Технология PCB - правила проектирования PCB аналоговых схем

Хотя построение аналоговой системы выглядит как возврат к эпохе вакуумной трубки, аналоговые компоненты и схемы не исчезнут в ближайшее время, равно как и поддерживающие их ПХД. Чисто аналоговые плат и смешанных сигналов ПХД по-прежнему важны во многих продуктах и будут продолжать работать на ряде частот. Начать работу с аналоговой конструкции PCB может быть трудно с чего начать и что рассмотреть, но мы надеемся, что эти руководящие принципы помогут вам понять шаги, которые вы можете предпринять для обеспечения успеха.

Иногда лучше рассматривать аналоговые ПХД и метизовые ПХД на основе общих целей проектирования. Аналоговые схемы и ПХД требуют особого внимания, поскольку цель, как правило, заключается в Том, чтобы направлять сигналы и вводить их в компоненты/схемы, обеспечивая при этом низкошумовую работу. Затем частотный диапазон функционирования совета определит некоторые меры, которые необходимо принять для обеспечения того, чтобы проект функционировал так, как это ожидалось. В этом руководстве мы опишем некоторые стандартные аналоговые рекомендации по дизайну и компонеру PCB, которые вы должны рассмотреть. Мы постараемся покрыть от низких КГЦ частот до высоких миллиметровых волн частот.

Моделирование слоя PCB

После завершения проектирования схемы слоистый стек является первой остановкой проектирования. Стек аналогового слоя обычно следует той же идее, что и стек цифрового PCB. Обратите внимание на следующие моменты:

(1) Электричество и заземление: планируется использовать большое количество заземления вокруг маршрутов, которые передают ключевые сигналы в компоновке PCB, и соответственно планировать проводку рельсов питания. Более новые дизайнеры, возможно, привыкли думать о том, как проводить важные аналоговые соединения, но если вы сделаете это раньше, вы можете соответствующим образом планировать питание и сигнальную проводку.

(2) Высокочастотный источник питания: Если ваша аналоговая панель требует передачи с высокой выходной мощностью и высокой частотой, вам нужно обеспечить очень стабильный источник питания, который может быть высоким током. Планируется использовать плоскость электропитания вместо орбиты на внутреннем уровне и разместить плоскость заземления на соседнем уровне.

(3) Выбор материала: Я думаю, что каждый дизайнер хочет использовать низкозатратные PTFE на каждом уровне аналоговой платы, но эти дорогие материалы не всегда нужны. Если ваша рабочая частота не десятки ГГц, и вы используете только короткую проводку,вы можете использовать стандартный слой FR4, пока вы не проводите длинные соединения. Если вам действительно нужна пластина с низким уровнем потерь, свяжитесь с производителем,чтобы узнать, как использовать гибридные пакеты PCB.

В смешанных сигнальных ПХД рекомендации по мощности и заземления обычно отличаются в зависимости от того,требуют ли аналоговые и цифровые части какой-либо прямой проводки между ними.

Блок питания смешанного сигнала

В случае подачи смешанного сигнала электропитание плоскости питания, как правило, делится на цифровые и аналоговые части, аналогично работе, проделанной цифровые плоскости питания, которые работают в различных напряжений питания. Эти части должны находиться на одном и Том же слое и относиться к одной и той же плоскости грунта на соседнем слое. Кроме того, лучше всего устанавливать цифровые силовые рельсы только на цифровой части схемы, как и аналоговые силовые рельсы. Схематическая схема расположения аналоговых и цифровых частей PWR/GND. Если должна использоваться схема с левой стороны от приведенного выше рисунка, то отдельные цифровые и аналоговые силовые плоскости не должны размещаться в двух смежных слоях таким образом, чтобы они перекрывали друг друга. Если эти две плоскости перекрывают друг друга в соседних слоях,то эти две плоскости будут иметь высокую пропускную способность между перекрывающимися районами, создавая тем самым сильное смещение тока. Поскольку потенциал между этими двумя плоскостями колеблется в процессе переключения, это приведет к выбросу полости на радиочастоте. Кроме того, не следует создавать интерфейс между цифровыми и аналоговыми частями путем проводки разрывов между аналоговыми и цифровыми частями. Чтобы понять почему, проверьте эту статью. Необходимый интерфейс может быть обеспечен ADC, который может быть встроен в контроллер хоста или выделенный IC.

Моделирование размещения компонентов в PCB - макете

Как подразумевается в программе PWR / GND выше, аналоговые компоненты размещаются только в аналоговой части, а цифровые компоненты - только в цифровой части. К сожалению, мы не можем охватить все возможные размещения компонентов, но мы можем кратко обсудить некоторые важные компоненты. Двумя наиболее интересными компонентами с некоторыми важными инструкциями по макету являются ADC и усилители (включая операционные усилители).

Работа с неиспользованными операционными амп

Одним из элементов, который должен появиться на аналоговой плате, является операционный усилитель. Во многих операционных системах amp ICs некоторые операционные системы amps будут бездействовать. Любые неиспользованные зацепки на ик должны быть надлежащим образом прекращены. Незакрытые (т.е. плавающие) провода на операционном усилителе ик могут генерировать шум и распространяться в рабочий ик, тем самым снижая целостность сигнала.

Если вы используете Один силовой поручень, вы должны сначала сократить выход на обратный вход. Это дает отрицательную обратную связь и гарантирует, что выход правильно следует вводу. Затем подключите делитель напряжения с равным сопротивлением к необратному входному и заземленному штырькам. Это позволяет установить входной потенциал на середину линейного диапазона. Если вы используете разделительный рельс, вы можете просто сократить выход на обратный вход и заземлить необратный вход.

Проблемы с усилителями питания

На низких частотах усилитель не будет подвергаться каким-либо специальным ограничениям,которые не применимы к другим ПХД. Для усилителей питания, работающих на высоких частотах, ситуация иная, поскольку выход усилителя может быть нестабильным,что проявляется как неожиданная положительная обратная связь.Вы можете использовать некоторое моделирование для отслеживания соединения до ввода усилителя, хотя для этого требуется полевой раствор, который может взаимодействовать непосредственно с вашей схемой PCB. Узнайте больше об этом интересном вопросе целостности сигналов с использованием усилителей RF.

Где разместить ADC

ADC — это место, где ваш аналоговый сигнал соединяется с цифровым миром, поэтому эту часть нужно размещать осторожно,так как она будет содержать цифровую часть. Дискретные ADCs лучше всего размещать приблизительно вдоль границы между цифровыми и аналоговыми частями.По сути,это,возможно, единственный приемлемый способ создания интерфейса в системе смешанного сигнала с отдельной поверхностью заземления,поскольку плоскость заземления на кремниевом чипе может обеспечивать плоскость отсчета для входных/выходных сигналов.Однако, если вы используете единую плоскость земли,размещение ADC и экранирование,обеспечиваемое плоскостью земли, будет иметь большую гибкость.

Руководство по аналоговой схеме ПХД

Проводка на аналоговой печатной плате должна обеспечивать, чтобы аналоговый сигнал, передаваемый по линии интерконнектора, не был сильно искажен со стороны приемника интерконнектора. При использовании аналоговой печатной платы, ваш чистый подсчет, как правило, гораздо меньше, чем в цифровой печатной плате, так что вы можете попробовать некоторые возможные макеты как можно раньше, пока вы не найдете съемный план этажа. Вот несколько путеводителей:

Длина трассировки: вообще говоря, старайтесь, чтобы следы в аналоговой ПХД были как можно короче и прямолинейнее. Это очень важно, так как частота сигналов увеличивается. Помимо потерь, мы также должны обратить внимание на критическую длину сигнала.

Минимизация использования vias: каждая via увеличивает потерю параметров интерконнекта s, поэтому лучше всего минимизировать эти потери и выполнять только необходимые преобразования слоя, когда это возможно. Для тех, кто через дыры, которые все еще существуют, они могут генерировать сильное излучение, как антенна.

Есть много вопросов, которые необходимо рассмотреть в аналоговой схеме PCB, но правильные инструменты дизайна и управляемое правилами программное обеспечение дизайна поможет вам реализовать руководящие принципы, необходимые для того, чтобы аналоговая система была свободной от шума и обеспечить целостность сигнала/мощности.