Im Zuge elektronischer Systeme, deren Taktfrequenz zunehmend ansteigt, treten nach und nach Probleme der Signalintegrität auf, wie etwa fehlerhafte Zeitabläufe und fehlerhafte Reflexionen auf Übertragungsleitungen, die den normalen Betrieb des Schaltkreissystems stark beeinträchtigen. Darüber hinaus werden Leiterbahnen auf der Leiterplatte so dicht gepackt, dass Übersprechrauschen entsteht und die Signalübertragung negativ beeinflusst wird. Für hochfrequente digital-analog gemischte Schaltungen sollte das PCB-Design entsprechend der tatsächlichen Signallaufbedingungen sinnvoll umgesetzt werden, um Probleme der Signalintegrität zu lösen, die Qualität der Signalübertragung kontinuierlich zu verbessern und wichtige Informationsquellen für die Entwicklung verschiedener Branchen und Bereiche bereitzustellen.
Signalintegrität von hochgeschwindigen digital-analogen Mischschaltungen
Signalintegrität bezieht sich auf die Qualität von Signalen auf Signalleitungen. Um die Integrität des Signals sicherzustellen, müssen bestimmte Anforderungen erfüllt werden, einschließlich der Gewährleistung der räumlichen Integrität und entsprechender Anforderungen an die Schaltung. Beispielsweise muss die Anforderung an den Low-Pegel erfüllt sein, um den maximalen Eingang zu gewährleisten. Außerdem muss die zeitliche Integrität erreicht werden, und es muss eine minimale Haltezeit der Schaltung verbleiben.
• Elemente, die die Signalintegrität von Schaltungen beeinflussen
1). Verzögerung
Im Allgemeinen hängt die Signalübertragung von Leiterbahnen auf der Leiterplatte ab, und im Übertragungsprozess kann es zu Übertragungsverzögerungen kommen. Sobald bei den übertragenen Signalen eine Verzögerung auftritt, wird die Zeitabfolge des Schaltkreissystems beeinflusst, was sich wiederum auf die Signalintegrität auswirkt. Die Übertragungsverzögerung ergibt sich aus mehreren Faktoren, darunter die Länge der Leiterbahnen und die Dielektrizitätskonstante des angrenzenden Mediums.
2). Reflexions- und Übersprechrauschen
Während des Betriebs des Schaltkreissystems werden bei Auftreten von Durchkontaktierungs-Vias und Biegeproblemen in Signalnetzen Reflexionsrauschen erzeugt. Und wenn eine elektromagnetische Kopplung zwischen Schaltkreisnetzen und Stromverteilungssystemen auftritt, wird Übersprechrauschen erzeugt, sodass Signale gestört und die Signalübertragung beeinträchtigt wird.
• Zu lösende Probleme für die Signalintegrität von Schaltungen
1). Stromverteilung
Im Prozess der Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-gemischtes LeiterplattendesignDas Stromverteilungsnetz muss von Kopf bis Fuß analysiert werden. Es muss die erforderliche Leistung mit geringem Rauschen für die Schaltung bereitstellen und umfasst VCC und Masse. Darüber hinaus muss es den entsprechenden Signalkreis bereitstellen, dessen Hauptaufgabe die Erzeugung und der Empfang von Signalen auf der Leiterplatte ist.
2). Übersprechungsproblem und Anwendung der EMV
Übersprechen bezeichnet die redundante Signalkopplung zwischen Leiterbahnen mit kapazitiven und induktiven Eigenschaften. Kapazitives Übersprechen ist die kapazitive Kopplung zwischen Signalleitungen, und sobald verschiedene Leitungen einander nahekommen, entstehen Übersprechprobleme. Induktives Übersprechen ist die Signalkopplung zwischen Spulen redundanter Transformatoren, und Übersprechprobleme entstehen unter dem Einfluss von Stromschleifen. Mit Hilfe vonEMV (elektromagnetische Verträglichkeit)Alle Arten von elektrischen Geräten und Systemen können in einer elektromagnetischen Umgebung existieren. Aus einigen Perspektiven werden die Signale von Schaltkreissystemen nicht durch die Wirkung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) beeinflusst und die verfügbare Leistung und Funktion werden nicht beeinträchtigt, was zu einer großen Menge elektromagnetischer Energie in der Umgebung führt, die den normalen Betrieb benachbarter Geräte beeinflusst.
Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Mischschaltungs-PCB-Design
Auf der Grundlage eines vollständigen Verständnisses der EMV müssen Regeln befolgt werden. Während des PCB-Designs muss die vom Stromkreis erfasste Fläche so klein wie möglich gehalten werden, um sicherzustellen, dass die Schaltungssignale reibungslos übertragen werden können und eine großflächige Schleifenantenne vermieden wird. Darüber hinaus dürfen im Designprozess keine mehreren Bezugsebenen verwendet werden, um die Bildung einer Dipolantenne zu vermeiden, da sonst die Signalübertragung beeinträchtigt werden könnte.
• Layout und Routing
WährendKomponentenlayoutAnaloge Schaltungen und digitale Schaltungen sollten voneinander isoliert werden. Nehmen wir digitale Signale als Beispiel: Das Routing wird innerhalb der digitalen Schaltung umgesetzt. Dadurch gelangen digitale Signale nicht in den analogen Signalbereich, um zu verhindern, dass sie analoge Signale stören und die normale Signalübertragung beeinflussen. Manuelles Routing ist erforderlich, wenn Leiterbahnen eine relativ hohe Frequenz aufweisen. Daher sollte auf die Positionierung der Ein- und Ausgabesteckverbinder geachtet werden, und das Routing der analogen und digitalen Schaltungen muss sorgfältig gehandhabt werden, um gegenseitige Beeinflussungen zu vermeiden. Ein Stromversorgungs- und Masse-Netzwerk mit niedriger Impedanz sollte eingesetzt werden, um eine relativ hohe induktive Reaktanz an den Leitungen der digitalen Schaltung und kapazitive Kopplungen auf analogen Leitungen zu vermeiden. Außerdem muss ein bestimmter Abstand eingehalten werden, wenn die digitale Schaltung eine relativ hohe Frequenz hat und die analogen Leitungen eine relativ hohe Empfindlichkeit aufweisen.
• Strom- und Erdungsleitungen
Im Designprozess müssen Masseleitungen sinnvoll geführt und verarbeitet werden, um die Schaltungsleistung zu erhöhen. Bei der Optimierung des Hochgeschwindigkeits-Designs von gemischten Digital-Analog-Schaltungen muss die Methode in Bezug auf den Rückfluss der Schaltung zur Masse vollständig verstanden werden. Wenn Masseflächen aufgeteilt werden müssen, ist eine kreuzende Abstandsführung erforderlich. Eine Einpunktverbindung ist notwendig, um die geteilten Massen zu verbinden und eine Verbindungsbrücke herzustellen. Auf der Grundlage der Routing-Optimierung über die Verbindungsbrücke hinweg muss unter jeder Signalleitung ein direkter Rückflussweg der Schaltung angeordnet werden. Natürlich können optische Isolationsbauteile eingesetzt werden, um Signalabstände über verschiedene Bereiche hinweg zu trennen. Im PCB-Designprozess sollten digitale und analoge Schaltungen umfassend angewendet werden, wobei auf die Führung der Schaltungssignale geachtet werden muss, um praktische Probleme effektiv zu lösen. Die Testergebnisse von Hochgeschwindigkeits-Digital-Analog-Misch-PCBs sollten vollständig analysiert werden, um das Designkonzept zu optimieren, und EMV sollte flexibel angewendet werden, wobei das PCB sinnvoll ausgelegt wird. Außerdem müssen bei gemischten Signal-PCBs unabhängige digitale und analoge Spannungsversorgungen bereitgestellt und die Versorgungsfläche mithilfe getrennter Versorgungsflächen kontrolliert werden.
• Verarbeitung von Hybridgeräten
Im Allgemeinen verfügen Hybridgeräte alle über einen Quarzoszillator, und das Innere der Geräte besteht aus einer digitalen und einer analogen Schaltung. Im Entwurfsprozess sollten die Pins von DGND und AGND mit derselben niedrigen Impedanz verbunden werden, und die Leitungen sollten so kurz wie möglich sein, um sicherzustellen, dass der gesamte DGND durchgängig ist. Obwohl der digitale Strom im Inneren des Wandlers in die analoge Massefläche eintritt, wird dadurch keine relativ große Störung der Signale erzeugt, und die normale Übertragung der Informationen kann gewährleistet werden. Auf dieser Grundlage müssen die Pins der digitalen und analogen Schaltung mit der analogen Versorgungsfläche verbunden und in der Nähe des Bypass-Kondensators angeordnet werden.
