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Blog de PCB - Diseño de placas de PCB para circuitos híbridos digitales y analógicos

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Diseño de placas de PCB para circuitos híbridos digitales y analógicos

2022-02-28
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Author:pcb

En el diseño de placas de PCB de alta velocidad, el problema de interferencia en el diseño de PCB de circuitos híbridos digitales y analógicos siempre ha sido un problema difícil. En particular, los circuitos analógicos suelen ser la fuente de la señal. Si se pueden recibir y convertir correctamente las señales es un factor importante a tener en cuenta en el diseño de pcb. Al analizar el mecanismo de interferencia del circuito híbrido y combinar la práctica de diseño, se explora el método general de tratamiento del circuito híbrido y se verifica a través de ejemplos de diseño. La placa de circuito impreso (pcb) es el soporte de los componentes y dispositivos de circuito en los productos electrónicos, que proporciona la conexión eléctrica entre los componentes y equipos de circuito. Ahora hay muchos PCB que ya no son circuitos funcionales únicos, sino circuitos híbridos de circuitos digitales y analógicos. Los datos suelen recopilarse y recibirse en circuitos analógicos, mientras que el ancho de banda y la ganancia deben digitalizarse para el control del software, por lo que los circuitos digitales y analógicos suelen coexistir en una sola placa e incluso compartir los mismos componentes. Teniendo en cuenta la interferencia mutua entre ellos y la influencia en el rendimiento del circuito, el diseño y el cableado del circuito deben tener ciertos principios. Los requisitos especiales para las líneas de transmisión en el diseño de PCB de señal mixta y los requisitos para aislar el acoplamiento acústico entre circuitos analógicos y digitales aumentan la complejidad del diseño y el cableado durante el proceso de diseño. Aquí, al analizar el diseño y el diseño de cableado de los PCB de señal mixta de alta densidad, se logran los objetivos de diseño de PCB necesarios.

Tablero de PCB

1. el mecanismo de generación de la interferencia del circuito híbrido digital - analógico es más sensible al ruido que la señal digital, ya que el funcionamiento del circuito analógico depende de la corriente y el voltaje cambiantes, y cualquier interferencia leve afectará su funcionamiento normal, El trabajo del circuito digital, por su parte, depende de que el extremo receptor detecte un nivel alto o bajo de acuerdo con un nivel de tensión o umbral predefinido, y tiene cierta capacidad anti - interferencia. Pero en un entorno de señal mixta, la señal digital es la fuente de ruido en relación con la señal analógica. Cuando el circuito digital funciona, solo hay dos voltaje de alto y bajo nivel, es decir, el voltaje efectivo estable. Cuando la salida lógica digital cambia de alta a baja tensión, el pin de tierra del dispositivo se descarga y genera una corriente de conmutación, que es la acción de conmutación del circuito. Cuanto más rápido sea el circuito digital, menos tiempo de conmutación suele tardar. Cuando un gran número de circuitos de conmutación cambian de un alto nivel lógico a un bajo nivel lógico al mismo tiempo, debido a la falta de capacidad del cable de tierra para pasar la corriente, se producirá una gran cantidad de corriente de conmutación. Fluctuación lógica del voltaje de tierra, lo llamamos rebote de tierra. Como se muestra en la figura 1. El ruido de rebote del suelo y la interferencia de la fuente de alimentación causada por el circuito digital, si se acopla al circuito analógico, afectarán el rendimiento del circuito analógico. Debido a que la fuente de alimentación y el bus de tierra generan una cantidad considerable de fuentes de interferencia, entre las cuales la interferencia acústica causada por el cable de tierra es particularmente importante en el diseño de pcb. ¿El principio general de procesamiento del diseño de PCB de circuitos híbridos digitales y analógicos menciona el mecanismo de generación de interferencia de circuitos híbridos, entonces, ¿ cómo reducir la interferencia mutua entre señales digitales y analógicas? Antes del diseño hay que entender dos principios básicos de la compatibilidad electromagnética (emc): el primero es minimizar el área del circuito actual, que puede formar una antena en forma de circuito grande si la señal no puede volver a través del circuito lo más pequeño posible. El segundo principio es que el sistema solo utiliza un plano de referencia. Por el contrario, si el sistema tiene dos planos de referencia, es posible formar una antena dipolo. Ambas situaciones deben evitarse en la medida de lo posible en el diseño. (1) principios de diseño y cableado. Uno de los primeros factores a considerar en el diseño de componentes es separar la parte del circuito analógico de la parte del circuito digital. Las señales analógicas se dirigen en áreas analógicas de todas las capas de la placa, mientras que las señales digitales se dirigen en áreas de circuitos digitales. En este caso, la corriente de retorno de la señal digital no fluirá a la señal analógica para aterrizar. Para algunas líneas con mayor frecuencia y requisitos especiales, si es necesario, se pueden utilizar líneas diferenciales o líneas blindadas. A veces, debido a la ubicación del conector de entrada / salida, es necesario mezclar el cableado del circuito digital y el circuito analógico, por lo que la posibilidad de interferencia entre el circuito analógico y el circuito digital es alta. Esto es para evitar operar líneas de reloj digital y líneas de señal analógicas de alta frecuencia cerca del plano de la fuente de alimentación analógica, de lo contrario, el ruido de la señal de alimentación se acoplará a señales analógicas sensibles. Para lograr una fuente de alimentación de baja resistencia y una red de puesta a tierra, se debe minimizar la reactancia inductiva de los cables del circuito digital y minimizar el acoplamiento capacitivo del circuito analógico. Los circuitos digitales tienen una alta frecuencia, mientras que los circuitos analógicos tienen una alta sensibilidad. Para las líneas de señal, las líneas de señal digital de alta frecuencia deben mantenerse lo más alejadas posible de los equipos sensibles de circuitos analógicos. (2) tratamiento de la fuente de alimentación y la puesta a tierra. En el diseño de placas de circuito mixtas complejas, el diseño y el tratamiento de los rastros de puesta a tierra son factores importantes para mejorar el rendimiento del circuito. Se sugirió separar el suelo digital y analógico en el tablero de señal híbrido para lograr el aislamiento entre el suelo digital y analógico. Pero este método tiende a cruzar la brecha de división, lo que puede conducir a un fuerte aumento de la radiación electromagnética y la conversación cruzada de señales. Comprender dónde está la corriente y cómo volver al suelo es la clave para optimizar el diseño del tablero de señales híbrido. Si se debe dividir la formación de puesta a tierra y el cableado debe pasar por el hueco entre las zonas, se puede hacer una conexión de un solo punto entre las puesta a tierra divididas para formar un puente de conexión entre las dos puesta a tierra, y luego se puede cableado a través del puente de conexión. De esta manera, se puede proporcionar una ruta de retorno de corriente continua fuera de cada línea de señal, o se pueden utilizar dispositivos de aislamiento óptico, transformadores, etc. para lograr señales que cruzan la brecha de presión dividida. Sin embargo, en el trabajo práctico, el diseño de PCB a menudo utiliza una puesta a tierra unificada. A través de la División de circuitos digitales y analógicos y el cableado de señales adecuado, generalmente se pueden resolver algunos problemas de diseño y cableado difíciles de resolver, y no aparecerán algunos problemas potenciales causados por la separación de tierra. Al comparar los resultados de las pruebas de la placa de circuito, también se encontró que la solución unificada es mejor que la solución segmentada en términos de función y rendimiento emc. Por lo general, hay fuentes de alimentación digitales y analógicas separadas en el PCB de señal mixta, y se deben utilizar planos de alimentación separados al lado y debajo del plano de tierra. El plano de potencia puede acoplar la corriente de radiofrecuencia a un circuito que se puede conectar al espacio. Para reducir este efecto de acoplamiento, se requiere que el plano de la fuente de alimentación sea físicamente 20h más pequeño que su plano de tierra adyacente (h se refiere a la distancia entre la fuente de alimentación y el plano de tierra). (3) tratamiento de equipos mixtos. Los dispositivos híbridos comunes incluyen osciladores de cristal, dispositivos AD de alta velocidad, etc. el circuito digital tiene dos partes.