PCB 블로그 - 혼합 신호 PCB 보드의 파티션 설계

혼합 신호 PCB 보드의 설계는 매우 복잡하며, 구성 요소의 레이아웃과 배선, 전원 및 지선의 처리는 회로 성능과 전자기 호환성 성능에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.본고에서 기술한 접지와 전원의 구역 설계는 혼합 신호 회로의 성능을 최적화할 수 있다.어떻게 디지털 신호와 아날로그 신호 사이의 상호 간섭을 줄입니까?설계에 앞서 전자기 호환성의 두 가지 기본 원칙을 이해해야 한다: 첫 번째 원칙은 전류 회로의 면적을 최대한 줄이는 것이다.두 번째 원리는 시스템이 하나의 참조 표면만 사용하는 것입니다.반대로 시스템에 두 개의 참조 평면이 있으면 짝극 안테나가 형성될 수 있습니다 (주: 작은 짝극 안테나의 복사 크기는 도선의 길이, 유동 전류의 크기와 주파수에 정비례한다).신호가 가능한 한 멀리 통과하지 못할 경우. 작은 루프가 반환될 때 큰 루프 안테나가 형성될 수 있습니다 (주의: 작은 루프 안테나의 복사 크기는 루프 면적, 루프를 흐르는 전류와 주파수의 제곱에 정비례함).설계에서 가능한 한 이 두 가지 상황을 피해야 한다.이미 혼합 신호 회로 기판에서 디지털과 아날로그 접지를 분리하여 디지털과 아날로그 사이의 격리를 실현할 수 있도록 건의했다.비록 이런 방법은 실행할 수 있지만, 특히 복잡한 큰 시스템에서는 여전히 많은 잠재적인 문제가 존재한다.중요한 문제는 경로설정이 오프닝 간격을 통과하지 못한다는 것입니다.일단 배선이 교차하면 전자기 복사와 신호 교란이 급격히 증가할 것이다.PCB 보드 설계의 일반적인 문제 중 하나는 신호선이 분열된 접지 또는 전원을 통과하여 EMI 문제를 발생시키는 것입니다.

우리는 위의 나눗셈을 사용하는데, 신호선은 두 땅 사이의 간격을 뛰어넘는데, 신호 전류의 반환 경로는 무엇입니까?분리된 두 접지가 어느 한 곳에서 함께 연결 (일반적으로 어느 위치의 단일 점 연결) 된다고 가정하면, 접지 전류는 큰 회로를 형성합니다.큰 회로를 흐르는 고주파 전류는 복사와 고접지 전감을 발생시킬 것이다.만약 큰 회로를 흐르는 저전평 아날로그 전류는 외부 신호의 방해를 받기 쉽다.불행히도 분리된 접지가 전원에 연결되었을 때 매우 큰 전류 회로가 형성되었다.또한 아날로그와 디지털은 긴 도선을 통해 연결되어 짝극 안테나를 형성한다.전류가 지면으로 돌아오는 위치와 방식을 이해하는 것이 혼합 신호판 설계를 최적화하는 관건이다.많은 설계 엔지니어들은 신호 전류의 흐름만을 고려하고 전류의 구체적인 경로를 무시한다.접지층이 분리되어 있고 경로설정이 파티션 간의 간격을 통과해야 하는 경우 분리된 접지 간에 단일 점 연결을 통해 두 접지 사이에 연결 브리지를 형성한 다음 연결 브리지를 통해 경로설정할 수 있습니다.이러한 방식으로 각 신호선 아래에 직류 반환 경로를 제공하여 형성된 루프 면적을 작게 할 수 있다.분열 간격을 뛰어넘는 신호도 광학 격리기나 변압기를 사용하여 실현할 수 있다.전자의 경우 분할 간격을 통과하는 광신호입니다.변압기의 경우 분압 간격을 통과하는 자기장이다.또 다른 가능한 방법은 차분 신호를 사용하는 것이다. 신호가 한 선로에서 흘러나와 다른 선로에서 돌아오는 상황에서 접지를 귀환 경로로 삼을 필요가 없다.디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 간섭을 깊이 탐구하려면 먼저 고주파 전류의 특성을 이해해야 한다.고주파 전류는 항상 임피던스 (전감) 를 선택하는데, 이는 신호 아래에 직접 위치한 경로이기 때문에 전류가 전원 평면이든 접지 평면이든 인접한 회로 층을 거쳐 되돌아간다.

실제로 PCB 보드는 아날로그 부분과 디지털 부분으로 나뉜 통합 접지를 사용하는 것이 좋습니다.아날로그 신호는 보드의 모든 레이어의 아날로그 영역에서, 디지털 신호는 디지털 회로 영역에서 라우팅됩니다.이 경우 디지털 신호 반환 전류는 아날로그 신호로 유입되지 않습니다.디지털 신호가 보드의 아날로그 부분에 라우팅되거나 보드 디지털 부분에 아날로그 신호가 라우팅된 후에만 디지털 간섭이 발생합니다.이 문제는 분접지가 없기 때문이 아니다. 진정한 원인은 디지털 신호의 연결이 부적절했기 때문이다.PCB 보드 설계는 통합 접지를 사용합니다.디지털 회로와 아날로그 회로의 구분 및 적절한 신호 배선을 통해 일반적으로 접지 분리로 인한 잠재적 인 문제를 일으키지 않고 해결하기 어려운 레이아웃 및 배선 문제를 해결할 수 있습니다.이 경우 어셈블리의 레이아웃과 파티션이 설계 품질을 결정하는 열쇠가 됩니다.적절한 레이아웃을 통해 디지털 접지 전류는 회로 기판의 디지털 부분으로 제한되며 아날로그 신호를 방해하지 않습니다.이러한 배선을 확인하여 100% 배선 규칙을 준수해야 합니다.그렇지 않으면 잘못 배선된 신호선이 원래 매우 좋았던 회로 기판을 완전히 손상시킬 수 있습니다.A/D 동글의 아날로그 접지 핀과 디지털 접지 핀을 함께 연결할 때 대부분의 A/D 동글 제조업체는 AGND 및 DGND 핀을 짧은 지시선으로 동일한 저임피던스 접지에 연결하는 것을 권장합니다.(참고: 대부분의 A/D 동글 칩은 아날로그와 디지털을 함께 연결하지 않기 때문에 아날로그와 디지털은 외부 핀을 통해 연결해야 합니다.) DGND에 연결된 모든 외부 임피던스는 기생 용량을 통과합니다.더 많은 디지털 노이즈가 IC 내부의 아날로그 회로로 결합됩니다.이 권장 사항에 따라 A/D 변환기의 AGND 및 DGND 핀은 모두 아날로그 접지에 연결되어야하지만 디지털 신호 디커플링 콘덴서의 접지가 아날로그 접지에 연결되어야하는지 또는 디지털 접지에 연결되어야하는지 같은 문제가 발생합니다.시스템에 A/D 동글이 하나만 있으면 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다.위 그림 3과 같이 접지를 분리하고 A/D 동글 아래에서 아날로그 접지와 디지털 접지 부분을 연결합니다.이 방법을 사용하려면 두 접지 사이의 연결 브리지가 IC의 폭과 같고 분할 간격을 통과할 수 있는 신호선이 없는지 확인해야 합니다.예를 들어, 시스템에 많은 A/D 변환기가 있는 경우 A/D 변환기 10개를 어떻게 연결합니까?아날로그와 디지털이 각 A/D 변환기 아래에 연결되면 여러 개의 연결이 있어 아날로그와 디지털화 사이의 격리는 무의미할 것이다.이렇게 연결하지 않으면 제조업체의 요구 사항을 위반하게 됩니다.솔루션은 통합의 토대에서 시작됩니다.다음 그림 4에서 볼 수 있듯이 통합 접지는 아날로그 부분과 디지털 부분으로 나뉜다.이러한 레이아웃과 배선은 아날로그 접지 핀과 디지털 접지 핀에 대한 IC 부품 제조업체의 저임피던스 연결 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 링 안테나 짝극 안테나를 형성하여 EMC 문제를 초래하지 않습니다.

혼합 신호 PCB 설계의 통합 접지 방법에 의문이 있는 경우 전체 회로 기판을 배치하고 경로설정하기 위해 접지층을 나누는 방법을 사용할 수 있습니다.다음 실험에서 보드를 쉽게 사용할 수 있도록 설계하십시오.간격이 1/2인치 미만인 점퍼 또는 0옴 저항기는 분리된 접지를 함께 연결합니다.파티션과 경로설정에 주의하여 모든 레이어에 디지털 신호선이 아날로그 부분의 상단에 있지 않고 아날로그 신호선이 디지털 부분의 상단에 있지 않도록 하십시오.또한 접지 간격을 가로지르거나 전원 공급 장치 사이의 간격을 나눌 수 있는 신호선이 없습니다.보드의 기능과 EMC 성능을 테스트하려면 0 옴 저항기 또는 점퍼를 통해 두 접지를 연결하여 보드의 성능과 EMC 성능을 다시 테스트합니다.테스트 결과를 비교한 결과, 거의 모든 상황에서 통합 솔루션은 기능과 EMC 성능 면에서 세그먼트 솔루션보다 우수합니다.토지를 나누는 방법이 아직도 유용합니까?이 방법은 세 가지 경우에 사용할 수 있습니다: 일부 의료 장비는 환자의 회로와 시스템 사이의 낮은 누출 전류에 연결해야합니다.일부 산업 프로세스 제어 설비의 출력은 소음이 크고 출력이 높은 전기 기계 설비에 연결될 수 있다;또 다른 시나리오는 PCB 보드의 레이아웃이 특정 구속을 받는 경우입니다.혼합 신호 PCB에는 일반적으로 별도의 디지털 및 아날로그 전원이 있으며 분리 된 전원 평면을 사용할 수도 있고 사용해야합니다.그러나 전원 레이어에 직접 인접한 신호선은 전원 공급 장치 사이의 간격을 초과할 수 없으며 이 간격을 통과하는 모든 신호선은 넓은 접지와 직접 인접한 회로 레이어에 있어야 합니다.경우에 따라 아날로그 전원을 평면이 아닌 PCB 케이블로 설계하면 전원 평면의 분열 문제를 방지할 수 있습니다.

혼합 신호 PCB의 설계는 복잡한 과정입니다.설계 과정에서 다음 사항에 유의해야 합니다.

1) PCB 보드를 별도의 아날로그 및 디지털 섹션으로 구분합니다.

2) 적절한 어셈블리 레이아웃.

3) A/D 동글은 파티션 간에 배치됩니다.

4) 지면을 분할하지 말라.회로 기판의 아날로그와 디지털 부분 아래에 고르게 접지하다.

5) 보드의 모든 레이어에서 숫자 신호는 보드의 숫자 부분에서만 라우팅됩니다.

6) 보드의 모든 레이어에서 아날로그 신호는 보드의 아날로그 부분에서만 라우팅할 수 있습니다.

7) 아날로그 및 디지털 전력 분배를 실현한다.

8) 배선은 버스트된 전원 평면 사이의 간격을 초과할 수 없습니다.

9) 분리된 전원 공급 장치 사이의 간격을 통과해야 하는 신호선은 넓은 접지에 인접한 케이블 레이어에 있어야 합니다.

10) 실제 환류 지전류의 경로와 방법을 분석한다.

11) 올바른 PCB 보드 경로설정 규칙을 사용합니다.