Blogue PCB - Différence entre circuit analogique et circuit numérique PCB board design

Cet article traite des similitudes et des différences fondamentales entre le câblage analogique et numérique en termes de condensateurs de dérivation, d'alimentation, de conception de la masse, d'erreurs de tension et d'interférences électromagnétiques (EMI) causées par le câblage de la carte PCB. Le nombre croissant de designers numériques et de conceptions de circuits imprimés numériques dans le domaine de l'ingénierie reflète les tendances de l'industrie. Bien que l'accent mis sur la conception numérique ait entraîné des développements importants dans l'électronique, il y a encore une partie de la conception de circuits qui s'adapte à des environnements analogiques ou réels, et ce sera toujours le cas. Il existe quelques similitudes entre les stratégies de routage dans les domaines analogique et numérique, mais lorsqu'il s'agit d'obtenir de meilleurs résultats, une conception simple de routage de circuit n'est plus la solution en raison de leurs stratégies de routage différentes.

1. Similitudes entre les stratégies de routage analogique et numérique 1.1 condensateurs de dérivation ou de découplage les dispositifs analogiques et numériques ont besoin de ces types de condensateurs lorsqu'ils sont câblés, et tous deux ont besoin d'un condensateur près de leur broche d'alimentation (généralement 0,1 µF). Le côté alimentation du système a besoin d'un autre type de condensateur, généralement d'une valeur d'environ 10 µF. Les valeurs des condensateurs vont de 1 / 10 à 10 fois la valeur recommandée. Cependant, les broches doivent être courtes et aussi proches que possible de l'appareil (pour un condensateur de 0,1 µF) ou de l'alimentation (pour un condensateur de 10 µF). L'ajout de condensateurs de dérivation ou de découplage sur la carte, ainsi que le placement de ces condensateurs sur la carte, est de bon sens pour les conceptions numériques et analogiques. Mais ce qui est intéressant, c'est que les raisons varient. Dans la conception de câblage analogique, les condensateurs de dérivation sont généralement utilisés pour dériver les signaux haute fréquence sur l'alimentation. Sans l'ajout d'un condensateur de dérivation, ces signaux à haute fréquence peuvent entrer dans la puce analogique sensible via la broche d'alimentation. Généralement, la fréquence de ces signaux haute fréquence dépasse la capacité du dispositif analogique à rejeter les signaux haute fréquence. Si les condensateurs de dérivation ne sont pas utilisés dans les circuits analogiques, il est possible d'introduire du bruit et, dans les cas plus graves, des vibrations dans le trajet du signal. Pour les appareils numériques tels que les contrôleurs et les processeurs, des condensateurs de découplage sont également nécessaires, mais pour différentes raisons. L'une des fonctions de ces condensateurs est d'agir comme une « mini» Banque de charges. Dans les circuits numériques, la commutation de l'état de grille nécessite généralement un courant important. En raison des transitoires de commutation sur la puce et des transitoires de commutation à travers la plaque lors de la commutation, il est avantageux d'avoir une charge supplémentaire "de secours". S'il n'y a pas assez de charge pour effectuer l'action de commutation, il en résulte une grande variation de la tension d'alimentation. Une variation de tension trop importante peut faire passer le niveau du signal numérique dans un état indéterminé et entraîner un comportement incorrect de la machine d'état dans le dispositif numérique. Le courant de commutation qui circule à travers les traces de la carte entraînera une variation de tension. Il existe une inductance parasite dans les traces de la carte. La formule suivante peut être utilisée pour calculer la variation de tension: v = LDI / dt. Où v = variation de tension; L = réactance inductive de la plaque de ligne; Di = variation du courant traversant la trace; DT = temps de variation du courant. L'application de condensateurs de dérivation (ou de découplage) au niveau des broches d'alimentation ou d'alimentation des dispositifs actifs est donc une bonne pratique pour plusieurs raisons. Le câble d'alimentation et le câble de mise à la terre doivent être posés ensemble. La position du câble d'alimentation et du câble de mise à la terre est bien adaptée, ce qui peut réduire la possibilité d'interférences électromagnétiques. Si les lignes d'alimentation et de terre ne correspondent pas correctement, les boucles dans le système sont conçues et peuvent très bien produire du bruit. Sur cette plaque, la zone de boucle conçue est 697 cm2. Le bruit rayonnant sur ou hors de la carte est peu susceptible d'induire une tension dans la boucle. Différences entre les stratégies de routage dans le domaine analogique et le domaine numérique. Les principes de base de la disposition de la carte s'appliquent aux circuits analogiques et numériques. Une règle de base consiste à utiliser un plan de sol ininterrompu. Ce sens commun réduit l'effet di / DT (courant en fonction du temps) dans les circuits numériques qui modifie le potentiel de la terre et introduit du bruit dans les circuits analogiques. Les techniques de câblage des circuits numériques et analogiques sont essentiellement les mêmes, à une exception près. Un autre point à noter pour les circuits analogiques est de garder les lignes de signaux numériques et les boucles dans le plan de masse aussi éloignées que possible des circuits analogiques. Ceci peut être réalisé en connectant individuellement le plan de masse analogique à la connexion de masse du système, ou en plaçant le circuit analogique à l'extrémité distale de la carte à l'extrémité de la ligne. Ceci est fait pour protéger le chemin du signal des interférences extérieures. Cela n'est pas nécessaire pour les circuits numériques, qui peuvent tolérer sans problème de grandes quantités de bruit sur le plan du sol.? 1.2 emplacement des composants comme indiqué ci - dessus, dans chaque conception de PCB, les parties bruyantes et « silencieuses » (sans bruit) du circuit sont séparées. D'une manière générale, les circuits numériques sont "riches" en bruit et insensibles au bruit (car les circuits numériques ont une grande marge de bruit de tension); En revanche, la tolérance au bruit de tension d'un circuit analogique est beaucoup plus faible. Dans les deux, le circuit analogique est sensible au bruit de commutation. Dans le câblage d'un système à signaux mixtes, les deux circuits sont séparés. Il est facile de former deux éléments parasites de base dans la conception d'une carte PCB qui peuvent causer des problèmes: une capacité parasite et une inductance parasite. Lors de la conception d'une carte, la proximité de deux traces l'une de l'autre crée une capacité parasite. Cela peut être fait: sur deux couches différentes, placer une piste au - dessus de l'autre; Ou sur le même niveau, placez une piste à côté d'une autre. Dans les deux configurations de trace, la variation de la tension dans le temps (DV / DT) sur une trace peut générer un courant sur l'autre trace. Si l'autre trace est de Haute impédance, le courant généré par le champ électrique sera converti en tension. Les transitoires de tension rapides se produisent souvent du côté numérique de la conception du signal analogique. Si l'on place une trace à transitoires rapides de tension à proximité d'une trace analogique à haute impédance, cette erreur affecte fortement la précision du circuit analogique. Dans cet environnement, les circuits analogiques présentent deux inconvénients: leur tolérance au bruit est bien inférieure à celle des circuits numériques; Les traces à haute impédance sont plus courantes. On peut réduire ce phénomène en utilisant l'une des deux techniques décrites ci - après. Une technique courante consiste à modifier les dimensions entre les traces en fonction de l'équation Capacitive. La taille effective à modifier est la distance entre les deux traces. Notez que la variable d est dans le dénominateur de l'équation Capacitive et que la tolérance diminue à mesure que d augmente. Une autre variable que vous pouvez modifier est la longueur des deux pistes. Dans ce cas, la longueur l diminue et la capacité