Технология PCB - Как реализовать дизайн раздела гибридного сигнала PCB?

Конструкция гибридных сигнальных схем PCB очень сложна. Компоновка и проводка компонентов, а также обработка источника питания и заземления будут напрямую влиять на производительность схемы и производительность EMC. Дизайн раздела заземления и питания, описанный в этой статье, может оптимизировать производительность гибридных сигнальных схем.

Как уменьшить взаимные помехи между цифровыми и аналоговыми сигналами? Перед проектированием необходимо понять два основных принципа электромагнитной совместимости: во - первых, минимизировать площадь электрического контура; В системе используется только одна опорная поверхность. Напротив, если в системе есть две опорные плоскости, то могут образовываться дипольные антенны (примечание: размер излучения небольшой дипольной антенны пропорционален длине линии, протекающему току и частоте); Если сигнал не может вернуться через как можно меньшее кольцо, может быть сформирована большая кольцевая антенна. ток кольца пропорционален квадрату частоты. При проектировании, насколько это возможно, следует избегать обоих сценариев.

Рекомендуется отделить цифровое и аналоговое заземление на гибридной сигнальной плате, чтобы обеспечить изоляцию цифрового заземления от аналогового заземления. Хотя такой подход возможен, все еще существует много потенциальных проблем, особенно в сложных крупномасштабных системах. Ключевая проблема в том, что через трещины невозможно пройти. После пересечения электромагнитное излучение и сигнальные помехи будут быстро увеличиваться. Наиболее распространенными проблемами при проектировании PCB являются проблемы EMI, вызванные чрезмерным заземлением сигнальных линий или электропитанием.

Мы используем метод разделения выше, и сигнальная линия проходит через промежуток между двумя местами. Каков путь возврата сигнального тока? Предположим, что два отдельных заземления соединяются в определенном месте (обычно это одна точка в определенном месте). В этом случае заземленный ток образует большой контур. Высокочастотный ток, протекающий через большой контур, будет генерировать излучение и высокую индуктивность заземления. Если ток, протекающий через большой контур, является аналоговым током низкого уровня, ток уязвим для внешних сигналов. Хуже того, когда разделение заземления соединяется в источнике питания, он образует очень большой электрический контур. Кроме того, аналоговое и цифровое соединение через длинный провод создаст дипольную антенну.

Понимание пути и способа возвращения тока на землю является ключом к оптимизации конструкции гибридной платы. Многие инженеры - конструкторы рассматривают только направление сигнального тока, игнорируя конкретный путь тока. Если заземленный слой должен быть разделен, а проводка должна проходить через зазор между перегородками, то между отдельными заземленными слоями может быть проведено одноточечное соединение для формирования соединительного моста между двумя заземленными слоями, а затем проводка через соединительный мост. Таким образом, путь возврата постоянного тока может быть обеспечен под каждой сигнальной линией, что делает площадь образовавшегося кольца очень небольшой.

Оптические изоляционные устройства или трансформаторы также могут использоваться для пересечения зазора. Для первого световой сигнал проходит через зазор, а для трансформатора магнитное поле проходит через зазор. Другим возможным способом является использование дифференциальных сигналов: сигналы поступают с одной линии и возвращаются с другой, и в этом случае их не нужно использовать в качестве пути возвращения.

Чтобы исследовать помехи, создаваемые цифровыми сигналами для аналоговых сигналов, мы должны сначала понять характеристики высокочастотных токов. Высокочастотный ток всегда выбирает путь сопротивления (индуктивности) прямо под сигналом, поэтому обратный ток течет через соседний слой цепи, независимо от того, является ли соседний слой силовым слоем или заземлением.

На практике PCB обычно делится на аналоговую и цифровую части. Имитационный сигнал направляется в аналоговую область на всех уровнях пластины, а цифровой сигнал - в область цифровой схемы. В этом случае обратный ток цифрового сигнала не будет течь в землю аналогового сигнала.

Вмешательство цифрового сигнала в аналоговый сигнал возникает только в том случае, если проводка цифрового сигнала находится в аналоговой части платы или аналоговой проводке сигнала в цифровой части платы. Проблема не в том, что нет разделения, реальная причина в том, что цифровая сигнальная проводка не подходит.

Конструкция PCB с унифицированной конструкцией, с помощью разделов цифровых и аналоговых схем и соответствующей сигнальной проводки, как правило, решает некоторые проблемы компоновки и проводки, но также не создает некоторых потенциальных проблем, связанных с разделением заземления. В этом случае макет и раздел компонентов становятся ключом к дизайну. При разумной компоновке цифровой ток заземления будет ограничен цифровой частью платы и не будет мешать аналоговому сигналу. Такие провода должны быть тщательно проверены, чтобы убедиться, что они на 100% соответствуют правилам подключения. В противном случае неправильная проводка сигнальной линии полностью разрушит хорошую монтажную плату.

При соединении аналогового заземления преобразователя A / D с цифровым заземлением большинство производителей преобразователей A / D предлагают соединить вывод AGND и DGND с одним и тем же заземлением с низким сопротивлением с помощью короткого искателя (примечание: поскольку большинство чипов преобразователя A / D не соединяют аналоговое заземление с цифровым заземлением, они должны быть подключены к внешнему штырю). Любое внешнее сопротивление, подключенное к DGND, связывает больше цифрового шума с внутренней аналоговой схемой IC с помощью паразитных конденсаторов. Согласно этому предложению, необходимо подключить AGND и DGND - вывод преобразователя A / D к аналоговой земле. Однако этот метод может привести к таким проблемам, как то, должны ли заземленные зажимы цифровых конденсаторов связи сигналов быть подключены к аналоговой или цифровой земле.

Если система имеет только один преобразователь a / D, вышеуказанные проблемы могут быть легко решены. Как показано на рисунке 3, заземление разделено, а аналоговые и цифровые части соединены под преобразователем A / D. При использовании этого метода необходимо убедиться, что ширина соединительного моста между двумя заземлениями равна ширине IC и что нет сигнальной линии, которая могла бы проходить через промежуток разделения давления.

Например, если в системе много преобразователей a / D, как подключить 10 преобразователей a / D? Если аналоговые и цифровые соединения будут соединены внизу каждого a / D - преобразователя, будет многоточечное соединение, и изоляция между аналоговыми и цифровыми полями не будет иметь смысла. Если соединение не осуществляется таким образом, то нарушаются требования производителя.

Если у вас есть сомнения относительно единой конструкции гибридного сигнала PCB, мы можем использовать метод разделения пластов для компоновки и проводки всей платы. При проектировании мы должны сделать все возможное, чтобы сделать монтажную плату удобной для заземления, отделяющейся от переходных соединений с интервалом менее 1 / 2 дюйма или сопротивлением 0 Ом. Обратите внимание на раздельную проводку, чтобы убедиться, что над каждым слоем аналогового сегмента нет цифровой линии сигнала, а над цифровым сегментом нет аналоговой линии сигнала. Кроме того, нет сигнальной линии, которая могла бы проходить через зазор заземления или разделять зазор между источниками питания. Чтобы проверить функциональность платы и производительность EMC, соедините два заземления через сопротивление 0 Ом или трамплин, а затем повторно проверьте функцию платы и характеристики EMC. Сравнительные результаты тестирования показывают, что практически во всех случаях унифицированные решения превосходят сегментные решения с точки зрения функциональности и производительности EMC.

Этот метод может быть использован в трех случаях: некоторые медицинские устройства требуют низкого тока утечки между цепями и системами, подключенными к пациенту; Некоторые промышленные устройства управления процессами могут быть подключены к электромеханическим устройствам с высоким уровнем шума и мощности; Другой случай, когда компоновка PCB ограничена.

В гибридных сигнальных PCB обычно есть независимые цифровые и аналоговые источники питания, которые могут и должны быть разделены. Однако сигнальные линии, прилегающие к энергетическому слою, не могут проходить через промежуток между источниками питания, и все сигнальные линии, проходящие через промежуток, должны находиться на уровне цепи, прилегающем к большой площади. В некоторых случаях использование кабеля PCB вместо поверхности для проектирования аналогового источника питания может избежать проблемы бокового разделения питания.

Конструкция гибридного сигнала PCB является сложным процессом. В процессе проектирования следует обратить внимание на следующие моменты:

Разделите PCB на отдельные аналоговые и цифровые части.

2.Правильная компоновка компонентов.

3.A / D преобразователи размещаются между разделами.

4.Не разделяйте землю. Платы равномерно расположены под аналоговой и цифровой частями.

На всех уровнях платы цифровой сигнал может быть проложен только в цифровой части платы.

Во всех слоях платы аналоговый сигнал может быть проложен только в аналоговой части платы.

7. Обеспечение разделения аналоговых и цифровых источников питания.

8. Подключение не должно проходить через промежуток между отдельными поверхностями питания.

9. Сигнальные линии, которые должны проходить через промежуток между раздельными источниками питания, должны находиться на кабельном слое, прилегающем к большой площади.

10. Анализ фактических маршрутов и моделей потока в обратном потоке.

11. Используйте правильные правила подключения.