PCB Блог - Дизайн разделов гибридных сигналов PCB - панелей

Что касается платы PCB, как уменьшить помехи между цифровыми и аналоговыми сигналами? Перед проектированием необходимо понять два основных принципа электромагнитной совместимости: первый принцип - минимизация площади электрического контура; Второй принцип заключается в том, что система использует только одну опорную плоскость. Вместо этого, если система имеет две опорные плоскости, возможно образование дипольной антенны (обратите внимание: излучение небольшой дипольной антенны пропорционально длине линии, количеству тока и частоте). Если сигнал не возвращается через как можно меньшее кольцо, может быть сформирована большая круглая антенна. При проектировании, насколько это возможно, следует избегать и того, и другого.

Было предложено отделить цифровое и аналоговое заземление от гибридной сигнальной платы для обеспечения изоляции между цифровым и аналоговым заземлением. Хотя этот подход возможен, он имеет много потенциальных проблем, особенно в крупных и сложных системах. Ключевая проблема заключается в том, чтобы не пересекать проводку с зазором, и как только она проходит через зазор, электромагнитное излучение и сигнальные помехи резко возрастают. Одной из распространенных проблем при проектировании PCB - панелей является проблема EMI, вызванная прохождением сигнальной линии через землю или источник питания. Используя вышеуказанный метод разделения, сигнальные линии пересекают промежуток между двумя местами, и каков путь возврата сигнального тока? Предположим, что два раздела соединяются в определенной точке (обычно в одной точке), и в этом случае ток заземления образует большой контур. Высокочастотный ток, протекающий через большой контур, будет генерировать излучение и высокую индуктивность заземления. Если низкоуровневый аналоговый ток протекающий через большой контур подвержен воздействию внешних сигналов. Плохо то, что, когда эти части соединяются между собой в источнике питания, образуется очень большой электрический контур. Кроме того, дипольные антенны формируются в аналоговом и цифровом виде через длинные провода.

Понимание пути и режима обратного тока на землю является ключом к оптимизации конструкции гибридной платы. Многие инженеры - конструкторы рассматривают только направление сигнального тока, игнорируя конкретный путь тока. Если заземление должно быть разделено и проводка должна проходить через зазор между разделами, то можно провести одноточечное соединение между подземными слоями раздела, чтобы сформировать соединительный мост между двумя заземленными слоями, а затем через соединительный мост. Таким образом, путь возврата постоянного тока может быть обеспечен под каждой сигнальной линией, создавая небольшую площадь кольца.

Оптические изоляционные устройства или трансформаторы также могут использоваться для достижения сигнала через сегментный зазор. Для первого это световой сигнал, который пересекает разделительный промежуток. В случае трансформаторов магнитное поле пересекает зазор между перегородками. Также возможны дифференциальные сигналы: сигналы поступают с одной линии и возвращаются с другой, и в этом случае они неоправданно используются как обратные пути.

Исследуйте помехи цифровых сигналов от аналоговых сигналов, прежде всего, чтобы понять характеристики высокочастотного тока. Высокочастотный ток всегда выбирает сопротивление (индуктивность), то есть путь прямо под сигналом, поэтому независимо от того, является ли соседний слой слоем питания или заземлением, обратный ток течет через соседний слой схемы. На практике обычно предпочтительно разделить единый PCB на аналоговые и цифровые части. Имитационный сигнал направляется в аналоговую область на всех уровнях пластины, а цифровой сигнал - в область цифровой схемы. В этом случае цифровой сигнал возвращается в место, где ток не поступает в аналоговый сигнал. Вмешательство цифрового сигнала в аналоговый сигнал происходит только тогда, когда цифровой сигнал проходит через цифровую часть платы или аналоговый сигнал проходит через схему. Проблема заключается не в отсутствии разделения, а в неправильной проводке цифровых сигналов.

Конструкция PCB, основанная на едином разделении цифровых и аналоговых схем и соответствующей сигнальной проводке, обычно решает некоторые из более сложных проблем компоновки и проводки, но также не имеет некоторых потенциальных проблем, связанных с разделением заземления. В этом случае макет и раздел компонентов имеют решающее значение для определения качества дизайна. При правильной компоновке цифровой ток заземления будет ограничен цифровой частью платы и не будет мешать аналоговому сигналу. Такие провода должны быть тщательно проверены, чтобы убедиться, что они на 100% соответствуют правилам подключения. В противном случае неподходящая сигнальная линия полностью уничтожит очень хорошую плату.

При соединении аналоговых и цифровых заземленных выводов преобразователя A / D большинство производителей преобразователей A / D рекомендуют использовать короткие провода для соединения выводов AGND и DGND с одним и тем же заземлением с низким сопротивлением (примечание: поскольку большинство чипов преобразователя A / D не соединяют аналоговые и цифровые заземления друг с другом, аналоговые и цифровые заземления должны быть соединены внешними выводами), любое внешнее сопротивление, подключенное к DGND, связывает больше цифрового шума с аналоговыми схемами внутри IC с помощью паразитных конденсаторов. В соответствии с этим предложением, как AGND, так и DGND должны быть подключены к аналоговому заземлению, но этот метод поднимает такие вопросы, как должен ли заземление конденсатора цифровой связи сигнала быть подключено к аналоговому или цифровому месту.

Если в системе есть только один преобразователь A / D, эти проблемы могут быть легко решены. Заземление разделено, а аналоговые и цифровые заземления соединены под преобразователем A / D. При использовании этого метода необходимо убедиться, что ширина моста между двумя позициями равна ширине IC и что нет сигнальной линии, которая могла бы проходить через зазор раздела. Если в системе много преобразователей A / D, например, как подключить 10 преобразователей A / D? При подключении аналогового и цифрового заземления под каждым преобразователем A / D будет создано многоточечное соединение, и изоляция между аналоговым и цифровым местом будет бессмысленной. Если вы этого не сделаете, вы нарушите требования производителя. Все началось с униформы. Как показано на рисунке 4, земля равномерно разделена на аналоговую и цифровую части. Эта компоновка не только отвечает требованиям производителей устройств IC к аналоговым и цифровым соединениям с низким сопротивлением заземления, но и избегает проблем EMC, вызванных кольцевой или дипольной антенной.

Если у вас есть сомнения относительно единого метода проектирования гибридных сигналов PCB, вы можете использовать метод разделения пластов для компоновки и проводки всей платы. При проектировании следует обратить внимание на то, что в последующих экспериментах монтажные платы легко соединяются с трамплином с интервалом менее 1 / 2 дюйма или резистором 0 ом. Обратите внимание на разделы и проводки, чтобы убедиться, что цифровые сигнальные линии отсутствуют над аналоговыми частями всех слоев, а аналоговые сигнальные линии отсутствуют над цифровыми частями. Кроме того, ни одна сигнальная линия не должна проходить через зазор заземления или разделять зазор между источниками питания. Чтобы проверить функциональность панели и производительность EMC, соедините два этажа через резистор 0 Ом или трамплин, чтобы повторно проверить производительность панели и производительность EMC. Сравнительные тесты показали, что практически во всех случаях унифицированные решения превосходят раздельные решения с точки зрения функциональности и производительности EMC.

Остается ли в силе метод разделения земли?

Этот метод может быть использован в трех случаях: некоторые медицинские устройства требуют очень низкого тока утечки между цепями и системами, подключенными к пациенту; Выход некоторых устройств управления промышленными процессами может быть связан с шумным и мощным электромеханическим оборудованием; В другом случае компоновка PCB имеет определенные ограничения. Гибридные сигнальные PCB - панели обычно имеют отдельные цифровые и аналоговые источники питания, которые могут и должны иметь отдельные уровни питания. Однако сигнальные линии, прилегающие к энергетическому слою, не могут проходить через промежуток между источниками питания, и все сигнальные линии, проходящие через промежуток, должны находиться на уровне цепи, прилегающем к большой площади. В некоторых случаях аналоговый источник питания может быть спроектирован как соединение PCB, а не одна сторона, чтобы избежать разделения поверхности питания.

Конструкция гибридных сигнальных PCB - панелей является сложным процессом, и в процессе проектирования следует обратить внимание на следующие моменты:

Разделите PCB - панели на отдельные аналоговые и цифровые части.

2.Правильная компоновка компонентов.

3.A / D Конвертер помещается через перегородку.

4.Не разделяйте землю. Модельная и цифровая части монтажных плат равномерно уложены.

На всех уровнях PCB - платы цифровой сигнал может быть маршрутизирован только в цифровой части PCB - платы.

Во всех слоях пластины PCB аналоговый сигнал может быть маршрутизирован только в аналоговой части пластины PCB.

7. Аналитическое и цифровое разделение источников питания.

Подключение не должно пересекать промежуток между отдельными поверхностями питания.

9. Сигнальные линии, которые должны пересекать промежутки между отдельными источниками питания, должны находиться на проводке, прилегающей к большой площади.

10. Анализ фактического пути и способа тока заземления.

11. Используйте правильные правила подключения.