阐明混合信号电路设计

关键的外卖

• 混合信号电路设计的核心。
• 设计方法缓解任何混合信号问题过程中遇到的布局。
• 地平面设计的重要性在混合信号系统。

混合信号电路设计围绕着两者之间的数据存储和传输模式。

电子输入和输出可以表示为模拟或数字信号,根据组件的机制接受和发送一个信号。格式有其个人的长处时,真正的力量在模拟和数字设计出现两种风格都结婚了。单独,信号系统的交流只能在各自的领域,但通过使用数-模或模拟-数字转换器(DAC和ADC)是可能的I / O组件之间的接口,否则将被锁定到一个模式。这个联盟允许大量的灵活性在设计和开发,为用户提供最好的两个世界在数据采集、存储、传输、和其他基本信号特征。

然而,天下没有免费的午餐在混合信号电路设计。模拟和数字电路的设计要求和业务需求会导致自己的战斗性能如果设计师是不小心。来确保最佳实践维护两个模拟和数字系统,必须采用一些看似矛盾的设计原则。尽管这种混合信号的方法可能不同于一个传统的板布局,最大化的终极目标信号完整性是相同的。

定义和探索混合信号电路设计

混合信号设计指的是集成的数字模拟电路在相同的董事会。一般来说,模拟信号产生以外的领域,必须转换为数字信号;这不包括数字信号的形式传输各种数据协议。虽然混合信号可以共存,必须注意妥善隔离侵略者和受害者信号从一个另一个防止不必要的噪音。通常,它是更容易的模拟信号数字的影响由于后者的快速交换的本质,而不是反之亦然。在设计的过程中,这表现为混合信号设计背后的核心理念:隔离。布局应该注意的模拟和数字电路,这是理想情况下划定的工程师示意图。

布局规划

对于任何设计布局规划是至关重要的,但是需要额外的性能的混合信号设计的领域。董事会没有混合信号的约束,通常不需要担心在这样一个包罗万象的方式之间的交互信号。而布局采取的预防措施,避免过度耦合或路由太接近交换节点电力系统和其他常见侵略者,混合信号规划可以感觉的碰撞两种截然不同的董事会被迫进入一个空间的范围。要实现这一点,需要鼓励分离设计的模拟和数字电路作为中央一步布局位置准备阶段。

数字和模拟区域

虽然有很多因素需要考虑和平衡在布局,设计者可以开始将董事会在数字和模拟区域。布局也以这种方式相吻合的模拟和数字I / O功能,分别为:高阻抗模拟输入和高速数字输出将被引入相反的边缘,形成一个浅显易懂的设计流程。从那里,最积极的或敏感的信号应该尽可能远离中心互动的可能性降到最低。工作内的极端的数字/模拟分裂,更靠近电路和组件将那些容易受到任何耦合,相声,等,最终抵达的模拟和数字系统之间的交叉点。

如何解决布局问题的混合信号设计

有许多布局技术,鼓励信号传播的最佳实践在混合架构。设计过程中遇到的问题可以操作系统级别之间的(平面布置图开始/位置)和董事会的物理特性,包括互联。一些常见的实现用于隔离的模拟和数字混合信号板包括:

• 微分耦合——一个运放反相和非反相输出需要考虑中的固有噪声信号。这个设置一个常见的问题是,如果两个信号失真,不占相同的信号相位,可能导致问题在运行时为敏感信号,需要有一个紧张的旅行速度宽容。为了实现这一点,两个放大器的输入信号问题系高,有一些特性阻抗应用于系列源和输入之间的线。就像一对标准微分需要函数作为镜像字里行间理想消除背景噪音,电路设计和布局是同样重要的是建立在专用线路信号的完整性。
  
• 屏蔽——屏蔽提供设计师选择使他们与外部交互设计。这可能发生在几个不同的方式:护环可以在两相邻层保护敏感信号的垂直平面内(平行于分层盘旋飞行)或在一个信号层。从根本上讲,屏蔽不显著差异背后的想法从一个健康的地面/电力设计:防止缓慢的模拟信号与数字相关的快速切换线的点缀侵略者之间的地面层(或跟踪)/受害者信号对。模拟优先/数字混合信号之间的中介由于两个输出的相对速度以及事实数字来源于模拟信号(而相反的是不正确的)。
  
• 额外的方法——在其核心,好的混合信号设计实践是好的设计实践。设计师可以提高性能并限制不必要的模拟和数字之间的交互通过保持跟踪短,直接和通过路由和设计栈跟踪正在运行垂直相邻层。面向垂直和水平的痕迹之间的交替最小化信号相邻层之间的交互。

流的问题自然隔离的数字和模拟地如何把它们在一起。一般来说,一个节点将代表欧盟的两个参考电压,但是实现可以被视为选择digital-in-analog,反之亦然。前哲学有助于更好的性能,模拟地面是不太可能经历重大的瞬态电压(基准面)在任何给定的时刻。是否慢模拟速度快模拟信号的性质有显著的乐队总富达颠簸时技术的上限和下限。数字没有这样的预订和能够迅速攀升,潜水纳秒内高和低电压阈值。通过设计电路中重叠的更多限制这两个参考平面,这是更容易确保信号越容易受到充分保护。

两个混合信号之间的接地线放置在靠近可以中断侵略者/受害者信号交互。

在混合信号系统的重要性

返回的飞机需要在某种更大的作用的存在两个功能上相似但不同的理由。返回路径最小化,同时提供一个一致的引用任何实际板的主要设计因素设计;俯瞰或覆盖地平面的角色限制电场的能量是EMI泄漏和其他热的重要原因和电气问题。如果不够有关,一个地面不足可能缺乏调节温度作为热沉的能力,导致损坏组件或董事会,或者更糟的是,周围的运营商和财产。虽然地面平面设计是任何董事会的关键,设计师需要了解混合信号考虑提供的额外的皱纹微积分。

地面的作用可以在设计过程中讨论的一个重要点。毕竟,如果地面地面,各自为各自的目的的混合信号?而正确地设计参考飞机所有意图和目的与其他相同,问题源自快速交换数字信号的固有的吵闹。噪音没有减排技术,这可以很容易地夫妇更敏感的模拟信号返回路径,导致不稳定的性能。

也许最危险的尝试解决一个混合系统的两个理由是设计师加工返回层与差距分离两个地面的飞机。尽管这个决定背后的动力似乎声音,现实情况是,差距在参考平面覆盖原因返回电流形成更长的和迂回的循环,导致EMI测试期间排放可能导致失败。更糟糕的是,返回路径的模拟或数字设备可能会发现他们最无意的(从设计师的角度)的直接路线通过针交替混合信号模式。看似小的调整,重塑铜等飞机/形状狭窄空间模拟和数字引用满足,可以使高密度电流的影响区域,导致可能的材料如果设计缺乏压力和失败的能力充分去除热量。

大型的飞机在周长最小凹面充分允许电流通过飞机而传播后阻抗最小的路径。唯一的额外的考虑,需要对混合信号系统是数字和模拟之间的交互。假设布局大致分离模拟和数字电路,重点放在最不兼容模拟和数字I / O信号,路由两个参考平面的也应该是相同的和缺乏任何有意义的区别。

地面设计并不总是激动人心的不足,但它可以同样具有破坏性。

混合信号电路设计没有极大的区别标准设计——即便是最环保的设计师可能有一定程度的熟悉底层概念。不管你的专业知识水平,节奏提供了一个全面的PCB设计和分析软件包,可以覆盖所有混合信号电路设计的需要。作为PCB特性趋势向上,密度和复杂的设计OrCAD PCB设计者有助于减轻设计过程;直观的用户界面,设计师不必牺牲功能和权力布局为一个容易操作的软件解决方案。