混合信号设计下一代的设备

关键的外卖

• 如何布局对混合信号电路板设计。
• 讨论限制电磁干扰(EMI)。
• 学习和参考平面设置可靠的信号。

混合信号现在发现几乎每一个新的电子设备上。拥有一个坚实的基础对于下一代的发展是至关重要的设备。

过去,电子产品用于由不同个人的电路板,每个国家都有自己特定的功能。然而,随着设备进一步最小化和增加功能,过去被淘汰的这些multi-board设计包含两个模拟和数字信息的单板——也被称为混合信号电路板。

现代电子记录和数字化现实世界的不同元素现在比以往任何时候都更;从温度、运动等等。这些不同的元素作为模拟信号捕获必须处理和转换模拟-数字转换器一个数字信号以接口与电脑和服务器。

混合信号电路板展示他们独特的挑战,确保这些模拟信号的完整性不引入显著噪音的董事会上还包含数字信号——这是混合信号设计的关键。让我们深入研究这种类型的设计,看看如何处理敏感的模拟电路,路由、功率输出和EMI屏蔽。

混合信号设计:基础知识

有很多进入与混合信号电路板。使用先进的CAD程序将帮助你组织出来。

许多混合信号设计技巧我们将讨论分为两类:第一是减少噪音等电磁干扰和第二个是使设计尽可能不受现有的噪声。

在路由铜之前,重要的是要建立一个强大的混合信号设计平面布置图。一个好的平面布置图将帮助组件位置和路由。这样做可以确保每个块的电路提供不同的功能在黑板上有自己的控制区域。为此,组相似目的互相模拟组件和做同样的数字组件。

最重要的是,互相独立的模拟和数字部分。进一步的数字部分是模拟越好。分离可以包括使用一个双面的顶部和底部板或单一的左和右板——只要他们之间有很大的空间。

一般来说,模拟信号是你需要这些预防措施。这些信号中存在一个连续范围,而数字信号是二进制,这在理论上,允许更大的误差与模拟。后可制造性设计(DFM)规则需要将部分最好的信号和电源完整性。这将有助于确保你的董事会的制造业是效率最高的产量。

混合信号组件的位置和布局

建立一个好的层分层盘旋飞行可以从你的董事会协助消除EMI。

一旦你的平面布置图,组件位置是良好的混合信号设计的下一步。如前所述,维护分区之间的模拟和数字电路将有助于减少串扰和EMI同时增加模拟信号的完整性。

保持重型电路为中心

重型数字circuitry-such处理器和内存一样大在产生大量的热量,中心在你的董事会更好的热耗散。他们会有很多路由连接,定心的组件将使他们更容易。其他数字组件应该密切adc和同样为中心。

设置旁路电容

一旦你把所有主要和大型组件,设置旁路电容。将这些电容器尽可能的接近你的数字电路。在地面反弹或功率峰值的情况下,他们可以帮助你保持可靠的电力设备。

允许直接路由

最后,作为一个经验法则,把你的部分,允许他们之间最直接的路由。避免创建你需要的情况下路由模拟电路数字电路之间,反之亦然。这将进一步帮助减少噪音和允许更短的痕迹,在后面一节中,我们将深入研究。

层分层盘旋飞行

你的董事会的成功依赖于图层分层盘旋飞行是如何配置的,具体你的力量和地面的飞机。路线之前,设置层很容易访问。具体来说,建立一个参考平面上的相邻层组件要求它更短的信号返回路径。这将有助于减少噪声,提高信号的完整性。当配置层分层盘旋飞行,记住你的平面布置图,确保你有适当的空间路由。

分层盘旋飞行层配置限制EMI也是必不可少的。虽然减少层数可能节省制造,它可能会创建一个最终结果与总体信号完整性被破坏。高速信号,信号非常敏感,应该互相孤立的噪声功率电路。一个好的解决方案是创建额外的层的分层盘旋飞行提供足够的层地面的飞机从EMI屏蔽这些信号。

路由指南

保持你的痕迹宽,短是一个主要安排混合信号设计的关键。

一旦你制定了组件在黑板上有一个很好的地面系统,大多数跟踪路由自然会下降。一般来说,两个基本规则路由:

1. 保持信号路径短,直接。
2. 防止痕迹的数字电路模拟电路。

在对信号通路的长度,这应该适用于所有你的电路模块。电源供应的痕迹应该保持特别短,尽可能宽降低电感。确保有一个短的信号返回路径参考面来减少流浪。保持你的路由以最小的过渡层,因为这也会增加长度。

高速电路,遵循的信号路径尽可能示意图。当路由跟踪和通过,还有一个创建天线的可能性,所以关注减少循环的大小。路由模拟痕迹与重要的通过也可以创建电感,所以减少图层转换为这个原因。

保护你的模拟信号将在设备可靠性是至关重要的。金属飞机在分层盘旋飞行可以提供大量的屏蔽。因此良好的实践路径敏感信号两个平面层之间的一个带状线配置。如果没有足够的空间更广泛的间距,使用警卫痕迹,防止串扰之间的两个平行模拟痕迹。这也可以作为模拟和数字痕迹之间的盾牌。最后,保护边界或栅栏功能分区之间通过的电路就可以形成。通过篱笆都有效且很容易投入,但是请注意,他们使用了大量的空间。

使用先进的PCB软件真的可以帮助这样的设计。将组件与具体间距宽度与各种痕迹宽度需要详细的数据库管理。使用您的计算机辅助设计系统的设计规则来管理这些约束将帮助你保持组织。

混合信号电路板的功率输出

拥有可靠的电力是积分电路性能强劲,尤其是对混合信号设计。每个电源的电路,它是与敏感的模拟和数字电路,同时也被附近的组件本身。

高速pcb经常遭受各种问题,如瞬变响了,由于其功率输出网络(生产)。为了处理这个问题,包括解耦电容在电源附近的设计和地面和电压层彼此相邻的分层盘旋飞行提供高interplane电容。

这张图片显示了一个地平面,通过在中心的巨大的差距。这巨大的差距在地平面大大扩展了返回信号路径,创造各种各样的电路不稳定。

飞机本身的布局也是你的董事会运作的关键。信号不应跨地区地面平面路由坏了(见上图)。差距与许多通过飞机或部分可以阻止信号的返回路径。这可能导致返回信号漫步回到源之前,这是一种EMI的主要原因和减少信号的完整性。确保信号最好的返回路径尽可能短板性能。

从EMI屏蔽你的董事会

几大EMI衬垫的例子,你可能想要安装在你的董事会。

信号可能会遭遇各种问题包括地面反射、串扰、电源噪声、和最值得注意的是,电磁干扰(EMI)。EMI否则会完全改变的函数通常操作电路板。如果EMI不妥善处理,可能会出现下列问题:

• 通信中断
• 干扰的无线设备
• 腐败的传感器数据
• 组件故障
• 软件错误或失败

处理已经存在EMI的最佳方式是使用金属屏蔽。使董事会不敏感的关键区域覆盖金属从上面和在所有四个边,与地平面层下面创建一个法拉第笼。这从很多不必要的EMI屏蔽的能力。

然而,屏蔽可以付出了代价:注意,EMI衬垫并不是平坦的,需要允许访问下面的组件。此外,热量可以被困在这些盾牌,除非他们是由穿孔。他们也导致整体更复杂的板,使调试和测试更加困难。

理想情况下,使用这些盾牌将阻止所有传入的EMI。在现实中,需要有机会为热冷却,焊接点板,和足够的空间为潜在的小的调整。常见的材料PCB盾牌包括废料钢材、time-plated铜、不锈钢等。

进一步保护的另一个最后的方法是使用微分对,哪像电线在电话双绞线电缆。通过这种方式,他们可以拒绝共模噪音比单端输电线路。

减少噪音的来源

噪音可以来自各种来源。最值得注意的是,从振荡器(晶体)或时钟线和周围产生的磁场大电感和电力供应。

任何形式的大电压波动可以创建问题,除非把当前的设备包含必要的电容器,铁氧体磁珠、二极管和终端电阻路由保持在最小长度。这个长度的路径从源是通过负载功率,然后回到地上飞机。一般来说,小环的长度将产生更少的噪音,创造更少的EMI。

射频能量可以吸收附近的金属物体,如印刷天线。出于这个原因,将周围的地面通过天线可能有助于减少不必要的干扰。进一步降低EMI,印刷天线在外层直接与底层下面空白的铜。

最后注意:干扰电路的一部分或另一个设备可以对夫妇在不可预测的方法与现有的铜环。换句话说,任何进行循环可能成为一个不受欢迎的天线。以确保这不会发生,使用仿真工具来帮助你描述你的董事会,看看发生了什么。

地面和参考面技巧

的一个例子分裂平面印刷电路板。

所有的敏感电子板,有一个设计良好的地平面是至关重要的。为了让他们尽可能可靠,不交叉的阻塞区域平面痕迹,路由通过它们可以创建噪声通过降解返回路径。

在理论上,把飞机可以创造更好的隔离模拟和数字电路。然而,在实践中,使用分飞机,图样,或者参考飞机中的漏洞可以导致EMI和创建进一步障碍信号返回路径。如果可能,避免使用飞机。在off-case split-plane混合信号设计是至关重要的,确保两个平面互相连接在一个单点,多个连接点可以创建天线辐射EMI循环'。而不是分割平面,当使用一个完整的地平面时,模拟和数字部分分别进行路由,可以产生一个明确的返回路径,减少整体EMI。

使用适应型工具来组织你的设计

使用智能适应型软件可以帮助您在混合信号设计。例如,在跟踪路由、PCB工具允许用户设置跟踪路由宽度和其他重要的设计规则,以确保他们的设计符合规范。特别是在混合信号设计,这可能是有用的各种痕迹宽度所需标准的路由,如微分对,阻抗控制的痕迹,不同敏感的模拟信号,权力,和地面的飞机。

其他有用的特性包括3 d查看,这是特别有用如果你添加了一个EMI屏蔽你的设计。节奏的仿真工具(其中混合信号仿真工具),可以使用而设计。随着这些先进工具,设计师们可以处理更复杂的设计和完成他们更快和更少的错误。