Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Leiterplatte Blog - PCB Board Design von Digital-Analog Mixed Circuit

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PCB Board Design von Digital-Analog Mixed Circuit

2022-02-28
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Author:pcb

Beim Design von Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten war das Störproblem beim PCB-Design von digital-analogen Hybridschaltungen immer ein schwieriges Problem. Insbesondere ist die analoge Schaltung im Allgemeinen die Quelle des Signals. Ob das Signal korrekt empfangen und umgewandelt werden kann, ist ein wichtiger Faktor, der beim PCB-Design berücksichtigt werden muss. Durch die Analyse des Mechanismus der Interferenz der Hybridschaltung, kombiniert mit der Entwurfspraxis, diskutiert das Papier die allgemeine Verarbeitungsmethode der Hybridschaltung, und es wird an einem Designbeispiel verifiziert. Eine Leiterplatte (PCB) ist eine Unterstützung für Schaltungselemente und Geräte in elektronischen Produkten und stellt elektrische Verbindungen zwischen Schaltungselementen und Geräten zur Verfügung. Es gibt mittlerweile viele Leiterplatten, die nicht mehr eine einzige Funktionsschaltung sind, sondern eine Mischung aus digitalen und analogen Schaltungen. Daten werden im Allgemeinen in analogen Schaltungen gesammelt und empfangen, während Bandbreite und Verstärkung für die Softwaresteuerung digitalisiert werden müssen, so dass digitale Schaltungen und analoge Schaltungen oft auf einer Platine koexistieren und sogar dieselben Komponenten teilen. In Anbetracht der gegenseitigen Interferenz zwischen ihnen und des Einflusses auf die Schaltungsleistung müssen das Layout und die Verdrahtung der Schaltung bestimmte Prinzipien haben. Die speziellen Anforderungen an Stromübertragungsleitungen und die Anforderung, Rauschkopplung zwischen analogen und digitalen Schaltungen im Mixed-Signal-PCB-Design zu isolieren, erhöhen die Komplexität von Layout und Routing während des Designs. Hier werden die erforderlichen PCB-Designziele durch Analyse des Layout- und Routing-Designs einer Mischsignal-Leiterplatte mit hoher Dichte erreicht.

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1. Der Erzeugungsmechanismus der digital-analogen HybridschaltungsinterferenzVerglichen mit digitalen Signalen sind analoge Signale viel empfindlicher auf Rauschen, weil der Betrieb analoger Schaltungen von ständig wechselndem Strom und Spannung abhängt, und jede leichte Störung kann seinen normalen Betrieb beeinflussen, Das Empfangsende erkennt hohen oder niedrigen Pegel entsprechend dem vordefinierten Spannungspegel oder Schwellenwert und hat eine bestimmte Störfestigkeit. Aber in einer Mixed-Signal-Umgebung sind digitale Signale eine Rauschquelle im Vergleich zu analogen Signalen. Wenn die digitale Schaltung funktioniert, gibt es nur zwei Arten von Spannungen, hohes und niedriges Niveau, die stabile effektive Spannung. Wenn der digitale Logikausgang von einer Hochspannung zu einer Niederspannung wechselt, wird der Massepunkt des Geräts entladen, was zu einem Schaltstrom führt, der die Schaltwirkung der Schaltung ist. Je schneller die Geschwindigkeit der digitalen Schaltung, desto kürzer ist die Schaltzeit in der Regel erforderlich. Wenn eine große Anzahl von Schaltkreisen gleichzeitig von einem logischen hohen zu einem logischen niedrigen Niveau wechselt, wird aufgrund der unzureichenden Fähigkeit des Erdungskabels, Strom zu übergeben, eine große Menge an Schaltstrom verursachen. Die logische Erdungsspannung schwankt, wir nennen es einen Erdungssprung. Wie in Abbildung 1 gezeigt. Ground Bounce Rauschen und Stromversorgungsstörungen, die durch digitale Schaltungen verursacht werden, beeinflussen, wenn sie in analoge Schaltungen gekoppelt werden, die Leistung analoger Schaltungen. Da ziemlich viele Störquellen durch die Stromversorgung und den Massebus erzeugt werden, darunter die Störstörungen, die durch den Massekabel verursacht werden, ist das Design der Masse und der Stromversorgung besonders wichtig im PCB-Design.2. Allgemeine Verarbeitungsprinzipien für PCB-Design von digital-analogen Hybridschaltungen Der oben erwähnte Erzeugungsmechanismus von Hybridschaltungsinterferenzen, also wie kann die gegenseitige Interferenz zwischen digitalen Signalen und analogen Signalen reduziert werden? Zwei Grundprinzipien der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) müssen vor dem Design verstanden werden: Das erste Prinzip besteht darin, die Fläche der Stromschleife zu minimieren, wenn das Signal nicht durch die kleinstmögliche Schleife zurückkehren kann, kann eine große Schleife geformte Antenne gebildet werden. Das zweite Prinzip ist, dass das System nur eine Referenzebene verwendet. Wenn das System hingegen zwei Referenzebenen hat, ist es möglich, eine Dipolantenne zu bilden. Beide Situationen sollten im Design möglichst vermieden werden. (1) Layout- und Routingprinzipien. Einer der ersten Faktoren, die beim Komponentenlayout berücksichtigt werden müssen, ist die Trennung des analogen Schaltungsteils vom digitalen Schaltungsteil. Das analoge Signal wird im analogen Bereich aller Schichten der Platine geroutet, und das digitale Signal wird im digitalen Schaltungsbereich geroutet. In diesem Fall fließt der digitale Signalrückstrom nicht in die analoge Signalmasse. Für einige Leitungen mit hoher Frequenz und speziellen Anforderungen verwenden Sie bei Bedarf Differenzleitungen oder geschirmte Leitungen. Manchmal ist es aufgrund der Lage der Eingangs-/Ausgangsanschlüsse notwendig, die Verdrahtung der digitalen und analogen Schaltungen zu mischen, so dass eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die analogen und digitalen Schaltungen sich gegenseitig stören. Dies soll verhindern, dass digitale Taktleitungen und analoge Hochfrequenz-Signalleitungen neben der analogen Leistungsebene laufen, andernfalls wird das Rauschen des Leistungssignals in das empfindliche analoge Signal gekoppelt. Um zu versuchen, ein niederohmiges Leistungs- und Erdungsnetzwerk zu erreichen, sollte die induktive Reaktanz der digitalen Schaltungsdrähte minimiert werden, und die kapazitive Kopplung der analogen Schaltung sollte minimiert werden. Die Frequenz digitaler Schaltungen ist hoch, und die Empfindlichkeit analoger Schaltungen ist stark. Bei Signalleitungen sollten hochfrequente digitale Signalleitungen so weit wie möglich von empfindlichen analogen Schaltungsgeräten ferngehalten werden. (2) Umgang mit Energie und Boden. Beim Design komplexer Hybrid-Leiterplatten sind das Layout und die Handhabung von Massestrecken wichtige Faktoren zur Verbesserung der Schaltungsleistung. Es wurde vorgeschlagen, die digitale und analoge Masse auf Mixed-Signal-Boards zu trennen, um eine Trennung zwischen der digitalen und analogen Masse zu erreichen. Aber dieser Ansatz tendiert dazu, über die Spaltlücke zu laufen, was zu einem dramatischen Anstieg der elektromagnetischen Strahlung und des Signalübersprechens führen kann. Zu wissen, wo und wie Strom zur Erde zurückkehrt, ist der Schlüssel zur Optimierung von Mixed-Signal-Boards. Wenn die Masseschicht geteilt werden muss und die Verkabelung durch den Spalt zwischen den Abteilungen geführt werden muss, kann eine Einpunktverbindung zwischen den geteilten Erdungen hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Erdungen zu bilden, und dann durch die Verbindungsbrücke geführt werden. Auf diese Weise kann unter jeder Signalleitung ein Gleichstrom-Rückweg vorgesehen sein, oder eine optische Trennvorrichtung, ein Transformator usw. kann verwendet werden, um das Signal zu realisieren, das die Trennlücke überschreitet. In der tatsächlichen Arbeit tendiert PCB-Design jedoch dazu, einheitliche Masse zu verwenden. Durch die Aufteilung von digitalen Schaltungen und analogen Schaltungen und einer geeigneten Signalverdrahtung können einige schwierige Layout- und Verdrahtungsprobleme in der Regel gelöst werden, und einige potenzielle Probleme, die durch Erdung verursacht werden, treten nicht auf. Durch den Vergleich der Leiterplattentests wird außerdem festgestellt, dass die einheitliche Lösung der segmentierten Lösung hinsichtlich Funktionalität und EMV-Leistung überlegen ist. Es gibt normalerweise getrennte digitale und analoge Netzteile auf gemischten Signal-Leiterplatten, und eine geteilte Leistungsebene sollte neben und unter der Erdungsebene verwendet werden. Leistungsebenen können HF-Ströme an Schaltungen koppeln, die an den Raum angeschlossen werden können. Um diesen Kopplungseffekt zu verringern, müssen die Leistungsebenen physikalisch 20H kleiner sein als ihre benachbarten Erdungsebenen (H bezieht sich auf den Abstand zwischen der Stromversorgung und der Erdungsebene). (3) Handhabung von Hybridgeräten. Gängige Hybridgeräte umfassen Kristalloszillatoren, Hochgeschwindigkeits-AD-Geräte usw., und es gibt zwei Teile von digitalen Schaltungen a