Data PCB - Rancangan Sekatan Papan PCB Isyarat Tercampur

Design isyarat-campuran Papan PCB sangat rumit, dan bentangan dan kabel komponen, serta pengendalian kawat kuasa dan tanah, akan mempengaruhi secara langsung prestasi sirkuit dan prestasi kompatibilitas elektromagnetik. Rancangan sekatan tanah dan kuasa yang diterangkan dalam artikel ini boleh optimize prestasi sirkuit isyarat-campuran. Bagaimana untuk mengurangi gangguan antara isyarat digital dan isyarat analog? Two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC) must be understood before design: the first principle is to minimize the area of the current loop; the second principle is that the system uses only one reference surface. Sebaliknya, jika ada dua pesawat rujukan dalam sistem, it is possible to form a dipole antenna (Note: the radiation size of a small dipole antenna is proportional to the length of the wire, ukuran aliran semasa, dan frequency); and if the signal cannot pass as far as possible When a small loop returns, it is possible to form a large loop antenna (Note: the radiation size of a small loop antenna is proportional to the loop area, semasa mengalir melalui loop, and the square of the frequency). Kedua-dua situasi ini perlu dihindari sebanyak mungkin dalam desain. Ia telah disarankan untuk memisahkan dasar digital dan analog pada papan sirkuit isyarat-campuran supaya pengasingan antara dasar digital dan analog boleh dicapai. Walaupun kaedah ini boleh dilakukan, ada banyak masalah yang berpotensi, terutama dalam sistem besar kompleks. Masalah utama adalah bahawa kawat tidak boleh diseberangi seluruh ruang pecahan. Setelah kabel diseberangi, radiasi elektromagnetik dan isyarat salib akan meningkat secara dramatis. Masalah umum dalam Papan PCB reka ialah garis isyarat menyeberangi bekalan kuasa atau tanah bahagian untuk menghasilkan masalah EMI.

Kita gunakan kaedah pembahagian di atas, dan garis isyarat menjangkau ruang antara kedua-dua dasar, apa jalur kembali isyarat semasa? Anggap bahawa kedua-dua dasar yang dibahagi disambung bersama-sama di suatu tempat (biasanya sambungan titik tunggal di lokasi tertentu), dalam kes ini, arus tanah akan membentuk gelung besar. Semasa frekuensi tinggi yang mengalir melalui gelung besar akan menghasilkan radiasi dan induksi tanah tinggi. Jika semasa analog tahap rendah mengalir melalui loop besar sangat mudah diganggu oleh isyarat luaran. Malangnya, apabila tanah bahagian disambung bersama-sama pada bekalan kuasa, gelung semasa yang sangat besar dibentuk. Selain itu, tanah analog dan tanah digital disambung bersama-sama melalui wayar panjang untuk membentuk antena dipol. Mengetahui di mana dan bagaimana semasa kembali ke tanah adalah kunci untuk optimasi reka papan isyarat-campuran. Banyak jurutera desain hanya mempertimbangkan di mana isyarat semasa mengalir, mengabaikan laluan khusus semasa. Jika lapisan tanah mesti dibahagi, dan kawat mesti dijalurkan melalui ruang antara bahagian, sambungan titik tunggal boleh dibuat diantara dasar dibahagi untuk membentuk jambatan sambungan antara kedua-dua dasar dan kemudian dijalurkan melalui jambatan sambungan. Dengan cara ini, laluan kembali semasa langsung boleh disediakan di bawah setiap garis isyarat, sehingga kawasan loop terbentuk kecil. Isyarat di seluruh ruang pembahagian juga boleh dicapai menggunakan isolator optik atau pengubah. Untuk yang pertama, ia adalah isyarat optik yang menyeberangi ruang bahagian; dalam kes pengubah, ia adalah medan magnetik yang menyeberangi ruang pembahagian. Pendekatan lain yang mungkin adalah menggunakan isyarat perbezaan: isyarat mengalir dari satu baris dan kembali dari yang lain, dalam kes itu tanah tidak diperlukan sebagai laluan kembali. Untuk menyelidiki dalam-dalam gangguan isyarat digital kepada isyarat analog, kita mesti pertama-tama memahami ciri-ciri arus frekuensi tinggi. Strom frekuensi tinggi sentiasa memilih impedance (inductance), laluan langsung di bawah isyarat, jadi arus kembali mengalir melalui lapisan sirkuit bersebelahan, sama ada lapisan bersebelahan adalah kuasa atau pesawat tanah.

Dalam praktek, ia secara umum lebih suka menggunakan tanah bersatu, dan papan PCB dibahagi menjadi bahagian analog dan bahagian digital. Isyarat analog dijalurkan di kawasan analog pada semua lapisan papan, sementara isyarat digital dijalurkan di kawasan sirkuit digital. Dalam kes ini, isyarat digital mengembalikan semasa tidak mengalir ke dalam tanah isyarat analog. Pergangguan digital-ke-analog hanya berlaku apabila isyarat digital dijalurkan melalui bahagian analog papan, atau isyarat analog dijalurkan melalui bahagian digital papan. Masalah ini bukan kerana tiada tanah terpecah, sebab sebenarnya ialah wayar yang salah bagi isyarat digital. Rancangan papan PCB mengadopsi tanah bersatu. Melalui sekatan sirkuit digital dan sirkuit analog dan wayar isyarat yang sesuai, beberapa masalah susah bentangan dan wayar biasanya boleh diselesaikan, dan beberapa masalah potensi disebabkan oleh pemisahan tanah tidak akan disebabkan. Dalam kes ini, bentangan dan sekatan komponen menjadi kunci untuk menentukan kualiti desain. Dengan bentangan yang betul, arus tanah digital akan terbatas kepada bahagian digital papan dan tidak akan mengganggu isyarat analog. Kawalan seperti ini mesti diperiksa dengan hati-hati dan diperiksa untuk memastikan 100% mematuhi peraturan kabel. Jika tidak, garis isyarat yang tidak dijalankan dengan betul boleh menghancurkan papan sirkuit yang sangat baik. Apabila menyambung pins tanah analog dan digital penukar A/D bersama-sama, kebanyakan penghasil penukar A/D menyarankan pins AGND dan DGND disambung ke tanah impedance rendah yang sama dengan petunjuk pendek. (Perhatian: Kerana kebanyakan cip penukar A/D tidak menyambungkan tanah analog dan tanah digital bersama-sama, tanah analog dan digital mesti disambungkan melalui pins luaran), sebarang impedance luaran yang disambungkan dengan DGND akan melepasi kapasitas parasit. Lebih banyak bunyi digital disambung dengan sirkuit analog di dalam IC. Menurut rekomendasi ini, kedua-dua pin AGND dan DGND penukar A/D perlu disambung ke tanah analog, tetapi pendekatan ini mencipta isu seperti sama ada tanah kondensator penyahpautan isyarat digital patut disambung ke tanah analog atau tanah digital. Jika sistem hanya mempunyai satu penukar A/D, masalah di atas mudah untuk diselesaikan. Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 3 di atas, bahagikan tanah dan sambungkan seksyen tanah analog dan digital bersama-sama dibawah penukar A/D. Apabila mengambil kaedah ini, perlu memastikan bahawa lebar jambatan yang menyambung antara kedua-dua dasar adalah sama dengan lebar IC dan tiada garis isyarat boleh menyeberangi ruang pembahagian. Jika terdapat banyak penukar A/D dalam sistem, contohnya, bagaimana untuk menyambungkan penukar 10 A/D? Jika tanah analog dan tanah digital disambung bersama-sama dibawah setiap penukar A/D, akan ada sambungan berbilang-titik, dan pengasingan antara tanah analog dan tanah digital akan tidak bermakna. Dan jika anda tidak menyambung seperti ini, anda melanggar keperluan pembuat. Solusi adalah untuk bermula dengan tanah bersatu. Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 4 di bawah, tanah bersatu dibahagi menjadi bahagian analog dan bahagian digital. Bentangan dan kawat jenis ini tidak hanya memenuhi keperluan pembuat peranti IC untuk sambungan impedance rendah tanah analog dan pins tanah digital tetapi juga tidak membentuk antena loop atau antena dipole untuk menyebabkan masalah EMC.

Jika anda mempunyai keraguan mengenai kaedah pendaratan bersatu untuk desain PCB isyarat-campuran, anda boleh guna kaedah untuk membahagi lapisan tanah untuk bentangan dan lalui seluruh papan sirkuit. Apabila merancang, perhatikan untuk membuat papan sirkuit mudah digunakan dalam eksperimen berikutnya. Ruang jarak kurang dari 1/2 inci lompat atau 0-ohm resisten akan menyambungkan kawasan pecahan bersama-sama. Perhatikan sekatan dan penghalaan, pastikan tiada garis isyarat digital berada di atas seksyen analog, dan tiada garis isyarat analog berada di atas seksyen digital pada semua lapisan. Juga, tiada garis isyarat boleh menambah ruang tanah atau membahagikan ruang antara bekalan kuasa. Untuk menguji fungsi dan prestasi EMC papan, kemudian menguji semula papan untuk fungsi dan prestasi EMC dengan menyambung kedua-dua tanah bersama-sama melalui resistor 0-ohm atau lompat. Mengbandingkan hasil ujian, ia ditemukan bahawa dalam hampir semua kes, penyelesaian bersatu lebih baik daripada penyelesaian segmen dalam terma fungsi dan prestasi EMC. Adakah cara untuk membahagi tanah masih berguna? Pendekatan ini boleh digunakan dalam tiga situasi: beberapa peralatan perubatan memerlukan arus kebocoran rendah diantara sirkuit dan sistem yang tersambung dengan pesakit; beberapa output peralatan kawalan proses industri mungkin tersambung dengan peralatan elektromekanik bunyi dan kuasa tinggi; situasi lain ialah apabila bentangan papan PCB subjek terhadap keterangan tertentu. Kadang-kadang ada bekalan kuasa digital dan analog terpisah pada PCB isyarat-campuran dan pesawat kuasa terpisah boleh dan patut digunakan. Namun, garis isyarat segera disebelah lapisan bekalan kuasa tidak dapat menambah ruang antara bekalan kuasa, dan semua garis isyarat yang melintasi ruang mesti ditempatkan pada lapisan sirkuit segera disebelah tanah kawasan besar. Dalam beberapa kes, merancang bekalan kuasa analog sebagai garis sambungan PCB selain dari pesawat boleh menghindari masalah pembahagian pesawat kuasa.

Rancangan PCB isyarat-campuran adalah proses kompleks. Titik berikut patut diperhatikan dalam proses desain:

1) Sekatan papan PCB ke bahagian analog dan digital terpisah.

2) Bentangan komponen yang sesuai.

3) Penukar A/D ditempatkan melalui sekatan.

4) Jangan bahagikan tanah. Jalankan tanah seragam di bawah bahagian analog dan digital papan.

5) Dalam semua lapisan papan, isyarat digital hanya boleh dijalurkan ke bahagian digital papan.

6) Dalam semua lapisan papan, isyarat analog hanya boleh dijalurkan ke bahagian analog papan.

7) Buat bahagian kuasa analog dan digital.

8) Kabel tidak dapat menambah ruang antara pesawat kuasa pecah.

9) Garis isyarat yang mesti menyeberangi ruang antara bekalan kuasa dibahagi mesti ditempatkan pada lapisan kawat segera disebelah dengan tanah kawasan besar.

10) Analisis laluan dan kaedah semasa kembali ke tanah yang sebenarnya mengalir.

11) Use correct Papan PCB peraturan kabel.