Nel processo dei sistemi elettronici in cui la frequenza di clock aumenta sempre di più, emergono gradualmente problemi di integrità del segnale, come sequenze temporali errate e riflessioni scorrette sulle linee di trasmissione, che influenzano gravemente il normale funzionamento del sistema di circuito. Inoltre, le tracce sul PCB diventano così compatte che viene generato rumore di diafonia e la trasmissione del segnale ne risente negativamente. Per i circuiti misti digitale-analogici ad alta velocità, in base alla situazione pratica del percorso del segnale, il progetto del PCB dovrebbe essere realizzato in modo ragionevole per risolvere i problemi di integrità del segnale, aumentare costantemente la qualità della trasmissione del segnale e fornire importanti fonti di informazione per lo sviluppo di diversi settori e campi.
Integrità del segnale nei circuiti misti digitale-analogici ad alta velocità
L’integrità del segnale si riferisce alla qualità dei segnali sulle linee di segnale. Per garantire l’integrità del segnale, devono essere soddisfatti determinati requisiti, tra cui l’assicurazione dell’integrità dello spazio e i corrispondenti requisiti del circuito. Ad esempio, il requisito di livello basso deve essere soddisfatto per massimizzare l’ingresso. Inoltre, deve essere ottenuta l’integrità temporale e deve essere garantito il tempo minimo di mantenimento del circuito.
• Elementi che influenzano l'integrità del segnale dei circuiti
1). Ritardo
In generale, la trasmissione del segnale dipende dalle piste sul PCB e nel processo di trasmissione può verificarsi un ritardo di propagazione. Una volta che si verifica un ritardo sui segnali trasmessi, la sequenza temporale del sistema circuitale ne sarà influenzata, il che a sua volta compromette l’integrità dei segnali. Il ritardo di trasmissione deriva da alcuni fattori, tra cui la lunghezza delle piste e la costante dielettrica del mezzo adiacente.
2). Rumore di riflessione e diafonia
Durante il funzionamento del sistema di circuiti, se si verificano fori passanti e problemi di piegatura sulle reti di segnale, verrà prodotto rumore di riflessione. Inoltre, se si verifica un accoppiamento elettromagnetico tra le reti di circuiti e i sistemi di distribuzione dell’alimentazione, verrà generato rumore di diafonia, con conseguente interferenza dei segnali e compromissione della trasmissione dei segnali.
• Problemi da risolvere per l'integrità del segnale dei circuiti
1). Distribuzione di energia
Nel processo di conversione digitale-analogica ad alta velocitàprogettazione di circuiti stampati misti, la rete di distribuzione dell’alimentazione deve essere analizzata dalla testa ai piedi. Deve fornire l’energia necessaria ai circuiti con basso rumore, includendo VCC e massa. Inoltre, deve offrire al corrispondente circuito di segnale i segnali che vengono generati e ricevuti sul PCB come suo oggetto principale.
2). Problema di diafonia e applicazione dell’EMC
La diafonia si riferisce all’accoppiamento ridondante di segnali tra tracce, con proprietà di capacità e induttanza. La diafonia capacitiva è l’accoppiamento capacitivo tra linee di segnale e, quando linee diverse si avvicinano tra loro, si generano problemi di diafonia. La diafonia induttiva è l’accoppiamento di segnale tra avvolgimenti di trasformatori ridondanti e i problemi di diafonia vengono generati sotto l’effetto del loop di corrente. Con l’aiuto diEMC (compatibilità elettromagnetica)tutti i tipi di dispositivi e sistemi elettrici possono esistere in un ambiente elettromagnetico. Da alcune prospettive, i segnali del sistema di circuiti non saranno influenzati dall’effetto della compatibilità elettromagnetica (EMC) e le prestazioni e le funzioni disponibili non verranno compromesse, portando a una grande quantità di emissioni elettromagnetiche nell’ambiente circostante, che influisce sul normale funzionamento dei dispositivi adiacenti.
Progettazione PCB di circuiti misti digitale-analogici ad alta velocità
Sulla base di una completa comprensione dell’EMC, è necessario seguire delle regole. Durante la progettazione del PCB, l’area occupata dal loop di corrente deve essere il più piccola possibile, in modo da garantire che i segnali del circuito possano propagarsi senza problemi ed evitare la formazione di un’antenna ad anello di grandi dimensioni. Inoltre, non è possibile utilizzare più piani di riferimento nel processo di progettazione, per evitare la formazione di un’antenna a dipolo che potrebbe influenzare la trasmissione del segnale.
• Layout e instradamento
Durantelayout del componentei circuiti analogici e i circuiti digitali devono essere isolati tra loro. Prendendo come esempio i segnali digitali, il routing viene implementato all’interno dei circuiti digitali. Di conseguenza, i segnali digitali non entreranno nell’area dei segnali analogici, in modo da non interferire con i segnali analogici e non influenzare la normale trasmissione dei segnali. È richiesto un instradamento manuale se le tracce hanno una frequenza relativamente alta. Pertanto, occorre prestare attenzione alle posizioni in cui sono collocati i connettori di ingresso e di uscita e il routing dei circuiti analogici e digitali deve essere gestito correttamente per evitare influenze reciproche. È necessario applicare una rete di alimentazione e di massa a bassa impedenza per evitare che i conduttori dei circuiti digitali subiscano una reattanza induttiva relativamente elevata e un accoppiamento capacitivo sulle linee analogiche. Inoltre, deve essere mantenuta una certa distanza reciproca se i circuiti digitali hanno una frequenza relativamente alta e le linee analogiche presentano una sensibilità relativamente elevata.
• Linee di alimentazione e di massa
Nel processo di progettazione, le linee di massa devono essere instradate e trattate in modo ragionevole per aumentare le prestazioni del circuito. Quando si ottimizza la progettazione di circuiti misti digitale‑analogici ad alta velocità, il metodo deve essere completamente compreso in termini di ritorno del circuito a massa. Se è necessario suddividere i piani di massa, è necessario attraversare l’instradamento degli spazi. È richiesta una connessione a punto singolo per collegare le masse suddivise e stabilire un ponte di collegamento. Sulla base dell’ottimizzazione dell’instradamento tramite il ponte di collegamento, il percorso diretto di ritorno del circuito deve essere disposto sotto ciascuna linea di segnale. Naturalmente, si possono applicare dispositivi di isolamento ottico per suddividere gli spazi di segnale tra i campi. Nel processo di progettazione PCB, il circuito digitale e quello analogico devono essere applicati in modo globale, prestando attenzione all’instradamento dei segnali di circuito per affrontare efficacemente i problemi pratici. I risultati dei test dei PCB misti digitale‑analogici ad alta velocità devono essere analizzati completamente per ottimizzare lo schema di progettazione e l’EMC deve essere applicata in modo flessibile con un PCB progettato in modo ragionevole. Inoltre, per quanto riguarda i PCB a segnale misto, è necessario ottenere alimentazioni digitali e analogiche indipendenti e la superficie di alimentazione deve essere controllata con l’aiuto di superfici di alimentazione suddivise.
• Lavorazione di dispositivi ibridi
In generale, i dispositivi ibridi sono tutti dotati di oscillatore al quarzo e l’interno dei dispositivi è composto da circuito digitale e circuito analogico. Nel processo di progettazione, i pin di DGND e AGND devono essere collegati alla stessa bassa impedenza e i conduttori devono essere il più corti possibile, in modo da garantire che tutta la DGND possa passare. Sebbene la corrente digitale all’interno del convertitore entri nel piano di massa analogico, non verranno prodotte interferenze relativamente grandi sui segnali e si può garantire la normale trasmissione delle informazioni. Sulla base di ciò, i pin dei circuiti digitali e analogici devono essere collegati al piano di alimentazione analogico ed essere vicini al condensatore di bypass.
