Progettazione PCB - Come progettare un PCB a segnale misto?

The operation of PCB circuit board analog circuits depends on continuously varying current and voltage. Il funzionamento dei circuiti digitali si basa sul rilevamento di livelli alti o bassi al ricevitore sulla base di un livello di tensione predefinito o soglia, which is equivalent to "true" or "false" judging the logical state. Tra alti e bassi livelli di un circuito digitale, there is a "gray" area in which the digital circuit sometimes exhibits analog effects, such as overshoot and ringback reflection when the digital signal jumps fast enough from a low level to a high level (state). The concept of mixed-signal PCB circuit boards is ambiguous for modern plate design because there are analog circuits and analog effects even in pure "digital" devices. Pertanto, at the beginning of the design, al fine di ottenere in modo affidabile una rigorosa assegnazione delle serie temporali, l'effetto di simulazione deve essere simulato. In fact, oltre all'affidabilità che i prodotti di comunicazione devono funzionare senza guasti per diversi anni, Gli effetti di simulazione sono particolarmente necessari nei prodotti di massa a basso costo/high-performance consumer products.

Un'altra difficoltà nella progettazione moderna di circuiti stampati PCB a segnale misto è che ci sono sempre più dispositivi con logica digitale diversa, come GTL, LVTTL, LVCMOS e LVDS logica. Le soglie logiche e le oscillazioni di tensione di ogni circuito logico sono diverse. Tuttavia, queste diverse soglie logiche e oscillazioni di tensione devono essere progettate insieme su un circuito stampato PCB. Qui, è possibile padroneggiare strategie e tecniche di successo analizzando accuratamente il layout e il design del cablaggio di circuiti stampati PCB ad alta densità, ad alte prestazioni e a segnale misto.

Base di cablaggio del circuito di segnale ibrido

Quando circuiti digitali e analogici condividono gli stessi componenti sulla stessa scheda, the layout and wiring of the circuit must be methodical.

Nella progettazione del circuito stampato a segnale misto, ci sono requisiti speciali per il cablaggio di alimentazione e la separazione del rumore analogico e del rumore del circuito digitale per evitare l'accoppiamento del rumore, il che aumenta la complessità del layout e del cablaggio. I requisiti speciali per le linee di trasmissione di potenza e il requisito di isolare l'accoppiamento acustico tra circuiti analogici e digitali complicano ulteriormente il layout e il cablaggio dei circuiti stampati a segnale misto.

Se l'alimentazione dell'amplificatore analogico nella A/Convertitore D is connected with the digital power supply of the A/D converter, the interaction between the analog part and the digital part of the circuit is likely to occur. Forse lo schema di layout deve mescolare il cablaggio dei circuiti digitali e analogici a causa della posizione dell'ingresso/output connector.

Prima di layout e cablaggio, gli ingegneri devono comprendere le debolezze di base del layout e dello schema di cablaggio. Anche con giudizi falsi, la maggior parte degli ingegneri tende a utilizzare le informazioni di layout e cablaggio per identificare potenziali impatti elettrici.

Layout e cablaggio di moderni circuiti stampati a segnale misto

Quanto segue descrive il layout e la tecnologia di cablaggio dei circuiti stampati a segnale misto attraverso la progettazione di schede di interfaccia OC48. OC48 sta per Optical Carrier Standard 48, che è fondamentalmente orientato alla comunicazione ottica seriale 2.5GB. È uno degli standard di comunicazione ottica ad alta capacità nelle moderne apparecchiature di comunicazione. La scheda di interfaccia OC48 contiene diversi problemi tipici di layout e cablaggio per schede PCB a segnale misto. Il layout e il processo di cablaggio indicheranno l'ordine e i passaggi per risolvere lo schema di layout per i circuiti stampati PCB a segnale misto.

The OC48 card contains a transceiver that converts optical and analog signals in both directions. Un processore di segnale digitale analogico in ingresso o in uscita che viene convertito da un DSP a un livello logico digitale per connettersi a un microprocessore, a programmable gate array, e un circuito di interfaccia di sistema di un DSP e un microprocessore su una scheda OC48. Separate phase-locked loops, filtri di potenza, and local reference voltage sources are also integrated.

Tra questi, il microprocessore è un dispositivo multi-potenza, l'alimentazione principale è 2V, l'alimentazione del segnale I/O 3.3V è condivisa da altri dispositivi digitali sulla scheda. Una sorgente di clock digitale stand-alone fornisce orologi per OC48I/O, microprocessori e I/O di sistema.

Dopo aver controllato il layout e i requisiti di cablaggio di diversi blocchi di circuito funzionali, it is preliminarily recommended that 12-layer boards be used, come mostrato nella figura 3. Configuration of microstrip and stripline layers can safely reduce coupling of adjacent layers and improve impedance control. La messa a terra tra Layer 1 e Layer 2 isola il cablaggio di sorgenti di riferimento analogiche sensibili, CPU cores, Alimentatori filtranti PLL dal microprocessore e dai dispositivi DSP nel Layer 1. Power and connection layers always appear in pairs, proprio come fanno sulla scheda OC48 per condividere i 3.3V power layer. Ciò ridurrà l'impedenza tra l'alimentazione elettrica e il terreno, thereby reducing the noise on the power signal.

Per evitare linee di clock digitali e linee di segnale analogico ad alta frequenza vicino allo strato di potenza, altrimenti, il rumore del segnale di alimentazione sarà accoppiato al segnale analogico sensibile.

Per soddisfare i requisiti del cablaggio del segnale digitale, Un'attenta considerazione dovrebbe essere data all'uso di alimentatori e aperture spaccate in strati di messa a terra analogici, especially at the input and output ends of hybrid signal devices. Viaggiare attraverso un'apertura nello strato di segnale adiacente può causare impedenza discontinua e cicli di linea di trasmissione scadenti. These all cause signal quality, Tempistica e problemi dell'IME.

Sometimes adding several grounding layers or using several peripheral layers for the local power or grounding layer under one device can remove the openings and avoid these problems. Più strati di messa a terra sono utilizzati sulla scheda di interfaccia OC48. Keeping the opening and wiring layers stacked symmetrically avoids jamming and simplifies the fabrication process. Perché 1 oncia di lamiera rivestita di rame può resistere ad alta corrente, 1 ounce of copper clad sheet is used for 3.Strato di alimentazione 3V e corrispondente strato di messa a terra, and 0.5 oncia di foglio rivestito di rame può essere utilizzato per altri strati, which can reduce the voltage fluctuation caused by transient high current or during peak period.

Se si sta progettando un sistema complesso dal piano terra in su, è necessario utilizzare schede di 0,093 pollici e 0,100 pollici di spessore per sostenere lo strato di cablaggio e lo strato di isolamento del suolo. Lo spessore della carta deve anche essere regolato in base alle dimensioni caratteristiche del cablaggio dei cuscinetti e dei fori passanti in modo che il rapporto tra il diametro del foro e lo spessore della carta finita non superi il rapporto larghezza-altezza dei fori metallizzati forniti dal produttore.

Se si desidera progettare un basso costo, high-yield commercial product with a minimum number of layers of wiring, Considerare attentamente i dettagli di cablaggio di tutte le fonti di alimentazione speciali sul circuito stampato a segnale misto prima di posare o cablare. Have the target manufacturer review the initial layered plan before starting the layout and wiring. Fondamentalmente gli strati sono basati sullo spessore del prodotto finito, the number of layers, il peso del rame, the impedance (with tolerance) and the minimum size of through-hole pads and holes, e il fabbricante dovrebbe formulare una raccomandazione scritta per la stratificazione.

It is recommended that all configurations of controlled impedance striplines and microstrip lines be included. Considera di combinare le tue previsioni di impedenza con quelle del Produttore di circuiti stampati PCB. These impedance predictions can then be used to validate the signal wiring characteristics in the simulation tool used to develop CAD wiring rules.