 아래에 직류 귀환 경로를 제공하거나 광학 격리 장치, 변압기 등을 사용하여 분압 간극을 넘나드는 신호를 구현할 수 있다.그러나 실제 업무에서 PCB의 설계는 종종 통일된 접지 방식을 채택한다.디지털 회로와 아날로그 회로의 구분 및 적절한 신호 배선을 통해 일반적으로 해결하기 어려운 레이아웃 및 배선 문제를 해결할 수 있으며 접지 분리로 인한 잠재적 인 장애는 발생하지 않습니다.보드 테스트 결과를 비교한 결과 통합 솔루션이 세그먼트 솔루션보다 기능과 EMC 성능이 우수하다는 사실도 확인했습니다.혼합 신호 PCB에는 일반적으로 별도의 디지털 및 아날로그 전원이 있으며 접지 평면 옆과 아래는 분리 된 전원 평면을 사용해야합니다.전력 평면은 RF 전류를 공간에 연결할 수 있는 회로에 결합할 수 있다.이러한 결합 효과를 줄이기 위해서는 전원 평면이 인접한 접지 평면보다 물리적으로 20H(H는 전원과 접지 평면 사이의 거리를 의미함) 작아야 합니다.(3) 혼합 장치의 처리.흔히 볼 수 있는 혼합 부품은 결정 발진기, 고속 AD 부품 등을 포함하며, 디지털 회로는 두 부분이 있다