Технология PCB - Метод проектирования PCB для цифровых гибридных схем

В высокоскоростной конструкции PCB проблема помех при проектировании PCB в цифровой гибридной схеме всегда была проблемой. В частности, аналоговые схемы обычно являются источником сигнала, и правильность приема и преобразования сигнала является важным фактором, который необходимо учитывать при проектировании PCB. В этой статье анализируется механизм помех цифровых гибридных схем, в сочетании с практикой проектирования, обсуждается общий метод обработки цифровых гибридных цепей и проверяется примерами проектирования.

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Печатные платы (PCB) являются опорой для компонентов цепей и оборудования в электронике, обеспечивая электрическое соединение между компонентами цепей и устройствами. Сегодня многие ПХБ больше не являются однофункциональными схемами, а состоят из смеси цифровых и аналоговых схем. Данные обычно собираются и принимаются в аналоговых схемах, а пропускная способность и усиление должны быть оцифрованы, чтобы управляться программным обеспечением. Таким образом, цифровые и аналоговые схемы часто находятся на одной и той же пластине и даже разделяют одни и те же компоненты. Учитывая их взаимные помехи и влияние на производительность схемы, компоновка и проводка схемы должны иметь определенные принципы. Особые требования к линиям электропередачи при проектировании ПХБ гибридного сигнала и требования к изоляции шумовой связи между аналоговыми и цифровыми схемами увеличивают сложность компоновки и проводки в процессе проектирования. Здесь необходимые цели проектирования PCB достигаются путем анализа компоновки и конструкции проводки гибридных сигналов высокой плотности.

2. Механизм создания помех в цифровых гибридных схемах

По сравнению с цифровыми сигналами аналоговые сигналы более чувствительны к шуму, поскольку работа аналоговых схем зависит от меняющегося тока и напряжения. Любые незначительные помехи могут повлиять на его нормальную работу, а работа цифровой схемы зависит от приемного конца, который обнаруживает высокий или низкий уровень в соответствии с заранее определенным уровнем напряжения или порогом и обладает определенной антиинтерференционной способностью. Но в среде гибридных сигналов цифровой сигнал является источником шума по сравнению с аналоговым сигналом. Когда цифровые схемы работают, стабильное эффективное напряжение имеет только высокое и низкое напряжение. Когда цифровой логический выход переходит от высокого напряжения к низкому, заземленный вывод устройства разряжается и генерирует ток переключателя, который является действием переключателя цепи. Чем быстрее цифровая схема, тем короче обычно требуется время переключения. Когда большое количество переключательных схем одновременно переходит от логического высокого уровня к логическому низкому, из - за недостаточной способности заземления проходить через ток, это приведет к большому количеству переключательного тока. Логические колебания напряжения заземления, которые мы называем отскоком заземления. Шум отскока от заземления и помехи питания, вызванные цифровыми схемами, если они связаны с аналоговой схемой, повлияют на производительность аналоговой схемы. Поскольку значительное количество источников помех генерируется через шины питания и заземления, а помехи от шума, создаваемые наземными линиями, являются наибольшими, конструкция заземления и питания особенно важна при проектировании PCB.

Общие принципы обработки при проектировании ПХБ в гибридных схемах с числовыми модулями

Я говорил о механизме помех в гибридных схемах. Как уменьшить взаимные помехи между цифровыми и аналоговыми сигналами? Прежде чем проектировать, мы должны понять два основных принципа электромагнитной совместимости (EMC): первый принцип - минимизировать площадь электрического контура. Если сигнал не может вернуться через как можно меньшее кольцо, может быть сформировано большое кольцо. Второй принцип заключается в том, что система использует только одну опорную плоскость. Вместо этого, если система имеет две опорные плоскости, она может образовывать дипольные антенны. По возможности избегайте этих двух ситуаций при проектировании.

(1) Принципы компоновки и проводки. Одним из первых факторов, которые необходимо учитывать при компоновке элементов, является отделение аналоговой схемы от цифровой. Имитационный сигнал направляется в аналоговую область всех слоев платы, а цифровой сигнал - в область цифровой схемы. В этом случае обратный ток цифрового сигнала не будет поступать в приземление аналогового сигнала. Для некоторых высокочастотных линий с особыми требованиями лучше всего проводить провода вручную и, при необходимости, использовать дифференциальные или экранированные линии. Иногда из - за расположения разъема ввода / вывода проводка цифровой и аналоговой цепей должна смешиваться, что может привести к взаимодействию аналоговой и цифровой частей схемы. Это делается для того, чтобы избежать запуска цифровых часовых линий и высокочастотных аналоговых сигнальных линий вблизи аналогового слоя питания, в противном случае шум сигнала питания будет связан с чувствительным аналоговым сигналом. Для достижения сети питания и заземления с низким сопротивлением электрическая индукция проводов цифровых схем минимизируется, а конденсаторная связь аналоговых схем минимизируется. Цифровые схемы имеют высокую частоту и сильную чувствительность аналоговых схем. Для сигнальных линий высокочастотные цифровые сигнальные линии должны быть как можно дальше удалены от чувствительных аналоговых устройств.

(2) Обработка источника питания и заземления. При проектировании сложных гибридных плат расположение и обработка заземленных линий являются важными факторами для улучшения производительности схемы. Предлагается отделить цифровое и аналоговое заземление от гибридной сигнальной платы, чтобы обеспечить изоляцию между цифровым и аналоговым заземлением. Тем не менее, этот метод, как правило, проходит через разделительный зазор проводки, что приведет к резкому увеличению электромагнитного излучения и сигнальных помех.

Понимание пути и метода возвращения тока на Землю является ключом к оптимизации конструкции гибридной сигнальной платы. Если необходимо разделить заземление, и проводка должна проходить через промежуток между разделами, между разделенными заземлениями может быть проведено одноточечное соединение для формирования соединительного моста между двумя заземлениями, а затем через соединительный мост.