Signalintegritätsanalyse und PCB-Design auf gemischten Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Schaltkreisen

Im Prozess des elektronischen Systems, dessen Taktfrequenz zunehmend ansteigt, treten allmählich Signalintegritätsprobleme auf, wie z. B. eine falsche Zeitfolge und eine falsche Reflexion von Übertragungsleitungen, die den normalen Betrieb des Schaltungssystems stark beeinflussen. Darüber hinaus werden Leiterbahnen auf der Leiterplatte so kompakt, dass Übersprechrauschen erzeugt wird und die Signalübertragung einen schlechten Effekt erhält. Für gemischte Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Schaltungen sollte das PCB-Design entsprechend der praktischen Situation des Signalbetriebs angemessen implementiert werden, um Probleme mit der Signalintegrität zu lösen, die Qualität der Signalübertragung ständig zu verbessern und wichtige Informationsquellen für die Entwicklung verschiedener bereitzustellen Branchen und Felder.

Signalintegrität von Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Mischschaltkreisen

Signalintegrität bezieht sich auf die Qualität von Signalen auf Signalleitungen. Um die Integrität des Signals sicherzustellen, müssen bestimmte Anforderungen erfüllt werden, einschließlich einer Raumintegritätsversicherung und entsprechenden Anforderungen an Schaltungen. Zum Beispiel muss die Anforderung eines niedrigen Pegels für einen maximierten Input erfüllt werden. Außerdem muss Zeitintegrität erreicht werden und eine minimale Wartungszeit der Schaltung muss eingehalten werden.

• Elemente, die die Signalintegrität von Schaltkreisen beeinflussen

1). Verzögerung

Im Allgemeinen hängt die Signalübertragung von Leitungen auf der Leiterplatte ab, und während des Übertragungsprozesses kann es zu Übertragungsverzögerungen kommen. Sobald bei übertragenen Signalen eine Verzögerung auftritt, wird die Zeitabfolge des Schaltungssystems beeinflusst, was die Integrität von Signalen weiter beeinflusst. Die Übertragungsverzögerung ergibt sich aus einigen Elementen, einschließlich der Länge der Leitungen und der Dielektrizitätskonstante des angrenzenden Mediums.

2). Reflexions- und Übersprechrauschen

Wenn während des Betriebs des Schaltungssystems Durchgangslöcher und Biegeprobleme in Signalnetzwerken auftreten, wird Reflexionsrauschen erzeugt. Und wenn eine elektromagnetische Kopplung zwischen Schaltungsnetzwerken und Energieverteilungssystemen stattfindet, wird Übersprechrauschen erzeugt, so dass Signale gestört und die Signalübertragung beeinflusst werden.

• Zu lösende Probleme für die Signalintegrität der Schaltung

1). Stromverteilung

Im Prozess des Hochgeschwindigkeits-Designs von digital-analogen gemischten Leiterplatten muss das Stromverteilungsnetz von Kopf bis Fuß analysiert werden. Es muss Schaltungen mit geringem Rauschen, einschließlich VCC und Erdung, mit der erforderlichen Leistung versorgen. Darüber hinaus muss es als Hauptaufgabe eine entsprechende Signalschaltung mit Signalen anbieten, die auf der Leiterplatte erzeugt und empfangen werden.

2). Nebensprechproblem und Anwendung von EMV

Übersprechen bezieht sich auf eine redundante Signalkopplung zwischen Leiterbahnen mit Kapazitäts- und Induktivitätseigenschaften. Kapazitives Übersprechen ist eine kapazitive Kopplung zwischen Signalleitungen, und wenn sich verschiedene Leitungen nahe beieinander befinden, werden Übersprechprobleme erzeugt. Induktives Übersprechen ist eine Signalkopplung zwischen Spulen von redundanten Transformatoren, und Nebensprechprobleme werden unter der Wirkung einer Stromschleife erzeugt. Mit Hilfe der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) können alle Arten von elektrischen Geräten und Systemen in einer elektromagnetischen Umgebung existieren. Aus einigen Perspektiven werden Schaltungssystemsignale nicht durch die Wirkung von EMV beeinflusst und die verfügbare Leistung und Funktion werden nicht zerstört, was zu massiven elektromagnetischen Mengen in der Umgebung führt, die den normalen Betrieb benachbarter Geräte beeinflussen.

Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-PCB-Design mit gemischten Schaltungen

Basierend auf dem vollständigen EMV-Verständnis müssen Regeln befolgt werden. Während des PCB-Designs muss die von der Stromschleife erfasste Fläche so klein wie möglich sein, um sicherzustellen, dass Schaltungssignale reibungslos übertragen werden können und große Rahmenantennen vermieden werden können. Darüber hinaus können im Designprozess nicht mehrere Referenzebenen angewendet werden, wodurch die Bildung einer Dipolantenne vermieden wird, falls die Signalübertragung beeinflusst wird.

• Layout und Routing

Während des Komponentenlayouts sollten analoge Schaltungen und digitale Schaltungen voneinander isoliert werden. Nehmen wir als Beispiel digitale Signale, das Routing wird innerhalb digitaler Schaltkreise implementiert. Infolgedessen gelangen digitale Signale nicht in den analogen Signalbereich, falls sie analoge Signale stören und die normale Übertragung von Signalen beeinflussen. Manuelles Routing ist erforderlich, wenn Spuren eine relativ hohe Frequenz aufweisen. Daher sollten Positionen beachtet werden, an denen Ein- und Ausgangsanschlüsse platziert sind, und das Routing von analogen Schaltkreisen und digitalen Schaltkreisen muss gut gehandhabt werden, um gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Es sollte ein Strom- und Erdungsnetzwerk mit niedriger Impedanz angelegt werden, um eine relativ große induktive Reaktanz zu vermeiden, die durch digitale Schaltungsleitungen und eine kapazitive Kopplung auf analogen Leitungen erlitten wird. Außerdem muss ein gewisser Abstand zueinander eingehalten werden, wenn digitale Schaltungen eine relativ hohe Frequenz und analoge Leitungen eine relativ starke Empfindlichkeit haben.

• Strom- und Masseleitungen

Im Designprozess müssen Masseleitungen sinnvoll verlegt und verarbeitet werden, um die Leistungsfähigkeit der Schaltung zu erhöhen. Bei der Optimierung des Entwurfs von gemischten Digital-Analog-Hochgeschwindigkeitsschaltungen muss das Verfahren vollständig in Bezug auf die Schaltungsanordnung zurück zur Erde verstanden werden. Wenn Masselinien geteilt werden müssen, muss die Abstandsführung gekreuzt werden. Eine Einzelpunktverbindung ist erforderlich, um die geteilte Erde zu verbinden und eine Verbindungsbrücke herzustellen. Basierend auf der Routing-Optimierung durch die Verbindungsbrücke muss unter jeder Signalleitung ein direkter schaltungstechnischer Rückflusspfad angeordnet werden. Natürlich können optische Isolationsvorrichtungen angewendet werden, um den Signalabstand über Felder zu teilen. Im Prozess des PCB-Designs sollten digitale Schaltungen und analoge Schaltungen umfassend angewendet werden, wobei die Aufmerksamkeit auf das Routing von Schaltungssignalen gelegt wird, um die praktischen Probleme effektiv zu lösen. Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Mixed-PCB-Testergebnisse sollten vollständig analysiert werden, um das Designschema zu optimieren, und EMV sollte flexibel mit vernünftig gestalteten PCBs angewendet werden. Außerdem muss in Bezug auf Mixed-Signal-PCBs eine unabhängige digitale und analoge Leistung erzielt werden, und die Leistungsfläche muss mit Hilfe der geteilten Leistungsfläche gesteuert werden.

• Verarbeitung von Hybridgeräten

Im Allgemeinen haben Hybridgeräte alle eine Kristalloszillation und das Innere der Geräte besteht aus einer digitalen Schaltung und einer analogen Schaltung. Während des Entwurfsprozesses sollten die Pins von DGND und AGND mit der gleichen niedrigen Impedanz verbunden werden, und die Leitungen sollten so kurz wie möglich sein, um sicherzustellen, dass alle DGND passieren können. Obwohl der digitale Strom innerhalb des Konverters in die analoge Masseebene eindringt, werden keine relativ großen Interferenzen für Signale erzeugt und die normale Informationsübertragung kann sichergestellt werden. Basierend darauf müssen die Pins der digitalen und analogen Schaltungen mit der analogen Stromversorgungsebene verbunden werden und sich in der Nähe des Bypass-Kondensators befinden.

Hilfreiche Ressourcen:
• Überlegungen zum Mixed-Signal-Layout
• 3 Routing-Techniken beim PCB-Design von High-Speed-Signalschaltungen
• Unterdrückungsmethode der Signalreflexion im High-Speed-PCB-Layout
• Hoch -Beschleunigen Sie PCB-Design-Herausforderungen in Bezug auf die Signalintegrität und ihre Lösungen
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