Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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Design der Leiterplatten-Mixed-Signal-Partition
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Design der Leiterplatten-Mixed-Signal-Partition

2022-03-16
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Author:pcb

Über uns Leiterplatte,Wie die Interferenzen zwischen digitalen und analogen Signalen reduziert werden können? Two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC) must be understood before design: the first principle is to minimize the current loop area; The second principle is that the system uses only one reference plane. Im Gegenteil, wenn das System über zwei Bezugsebenen verfügt, it is possible to form a dipole antenna (note: the radiation of a small dipole antenna is proportional to the length of the line, die Menge des fließenden Stroms, and the frequency). Wenn das Signal nicht durch die kleinstmögliche Schleife zurückkehrt, eine große kreisförmige Antenne kann gebildet werden. Vermeiden Sie beides in Ihrem Design so viel wie möglich.

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Es wurde vorgeschlagen, die digitale Masse und die analoge Masse auf der Mixed-Signal-Leiterplatte zu trennen, um eine Isolierung zwischen der digitalen Masse und der analogen Masse zu erreichen. Obwohl dieser Ansatz machbar ist, es hat viele potenzielle Probleme, insbesondere in großen und komplexen Systemen. Das Hauptproblem ist nicht, die Lücke Verdrahtung zu überqueren, einmal überquert die Lücke Verdrahtung, elektromagnetische Strahlung und Signalübersprache werden dramatisch zunehmen. Ein häufiges Problem in Leiterplatte Design ist EMI-Problem, das durch Signalleitung verursacht wird, die den Boden oder die Stromversorgung überquert. Wir verwenden die oben genannte Segmentierungsmethode, und die Signalleitung überspannt den Spalt zwischen den beiden Erdungen, was ist der Rückweg des Signalstroms? Suppose the two partitioned lands are connected at some point (usually a single point at one point), In diesem Fall bildet der Erdstrom eine große Schleife. Der Hochfrequenzstrom, der durch die große Schleife fließt, erzeugt Strahlung und hohe Erdinduktivität. Wenn der niedrige Analogstrom, der durch die große Schleife fließt, leicht durch externe Signale gestört werden kann. Das Schlechte ist, wenn die Abschnitte an der Stromquelle miteinander verbunden sind, eine sehr große Stromschleife entsteht. Darüber hinaus, Analoge und digitale Masse, die durch einen langen Draht verbunden sind, bilden eine Dipolantenne.


Das Verständnis des Pfades und Modus des Stromrückflusses zur Masse ist der Schlüssel zur Optimierung des Mixed-Signal-Leiterplattendesigns. Viele Konstrukteure berücksichtigen nur, wo der Signalstrom fließt und ignorieren dabei den spezifischen Pfad des Stroms. Wenn die Masseschicht partitioniert werden muss und durch den Spalt zwischen den Trennwänden geführt werden muss, kann eine Einzelpunktverbindung zwischen der partitionierten Masse hergestellt werden, um eine Verbindungsbrücke zwischen den beiden Masseschichten zu bilden und dann durch die Verbindungsbrücke geführt werden. Auf diese Weise kann unterhalb jeder Signalleitung ein Gleichstrom-Rücklaufpfad vorgesehen werden, was zu einer kleinen Schleifenfläche führt.


Optische Trennvorrichtungen oder Transformatoren können auch verwendet werden, um das Signal zu realisieren, das die Segmentierungslücke überschreitet. Bei ersterem ist es das optische Signal, das die Segmentierungslücke überspannt. Bei einem Transformator ist es das Magnetfeld, das den Trennspalt überspannt. Auch differentielle Signale sind möglich: Signale fließen von einer Leitung ein und von der anderen zurück, werden dann unnötig als Rücklaufwege genutzt.


Um die Interferenz von digitalem Signal zu analogem Signal zu untersuchen, müssen wir zuerst die Eigenschaften von Hochfrequenzstrom verstehen. Der Hochfrequenzstrom wählt immer die Impedanz (Induktivität), den Weg direkt unter dem Signal, so dass der Rückstrom durch die benachbarte Schaltungsschicht fließt, unabhängig davon, ob die benachbarte Schicht die Leistungs- oder Masseschicht ist. In der Praxis wird es im Allgemeinen bevorzugt, eine einheitliche PCB-Partition in analoge und digitale Teile zu verwenden. Analoge Signale werden im analogen Bereich aller Schichten der Platine geroutet, während digitale Signale im digitalen Schaltungsbereich geroutet werden. In diesem Fall fließt der digitale Signalrückstrom nicht in die Masse des analogen Signals. Interferenzen von digitalen Signalen zu analogen Signalen treten nur dann auf, wenn die digitalen Signale über die digitalen Teile der Leiterplatte geroutet werden. Dieses Problem ist nicht auf die fehlende Segmentierung zurückzuführen, der wahre Grund ist die falsche Verdrahtung digitaler Signale.


PCB-Design verwendet vereinheitlicht, durch die digitale Schaltung und analoge Schaltungspartition und geeignete Signalverdrahtung, kann in der Regel einige der schwierigeren Layout- und Verdrahtungsprobleme lösen, hat aber auch keine potenziellen Probleme, die durch Erdungssegmentierung verursacht werden. In diesem Fall wird das Layout und die Aufteilung der Komponenten entscheidend für die Qualität des Designs. Bei richtiger Anordnung beschränkt sich der digitale Massestrom auf den digitalen Teil der Platine und stört das analoge Signal nicht. Diese Verkabelung muss sorgfältig überprüft und überprüft werden, um 100% Einhaltung der Verdrahtungsregeln zu gewährleisten. Andernfalls zerstört eine unsachgemäße Signalleitung eine sehr gute Leiterplatte vollständig.


Wenn analoge und digitale Massepunkte von A/D-Wandlern miteinander verbunden werden, empfehlen die meisten A/D-Wandlerhersteller, AGND- und DGND-Pins über kurze Leitungen mit derselben niederohmigen Masse zu verbinden (Hinweis: Da die meisten A/D-Wandler-Chips analoge und digitale Masse nicht intern miteinander verbinden, müssen analoge und digitale Massepunkte über externe Pins angeschlossen werden). Jede externe Impedanz, die an DGND angeschlossen ist, koppelt mehr digitales Rauschen über parasitäre Kapazität an die analoge Schaltung im IC. Nach dieser Empfehlung müssen sowohl der A/D-Wandler AGND als auch die DGND-Pins mit der analogen Masse verbunden werden, aber dieser Ansatz wirft Fragen auf, ob das Erdende des digitalen Signalentkopplungskondensators an die analoge oder digitale Masse angeschlossen werden soll.


Wenn das System nur über einen A/D-Wandler verfügt, kann das obige Problem leicht gelöst werden. Die Masse wird geteilt und die analogen und digitalen Masseteile werden unter dem A/D-Wandler miteinander verbunden. Wenn diese Methode angenommen wird, ist es notwendig sicherzustellen, dass die Brückenbreite zwischen den beiden Standorten gleich der IC-Breite ist, und dass keine Signallinie den Trennspalt überqueren kann. Wenn das System viele A/D-Wandler hat, zum Beispiel 10-A/D-Wandler, wie kann man anschließen? Wenn analoge und digitale Masse unter jedem A/D-Wandler angeschlossen sind, ergibt sich eine Mehrpunktverbindung, und die Trennung zwischen analoger und digitaler Masse ist bedeutungslos. Wenn Sie dies nicht tun, verletzen Sie die Anforderungen des Herstellers. Der Weg, das zu tun, ist, mit einer Uniform zu beginnen. Wie in Abbildung 4 gezeigt, ist der Boden gleichmäßig in analoge und digitale Teile unterteilt. Dieses Layout erfüllt nicht nur die Anforderungen der IC-Gerätehersteller für den niederohmigen Anschluss von analogen und digitalen Massepunkten, sondern vermeidet auch EMV-Probleme, die durch Schleifenantenne oder Dipolantenne verursacht werden.


Wenn Sie Zweifel an dem einheitlichen Ansatz des Mixed-Signal-PCB-Designs haben, können Sie die Methode der Masseschichtpartition verwenden, um die gesamte Leiterplatte auszulegen und zu routen. Im Design sollte darauf geachtet werden, dass die Leiterplatte einfach mit Jumpern oder 0-Ohm-Widerständen verbunden werden kann, die im späteren Experiment weniger als 1/2 Zoll auseinander liegen. Achten Sie auf Zonierung und Verdrahtung, um sicherzustellen, dass sich keine digitalen Signalleitungen über dem analogen Abschnitt auf allen Ebenen befinden und keine analogen Signalleitungen über dem digitalen Abschnitt befinden. Darüber hinaus sollte keine Signalleitung die Erdlücke überqueren oder die Lücke zwischen den Stromquellen teilen. Um die Funktion und EMV-Leistung der Platine zu testen, testen Sie die Funktion und EMV-Leistung der Platine erneut, indem Sie die beiden Etagen über einen 0-Ohm-Widerstand oder -Jumper miteinander verbinden. Im Vergleich der Testergebnisse stellte sich heraus, dass die einheitliche Lösung in fast allen Fällen hinsichtlich Funktionalität und EMV-Leistung gegenüber der Split-Lösung überlegen war.


Funktioniert die Methode der Aufteilung des Landes noch?

Dieser Ansatz kann in drei Situationen angewendet werden: Einige medizinische Geräte erfordern einen sehr geringen Leckstrom zwischen Schaltkreisen und Systemen, die mit dem Patienten verbunden sind; Der Ausgang einiger industrieller Prozesssteuergeräte kann an laute und leistungsstarke elektromechanische Geräte angeschlossen werden; Ein weiterer Fall ist, wenn das LAYOUT der Leiterplatte bestimmten Einschränkungen unterliegt. Es gibt normalerweise separate digitale und analoge Netzteile auf einer gemischten Leiterplatte, die eine geteilte Stromversorgung haben kann und sollte. Die Signalleitungen, die an die Stromversorgungsschicht angrenzen, können jedoch den Abstand zwischen den Netzteilen nicht überschreiten, und alle Signalleitungen, die den Abstand überschreiten, müssen auf der Schaltungsschicht neben der großen Fläche liegen. In einigen Fällen kann das analoge Netzteil mit Leiterplattenanschlüssen anstatt mit einer Fläche ausgelegt werden, um eine Trennung der Netzfläche zu vermeiden.


Gemischtes Signal Leiterplatte Design ist ein komplexer Prozess, the design process should pay attention to the following points:

1. Teilen Sie die Leiterplatte in getrennte analoge und digitale Teile.

2. Richtiges Bauteillayout.

3.A/D Konverter wird über Partitionen platziert.

4. Teile nicht den Boden.. Der analoge Teil und der digitale Teil der Platine werden gleichmäßig verlegt.

5. In allen Schichten der Leiterplatte, Das digitale Signal kann nur in den digitalen Teil des Leiterplatte.

6. In allen Schichten der Leiterplatte, Analoge Signale können nur im analogen Teil des Leiterplatte.

7. Analoge und digitale Stromtrennung.

8. Die Verdrahtung sollte den Spalt zwischen den geteilten Stromversorgungsoberflächen nicht überspannen.

9. Die Signalleitungen, die den Abstand zwischen den geteilten Netzteilen umfassen müssen, sollten auf der Verdrahtungsschicht neben einer großen Fläche angeordnet sein.

10. Analysieren Sie den tatsächlichen Pfad und Modus des Erdstromflusses.

11. Verwenden Sie korrekte Verdrahtungsregeln.