Teknik PCB - Mengapa pcb dibahagi ke tanah digital dan tanah analog

1 Mengapa membahagi tanah digital dan tanah analog

Kerana walaupun mereka saling terhubung, jarak lebih panjang, perbezaan berbeza. Tengah di titik berbeza pada wayar yang sama mungkin berbeza, terutama apabila arus besar. Kerana perlawanan wayar, tekanan jatuh ketika arus. Selain itu, wayar telah mengedarkan indutan, dan pengaruh indutan yang dikedarkan akan muncul di bawah isyarat AC. Jadi kita perlu bahagikan ke tanah digital dan tanah analog, kerana bunyi frekuensi tinggi isyarat digital sangat besar, jika tanah analog dan tanah digital dicampur, bunyi akan dihantar ke bahagian analog dan menyebabkan gangguan. Jika tanah dipisahkan, bunyi frekuensi tinggi boleh dipisahkan dengan penapisan pada bekalan kuasa. Tetapi jika kedua-duanya dicampur, ia tidak mudah untuk penapis. Inilah sebabnya PCB perlu dibahagi ke tanah digital dan tanah analog.

2 Bagaimana untuk merancang tanah digital dan tanah analog

Sebelum merancang, kita mesti memahami dua prinsip asas kesesuaian elektromagnetik (EMC): prinsip pertama adalah untuk minimumkan kawasan loop semasa; prinsip kedua ialah sistem hanya menggunakan satu permukaan rujukan. Sebaliknya, jika sistem mempunyai dua pesawat rujukan, ia mungkin membentuk antena dipole (Perhatian: saiz radiasi antena dipole kecil adalah proporsional dengan panjang garis, jumlah aliran semasa dan frekuensi); dan jika isyarat tidak dapat melepasi sebanyak mungkin Kembalian gelung kecil boleh membentuk antena gelung besar (Perhatian: saiz radiasi antena gelung kecil adalah proporsional dengan kawasan gelung, semasa mengalir melalui gelung, dan kuasa dua frekuensi). Menghindari kedua-dua situasi ini sebanyak mungkin dalam rancangan.

Ia disarankan untuk memisahkan tanah digital dan tanah analog pada papan sirkuit isyarat-campuran, supaya pengasingan antara tanah digital dan tanah analog boleh dicapai. Walaupun kaedah ini boleh dilakukan, terdapat banyak masalah potensi, terutama dalam sistem skala besar kompleks. Masalah yang paling kritik ialah ia tidak boleh dijalankan melalui ruang pembahagian. Apabila ruang bahagian dijalankan, radiasi elektromagnetik dan isyarat saling berbincang akan meningkat dengan tajam. Masalah paling umum dalam rancangan PCB adalah bahawa garis isyarat menyeberangi tanah atau bekalan kuasa dibahagi dan menghasilkan masalah EMI.

Kita gunakan kaedah pembahagian di atas, dan garis isyarat menyeberangi ruang antara kedua-dua kawasan. Apakah laluan kembali semasa isyarat? 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 mengalir melalui gelung besar menghasilkan radiasi dan induksi tanah tinggi. Jika semasa analog aras rendah mengalir melalui loop besar, semasa mudah diganggu oleh isyarat luaran. Perkara terburuk adalah apabila tanah bahagian disambung bersama-sama pada bekalan kuasa, gelung semasa yang sangat besar akan terbentuk. Selain itu, tanah analog dan tanah digital disambung dengan wayar panjang untuk membentuk antena dipol.

Memahami laluan dan kaedah kembalian semasa ke tanah adalah kunci untuk optimasi desain papan sirkuit isyarat-campuran. Banyak jurutera desain hanya mempertimbangkan di mana isyarat semasa mengalir, dan abaikan laluan khusus semasa. Jika lapisan tanah mesti dibahagi, dan kawat mesti dijalurkan melalui ruang antara bahagian, sambungan titik tunggal boleh dibuat antara dasar dibahagi untuk membentuk jambatan sambungan antara kedua-dua dasar, kemudian kawat melalui jambatan sambungan. Dengan cara ini, laluan kembali semasa langsung boleh disediakan di bawah setiap garis isyarat, sehingga kawasan loop terbentuk kecil.

Penggunaan peranti isolasi optik atau pengubah juga boleh mencapai isyarat melalui ruang segmentasi. Untuk yang pertama, ia adalah isyarat optik yang menyeberangi ruang segmentasi; dalam kes pengubah, ia adalah medan magnetik yang menyeberangi ruang segmentasi. Kaedah lain yang boleh dilakukan adalah menggunakan isyarat perbezaan: isyarat mengalir masuk dari satu garis dan kembali dari garis isyarat lain. Dalam kes ini, tanah tidak diperlukan sebagai jalan kembali.

Untuk menyelidiki dalam-dalam gangguan isyarat digital kepada isyarat analog, kita mesti pertama-tama memahami ciri-ciri arus frekuensi tinggi. Untuk arus frekuensi tinggi, sentiasa pilih laluan dengan impedance yang paling rendah (indundans terrendah) dan langsung di bawah isyarat, jadi arus kembali akan mengalir melalui lapisan sirkuit bersebelahan, tidak kira-kira lapisan bersebelahan adalah lapisan kuasa atau lapisan tanah. Dalam kerja sebenar, ia biasanya cenderung untuk menggunakan tanah bersatu, dan membahagi PCB kepada bahagian analog dan bahagian digital. Isyarat analog dijalurkan di kawasan analog semua lapisan papan sirkuit, dan isyarat digital dijalurkan di kawasan sirkuit digital. Dalam kes ini, isyarat digital mengembalikan semasa tidak akan mengalir ke dalam tanah isyarat analog.

Hanya apabila isyarat digital dihantar pada bahagian analog papan sirkuit atau isyarat analog dihantar pada bahagian digital papan sirkuit, gangguan isyarat digital kepada isyarat analog akan muncul. Masalah semacam ini tidak berlaku kerana tiada tanah dibahagi, sebab sebenarnya adalah wayar yang salah bagi isyarat digital. Rancangan PCB mengadopsi tanah bersatu, melalui sirkuit digital dan sekatan sirkuit analog dan wayar isyarat yang sesuai, biasanya boleh menyelesaikan beberapa masalah bentangan dan wayar yang lebih sukar, dan pada masa yang sama, ia tidak akan menyebabkan beberapa masalah potensi disebabkan oleh bahagian tanah. Dalam kes ini, bentangan dan pemisahan komponen menjadi kunci untuk menentukan pros dan cons desain. Jika bentangan adalah masuk akal, arus tanah digital akan terbatas kepada bahagian digital papan sirkuit dan tidak akan mengganggu isyarat analog. Kabel ini mesti diperiksa dengan hati-hati dan disahkan untuk memastikan peraturan kabel 100% dipenuhi. Jika tidak, laluan garis isyarat yang salah akan menghancurkan papan sirkuit yang baik.

Apabila menyambung pins tanah analog dan digital penukar A/D bersama-sama, kebanyakan penghasil penukar A/D akan menyarankan: Sambungkan pins AGND dan DGND ke tanah impedance rendah yang sama melalui petunjuk yang paling pendek (Perhatian: Kerana kebanyakan cip penukar A/D tidak menyambung tanah analog dan digital bersama-sama, tanah analog dan digital mesti disambung melalui pins luaran. ) Setiap impedance luar yang terhubung dengan DGND akan melewati kapasitas parasit. Lebih banyak bunyi digital disambung dengan sirkuit analog di dalam IC. Menurut cadangan ini, perlu menyambungkan pin AGND dan DGND penukar A/D ke tanah analog, tetapi kaedah ini menyebabkan masalah seperti sama ada terminal tanah kondensator penyahpautan isyarat digital patut disambung ke tanah analog atau tanah digital.

Jika sistem hanya mempunyai satu penukar A/D, masalah di atas boleh diselesaikan dengan mudah. Sepisahkan tanah, dan sambungkan tanah analog dan tanah digital bersama-sama di bawah penukar A/D. Apabila menerima kaedah ini, perlu memastikan lebar jambatan yang menyambung antara kedua-dua dasar adalah sama dengan lebar IC, dan mana-mana garis isyarat tidak boleh menyeberangi ruang bahagian.

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, sambungan berbilang-titik dijana, dan pengasingan antara tanah analog dan tanah digital tidak bermakna. Jika anda tidak menyambung dengan cara ini, ia melanggar keperluan pembuat. Jika anda ragu-ragu tentang pendaratan seragam bagi rekaan PCB isyarat-campuran, anda boleh guna kaedah pembahagian lapisan tanah untuk membentuk dan lalui seluruh papan sirkuit. Apabila merancang, perhatikan untuk membuat papan sirkuit mudah digunakan dalam eksperimen kemudian. Jarak kurang dari 1/2 inci. Kawalan melompat atau resisten 0 ohm akan disambung secara terpisah. Perhatikan sekatan dan kawalan, pastikan tiada garis isyarat digital ditempatkan di atas bahagian analog pada semua lapisan, dan tiada garis isyarat analog ditempatkan di atas bahagian digital. Selain itu, mana-mana garis isyarat tidak boleh menyeberangi ruang tanah atau ruang antara bekalan kuasa dibahagi. Untuk menguji fungsi dan prestasi EMC papan sirkuit, kemudian sambungkan kedua-dua tanah bersama-sama melalui resistor 0 ohm atau wayar lompat, dan menguji semula fungsi dan prestasi EMC papan sirkuit. Mengbandingkan hasil ujian, anda akan mendapati bahawa dalam hampir semua kes, penyelesaian bersatu lebih baik daripada penyelesaian bahagian dalam terma fungsi dan prestasi EMC.

Adakah cara untuk membahagi tanah masih berguna?

Kaedah ini boleh digunakan dalam tiga situasi berikut: Beberapa peralatan perubatan memerlukan arus kebocoran rendah antara sirkuit dan sistem yang tersambung dengan pesakit; output beberapa peralatan kawalan proses industri mungkin tersambung ke sistem elektromekanik bunyi dan kuasa tinggi. Peralatan; situasi lain ialah apabila bentangan PCB ditakdirkan terhadap keterangan khusus.

Biasanya terdapat bekalan kuasa digital dan analog bebas pada papan PCB isyarat-campuran, dan pesawat kuasa pecah boleh dan patut digunakan. Namun, garis isyarat yang dekat dengan lapisan bekalan kuasa tidak boleh menyeberangi ruang antara bekalan kuasa, dan semua garis isyarat yang menyeberangi ruang mesti ditempatkan pada lapisan sirkuit yang dekat dengan tanah kawasan besar. Dalam beberapa kes, merancang bekalan kuasa analog dengan garis sambungan PCB selain dari permukaan tunggal boleh mengelakkan masalah membahagi permukaan kuasa.