Teknik PCB - Bagaimana untuk menyedari rancangan sekatan PCB isyarat campuran?

Rancangan sirkuit isyarat campuran PCB sangat kompleks. Bentangan dan kawat komponen dan pemprosesan bekalan kuasa dan kawat tanah akan mempengaruhi secara langsung prestasi sirkuit dan prestasi EMC. Rancangan sekatan bekalan tanah dan kuasa yang diperkenalkan dalam kertas ini boleh optimize prestasi sirkuit isyarat campuran.

Bagaimana untuk mengurangi gangguan antara isyarat digital dan isyarat analog? Dua prinsip as as kompatibilitas elektromagnetik (EMC) mesti dipahami sebelum desain: satu adalah untuk mengurangi kawasan loop semasa sebanyak yang mungkin; yang lain ialah hanya satu permukaan rujukan digunakan dalam sistem. Sebaliknya, jika terdapat dua pesawat rujukan dalam sistem, antena dipole boleh membentuk (Perhatian: saiz radiasi antena dipole kecil adalah secara langsung proporsional dengan panjang garis, semasa mengalir melalui dan frekuensi); jika isyarat tidak dapat kembali melalui loop yang paling kecil yang mungkin, antena loop besar boleh bentuk Semasa loop adalah proporsional dengan kuasa dua frekuensi. Kedua situasi ini patut dihindari sebanyak mungkin dalam rancangan.

Ia dicadangkan bahawa tanah digital dan tanah analog pada papan sirkuit isyarat campuran perlu dipisahkan supaya menyadari pengasingan antara tanah digital dan tanah analog. Walaupun kaedah ini boleh dilakukan, terdapat banyak masalah potensi, terutama dalam sistem skala besar kompleks. Masalah utama ialah ia mustahil untuk melalui ruang pecahan. Setelah ia diseberangi, radiasi elektromagnetik dan isyarat salib akan meningkat dengan cepat. Masalah umum dalam rancangan PCB adalah masalah EMI disebabkan oleh garis isyarat menyeberangi bekalan kuasa atau tanah bahagi.

Kami menggunakan kaedah segmen di atas, dan garis isyarat menyeberangi ruang antara kedua-dua tanah. Apakah laluan kembali semasa isyarat? Ia dianggap bahawa dua kawasan terpisah disambung di suatu tempat (biasanya 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 mengalir melalui loop besar adalah semasa analog aras rendah, semasa mudah diganggu oleh isyarat luaran. Yang lebih teruk adalah apabila tanah terpecah disambung bersama-sama pada bekalan kuasa, ia akan membentuk gelung semasa yang sangat besar. Selain itu, sambungan analog dan digital melalui wayar panjang akan membentuk antena dipol.

Memahami laluan dan mod kembalian semasa ke tanah adalah kunci untuk optimize desain papan sirkuit isyarat bercampur. Banyak jurutera desain hanya mempertimbangkan di mana isyarat semasa mengalir, mengabaikan laluan khusus semasa. Jika lapisan wayar tanah mesti dibahagi dan wayar mesti dilakukan melalui ruang antara sekatan, sambungan titik tunggal boleh dibuat antara lapisan tanah dibahagi untuk membentuk jambatan sambungan antara dua lapisan tanah, dan kemudian wayar dilakukan melalui jambatan sambungan. Dengan cara ini, laluan kembali semasa langsung boleh disediakan di bawah setiap garis isyarat, sehingga kawasan loop terbentuk sangat kecil.

Peranti isolasi optik atau pengubah juga boleh digunakan untuk menyeberangi ruang. Untuk yang pertama, isyarat optik menyeberangi ruang, sementara dalam kes pengubah, medan magnetik menyeberangi ruang. Pendekatan lain yang mungkin ialah menggunakan isyarat perbezaan: isyarat mengalir masuk dari satu baris dan kembali dari yang lain, dalam kes itu mereka tidak perlu digunakan sebagai laluan kembali.

Untuk mengeksplorasi gangguan isyarat digital ke isyarat analog, kita mesti pertama memahami ciri-ciri semasa frekuensi tinggi. Kuren frekuensi tinggi sentiasa memilih laluan impedance (indutan) langsung di bawah isyarat, jadi arus kembali akan mengalir melalui lapisan sirkuit sebelah, sama ada lapisan sebelah adalah lapisan kuasa atau lapisan tanah.

Dalam praktik, PCB biasanya dibahagi kepada bahagian analog dan bahagian digital. Isyarat analog dijalurkan dalam kawasan analog semua lapisan papan, sementara isyarat digital dijalurkan dalam kawasan sirkuit digital. Dalam kes ini, arus kembali isyarat digital tidak akan mengalir ke 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 ini bukan kerana tiada bahagian, sebab sebenarnya ialah wayar isyarat digital tidak sesuai.

Rancangan PCB mengadopsi rancangan bersatu, melalui sirkuit digital dan sekatan sirkuit analog dan kawalan isyarat yang sesuai, biasanya boleh menyelesaikan beberapa masalah bentangan dan kawalan sukar, tetapi juga tidak akan menghasilkan beberapa masalah potensi disebabkan oleh bahagian tanah. Dalam kes ini, bentangan dan sekatan komponen menjadi kunci desain. Jika bentangan adalah masuk akal, arus tanah digital akan terbatas kepada bahagian digital papan sirkuit dan tidak akan mengganggu isyarat analog. Kawalan seperti ini mesti diperiksa dengan hati-hati dan diperiksa untuk memastikan 100% mematuhi peraturan kabel. Jika tidak, kawat garis isyarat tidak sesuai akan menghancurkan papan sirkuit yang sangat baik.

Apabila menyambung pins tanah analog dan digital dari penukar / D bersama-sama, Kebanyakan penghasil penukar / D akan menyarankan agar agnd dan pin DGND disambungkan ke tanah impedance rendah yang sama melalui petunjuk pendek (Perhatian: kerana kebanyakan cip penukar / D tidak menyambungkan tanah analog dan tanah digital bersama-sama, mereka mesti disambungkan melalui pin luar) Sebarang impedance luar yang disambungkan dengan DGND akan pasang lagi bunyi digital ke sirkuit analog dalam IC melalui kapasitas parasit. Menurut cadangan ini, perlu menyambung agnd dan DGND pins penyukar A / D ke tanah analog. Namun, kaedah ini boleh menyebabkan masalah seperti sama ada terminal tanah kondensator penyahpautan isyarat digital patut disambung ke tanah analog atau tanah digital.

Jika sistem hanya mempunyai satu penyukar / D, masalah di atas boleh mudah diselesaikan. Seperti yang dipaparkan dalam Fig. 3, tanah dibahagi dan bahagian analog dan digital disambung bersama-sama dibawah penukar A/D. Apabila menerima kaedah ini, perlu memastikan lebar jambatan yang menyambung antara kedua-dua dasar sama dengan yang IC, dan tiada garis isyarat boleh menyeberangi ruang pembahagian.

Jika terdapat banyak penukar / D dalam sistem, contohnya, bagaimana untuk menyambungkan penukar 10 A / D? Jika tanah analog dan tanah digital disambung bersama-sama di bawah setiap penukar a / D, akan ada sambungan berbilang-titik, dan pengasingan antara tanah analog dan tanah digital tidak bermakna. Jika anda tidak menyambung dengan cara ini, ia melanggar keperluan pembuat.

Jika anda mempunyai keraguan tentang desain bersatu bagi PCB isyarat campuran, kita boleh menggunakan kaedah untuk membahagi lapisan tanah untuk meletakkan dan lalui seluruh papan sirkuit. Dalam rancangan, kita perlu cuba yang terbaik untuk membuat papan sirkuit mudah untuk menyambungkan tanah terpisah dengan Jumpers dengan ruang kurang dari 1/2 inci atau 0 ohm perlawanan dalam eksperimen belakang. Perhatikan kawalan dan kawalan untuk memastikan tiada garis isyarat digital di atas seksyen analog atau mana-mana garis isyarat analog di atas seksyen digital pada semua lapisan. Selain itu, tiada garis isyarat boleh menyeberangi ruang tanah atau membahagikan ruang antara bekalan kuasa. Untuk menguji fungsi dan prestasi EMC papan sirkuit, kemudian sambungkan kedua-dua tanah melalui 0 ohm lawan atau lompat, dan menguji semula fungsi dan prestasi EMC papan sirkuit. Mengbandingkan hasil ujian, ia boleh ditemui bahawa dalam hampir semua kes, penyelesaian bersatu lebih baik daripada yang disegmen dalam terma fungsi dan prestasi EMC.

Kaedah ini boleh digunakan dalam tiga situasi berikut: beberapa peranti perubatan memerlukan arus kebocoran rendah diantara sirkuit dan sistem yang tersambung dengan pesakit; output beberapa peralatan kawalan proses industri mungkin disambung dengan peralatan elektromekanik dengan bunyi tinggi dan kuasa tinggi; kes lain ialah apabila bentangan PCB diharamkan.

Dalam PCB isyarat campuran, biasanya ada bekalan kuasa digital dan analog yang bebas, yang boleh dan patut mengadopsi bekalan kuasa pecah. Namun, garis isyarat disebelah lapisan bekalan kuasa tidak boleh menyeberangi ruang antara bekalan kuasa, dan semua garis isyarat menyeberangi ruang mesti ditempatkan pada lapisan sirkuit disebelah kawasan besar. Dalam beberapa kes, desain bekalan kuasa analog dengan garis sambungan PCB selain dari satu permukaan boleh menghindari masalah segmen sisi bekalan kuasa.

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

1. Bahagikan PCB kepada bahagian analog dan bahagian digital.

2. Bentangan yang tepat bagi komponen.

3. Penukar A / D ditempatkan melalui sekatan.

4. Jangan bahagikan tanah. Papan sirkuit ditetapkan secara serentak di bawah bahagian analog dan bahagian digital.

5. Dalam semua lapisan papan sirkuit, isyarat digital hanya boleh dihantar dalam bahagian digital papan sirkuit.

6. Dalam semua lapisan papan sirkuit, isyarat analog hanya boleh dihantar dalam bahagian analog papan sirkuit.

Jalankan pemisahan kuasa analog dan digital.

8. Kabel tidak boleh menyeberangi ruang antara wajah kuasa pecah.

9. Kabel isyarat yang mesti menyeberangi ruang antara bekalan kuasa terpecah akan ditempatkan pada lapisan kabel disebelah kawasan besar.

10. Analisis laluan aliran sebenar dan mod semasa kembali.

11. Guna peraturan kabel yang betul.