Thông tin PCB - Ví dụ về kỹ thuật lắp ván bảng mạch PCB

Thiết kế của bảng mạch PCB mạch tín hiệu hỗn hợp rất phức tạp. Cách bố trí và đi dây của các thành phần và việc xử lý nguồn điện và dây nối đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mạch và hiệu suất tương thích điện từ. Bài viết này sẽ giới thiệu thiết kế phân vùng mạch kỹ thuật số và mạch tương tự để tối ưu hóa hiệu suất của các mạch tín hiệu hỗn hợp. Trong bảng mạch PCB, để giảm sự giao thoa lẫn nhau giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự, hai nguyên tắc cơ bản của tương thích điện từ (EMC) phải được hiểu trước khi thiết kế: giảm diện tích của vòng lặp dòng điện càng nhiều càng tốt; hệ thống chỉ sử dụng một bề mặt tham chiếu. Nếu có hai mặt phẳng tham chiếu trong hệ thống, có thể tạo thành một anten lưỡng cực. Nếu tín hiệu không thể quay trở lại qua vòng lặp nhỏ nhất có thể, một ăng ten vòng lớn có thể được hình thành, điều này nên tránh càng nhiều càng tốt trong thiết kế. Việc tách các nền kỹ thuật số và tương tự trên các bảng tín hiệu hỗn hợp cho phép cách ly giữa các điểm kỹ thuật số và tương tự. Mặc dù phương pháp này khả thi nhưng phương pháp này cũng tiềm ẩn nhiều vấn đề, đặc biệt là trong các hệ thống quy mô lớn phức tạp. Vấn đề quan trọng là hệ thống dây không thể được định tuyến qua khoảng cách phân chia. Một khi dây nối bị cắt ngang, bức xạ điện từ a Thiết kế của bảng mạch PCB mạch tín hiệu hỗn hợp rất phức tạp. Cách bố trí và đi dây của các thành phần và việc xử lý nguồn điện và dây nối đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mạch và hiệu suất tương thích điện từ. Bài viết này sẽ giới thiệu thiết kế phân vùng mạch kỹ thuật số và mạch tương tự để tối ưu hóa hiệu suất của các mạch tín hiệu hỗn hợp. Trong bảng mạch PCB, để giảm sự giao thoa lẫn nhau giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự, hai nguyên tắc cơ bản của tương thích điện từ (EMC) phải được hiểu trước khi thiết kế: giảm diện tích của vòng lặp dòng điện càng nhiều càng tốt; hệ thống chỉ sử dụng một bề mặt tham chiếu. Nếu có hai mặt phẳng tham chiếu trong hệ thống, có thể tạo thành một anten lưỡng cực. Nếu tín hiệu không thể quay trở lại qua vòng lặp nhỏ nhất có thể, một ăng ten vòng lớn có thể được hình thành, điều này nên tránh càng nhiều càng tốt trong thiết kế. Việc tách các nền kỹ thuật số và tương tự trên các bảng tín hiệu hỗn hợp cho phép cách ly giữa các điểm kỹ thuật số và tương tự. Mặc dù phương pháp này khả thi nhưng phương pháp này cũng tiềm ẩn nhiều vấn đề, đặc biệt là trong các hệ thống quy mô lớn phức tạp. Vấn đề quan trọng là hệ thống dây không thể được định tuyến qua khoảng cách phân chia. Một khi hệ thống dây điện bị cắt ngang, bức xạ điện từ và nhiễu xuyên âm tín hiệu sẽ tăng lên đáng kể. Một vấn đề phổ biến trong thiết kế bảng mạch PCB là đường dây tín hiệu đi qua mặt đất hoặc đường dây điện được phân chia để tạo ra các vấn đề về EMI. Và Sự xuyên âm tín hiệu tăng lên đáng kể. Một vấn đề phổ biến trong thiết kế bảng mạch PCB là đường dây tín hiệu đi qua đường dây nối đất hoặc đường dây điện để tạo ra các vấn đề về EMI. Thiết kế bảng mạch PCB tín hiệu hỗn hợp rất phức tạp. Cách bố trí và đi dây của các thành phần và việc xử lý nguồn điện và dây nối đất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất mạch và hiệu suất tương thích điện từ. Bài viết này sẽ giới thiệu thiết kế phân vùng mạch kỹ thuật số và mạch tương tự để tối ưu hóa hiệu suất của các mạch tín hiệu hỗn hợp. Trong bảng mạch PCB, để giảm sự giao thoa lẫn nhau giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự, hai nguyên tắc cơ bản của tương thích điện từ (EMC) phải được hiểu trước khi thiết kế: giảm diện tích của vòng lặp dòng điện càng nhiều càng tốt; hệ thống chỉ sử dụng một bề mặt tham chiếu. Nếu có hai mặt phẳng tham chiếu trong hệ thống, có thể tạo thành một anten lưỡng cực. Nếu tín hiệu không thể quay trở lại qua vòng lặp nhỏ nhất có thể, một ăng ten vòng lớn có thể được hình thành, điều này nên tránh càng nhiều càng tốt trong thiết kế. Việc tách các nền kỹ thuật số và tương tự trên các bảng tín hiệu hỗn hợp cho phép cách ly giữa các điểm kỹ thuật số và tương tự. Mặc dù phương pháp này khả thi nhưng phương pháp này cũng tiềm ẩn nhiều vấn đề, đặc biệt là trong các hệ thống quy mô lớn phức tạp. Vấn đề quan trọng là hệ thống dây không thể được định tuyến qua khoảng cách phân chia. Một khi hệ thống dây điện bị cắt ngang, bức xạ điện từ và nhiễu xuyên âm tín hiệu sẽ tăng lên đáng kể. Một vấn đề phổ biến trong thiết kế bảng mạch PCB là đường tín hiệu đi qua mặt đất hoặc đường dây điện được phân chia để tạo ra các vấn đề về EMI.

1. Phương pháp phân vùng 1
Đường tín hiệu kéo dài khoảng cách giữa hai mặt đất, vậy đường trở lại của dòng tín hiệu là gì? Giả sử rằng hai mặt đất được phân chia được kết nối với nhau ở một nơi nào đó (thường là kết nối một điểm tại một vị trí nhất định), trong trường hợp này, dòng điện nối đất sẽ tạo thành một vòng lớn, và dòng đất sẽ chạy qua vòng lớn. Dòng điện tần số cao tạo ra bức xạ và điện cảm cao. Nếu dòng điện tương tự mức thấp chạy qua vòng lặp lớn, dòng điện có thể dễ dàng bị nhiễu bởi các tín hiệu bên ngoài. Khi các mặt đất phân chia được kết nối với nhau tại nguồn điện, một vòng lặp dòng điện rất lớn được hình thành. Ngoài ra, mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số được kết nối với nhau thông qua một dây dài để tạo thành một ăng-ten lưỡng cực. Biết được vị trí và cách dòng điện quay trở lại mặt đất là chìa khóa để tối ưu hóa thiết kế bảng tín hiệu hỗn hợp. Nhiều thiết kế chỉ xem xét nơi dòng tín hiệu chạy qua, bỏ qua đường dẫn cụ thể của dòng điện. Nếu lớp đất phải được phân chia và hệ thống dây điện phải được luồn qua khe hở giữa các vạch chia, có thể thực hiện kết nối một điểm giữa các mặt đất được phân chia để tạo thành cầu nối giữa hai mặt đất, sau đó được định tuyến qua cầu nối. . Bằng cách này, một đường trở lại dòng điện một chiều có thể được cung cấp dưới mỗi đường tín hiệu, do đó diện tích vòng lặp được hình thành là nhỏ. Tín hiệu qua khoảng cách tách cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng bộ cách ly quang hoặc máy biến áp. Đối với trước đây, đó là tín hiệu quang vượt qua khoảng cách phân chia; đối với thứ hai, đó là từ trường vượt qua khoảng cách phân chia. Một cách khả thi khác là sử dụng tín hiệu vi sai: tín hiệu đi vào từ một đường và quay trở lại từ đường tín hiệu khác. Trong trường hợp này, không cần sử dụng mặt đất làm đường quay trở lại.

2. Phương pháp chia 2
Trong công việc thực tế, một mặt bằng thống nhất thường được sử dụng, và bảng mạch PCB được chia thành một phần tương tự và một phần kỹ thuật số. Tín hiệu tương tự được định tuyến trong khu vực tương tự trên tất cả các lớp của bảng, trong khi tín hiệu kỹ thuật số được định tuyến trong khu vực mạch kỹ thuật số. Trong trường hợp này, dòng điện trở lại của tín hiệu kỹ thuật số không chảy vào mặt đất của tín hiệu tương tự. Nhiễu từ kỹ thuật số sang tương tự chỉ xảy ra khi tín hiệu kỹ thuật số được chuyển qua phần tương tự của bo mạch, hoặc tín hiệu tương tự được chuyển qua phần kỹ thuật số của bo mạch. Loại vấn đề này không phải do không có mặt đất phân chia, nguyên nhân thực sự là do đấu dây tín hiệu kỹ thuật số không đúng cách. Thiết kế bảng mạch PCB thông qua một nền tảng thống nhất. Thông qua việc phân vùng các mạch kỹ thuật số và mạch tương tự và đi dây tín hiệu thích hợp, một số vấn đề về bố trí và đi dây phức tạp hơn thường có thể được giải quyết, đồng thời sẽ không gây ra một số rắc rối tiềm ẩn do tách đất. Trong trường hợp này, cách bố trí và phân vùng các thành phần trở thành chìa khóa quyết định chất lượng của thiết kế. Với cách bố trí thích hợp, dòng điện mặt đất kỹ thuật số sẽ được giới hạn trong phần kỹ thuật số của bo mạch và sẽ không gây nhiễu tín hiệu tương tự. Hệ thống dây điện như vậy phải được kiểm tra và kiểm tra cẩn thận để đảm bảo tuân thủ các quy tắc đi dây, nếu không, việc định tuyến đường dây tín hiệu không đúng cách sẽ phá hủy hoàn toàn thiết kế của một bảng mạch.

3. Phân vùng A / D
Khi kết nối chân nối đất tương tự và chân nối đất kỹ thuật số của bộ chuyển đổi A / D với nhau, hầu hết các nhà sản xuất bộ chuyển đổi A / D khuyên bạn nên kết nối chân AGND và DGND với cùng một mặt đất trở kháng thấp với dây dẫn ngắn. Bởi vì hầu hết các chip chuyển đổi A / D không kết nối mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số với nhau, mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số phải được kết nối thông qua các chân bên ngoài. Bất kỳ trở kháng bên ngoài nào được kết nối với DGND sẽ vượt qua nhiều điện dung ký sinh hơn. Nhiễu kỹ thuật số được kết hợp với mạch tương tự bên trong IC. Theo khuyến nghị này, cả hai chân AGND và DGND của bộ chuyển đổi A / D cần được kết nối với mặt đất tương tự. Nếu hệ thống chỉ có một bộ chuyển đổi A / D, vấn đề trên có thể được giải quyết dễ dàng. Chia mặt đất và kết nối mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số với nhau dưới bộ chuyển đổi A / D. Nếu có nhiều bộ chuyển đổi A / D trong hệ thống, nếu mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số được kết nối với nhau dưới mỗi bộ chuyển đổi A / D, nhiều điểm sẽ được kết nối và sự cách ly giữa mặt đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số sẽ là tối thiểu. Điều đó thật vô nghĩa và nếu bạn không kết nối nó theo cách này, bạn đang vi phạm các yêu cầu của nhà sản xuất. Đó là sử dụng mặt đất hợp nhất ngay từ đầu, và mặt đất hợp nhất được chia thành một phần tương tự và một phần kỹ thuật số. Kiểu bố trí và đi dây này không chỉ đáp ứng yêu cầu của các nhà sản xuất thiết bị vi mạch về kết nối trở kháng thấp của các chân nối đất tương tự và mặt đất kỹ thuật số, mà còn không tạo thành ăng-ten vòng hoặc ăng-ten lưỡng cực trên bảng mạch PCB.