PCB 블로그 - PCB 보드 혼합 신호 파티션 설계

PCB 보드와 관련하여 디지털과 아날로그 신호 간의 간섭을 줄이는 방법은 무엇입니까?설계에 앞서 전자기 호환성의 두 가지 기본 원칙을 이해해야 한다: 첫 번째 원칙은 전류 회로 면적을 최대한 줄이는 것이다.두 번째 원리는 참조 평면을 하나만 사용하는 것입니다.반대로 시스템에 두 개의 참조 평면이 있으면 짝극 안테나가 형성될 수 있습니다 (주의: 작은 짝극 안테나의 복사는 회선 길이, 전기 유량 및 주파수에 정비례합니다.).신호가 가능한 한 작은 루프를 통해 반환되지 않으면 큰 원형 안테나를 형성할 수 있습니다.너의 설계에서 가능한 한 둘 다 가지고 있는 것을 피해라.

혼합 신호 회로기판에서 디지털 접지와 아날로그 접지를 분리해 디지털 접지와 아날로그 접지 사이의 격리를 실현하자는 제안이 나왔다.비록 이 방법은 실행 가능하지만, 그것은 많은 잠재적인 문제가 있는데, 특히 대형 복잡한 시스템에서는 더욱 그렇다.중요한 문제는 클리어런스를 통과하지 않는 것입니다. 일단 클리어런스를 통과하면 전자기 복사와 신호 교란이 급격히 증가합니다.PCB 보드 설계의 일반적인 문제 중 하나는 신호선이 바닥이나 전원을 통과하여 발생하는 EMI 문제입니다.우리는 위의 분할 방법을 사용하는데, 신호선은 두 땅 사이의 간격을 뛰어넘는데, 신호 전류의 반환 경로는 무엇입니까?두 파티션이 특정 점에서 연결된다고 가정하면 (일반적으로 한 점의 점) 접지 전류는 큰 회로를 형성합니다.큰 회로를 흐르는 고주파 전류는 복사와 고접지 전감을 발생시킬 것이다.만약 큰 회로를 흐르는 저전평 아날로그 전류가 외부 신호의 방해를 받기 쉽다.아뿔싸, 이러한 부분이 전원 공급 장치에 연결되면 매우 큰 전류 회로가 형성됩니다.또한 긴 컨덕터로 연결된 아날로그와 디지털로 짝극 안테나를 형성합니다.

전류가 땅으로 환류하는 경로와 패턴을 이해하는 것은 혼합 신호 회로 기판 설계를 최적화하는 관건이다.많은 설계 엔지니어들은 신호 전류의 흐름만을 고려하고 전류의 구체적인 경로를 무시한다.접지층이 분할되어야 하고 분할 영역 사이의 간격을 통해 경로설정되어야 하는 경우 분할 영역의 접지층 사이에 단일 점 연결을 수행하여 두 접지층 사이에 연결 브리지를 형성한 다음 연결 브리지를 통해 경로설정할 수 있습니다.이렇게 하면 각 신호선 아래에 직류 회류 경로를 제공하여 작은 루프 면적을 만들 수 있습니다.

광학 격리 장치나 변압기를 사용하여 세그먼트 간격을 넘나드는 신호를 구현할 수도 있다.전자의 경우 분할 간격을 가로지르는 광신호입니다.변압기의 경우 자기장이 칸막이의 간격을 뛰어넘는 것이다.차분 신호도 가능하다. 신호가 한 선로에서 유입되고 다른 선로에서 돌아오는 상황에서 그들은 불필요하게 회류 경로로 사용된다.

디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 방해를 탐구하려면 먼저 고주파 전류의 특성을 이해해야 한다.고주파 전류는 항상 임피던스 (전감), 즉 신호 바로 아래 경로를 선택하기 때문에 인접 계층이 전원 계층이든 접지 계층이든 반환 전류는 인접 회로 계층을 통과합니다.일반적으로 공통 PCB를 아날로그 및 디지털 섹션으로 구분하는 것이 좋습니다.아날로그 신호는 보드의 모든 레이어의 아날로그 영역에서, 디지털 신호는 디지털 회로 영역에서 라우팅됩니다.이런 상황에서 디지털 신호는 전류가 아날로그 신호로 유입되지 않는 곳으로 되돌아간다.디지털 신호가 회로 기판의 디지털 부분을 통과하거나 아날로그 신호가 회로를 통과할 때만 아날로그 신호에 대한 디지털 신호의 방해가 발생한다.이 문제는 분할이 부족하기 때문이 아니다. 진정한 원인은 디지털 신호의 배선이 부적절하기 때문이다.

PCB는 디지털 회로와 아날로그 회로의 파티션과 적절한 신호 배선을 통해 일반적으로 어려운 레이아웃과 배선 문제를 해결할 수 있지만 접지 분할로 인한 잠재적인 번거로움은 없습니다.이 경우 어셈블리의 레이아웃과 파티션은 설계 품질을 결정하는 데 매우 중요합니다.배치가 올바르면 디지털 접지 전류가 회로 기판의 디지털 부분으로 제한되며 아날로그 신호를 방해하지 않습니다.이러한 배선을 확인하여 100% 배선 규칙을 준수해야 합니다.그렇지 않으면 부적합한 신호선이 아주 좋은 회로판을 완전히 파괴할 것이다.

A/D 동글의 아날로그와 디지털 접지 핀을 함께 연결할 때 대부분의 A/D 동글 제조업체는 짧은 지시선을 사용하여 AGND 및 DGND 핀을 동일한 저임피던스 접지에 연결하는 것을 권장합니다 (주의: 대부분의 A/D 동글 칩 내부에는 아날로그와 디지털이 연결되어 있지 않기 때문에 아날로그와 디지털 지선은 외부 핀을 통해 연결되어야 함).DGND에 연결된 외부 임피던스는 기생 커패시터를 통해 IC 내부의 아날로그 회로에 더 많은 디지털 노이즈를 결합합니다.이 제안에 따라 A/D 변환기 AGND와 DGND 핀은 모두 아날로그 접지에 연결되어야 하지만, 이 방법은 디지털 신호 디커플링 콘덴서의 접지단이 아날로그 접지에 연결되어야 하는지, 디지털 접지에 연결되어야 하는지와 같은 문제를 제기합니다.

시스템에 A/D 동글이 하나만 있으면 위의 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다.접지는 분리되어 있으며 아날로그와 디지털 접지 부분은 A/D 동글 아래에 연결되어 있습니다.이 방법을 사용하려면 두 위치 사이의 다리 폭이 IC 폭과 같고 파티션 간격을 통과할 수 있는 신호선이 없는지 확인해야 합니다.시스템에 많은 A/D 변환기가 있는 경우 예를 들어 10개의 A/D 변환기는 어떻게 연결됩니까?각 A/D 동글 아래에 아날로그와 디지털 접지를 연결하면 다중 연결이 발생하며 아날로그와 디지털 사이의 격리는 무의미합니다.만약 네가 이렇게 하지 않는다면, 너는 제조업체의 요구를 위반하게 될 것이다.이렇게 하는 방법은 제복부터다.그림 4에서 볼 수 있듯이 지면은 아날로그 부분과 디지털 부분으로 고르게 나뉜다.이 레이아웃은 아날로그 및 디지털 접지 핀 저임피던스 연결에 대한 IC 부품 제조업체의 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 링 안테나 또는 짝극 안테나로 인한 EMC 문제를 방지합니다.

혼합 신호 PCB의 통합 설계 방법에 의문이 있는 경우 전체 회로 기판을 배치하고 경로설정하기 위해 접지층 파티션 방법을 사용할 수 있습니다.설계에서는 향후 실험에서 회로 기판을 1/2인치 미만의 간격으로 점퍼 또는 0옴 저항기로 쉽게 연결할 수 있도록 주의해야 합니다.파티션과 경로설정에 주의하여 모든 레이어의 아날로그 부분 위에 디지털 신호선이 없고 디지털 부분 위에도 아날로그 신호선이 없는지 확인하십시오.또한 어떤 신호선도 접지 간격을 통과하거나 전원 공급 장치 사이의 간격을 구분해서는 안 됩니다.보드의 기능과 EMC 성능을 테스트하려면 0 옴 저항기 또는 점퍼를 통해 두 개의 레이어를 연결하여 보드의 성능과 EMC 성능을 다시 테스트하십시오.비교 테스트 결과 거의 모든 상황에서 통합 솔루션은 기능과 EMC 성능 면에서 분할 솔루션보다 우수합니다.

토지를 나누는 방법은 여전히 유효합니까?

이 방법은 세 가지 경우에 사용할 수 있습니다. 일부 의료 장비는 환자의 회로와 시스템 사이에 연결해야하는 누출 전류가 매우 낮습니다.일부 산업 프로세스 제어 설비의 출력은 소음이 크고 출력이 높은 전기 기계 설비에 연결될 수 있다;또 다른 경우에는 PCB의 레이아웃이 특정 제한을 받습니다.혼합 신호 PCB 보드에는 일반적으로 별도의 디지털 및 아날로그 전원이 있으며 분리 된 전원 면이 있어야 합니다.그러나 전원 레이어에 인접한 신호선은 전원 공급 장치 사이의 간격을 통과할 수 없으며 간격을 통과하는 모든 신호선은 넓은 면적에 인접한 회로 레이어에 있어야 합니다.경우에 따라 아날로그 전원 공급 장치는 한 면이 아니라 PCB 연결로 설계되어 전원 면이 분열되지 않도록 할 수 있습니다.

혼합 신호 PCB 보드의 설계는 복잡한 프로세스이며 설계 프로세스는 다음 사항에 유의해야합니다.

1. PCB 보드를 별도의 아날로그와 디지털 부분으로 나눈다.

2. 올바른 어셈블리 레이아웃.

3. A/D 동글은 칸막이에 걸쳐 배치됩니다.

4. 토지를 분할하지 마라.회로 기판의 아날로그 부분과 디지털 부분이 고르게 부설되다.

5. PCB 보드의 모든 레이어에서 디지털 신호는 PCB 보드의 디지털 부분에서만 라우팅할 수 있습니다.

6. PCB 보드의 모든 레이어에서 아날로그 신호는 PCB 보드 아날로그 부분에서만 라우팅할 수 있습니다.

7. 아날로그와 디지털 전원 분리.

8. 배선은 분리된 전원 표면 사이의 간격을 넘지 않아야 합니다.

9. 분리된 전원 공급 장치 사이의 간격을 뛰어넘어야 하는 신호선은 넓은 면적과 인접한 케이블 레이어에 있어야 합니다.

10. 접지 전류의 실제 경로와 방식을 분석한다.

11. 올바른 연결 규칙을 사용합니다.