Análise de integridade de sinal e projeto de PCB em circuito misto analógico-digital de alta velocidade

No processo de sistema eletrônico cuja frequência de clock aumenta cada vez mais, os problemas de integridade do sinal surgem gradualmente, como sequência de temporização incorreta e reflexão incorreta das linhas de transmissão, influenciando negativamente o funcionamento normal do sistema de circuito. Além disso, os traços no PCB tornam-se tão compactos que o ruído de diafonia será gerado e a transmissão do sinal obtém um efeito ruim. Para circuitos mistos analógico-digitais de alta velocidade, de acordo com a situação prática de execução do sinal, o design da PCB deve ser razoavelmente implementado para resolver problemas de integridade do sinal, aumentar constantemente a qualidade da transmissão do sinal e fornecer fontes de informações importantes para o desenvolvimento de diferentes indústrias e campos.

Integridade do sinal do circuito misto analógico-digital de alta velocidade

A integridade do sinal refere-se à qualidade dos sinais nas linhas de sinal. Para garantir a integridade do sinal, certos requisitos devem ser atendidos, incluindo seguro de integridade do espaço e requisitos correspondentes de circuitos. Por exemplo, o requisito de nível baixo deve ser atendido para uma entrada maximizada. Além disso, a integridade do tempo deve ser obtida e o tempo mínimo de manutenção do circuito deve ser deixado.

• Elementos que influenciam a integridade do sinal dos circuitos


1). Atraso


Geralmente, a transmissão do sinal depende de ligações no PCB e o atraso de transmissão pode ser causado no processo de transmissão. Uma vez que o atraso ocorre nos sinais transmitidos, a sequência de temporização do sistema de circuitos será influenciada, o que afeta ainda mais a integridade dos sinais. O atraso de transmissão deriva de alguns elementos, incluindo o comprimento dos condutores e a constante dielétrica do meio adjacente.


2). Ruído de reflexão e diafonia


Durante o funcionamento do sistema de circuitos, se ocorrerem problemas de vias de passagem e flexão nas redes de sinal, será produzido ruído de reflexão. E se ocorrer acoplamento eletromagnético entre redes de circuitos e sistemas de distribuição de energia, o ruído de diafonia será gerado para que os sinais sejam interferidos com a transmissão do sinal influenciada.

• Problemas a serem resolvidos para a integridade do sinal do circuito


1). Distribuição de poder


No processo de design de placa de circuito misto analógico-digital de alta velocidade, a rede de distribuição de energia deve ser analisada da cabeça aos pés. Ele precisa fornecer energia necessária para circuitos com baixo ruído, contendo VCC e aterramento. Além disso, tem que oferecer circuito de sinal correspondente com sinais que são gerados e recebidos no PCB como seu objeto principal.


2). Problema de crosstalk e aplicação de EMC


Crosstalk refere-se ao acoplamento de sinal redundante entre traços, com propriedades de capacitância e indutância. O crosstalk capacitivo é o acoplamento capacitivo entre as linhas de sinal e, uma vez que as linhas diferentes se aproximam, os problemas de crosstalk serão gerados. Crosstalk indutivo é o acoplamento de sinal entre bobinas de transformadores redundantes e problemas de crosstalk são gerados sob o efeito de loop de corrente. Com a ajuda de EMC (compatibilidade eletromagnética), todos os tipos de dispositivos e sistemas elétricos podem existir no ambiente eletromagnético. De algumas perspectivas, os sinais do sistema de circuito não serão influenciados como resultado do efeito da EMC e o desempenho e a função disponíveis não serão destruídos, levando a uma enorme quantidade eletromagnética no ambiente circundante, o que influencia o funcionamento normal dos dispositivos adjacentes.

Design de PCB de circuito misto analógico-digital de alta velocidade

Com base no entendimento completo da EMC, as regras devem ser seguidas. Durante o projeto de PCB, a área capturada pelo loop de corrente deve ser a menor possível para garantir que os sinais do circuito sejam capazes de passar suavemente e que a antena de loop de grande escala possa ser evitada. Além disso, planos de referência múltiplos não podem ser aplicados no processo de projeto, evitando-se a formação de antena dipolo caso a transmissão do sinal seja influenciada.

• Layout e roteamento


Durante o layout do componente, os circuitos analógicos e digitais devem ser isolados um do outro. Tome os sinais digitais como exemplo, o roteamento é implementado dentro de circuitos digitais. Como resultado, os sinais digitais não entrarão na área do sinal analógico, caso interfiram nos sinais analógicos e influenciem a transmissão normal dos sinais. O roteamento manual é necessário se os rastreamentos tiverem uma frequência relativamente alta. Portanto, as posições nas quais os conectores de entrada e saída são colocados devem ser observadas e o roteamento de circuitos analógicos e digitais deve ser bem tratado para evitar influência mútua. Redes de energia e terra com baixa impedância devem ser aplicadas para evitar reatâncias indutivas relativamente grandes sofridas por cabos de circuitos digitais e acoplamento capacitivo em linhas analógicas. Além disso, certa distância deve ser mantida mutuamente se os circuitos digitais tiverem uma frequência relativamente alta e as linhas analógicas tiverem uma sensibilidade relativamente forte.

• Linhas de energia e terra


No processo de projeto, as linhas de aterramento devem ser razoavelmente roteadas e processadas para aumentar o desempenho do circuito. Ao otimizar o projeto de circuito misto analógico-digital de alta velocidade, o método deve ser totalmente compreendido em termos de circuitos de volta ao solo. Se as linhas do plano de terra precisarem ser divididas, o roteamento de espaçamento deve ser cruzado. A conexão de ponto único é necessária para conectar o aterramento dividido e estabelecer uma ponte de conexão. Com base na otimização de roteamento através da ponte de conexão, o caminho de retorno de circuito direto deve ser organizado sob cada linha de sinal. Naturalmente, os dispositivos de isolamento óptico podem ser aplicados para dividir o espaçamento do sinal entre os campos. No processo de projeto de PCB, o circuito digital e o circuito analógico devem ser aplicados de forma abrangente com atenção ao roteamento do sinal do circuito para lidar efetivamente com os problemas práticos. Os resultados do teste de PCB misto analógico-digital de alta velocidade devem ser totalmente analisados ​​para otimizar o esquema de projeto e a EMC deve ser aplicada de forma flexível com o PCB razoavelmente projetado. Além disso, em termos de placas de circuito impresso de sinal misto, a potência digital e analógica independente deve ser obtida e a superfície de potência deve ser controlada com a ajuda da superfície de potência dividida.

• Processamento de dispositivos híbridos


De um modo geral, os dispositivos híbridos possuem oscilação de cristal e o interior dos dispositivos é composto por circuito digital e circuito analógico. No processo de projeto, os pinos de DGND e AGND devem ser conectados à mesma baixa impedância e os cabos devem ser o mais curtos possível para garantir que todo o DGND seja capaz de passar. Embora a corrente digital dentro do conversor entre no plano de terra analógico, uma interferência relativamente grande não será produzida nos sinais e a transmissão normal de informações pode ser garantida. Com base nisso, os pinos dos circuitos digitais e analógicos precisam ser conectados ao plano de energia analógico e estar perto do capacitor de desvio.

Recursos úteis:
• Considerações sobre layout de sinal misto
• 3 técnicas de roteamento no projeto de circuito de sinal de alta velocidade de PCB
• Método de supressão de reflexão de sinal em layout de PCB de alta velocidade
• Alto -Desafios de design de PCB de velocidade na integridade do sinal e suas soluções
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