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Blogue PCB - Conception de carte PCB pour circuit hybride numérique - analogique

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Blogue PCB - Conception de carte PCB pour circuit hybride numérique - analogique

Conception de carte PCB pour circuit hybride numérique - analogique

2022-02-28
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Author:pcb

Dans la conception de cartes PCB à grande vitesse, le problème des interférences dans la conception de circuits hybrides numériques - analogiques a toujours été un casse - tête. En particulier, le circuit analogique est généralement la source du signal. La capacité de recevoir et de convertir correctement les signaux est un facteur important à prendre en compte dans la conception de PCB. Les méthodes générales de traitement des circuits hybrides sont explorées en analysant le mécanisme d'interférence des circuits hybrides, en combinaison avec les pratiques de conception, et validées par des exemples de conception. Une carte de circuit imprimé (PCB) est un support pour les composants de circuit et les dispositifs dans les produits électroniques qui fournissent une connexion électrique entre les composants de circuit et les dispositifs. Il existe maintenant de nombreux PCB qui ne sont plus des circuits monofonctionnels, mais des circuits hybrides de circuits numériques et analogiques. Les données sont généralement collectées et reçues dans des circuits analogiques, tandis que la bande passante et le gain doivent être numérisés pour le contrôle logiciel, de sorte que les circuits numériques et analogiques coexistent souvent sur une même carte ou partagent même les mêmes composants. Compte tenu de l'interférence mutuelle entre eux et de l'impact sur les performances du circuit, il doit y avoir certains principes pour la disposition et le câblage du circuit. Les exigences particulières pour les lignes de transmission dans la conception de PCB à signaux mixtes et l'exigence d'isoler le couplage de bruit entre les circuits analogiques et numériques ajoutent à la complexité de la disposition et du câblage dans le processus de conception. Ici, les objectifs de conception de PCB requis sont atteints en analysant la conception de la disposition et du câblage des PCB à signal mixte haute densité.

Carte PCB

1. Le mécanisme de génération de l'interférence du circuit hybride numérique - analogique par rapport au signal numérique, le signal analogique est beaucoup plus sensible au bruit, car le fonctionnement du circuit analogique dépend du courant et de la tension changeants, toute légère interférence affectera son fonctionnement normal, Alors que le fonctionnement du circuit numérique repose sur la détection par la borne de réception d'un niveau haut ou bas en fonction d'un niveau de tension ou d'un seuil prédéfini et avec une certaine capacité d'anti - interférence. Mais dans un environnement à signaux mixtes, le signal numérique est une source de bruit par rapport au signal analogique. Lorsque le circuit numérique fonctionne, il n'y a que deux tensions de niveau haut et de niveau bas, c'est - à - dire une tension effective stable. Lorsque la sortie logique numérique passe d'une tension élevée à une tension faible, la broche de masse du dispositif se décharge, créant un courant de commutation, qui est l'action de commutation du circuit. Plus le circuit numérique est rapide, plus le temps de commutation généralement nécessaire est court. Lorsqu'un grand nombre de circuits de commutation passent simultanément d'un niveau logique haut à un niveau logique bas, il en résulte un grand nombre en raison de la capacité insuffisante de la ligne de masse à traverser le courant. La tension de terre logique fluctue, nous appelons cela un rebond de terre. Comme le montre la figure 1. Le bruit de rebond à la terre et les perturbations de l'alimentation causées par un circuit numérique, s'ils sont couplés à un circuit analogique, affecteront les performances du circuit analogique. En raison du nombre considérable de sources d'interférences générées par les barres d'alimentation et de mise à la terre, où les interférences sonores causées par les lignes de terre, la conception de la mise à la terre et de l'alimentation est particulièrement importante dans la conception de PCB. Principe général de traitement de la conception de circuit hybride numérique - analogique PCB ci - dessus mentionné le mécanisme de génération d'interférences de circuit hybride, alors comment réduire les interférences mutuelles entre les signaux numériques et analogiques? Avant la conception, il est important de comprendre deux principes fondamentaux de la compatibilité électromagnétique (CEM): le premier est de minimiser la surface de la boucle de courant, et si le signal ne peut pas être renvoyé par la boucle la plus petite possible, une grande boucle peut être formée, formant une antenne de forme. Le deuxième principe est que le système utilise un seul plan de référence. Inversement, si le système a deux plans de référence, il est possible de former une antenne dipolaire. Les deux doivent être évités autant que possible dans la conception. (1) Principes de mise en page et de câblage. L'un des premiers facteurs à prendre en compte dans la disposition des éléments est la séparation de la partie de circuit analogique de la partie de circuit numérique. Les signaux analogiques sont routés dans des zones analogiques de toutes les couches de la carte, tandis que les signaux numériques sont routés dans des zones de circuits numériques. Dans ce cas, le courant de retour du signal numérique ne circule pas dans la masse du signal analogique. Pour certaines lignes avec des fréquences plus élevées et des exigences particulières, des lignes différentielles ou blindées peuvent être utilisées si nécessaire. Parfois, en raison de l'emplacement des connecteurs d'entrée / sortie, il est nécessaire de mélanger le câblage du circuit numérique et du circuit analogique, de sorte que la probabilité que le circuit analogique et le circuit numérique interfèrent l'un avec l'autre est élevée. Il s'agit d'éviter de faire fonctionner les lignes d'horloge numérique et les lignes de signaux analogiques haute fréquence à proximité du plan d'alimentation analogique, sinon le bruit du signal d'alimentation serait couplé au signal analogique sensible. Pour réaliser un réseau d'alimentation et de masse à faible impédance, il convient de minimiser la réactance inductive des fils du circuit numérique et le couplage capacitif des circuits analogiques. La fréquence du circuit numérique est élevée et la sensibilité du circuit analogique est forte. Pour les lignes de signal, les lignes de signal numérique haute fréquence doivent être placées aussi loin que possible des circuits analogiques sensibles. (2) Traitement de l'alimentation et de la mise à la terre. Dans la conception de cartes hybrides complexes, la disposition et le traitement des traces de terre sont des facteurs importants pour améliorer les performances du circuit. Il a été proposé de séparer les mises à la terre numériques et analogiques sur les panneaux à signaux mixtes afin d'obtenir une isolation entre les mises à la terre numériques et analogiques. Mais cette méthode a tendance à traverser les espaces de séparation, ce qui peut entraîner une forte augmentation du rayonnement électromagnétique et de la diaphonie du signal. Comprendre où et comment le courant retourne au sol est essentiel pour optimiser la conception de votre panneau de signalisation hybride. Si les couches de mise à la terre doivent être séparées et que le câblage doit passer par des espaces entre les partitions, un point de connexion unique peut être fait entre les mises à la terre séparées pour former un pont de connexion entre les deux mises à la terre, qui est ensuite câblé à travers le pont de connexion. De cette manière, il est possible de prévoir une voie de retour continue sous chaque ligne de signal ou d'utiliser des moyens d'isolation optique, des transformateurs, etc., pour réaliser un signal traversant un intervalle de division de tension. Cependant, dans le travail réel, les PCB ont tendance à être conçus avec une mise à la terre uniforme. Grâce à la Division des circuits numériques et analogiques et au câblage approprié des signaux, il est généralement possible de résoudre certains problèmes de disposition et de câblage difficiles à résoudre, et certains défauts potentiels causés par la séparation de la terre ne se produiront pas. En comparant les résultats des tests de cartes, il a également été constaté que les solutions unifiées surpassent les solutions segmentées en termes de fonctionnalités et de performances EMC. Il y a généralement des alimentations numériques et analogiques séparées sur les PCB à signal mixte, et des plans d'alimentation séparés doivent être utilisés à côté et en dessous du plan de masse. Le plan de puissance permet de coupler le courant RF à un circuit qui peut être connecté à l'espace. Pour réduire cet effet de couplage, il est nécessaire que le plan d'alimentation soit physiquement inférieur de 20h à son plan de masse adjacent (h se réfère à la distance entre l'alimentation et le plan de masse). (3) Traitement des équipements de mélange. Les dispositifs hybrides communs comprennent des oscillateurs à cristal, des dispositifs ad à grande vitesse, etc., le circuit numérique a deux parties