PCB Блог - разница между моделирующими и цифровыми схемами

В настоящем документе рассматриваются основные сходство и различия между аналоговыми и цифровыми проводами с точки зрения блокировочных конденсаторов, питание, ground design, ошибка напряжения, and electromagnetic interference (EMI) caused by PCB board routing. The increasing number of digital designers and digital circuit board designs in the engineering field reflects the trends in the industry. Несмотря на то, что внимание, уделяемое цифровым дизайнам, привело к значительным достижениям в области электронной технологии, there is, Так всегда, a portion of circuit design that interfaces with analog or real-world environments. политика маршрутизации в аналоговых и цифровых доменах имеет некоторые сходные черты, Но говоря о лучших результатах, simple circuit routing design is no longer the solution due to their different routing strategies.

1. Similarities of Analog and Digital Routing Strategies

1.1 Bypass or decoupling capacitors
Both analog and digital devices require these types of capacitors when wiring, and both require a capacitor close to its power pin, обычно 0.1uF. сбоку питания системы нужен другой тип конденсатора, usually the value of this capacitor is about 10uF. диапазон значений конденсатора от 1 до 1/10 and 10 times the recommended value. Однако, the pins must be short and as close as possible to the device (for 0.1uF capacitors) or the power supply (for 10uF capacitors). Adding bypass or decoupling capacitors on the board, Положение конденсаторов на платы, is common sense for both digital and analog designs. но интересно, the reasons are different. при проектировании аналоговой проводки, bypass capacitors are usually used to bypass high-frequency signals on the power supply. если не добавить блокировочный конденсатор, these high-frequency signals may enter sensitive analog chips through the power supply pins. В общем, the frequencies of these high-frequency signals exceed the ability of the analog device to reject high-frequency signals. если в моделирующей цепи не используется блокировочный конденсатор, Он будет шуметь и шуметь, in more severe cases, вибрация в сигнальном канале.

For digital devices such as controllers and processors, ещё нужен развязывающий конденсатор, but for different reasons. одна из функций этих конденсаторов заключается в том, чтобы служить "мини" хранилищем энергии. In digital circuits, при переключении на режим сетки обычно требуется значительное количество тока. Having an extra "spare" charge is beneficial due to switching transients on the chip and through the board when switching. если не хватает электричества для выполнения операции переключения, it will cause a large change in the supply voltage. слишком большое изменение напряжения может привести к тому, что уровень цифрового сигнала вступит в неопределенное состояние, и может привести к неправильному поведению машины в цифровом оборудовании. ток переключения по линии платы следа вызовет изменение напряжения. паразитная индуктивность в линиях поведения платы. The following formula can be used to calculate the voltage change: V = LdI/dt. where V = change in voltage; L = inductive reactance of board traces; dI = change in current flowing through the trace; dt = time for current to change. поэтому, it is good practice to apply bypass (or decoupling) capacitors at the power supply or at the power supply pins of active devices for a number of reasons. кабели питания и заземления должны укладываться вместе. хорошее место расположения линий электропитания и заземленных кабелей, Это уменьшает возможность электромагнитных помех. If the power and ground wires are not properly matched, проектировать контур в системе, может вызвать шум. на этой доске, the designed loop area is 697cm2. радиационный шум на платы или за ее пределами вряд ли вызовет напряжение в контуре. различия в политике маршрутизации аналоговых полей и цифровых полей.

The basics of circuit board layout apply to both analog and digital circuits. основной эмпирический закон - это использование плоскости без перебоев. This common sense reduces the dI/dt (current versus time) effect in digital circuits, Это меняет потенциал земли и вводит шум в аналоговую цепь. техника проводки цифровых и аналоговых схем практически одинакова, with one exception. Еще одна точка, на которую необходимо обратить внимание в моделирующей цепи, заключается в том, чтобы как можно дальше от аналоговой схемы соединять линии цифровой сигнализации и кольцевые цепи в толще. Это может быть достигнуто путем подключения аналоговой плоскости земли к системе заземления, или поместить аналоговую схему в удаленный конец платы, В конце отряда. This is done to keep the signal path free from external interference. Это не нужно для цифровых схем, Он может выдержать большой шум на поверхности земли, без проблем.

1.2 Location of components
As mentioned above, в каждой конфигурации PCB, the noisy and "quiet" (non-noisy) parts of the circuit are separated. Вообще говоря, digital circuits are "rich" in noise and insensitive to noise (because digital circuits have a larger voltage noise margin); in contrast, ограничение по напряжению и шуму в моделирующей цепи гораздо меньше. один из двух, analog circuits are sensitive to switching noise.

в проводке системы смешанной сигнализации, Эти две цепи разделены. Two basic parasitic components that can cause problems are easily formed in PCB board design: parasitic capacitance and parasitic inductance. время проектирования платы, близость двух регистрирующих каналов создает паразитную емкость. This can be done: on two different layers, один след на другой; На том же этаже, поместить одну дорожку рядом с другой. In both trace configurations, a change in voltage over time (dV/dt) on one trace may generate current on the other trace. если другой канал записи является высоким сопротивлением, the current created by the electric field will be converted to voltage. мгновение быстрого напряжения обычно происходит в цифровом конце аналогового сигнала. Если канал регистрации с переменным быстрым напряжением приближается к аналоговому каналу записи с высоким сопротивлением, то эта ошибка серьезно влияет на точность аналоговой схемы. в такой обстановке, analog circuits have two disadvantages: their noise margin is much lower than that of digital circuits; high-impedance traces are more common. использование одной из двух следующих технологий может уменьшить это явление. A common technique is to vary the size between traces according to the equation for capacitance. действительный размер изменен на расстояние между двумя дорожками. Note that the variable d is in the denominator of the capacitance equation, увеличение с d, понижение ёмкостного реактивного сопротивления. Другая переменная, которую можно изменить, это длина двух дорожек. In this case, длина L уменьшается, а емкостное сопротивление между двумя дорожками записи уменьшается.

Another technique is to route a ground trace between these two traces. заземление имеет низкое полное сопротивление, Добавление такого следа ослабит интерференционное поле. принцип паразитной индуктивности в схеме аналогичен принципу паразитной емкости. It is also to lay two traces. на двух разных уровнях, поместить один трек на другой; На том же этаже, поместить одну дорожку рядом с другой, as shown in Figure 6. Настройка обоих типов трассировки, the change of current on one trace with time (dI/dt) will generate voltage on the same trace due to the inductive reactance of this trace; and due to the existence of mutual inductance, it will A proportional current is drawn on the other trace. Если напряжение на записи меняется достаточно, the interference can reduce the voltage tolerance of the digital circuit and cause errors. Это явление не является уникальным для цифровых схем., but it is common in digital circuits where large transient switching currents exist. устранение потенциального шума в источнике EMI, Включить "тихую" аналоговую линию с шумом I/O ports. Попробуйте реализовать низкоомное питание и сеть заземления, индуктивное сопротивление проводов цифровых схем должно быть сведено к минимуму, and the capacitive coupling of the analog circuit should be minimized.

2. Summary
Cabling strategies are often presented as a rule of thumb because it is difficult to test the ultimate success of a product in a laboratory environment. поэтому, despite the similarities in the routing strategies of digital and analog circuits, Важно понять и серьезно отнестись к различиям в политике маршрутизации. Once the digital and analog ranges are determined, careful routing is critical to a successful PCB board.