精密PCB製造、高周波PCB、高速PCB、標準PCB、多層PCB、およびPCBアセンブリ。
最も信頼性の高いPCB&PCBAカスタムサービスファクトリー。
PCBブログ
PCBボード混合信号分配設計
PCBブログ
PCBボード混合信号分配設計

PCBボード混合信号分配設計

2022-03-16
View:113
Author:pcb

アバウト PCBボード,ディジタルとアナログ信号の間の干渉を減らす方法? 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. 反対に, システムが2つの参照面を持つなら, it is possible to form a dipole antenna (note: the radiation of a small dipole antenna is proportional to the length of the line, 流れの量, and the frequency). シグナルが最小の可能なループを通して戻らないなら, 大きな円形アンテナを形成してもよい. 可能な限りあなたのデザインの両方を避ける.

PCBボード

デジタルグラウンドとアナロググランドとの間の分離を達成するために、混合信号回路基板上のデジタルグラウンドとアナロググラウンドとを分離することが提案されている. このアプローチは可能ですが, 多くの潜在的な問題がある, 特に大規模で複雑なシステムで. 重要な問題はギャップ配線を交差させることではない, 一度ギャップ配線, 電磁放射と信号クロストークは劇的に増加する. 一般的な問題 PCBボード 設計は、地面または電源を横切っている信号線に起因するEMI問題です. 我々は、上記のセグメンテーション法を使用します, そして、信号線は2つのグランドの間のギャップをまたぐ, 信号電流の戻り経路は何ですか? Suppose the two partitioned lands are connected at some point (usually a single point at one point), その場合、地球の電流は大きなループを形成する. 大きなループを流れる高周波電流は放射線と高い接地インダクタンスを発生する. 大きなループを流れる低レベルのアナログ電流が外部信号によって干渉されやすい場合. 悪いことは、セクションが電源で一緒に接続されるときです, 非常に大きな電流ループが形成される. 加えて, 長いワイヤをダイポールアンテナで接続したアナログ・ディジタルグランド.


接地への電流逆流の経路とモードを理解することは,混合信号回路基板設計を最適化するための鍵である。多くの設計エンジニアは、信号電流が流れる場所を考慮するだけで、電流の特定の経路を無視する。グランド層が分割されなければならなくて、区画間のギャップを通して発送されなければならないならば、一つの点接続は2つの接地層の間の接続ブリッジを形成して、それから接続ブリッジを通して発送されるために分割された地面の間で作られることができます。これにより、各信号線の直下に直流逆流経路を設けることができ、ループ面積が小さくなる。


光分離デバイスまたは変圧器はまた、セグメンテーションギャップを横切る信号を実現するために使用することができる。前者はセグメンテーションギャップにまたがる光信号である。変圧器の場合、それは分配ギャップにまたがる磁場である。差動信号も可能である:信号は1つのラインから流れて、他方から戻る。そして、その場合、それらは不必要に逆流流として使われる。


ディジタル信号のアナログ信号への干渉を調べるためには,まず高周波電流の特性を理解しなければならない。高周波電流は常に信号の直下のインピーダンス(インダクタンス)を選択するので、隣接する層が電力または接地層であるか否かに関係なく、リターン電流は隣接する回路層を流れる。実際には、一般的に、アナログおよびデジタル部品に均一なPCBパーティションを使用することが好ましい。デジタル信号は、デジタル回路領域において、発送される。この場合、デジタル信号の戻り電流はアナログ信号のグランドには流れない。ディジタル信号からアナログ信号への干渉は、デジタル信号がオーバーロードされるとき、またはアナログ信号が回路基板のデジタル部分上にルーティングされるときにのみ発生する。この問題はセグメンテーションの欠如のためではなく、本当の理由はデジタル信号の不適切な配線である。


PCBの設計は、デジタル回路とアナログ回路の分割と適切な信号配線を介して統一されて使用され、通常、より困難なレイアウトと配線の問題のいくつかを解決することができますが、また、地上セグメンテーションによって引き起こされるいくつかの潜在的なトラブルを持っていません。この場合、コンポーネントのレイアウトおよび分割は、デザインの品質を決定する際に重要になる。適切にレイアウトされると、デジタル接地電流はボードのデジタル部分に制限され、アナログ信号と干渉しない。このような配線を慎重にチェックし、100 %の配線規則を遵守するためにチェックしなければならない。そうでなければ、不適切な信号線は完全に非常に良い回路基板を破壊します。


エー/D変換器のアナログおよびデジタル接地ピンを一緒に接続する場合、ほとんどのA/Dコンバータ製造業者は、ショートリードを使用してAGNDおよびDGNDピンを同じ低インピーダンスグランドに接続することを推奨している(注:ほとんどのA/Dコンバータチップは、内部的にアナログおよびデジタルグランドを一緒に接続しないので、アナログピンとデジタルグラウンドは外部ピンを介して接続されなければならない)。DGNDに接続された任意の外部インピーダンスは、寄生容量を介してIC内部のアナログ回路により多くのデジタルノイズを結合する。この勧告に続いて、A/D変換器AGNDおよびDGNDピンの両方をアナログ接地に接続する必要があるが、この方法は、デジタル信号デカップリングコンデンサの接地端がアナログまたはデジタルグラウンドに接続されるべきかどうかのような疑問を提起する。


システムが1つのA/Dコンバータを有する場合、上記の問題は容易に解決されることができる。グランドは分割され、A/D変換器の下でアナログおよびデジタルグランド部分が一緒に接続される。この方法を採用する場合、2つのサイト間のブリッジ幅がIC幅と等しく、信号線がパーティションギャップを横切ることがないことを保証する必要がある。システムが多くのA/Dコンバータを有する場合、例えば、10 A/Dコンバータはどのように接続するか。A / D変換器の下でアナログとデジタルのグラウンドを接続すれば、多点接続が起こり、アナログとデジタルの間のアイソレーションは意味がない。そうしない場合は、メーカーの要件に違反します。それをする方法は制服から始めることです。図4に示すように、グランドは一様にアナログおよびデジタル部品に分割される。このレイアウトは、アナログおよびデジタル接地ピンの低インピーダンス接続のためのICデバイス製造業者の要件を満たしているだけでなく、ループアンテナまたはダイポールアンテナに起因するEMC問題を回避する。


混合信号PCB設計の統一されたアプローチに疑問があるならば、あなたは回路層全体をレイアウトして、配線するために、グランド層分割の方法を使うことができます。設計においては、回路基板をジャンパまたは0オームオーム抵抗器と一緒に接続することが容易になるよう注意しなければならない。デジタル信号線がすべての層の上でアナログ部分より上でないことを確実とするためにゾーニングと配線に注意してください、そして、どんなアナログ信号線もデジタルセクションより上にありません。さらに、信号線はグランドギャップを横切ったり、電源間のギャップを分割する必要はない。ボードの機能とEMCパフォーマンスをテストするには、ボードの機能とEMCパフォーマンスをテストします。試験結果を比較すると,ほとんどすべての場合において,統一解は分割解に比べて機能性とemc性能の点で優れていることが分かった。


土地を分割する方法は、まだ働きますか?

このアプローチは、3つの状況で使用することができる。いくつかの医療デバイスは、患者に接続された回路とシステムとの間の非常に低い漏れ電流を必要とする;いくつかの工業プロセス制御装置の出力は、雑音の多い電力機械装置に接続されてもよいもう一つのケースは、PCBのレイアウトが特定の制限を受けるときです。通常、分割された電源面を有することができて、なければならない混合信号PCBボード上の別々のデジタルおよびアナログ電源は、ある。しかし、電源層に隣接する信号線は、電源間のギャップを越えることができず、ギャップを横断する全ての信号線は、大きな領域に隣接する回路層上に位置しなければならない。場合によっては、電力面分割を避けるために、1つの面ではなくPCB接続でアナログ電源を設計することができる。


混合信号 PCBボード デザインは複雑なプロセス, the design process should pay attention to the following points:

1. 分割する PCBボード 別々のアナログとデジタル部品に.

2. 適切なコンポーネントレイアウト.

3.A/Dコンバータはパーティションにまたがって配置されます.

4. 地面を分けるな. 回路基板のアナログ部とデジタル部は均一に敷設される.

5. すべての層で PCBボード, デジタル信号は、図2のデジタル部分においてのみルーティング可能である PCBボード.

6. すべての層で PCBボード, アナログ信号は、アナログの部分でのみルーティングできます PCBボード.

アナログ・ディジタル電力分離

8. 配線は分割電源表面間のギャップにはならない.

9. 分割電源間のギャップにまたがる信号線は、広い領域に隣接する配線層上に位置するべきである.

10. 実電流とモード解析.

11 .正しい配線規則を使う。