Teknik PCB - Peraturan reka PCB untuk sirkuit analog

Walaupun membina sistem analog kelihatan seperti kembali ke era tabung vakum, komponen analog dan sirkuit tidak akan hilang bila-bila masa, dan juga PCB yang menyokong mereka. Papan sirkuit analog dan PCB isyarat-campuran masih penting dalam banyak produk dan akan terus beroperasi pada julat frekuensi. Memulakan dengan rancangan PCB analog boleh menjadi sukar di mana untuk memulakan dan apa untuk dipertimbangkan, tetapi kami harap petunjuk ini akan membantu anda memahami langkah yang anda boleh lakukan untuk memastikan keberhasilan.

Kadang-kadang, lebih baik mempertimbangkan PCB analog dan PCB isyarat-campuran berdasarkan tujuan reka umum. Sirkuit analog dan PCB memerlukan perhatian istimewa, kerana tujuan biasanya adalah untuk melacak isyarat dan masukkan ke dalam komponen/sirkuit sambil memastikan operasi bunyi rendah. Kemudian, julat frekuensi operasi papan akan menentukan beberapa tindakan yang perlu diambil untuk memastikan rancangan berfungsi seperti yang dijangka. Dalam panduan ini, kita akan menggambarkan beberapa rancangan PCB analog piawai dan panduan bentangan yang anda patut pertimbangkan. Kita akan cuba menutupi dari frekuensi kHz rendah ke frekuensi gelombang milimeter tinggi.

Simulasikan pencetakan lapisan PCB

Selepas sirkuit dirancang, tumpukan lapisan adalah hentian pertama desain. Stack lapisan analog biasanya mengikut idea yang sama yang digunakan untuk membina stack PCB digital. Perhatikan titik berikut:

Sumber kuasa dan pendaratan: Rancangan untuk menggunakan banyak dasar sekitar jejak yang menghantar isyarat kritik dalam bentangan PCB, dan rancangan laluan keretapi kuasa sesuai. Para desainer yang baru mungkin biasa berfikir bagaimana untuk melacak sambungan analog penting, tetapi jika anda lakukan ini awal, anda boleh merancang kuasa dan kawat isyarat sesuai.

Sumber kuasa frekuensi tinggi: Jika papan analog and a perlu dihantar pada kuasa output tinggi dan frekuensi tinggi, maka anda perlu menyediakan bekalan kuasa yang sangat stabil, yang mungkin kuasa tinggi. Rancangan untuk menggunakan pesawat kuasa bukannya kereta api pada lapisan dalaman, dan letakkan pesawat tanah pada lapisan sebelah.

Pilihan bahan: saya rasa setiap desainer mahu menggunakan laminat berasaskan PTFE kerugian rendah untuk setiap lapisan papan sirkuit analog, tetapi bahan mahal ini tidak sentiasa diperlukan. Jika frekuensi operasi anda bukan puluh GHz, dan anda hanya menggunakan wayar pendek, selama anda tidak wayar sambungan yang panjang, anda boleh menggunakan laminat FR4 piawai. Jika anda benar-benar memerlukan laminat kerugian rendah, sila hubungi pembuat anda untuk belajar bagaimana menggunakan tumpukan PCB hibrid.

Dalam PCB isyarat-campuran, rekomendasi untuk kuasa dan pendaratan biasanya berbeza, bergantung sama ada bahagian analog dan digital anda memerlukan sebarang kabel langsung diantaranya.

Sumber kuasa isyarat campuran

Untuk bekalan kuasa isyarat-campuran, pesawat kuasa biasanya dibahagi ke bahagian digital dan analog, sama seperti kerja yang dilakukan oleh pesawat kuasa digital yang bekerja di bawah voltaj bekalan kuasa yang berbeza. Bahagian ini sepatutnya berada dalam lapisan yang sama dan rujuk ke lapisan tanah yang sama pada lapisan sebelah. Selain itu, lebih baik untuk meletakkan kereta kuasa digital hanya pada bahagian digital papan sirkuit, seperti kereta kuasa analog.

Diagram skematik bentangan bahagian PWR/GND analog dan digital.

Jika pengaturan di sebelah kiri figura di atas mesti digunakan, pesawat kuasa digital dan analog terpisah tidak patut ditempatkan dalam dua lapisan bersebelahan sehingga pesawat meliputi. Jika kedua-dua pesawat ini meliputi dalam lapisan sebelah, kedua-dua pesawat akan mempunyai kapasitas tinggi antara kawasan yang meliputi, dengan itu menghasilkan arus pemindahan yang kuat. Oleh kerana potensi antara kedua-dua pesawat ini berubah semasa proses penyukaran, ini akan menghasilkan emisi guati pada frekuensi radio.

Selain itu, anda tidak patut mencipta antaramuka antara bahagian digital dan analog dengan mengarahkan ruang antara bahagian analog dan digital. Untuk memahami kenapa, periksa artikel ini. Antaramuka yang anda perlukan boleh disediakan oleh ADC, yang mungkin dibina ke dalam pengendali hos anda atau IC dedikasi.

Simulasikan tempatan komponen dalam bentangan PCB

Sebagaimana rancangan PWR/GND di atas menunjukkan, hanya letakkan komponen analog dalam bahagian analog, dan hanya letakkan komponen digital dalam bahagian digital. Malangnya, kita tidak boleh menutupi semua pemasangan komponen yang mungkin, tetapi kita boleh membincangkan beberapa komponen penting secara singkat. Dua komponen yang paling menarik dengan beberapa panduan bentangan penting adalah ADCs dan penyampai (termasuk penyampai operasi).

Mengurus amps operasi yang tidak digunakan

Satu komponen yang mesti muncul pada papan analog ialah penyembah operasi. Dalam banyak op amp ICs, beberapa op amps akan sia-sia. Setiap petunjuk yang tidak digunakan pada IC patut dihentikan dengan betul. Pemancar operasi dalam IC boleh menghasilkan bunyi dan menyebarkan ke dalam IC yang berfungsi, dengan itu mengurangkan integriti isyarat.

Jika anda menggunakan kereta kuasa tunggal, anda patut lebih dahulu pendek output ke input terbalik. Ini menghasilkan balas balik negatif dan memastikan output mengikut input dengan betul. Seterusnya, sambungkan pembahagi tekanan dengan lawan yang sama dengan input yang tidak terbalik dan pin tanah. Ini menetapkan potensi input ke titik tengah julat linear. Jika and a menggunakan kereta api pecahan, anda hanya boleh pendek output ke input terbalik dan tanah input yang tidak terbalik.

Masalah dengan penyembah kuasa

Pada frekuensi rendah, penyembah tidak akan mengalami sebarang keterangan khas yang tidak berlaku pada PCB lain. Untuk penyampai kuasa yang berfungsi pada frekuensi tinggi, situasi berbeza, kerana output penyampai mungkin tidak stabil, yang muncul sebagai balas balik positif tidak dijangka. Anda boleh guna beberapa simulasi untuk mengesan sambungan kembali ke input penyampai, walaupun ini memerlukan penyelesaian medan yang boleh antaramuka secara langsung dengan bentangan PCB anda. Belajar lebih mengenai masalah integriti isyarat yang menarik ini melibatkan penyembah kuasa RF.

Mana untuk meletakkan ADC

ADC adalah di mana isyarat analog anda menyambung dengan dunia digital, jadi bahagian ini perlu diletakkan dengan berhati-hati kerana ia akan mengandungi bahagian digital. ADC diskret ditempatkan lebih baik sekitar sepanjang sempadan antara bahagian digital dan analog. Sebenarnya, ini mungkin satu-satunya cara yang boleh diterima untuk mencipta antaramuka dalam sistem isyarat-campuran dengan pesawat tanah terpisah, kerana pesawat tanah pada cip silikon boleh menyediakan pesawat rujukan untuk isyarat input/output. Bagaimanapun, jika and a menggunakan pesawat tanah seragam, kedudukan ADC dan perisai yang disediakan oleh pesawat tanah akan mempunyai lebih fleksibiliti.

Panduan bentangan PCB analog

Kawalan dalam PCB analog adalah untuk memastikan isyarat analog yang dihantar sepanjang sambungan tidak akan terganggu secara signifikan di sisi penerima sambungan. Apabila menggunakan PCB analog, jumlah jaring anda biasanya jauh kurang daripada dalam PCB digital, jadi anda boleh cuba beberapa bentangan yang mungkin secepat mungkin sehingga anda mencari rancangan lantai yang boleh diselesaikan. Ini beberapa petunjuk laluan:

Panjang trek: Secara umum, cuba menyimpan jejak dalam PCB analog sebagai pendek dan lurus yang mungkin. Ini sangat penting kerana frekuensi isyarat meningkat. Selain kehilangan, kita juga perlu memperhatikan panjang kritik isyarat.

Minimumkan penggunaan vias: Setiap melalui meningkatkan kehilangan parameter S-sambungan, jadi lebih baik untuk minimumkan kehilangan ini dan hanya melakukan penukaran lapisan yang diperlukan bila boleh. Untuk mereka melalui lubang yang masih wujud, mereka mungkin menghasilkan radiasi kuat seperti antena

Terdapat banyak isu untuk dipertimbangkan dalam bentangan PCB analog, tetapi alat desain yang betul dan perisian desain yang dipimpin peraturan akan membantu anda melaksanakan panduan yang diperlukan untuk menjaga sistem analog bebas bunyi dan memastikan integriti isyarat/kuasa.