PCB 기술 - 왜 pcb는 디지털 접지와 아날로그 접지로 나눌까

1 왜 숫자와 아날로그를 분리하는가

서로 통하지만 거리가 더 길고 차이도 다르기 때문이다.같은 도선의 다른 점의 전압은 다를 수 있는데, 특히 전류가 비교적 클 때.도선의 저항으로 인해 전류가 흐를 때 전압이 내려간다.또한 도선은 분산 감지를 가지고 있으며 분산 감지의 영향은 교류 신호에서 나타날 것입니다.그러므로 우리는 반드시 그것을 디지털지와 아날로그지로 나누어야 한다. 왜냐하면 디지털신호의 고주파소음은 매우 크므로 아날로그지와 디지털지가 혼합되면 소음은 아날로그부분으로 전송되여 교란을 일으키게 된다.접지가 분리된 경우 전원 공급 장치에서 필터링을 수행하여 고주파 노이즈를 격리할 수 있습니다.그러나 이 두 가지 이유가 섞이면 걸러내기 쉽지 않다.PCB가 디지털 접지와 아날로그 접지로 나뉘어야 하는 이유다.

2 디지털 접지 및 아날로그 접지를 설계하는 방법

설계에 앞서 우리는 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 (주의: 작은 짝극 안테나의 복사 크기는 선로 길이, 전기 유량 및 주파수와 정비례).신호가 가능한 한 많이 통과되지 않으면 작은 루프의 반환은 큰 루프 안테나를 형성 할 수 있습니다 (주의: 작은 루프 안테나의 복사 크기는 루프 면적, 루프를 통과하는 전류 및 주파수의 제곱에 비례합니다.).설계에서 가능한 한 이 두 가지 상황을 피하십시오.

혼합 신호 회로 기판에서 디지털 접지와 아날로그 접지를 분리하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 디지털 접지와 아날로그 접지 사이의 격리를 실현할 수 있습니다.이러한 접근 방식은 가능하지만 특히 복잡한 대규모 시스템에서 많은 잠재적 문제가 발생합니다.가장 중요한 문제는 부서의 격차를 뛰어넘을 수 없다는 것이다.분할 간격이 라우팅되면 전자기 복사와 신호 교란이 급격히 증가합니다.PCB 설계에서 가장 일반적인 문제는 신호선이 분리된 접지나 전원을 통과하고 EMI 문제를 발생시키는 것이다.

우리는 상술한 구분 방법을 사용하여 신호선이 두 접지 사이의 간격을 통과한다.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 발생시킨다.만약 저전평 시뮬레이션 전류가 너무 큰 회로를 흐른다면, 전류는 외부 신호의 방해를 받기 쉽다.최악의 경우 분리된 접지가 전원에 연결되면 매우 큰 전류 회로가 형성됩니다.또한 아날로그와 디지털은 긴 도선을 통해 연결되어 짝극 안테나를 형성한다.

전류 반환지의 경로와 방법을 이해하는 것은 혼합 신호 회로 기판 설계를 최적화하는 관건이다.많은 설계 엔지니어들은 신호 전류의 흐름만을 고려하고 전류의 구체적인 경로를 무시한다.접지층을 구분해야 하고 분할 영역 간의 간격을 통해 경로설정해야 하는 경우 분할된 접지 간에 단일 점 연결을 수행하여 두 접지 간에 연결 브리지를 형성한 다음 연결 브리지를 통해 경로설정할 수 있습니다.이렇게 하면 각 신호선 아래에 직류 귀환 경로를 제공하여 형성된 순환 도로 면적이 비교적 작다.

광학 격리 장치나 변압기를 사용해도 분할 간격을 뛰어넘는 신호를 실현할 수 있다.전자의 경우 광 신호가 분할 간격을 통과합니다.변압기의 경우 분할 간격을 통과하는 것은 자기장이다.또 다른 가능한 방법은 차등 신호를 사용하는 것입니다. 신호는 한 선로에서 유입되고 다른 신호 선로에서 반환됩니다.이 경우 반환 경로로 접지가 필요하지 않습니다.

디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 간섭을 깊이 탐구하려면 먼저 고주파 전류의 특성을 이해해야 한다.고주파 전류의 경우 항상 임피던스가 가장 작고 (감응이 가장 낮음) 신호 아래에 직접 있는 경로를 선택하므로 인접 계층이 전원 계층이든 접지 계층이든 반환 전류는 인접 회로 계층을 통과합니다.실제 작업에서는 일반적으로 균일한 접지를 사용하고 PCB를 아날로그 부분과 디지털 부분으로 나누는 경향이 있습니다.아날로그 신호는 보드의 모든 레이어의 아날로그 영역에서, 디지털 신호는 디지털 회로 영역에서 라우팅됩니다.이 경우 디지털 신호 반환 전류는 아날로그 신호 접지로 유입되지 않습니다.

디지털 신호가 회로 기판의 아날로그 부분이나 아날로그 신호가 회로 기판의 디지털 부분에 배선될 때만 디지털 신호가 아날로그 신호에 대한 간섭이 나타난다.이런 문제가 발생하지 않는 이유는 분리접지가 없기 때문이며, 진정한 원인은 디지털 신호의 연결이 부적절하기 때문이다.PCB 설계는 디지털 회로와 아날로그 회로의 파티션 및 적절한 신호 배선을 통해 일반적으로 더 어려운 레이아웃과 배선 문제를 해결할 수 있으며 접지 구분으로 인한 잠재적 인 문제도 일으키지 않습니다.이 경우 어셈블리의 레이아웃과 파티션이 설계의 장단점을 결정하는 열쇠가 됩니다.배치가 적절하면 디지털 접지 전류는 회로 기판의 디지털 부분으로 제한되며 아날로그 신호를 방해하지 않습니다.이러한 연결이 100% 연결 규칙을 준수하는지 확인하고 확인해야 합니다.그렇지 않으면 신호선의 잘못된 경로설정이 매우 좋았던 회로 기판을 완전히 손상시킬 수 있습니다.

A/D 변환기의 아날로그 접지와 디지털 접지 핀을 함께 연결할 때 대부분의 A/D 변환기 제조업체는 가장 짧은 컨덕터를 통해 AGND 및 DGND 핀을 동일한 저임피던스 접지에 연결하는 것을 권장합니다 (주의: 대부분의 A/D 변환기 칩은 아날로그 접지를 디지털 접지와 함께 연결하지 않기 때문에 아날로그 및 디지털 접지선은 외부 핀을 통해 연결되어야 합니다.) DGND에 연결된 외부 임피던스는 기생 용량을 통과합니다.더 많은 디지털 노이즈가 IC 내부의 아날로그 회로로 결합됩니다.이 권고에 따라 A/D 변환기의 AGND와 DGND 핀을 아날로그 땅에 연결할 필요가 있지만, 이 방법은 디지털 신호 디커플링 콘덴서의 접지 단자를 아날로그 접지에 연결해야 하는지 디지털 접지에 연결해야 하는지 등의 문제를 초래할 수 있다.

시스템에 A/D 동글이 하나만 있으면 이러한 문제를 쉽게 해결할 수 있습니다.접지를 분리하고 아날로그 접지와 디지털 접지를 A/D 동글 아래에 연결합니다.이 방법을 사용하려면 두 접지 사이의 연결 브리지가 IC 너비와 동일하고 어떤 신호선도 분할 간격을 통과할 수 없도록 해야 합니다.

예를 들어, 시스템에 많은 A/D 변환기가 있는 경우 A/D 변환기 10개를 어떻게 연결합니까?아날로그와 디지털이 각 A/D 동글 아래에서 함께 연결되면 여러 개의 연결이 생겨 아날로그와 디지털지 사이의 격리는 의미가 없다.이 방식으로 연결하지 않으면 제조업체의 요구 사항을 위반합니다.혼합 신호 PCB의 균일한 접지 설계에 의문이 있는 경우 접지층 구분 방법을 사용하여 전체 회로 기판을 배치하고 배선할 수 있습니다.설계할 때 회로 기판을 이후의 실험에서 쉽게 사용할 수 있도록 주의해야 한다.간격이 1/2인치 미만입니다.크로스 컨덕터 또는 0 옴 저항기는 개별적으로 연결됩니다.파티션과 경로설정에 주의하여 모든 레이어의 아날로그 부분 위에 디지털 신호선이 없고 디지털 부분 위에도 아날로그 신호선이 없는지 확인하십시오.또한 어떤 신호선도 접지 간격이나 분리된 전원 공급 장치 사이의 간격을 통과할 수 없습니다.보드의 기능과 EMC 성능을 테스트하려면 0 옴 저항기 또는 점퍼를 통해 두 접지를 연결한 다음 보드 기능과 EMC 특성을 다시 테스트합니다.테스트 결과를 비교해 보면 거의 모든 상황에서 통합 솔루션은 기능과 EMC 성능 면에서 개별 솔루션보다 우수하다는 것을 알 수 있습니다.

토지를 나누는 방법이 아직도 유용합니까?

이 방법은 다음과 같은 세 가지 경우에 사용할 수 있습니다: 일부 의료 장비는 환자의 회로와 시스템 사이의 낮은 누출 전류에 연결해야합니다.일부 산업 프로세스 제어 장치의 출력은 소음이 크고 출력이 높은 전기 기계 시스템에 연결될 수 있습니다.장치또 다른 시나리오는 PCB의 레이아웃이 특정 제한을 받는 경우입니다.

혼합 신호 PCB 보드에는 일반적으로 독립형 디지털 및 아날로그 전원이 있으며 분리형 전원 평면도 사용해야 합니다.그러나 전원 레이어에 가까운 신호선은 전원 사이의 간격을 통과할 수 없으며 간격을 통과하는 모든 신호선은 넓은 접지에 가까운 회로 레이어에 있어야 합니다.경우에 따라 단일 표면이 아닌 PCB 케이블을 사용하여 아날로그 전원을 설계하면 전원 표면을 구분하는 문제를 피할 수 있습니다.