PCB 기술 - 아날로그 회로 PCB 설계 규칙

시뮬레이션 시스템을 구축하는 것은 진공관 시대로 돌아간 것처럼 보이지만, 시뮬레이션 구성 요소와 회로는 곧 사라지지 않을 것이며, 그들을 지원하는 PCB도 사라지지 않을 것이다.순수 아날로그 회로 기판과 혼합 신호 PCB는 많은 제품에서 여전히 중요하며 일련의 주파수에서 계속 작동 할 것입니다.아날로그 PCB 설계를 시작하는 것은 어디서부터 시작하고 무엇을 고려하기 어려울 수 있지만, 이러한 안내서가 성공을 보장하기 위해 어떤 단계를 취할 수 있는지 이해하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

때로는 공통의 설계 목표에 따라 아날로그 PCB 및 혼합 신호 PCB를 고려하는 것이 좋습니다.아날로그 회로와 PCB는 일반적으로 저소음 작업을 보장하면서 신호를 라우팅하고 구성 요소 / 회로에 입력하는 것을 목표로 하기 때문에 특히 주의해야 합니다.그런 다음 이사회 작업의 빈도 범위는 설계가 예상대로 실행되도록 하기 위해 취해야 할 몇 가지 조치를 결정합니다.이 가이드에서는 고려해야 할 표준 아날로그 PCB 설계 및 레이아웃 가이드에 대해 간략하게 설명합니다.우리는 낮은 kHz 주파수에서 높은 밀리미터파 주파수까지의 범위를 커버하려고 시도할 것이다.

아날로그 PCB 계층 구성

회로 설계가 완료되면 계층 스택이 설계의 첫 번째 스테이션입니다.아날로그 계층 스택은 일반적으로 디지털 PCB 스택을 구축하는 데 사용되는 것과 같은 생각을 따릅니다.다음 사항에 유의하십시오.

전원 및 접지: PCB 레이아웃에서 중요한 신호를 전송하는 경로 주변에 많은 접지를 사용하고 그에 따라 전원 레일 배선을 계획합니다.최신 설계자는 중요한 아날로그 상호 연결을 설정하는 방법에 대해 생각하는 데 익숙해질 수 있지만 일찍 그렇게 하면 전원 및 신호 케이블을 적절하게 계획할 수 있습니다.

고주파 전원: 아날로그 보드가 고출력과 고주파로 전송되어야 한다면 고전류일 수 있는 매우 안정적인 전원을 제공해야 한다.내부 레이어에 트랙 대신 전원 평면을 사용하고 인접 레이어에 접지 평면을 배치할 계획입니다.

재료 선택: 모든 설계자는 아날로그 회로 기판의 각 층에 저손실 PTFE 베이스 프레스를 사용하고 싶어하지만 이러한 비싼 재료가 항상 필요한 것은 아니라고 생각합니다.작동 주파수가 수십 GHz가 아니며 짧은 케이블만 사용한다면 긴 상호 연결을 설정하지 않는 한 표준 FR4 레이어 프레스를 사용할 수 있습니다.저손실 계층 전압판이 필요한 경우 혼합 PCB 스택을 사용하는 방법을 제조업체에 문의하십시오.

혼합 신호 PCB에서는 아날로그와 디지털 부품 사이에 직접 케이블을 연결해야 하는지 여부에 따라 전원 및 접지에 대한 권장 사항이 일반적으로 다릅니다.

혼합 신호 전원 공급 장치

혼합 신호 전원의 경우 일반적으로 전원 평면은 서로 다른 전원 전압에서 작동하는 디지털 전원 평면과 유사한 디지털 및 아날로그 부분으로 나뉩니다.이러한 부분은 같은 레이어에 있어야 하며 인접 레이어의 동일한 접지 평면을 나타냅니다.또한 디지털 전원 레일은 아날로그 전원 레일과 마찬가지로 보드의 디지털 부분에만 두는 것이 좋습니다.

아날로그 및 디지털 PWR/GND 부품 레이아웃 다이어그램.

위 그림의 왼쪽에 있는 배치를 사용해야 하는 경우에는 인접한 두 레이어에 별도의 숫자와 아날로그 전원 평면을 배치하여 평면을 겹쳐서는 안 됩니다.두 평면이 인접 레이어에서 중첩되면 중첩 영역 사이에 높은 커패시터가 있어 강한 변위 전류가 생성됩니다.이 두 평면 사이의 전세가 전환 과정에서 파동하기 때문에, 이것은 무선 주파수 아래의 빈 챔버 발사를 초래할 것이다.

또한 아날로그 부품과 디지털 부품 간에 케이블을 연결하여 디지털 부품과 아날로그 부품 간에 인터페이스를 작성해서는 안 됩니다.이유를 알아보려면 이 문서를 참조하십시오.필요한 인터페이스는 ADC에서 사용할 수 있으며 ADC는 호스트 컨트롤러 또는 전용 IC에 내장될 수 있습니다.

PCB 레이아웃의 어셈블리 배치 시뮬레이션

위의 PWR/GND 계획이 암시하듯이 아날로그 부분에만 아날로그 구성 요소를 배치하고 디지털 부분에만 디지털 구성 요소를 배치합니다.불행히도, 우리는 가능한 모든 어셈블리 배치를 포괄할 수는 없지만, 중요한 어셈블리에 대해 간략하게 논의할 수 있습니다.중요한 레이아웃 가이드가 있는 두 가지 가장 흥미로운 구성 요소는 ADC와 앰프 (연산 앰프 포함) 입니다.

사용되지 않는 연산 증폭기 처리

아날로그 보드에 나타나야 하는 구성 요소 중 하나는 연산 증폭기입니다.많은 연산 증폭기 IC에서 일부 연산 증폭기는 유휴 상태가 됩니다.IC에서 사용되지 않는 지시선은 제대로 끝이어야 합니다.IC의 연산 증폭기의 미단접 (즉, 부동) 지시선은 소음을 발생시키고 작업 IC로 전파되어 신호 무결성을 낮춘다.

단일 전원 레일을 사용하는 경우 먼저 출력을 반상 입력으로 단락시켜야 합니다.이렇게 하면 음수 피드백이 생성되고 출력이 정확하게 입력을 따릅니다.다음으로, 저항이 같은 분압기를 비반상 입력과 접지 핀에 연결한다.이렇게 하면 입력 전세가 선형 범위의 중점으로 설정됩니다.파팅 레일을 사용하는 경우 출력을 단락에서 반상 입력으로 간단히 입력하고 비반상 입력을 접지할 수 있습니다.

전력 증폭기 문제

저주파수에서는 증폭기가 다른 PCB에 적용되지 않는 특별한 제한을 받지 않습니다.고주파에서 작동하는 출력 증폭기의 경우 증폭기의 출력이 불안정할 수 있기 때문에 의외의 긍정적인 피드백으로 나타난다.일부 시뮬레이션을 사용하여 PCB 레이아웃 인터페이스와 직접 연결할 수 있는 필드 해결기가 필요하지만 결합 리버스 증폭기 입력을 추적할 수 있습니다.무선 주파수 전력 증폭기와 관련된 이 흥미로운 신호 무결성 문제에 대해 더 자세히 알아보십시오.

ADC 배치 위치

ADC는 아날로그 신호가 디지털 세계와 연결되는 곳이기 때문에 이 부분은 디지털 부분을 포함할 것이기 때문에 조심스럽게 배치해야 한다.개별 ADC는 대략 숫자와 아날로그 부분 사이의 경계를 따라 배치하는 것이 좋습니다.사실, 실리콘 칩의 접지 평면은 입력 / 출력 신호에 참조 평면을 제공 할 수 있기 때문에 별도의 접지 평면을 가진 혼합 신호 시스템에 인터페이스를 만드는 유일한 방법일 수 있습니다.그러나 통합 접지 평면을 사용하는 경우 ADC의 배치 및 접지 평면이 제공하는 차폐는 더 유연합니다.

아날로그 PCB 레이아웃 가이드

아날로그 PCB의 배선은 상호 연결을 따라 전송되는 아날로그 신호가 상호 연결된 수신기 측면에서 크게 왜곡되지 않도록 하기 위한 것이다.아날로그 PCB를 사용할 때 순수 수량은 일반적으로 디지털 PCB보다 훨씬 적기 때문에 가능한 한 빨리 해결 가능한 평면도를 찾을 때까지 가능한 레이아웃을 시도할 수 있습니다.다음은 몇 가지 경로 안내서입니다.

흔적선 길이: 일반적으로 시뮬레이션 PCB의 흔적선은 가능한 한 짧고 곧게 유지됩니다.신호의 주파수가 증가함에 따라 이 점은 매우 중요하다.손실뿐만 아니라, 우리는 신호의 임계 길이에도 주의해야 한다.

오버홀 사용 최소화: 각 오버홀은 상호 연결 S 매개변수의 손실을 증가시키기 때문에 이러한 손실을 최소화하고 가능한 경우 필요한 레이어 변환만 수행하는 것이 좋습니다.여전히 존재하는 구멍의 경우 안테나처럼 강력한 방사선이 발생할 수 있습니다.

아날로그 PCB 레이아웃에서 고려해야 할 많은 문제들이 있지만, 올바른 설계 도구와 규칙 기반 설계 소프트웨어는 아날로그 시스템의 소음 유지와 신호/전원 무결성을 보장하는 데 필요한 지침을 제공합니다.