Новости PCB - Примеры технологии разводки печатных плат

Конструкция печатных плат для смешанных сигнальных схем очень сложна. Расположение и подключение компонентов, а также обработка линии питания и линии заземления напрямую влияют на производительность схемы и электромагнитную совместимость. В этой статье мы расскажем о проектировании разделения цифровых и аналоговых схем для оптимизации работы смешанных сигнальных схем.

Чтобы уменьшить взаимные помехи между цифровым и аналоговым сигналом, перед проектированием печатной платы необходимо понять два основных принципа электромагнитной совместимости (ЭМС):

- Максимально уменьшите площадь токовой петли;

- В системе используется только одна опорная поверхность.

Если в системе две опорные плоскости, можно сформировать дипольную антенну. Если сигнал не может вернуться через минимально возможную петлю, он может сформировать большую петлевую антенну, чего следует максимально избегать при проектировании.

Разделите цифровую и аналоговую землю на плате со смешанными сигналами, чтобы обеспечить изоляцию между цифровой и аналоговой землей. Хотя этот метод вполне осуществим, существует множество потенциальных проблем, связанных с ним. Эта проблема особенно заметна в сложных крупномасштабных системах. Наиболее серьезной проблемой является невозможность прокладки через разделительный промежуток. После прокладки через разделительный зазор электромагнитное излучение и перекрестные помехи сигнала резко возрастут. Наиболее распространенная проблема при проектировании печатных плат заключается в том, что сигнальная линия пересекает разделенную землю или линию питания и создает проблемы с электромагнитными помехами.

Метод разделения 1

Если используется метод разделения 1, а сигнальная линия пересекает разрыв между двумя заземлениями, каков обратный путь сигнального тока? Предположим, что два разделяемых заземления соединены вместе в определенной точке (обычно это одноточечное соединение в определенном месте). В этом случае ток земли образует большую петлю и протекает через нее. Ток высокой частоты будет генерировать излучение и высокую индуктивность.

Если через большую петлю протекает аналоговый ток низкого уровня, то в него легко вмешиваются внешние сигналы. Если разделенные земли соединяются вместе в источнике питания, образуется очень большая токовая петля. Кроме того, аналоговая земля и цифровая земля соединяются длинным проводом, образуя дипольную антенну.

Знание пути и способа возврата тока на землю является ключом к оптимизации конструкции платы смешанных сигналов. Во многих проектах учитывается только то, куда течет сигнальный ток, и игнорируется конкретный путь этого тока. Если слой заземления должен быть разделен, а проводка должна быть проложена через промежуток между разделениями, можно сделать одноточечное соединение между разделенными заземлениями, чтобы сформировать соединительный мост между двумя заземлениями, а затем проложить проводку через соединительный мост. Таким образом, под каждой сигнальной линией может быть обеспечен обратный путь постоянного тока, так что площадь образующейся петли будет небольшой.

Использование оптических разделительных устройств или трансформаторов также может обеспечить прохождение сигнала через сегментный зазор. В первом случае оптический сигнал пересекает сегментный зазор, во втором - магнитное поле. Другой возможный метод - использование дифференциальных сигналов: сигнал поступает по одной линии и возвращается по другой. В этом случае нет необходимости использовать землю в качестве обратного пути.

Метод разделения 2

В реальной работе обычно используется единая земля, а печатная плата разделяется на аналоговую и цифровую части. Аналоговый сигнал прокладывается в аналоговой области всех слоев печатной платы, а цифровой сигнал прокладывается в области цифровых схем. В этом случае обратный ток цифрового сигнала не будет протекать на землю аналогового сигнала.

Только если цифровой сигнал подключен к аналоговой части печатные платы или аналоговый сигнал подключен к цифровой части печатные платы, цифровой сигнал будет создавать помехи для аналогового сигнала. Такая проблема возникает не потому, что нет разделенной земли, настоящая причина - неправильная разводка цифрового сигнала.

При проектировании печатные платы используется единая земля, с помощью разделения цифровых и аналоговых цепей и соответствующей проводки сигнала, как правило, можно решить некоторые более сложные проблемы компоновки и проводки, и это не приведет к некоторым потенциальным проблемам, вызванным разделением земли. В этом случае расположение и разделение компонентов становится ключом к определению плюсов и минусов конструкции.

При разумной компоновке ток цифровой земли будет ограничен цифровой частью печатные платы и не будет мешать аналоговому сигналу. Такая разводка должна быть тщательно осмотрена и проверена, а правила разводки должны быть соблюдены, иначе неправильная прокладка сигнальной линии полностью разрушит дизайн печатные платы.

Разделение АЦП

При соединении выводов аналоговой и цифровой земли АЦП большинство производителей АЦП рекомендуют подключать выводы AGND и DGND к одной и той же низкоомной земле через самый короткий провод. Поскольку большинство микросхем АЦП не соединяют аналоговую и цифровую землю вместе, аналоговая и цифровая земля должны быть подключены через внешние выводы.Любой внешний импеданс, подключенный к DGND, приведет к увеличению паразитной емкости. Цифровые шумы соединяются с аналоговыми цепями внутри микросхемы. В соответствии с этим предложением необходимо подключить контакты AGND и DGND A/D конвертера к аналоговой земле.

Если в системе имеется только один АЦП, вышеуказанные проблемы легко решаются.Разделите землю и соедините аналоговую и цифровую землю вместе под АЦП.

Если в системе много A/D-преобразователей, то при соединении аналоговой и цифровой земли под каждым A/D-преобразователем получится многоточечное соединение, а изоляция между аналоговой и цифровой землей будет минимальной. Это бессмысленно, и если вы не подключаетесь таким образом, то нарушаете требования производителя.

Лучший способ - использовать единую землю в начале, а затем разделить единую землю на аналоговую и цифровую части.

Такая разводка не только отвечает требованиям производителей ИС-устройств по низкоомному соединению аналоговой и цифровой земли, но и не образует петлевой или дипольной антенны.

Выше приведены примеры технологии разводки печатных плат.Ipcb также предоставляются производителям печатных плат и технологии производства печатных плат.