Routing digitaler Signale zu einer analogen Schaltung

Ich arbeite in einem gemischten (analogen und digitalen) PCB-Layout, in dem ich einige Spuren vom digitalen zum analogen Massebereich führen muss. Sie sind allgemeine E/A-Signale zur Steuerung von MOSFETs und Takt-/Datensignalen (etwa Dutzende MHz). Das Board ist zweilagig und ich habe diesen Texas-Artikel als Referenz verwendet: http://www.ti.com/lit/ml/sloa089/sloa089.pdf

Die Masse ist wie im folgenden Bild angeordnet, rot ist die digitale Grundebene und blau die analoge. Die Erdungen sind an einem einzigen Punkt (obwohl nicht im Bild dargestellt) in der Nähe des Steckers des Netzteils oben auf der Platine miteinander verbunden. Das Problem ist, wie man diese Signale besser auf analoge Schaltungen zurückführen kann. Ich habe gelesen, dass digitale Signale nicht in analoge Masse kommen sollten, da dies in diesem Fall nicht möglich ist. Meine Idee ist, die Spuren von digitalen in analoge Ebenen durch zwei Lücken (lila Rechtecke im Bild) zu bringen, die mittlere wäre haben die Uhren/Datensignale und das rechte hätte die I/Os. Die Lückenpositionen hängen irgendwie mit der Platzierung der Komponenten zusammen, mit denen Signale verbunden werden.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wie Sie sich vorstellen können, ist die analoge Schaltung empfindlich und das Ziel ist es, eine gute Lösung zu finden, um Rauschen und Interferenzen zu verhindern, die vom digitalen Signal oder seiner Rückkehr ausgehen. Ist die vorgeschlagene Lösung ein guter Weg?

[BEARBEITEN: 02.12.2015]

Der analoge Teil enthält einen CODEC, der mit der CPU verbunden ist.

Ich habe bereits ein Prototyp-Board, das nach der im Bild gezeigten Anordnung entworfen wurde (mit Ausnahme der violetten Bereiche). Dieser Prototyp leidet unter Interferenzen durch digitale Schaltungen, es ist möglich, einige Spitzen in der FFT-Analyse zu sehen. Die Spitzen treten nur auf, wenn CODEC funktioniert.

Teilen Sie die Grundebene nicht. Es ist mir egal, welche Dokumente Sie von TI, AD finden, wer auch immer etwas anderes sagt. Wenn Sie diese Frage stellen müssen, ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass sie mehr wehtut als hilft.
Ich stimme Matt zu. Was ist dein analoges Zeug? Vielleicht ist diese ganze Aufregung gar nicht nötig.
Die richtige Platzierung der Komponenten (nach den "Räumen" in Ihrem Bild) verhindert das Mischen der Erdungsrückströme, selbst bei einer durchgehenden Erdungsebene. Wenn Sie während der Evaluierung des Prototyps Hinweise auf massegekoppeltes Rauschen sehen, können Sie versuchen, vorsichtig einen Schlitz in die Ebene zu schneiden, aber eine einzelne Masseebene ist einfacher zu handhaben, funktioniert normalerweise gut genug und vermeidet Probleme mit unerwünschten Pegelverschiebungen. Bei einer 2-lagigen Platine wird es sehr schwierig sein, ein gutes, zuverlässiges Erdungsrückführungssystem ohne eine durchgehende Erdungsebene zu erreichen.
Matt hat Recht, es ist viel einfacher, eine Schaltung ohne geteilte Masseebenen zu entwerfen. Behalten Sie jedoch die „Regionen“ bei – halten Sie analoge Komponenten in Ihrem blauen Bereich und digitale Komponenten in dem roten Bereich. Versuchen Sie, Komponenten mit gemischten Signalen an der „Grenze“ zwischen den Regionen zu platzieren.
Ich stimme Matt und den anderen vollkommen zu. Eine etwas ausführliche Antwort zu diesem Thema habe ich unter electronic.stackexchange.com/questions/185306/… zusammengestellt.
Der digitale Teil enthält eine 1-GHz-CPU (angeschlossene Platine) und der analoge Teil enthält einen 24-Bit-CODEC.
1 GHz CPU auf einem zweilagigen Board? Entwerfen Sie dieses Board tatsächlich oder ist das nur eine theoretische Frage für Ihre Hausaufgabe?
@Armandas hast du die Klammern gelesen oder versuchst du nur, mit deinem Kommentar eine positive Bewertung zu erhalten?
@RicardoCrudo Entschuldigung, die Bedeutung von angehängt missverstanden. Ich dachte, Sie beziehen sich auf Ihr Diagramm, aber Sie meinten wahrscheinlich, dass sich die CPU auf einer separaten Platine befindet.
@MattYoung gibt es einen guten Artikel, den du empfehlen kannst?
Artikel für was?
Wenn Sie mit einer geteilten Masse gehen, möchten Sie sicherstellen, dass sich unter den Signalleitungen, die die D- und A-Teile verbinden, Masse befindet. Wie MarkU sagte ... denken Sie an die Erdrückströme ... Sie möchten, dass diese unter den Signalleitungen liegen.

Antworten (1)

Einige grundlegende Sachen

Teilen Sie die Masseebene NICHT

Wenn Sie die Kommentare gelesen haben, werden Sie verstehen, dass keiner der Ingenieure hier (ich selbst stark eingeschlossen) der Meinung ist, dass Sie die Grundebene teilen sollten. In Ihrer Anwendung wird es mehr schaden als helfen (höchstwahrscheinlich). Der Weg, Flugzeuge intuitiv zu verstehen, besteht darin, sich daran zu erinnern, dass das Wichtigste der Schleifenbereich der Rennstrecken ist.

Der Schleifenbereich ist der umschlossene Bereich zwischen den Hin- und Rückleitungsspuren im 3D-Raum . Wenn Sie die Grundebene teilen, erstellen Sie einige Pfade, die wie folgt aussehen:

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Der Hinweg geht direkt, aber der Rückweg muss eine viel längere (und entferntere) Route nehmen, was zu einem großen Schleifenbereich führt. Dadurch strahlt (und empfängt) es viel effizienter (nicht erwünscht).

Das andere Problem, das hier im Spiel ist, ist, dass der Strom dem Weg der geringsten Impedanz (NICHT des Widerstands) folgt. Die hochfrequenten Elemente des Stroms folgen (so gut wie möglich) dem Hinweg, aber die niederfrequenten Elemente folgen dem kürzesten Weg. Diese Variation bedeutet, dass selbst wenn die Schleifenfläche für einige Energiebänder niedrig ist, dies für andere möglicherweise nicht der Fall ist:

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Eine solide Grundplatte mit guter Komponentenplatzierung bietet Ihnen das Beste aus beiden Welten.

Erhöhen Sie Ihre Entkopplung an den Power-Pins des digitalen ICs

Das ist die beste Anordnung:

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... und diese Teile sollten unmittelbar neben den Stromanschlüssen des Digital IC platziert werden. Im Idealfall:

Mehrere Durchkontaktierungen zur Stromversorgungsebene / -spur -> Positiver Gießbereich des Kondensators -> IC-Stift.

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Machen Sie das Brett dünner

Erinnern Sie sich an den überaus wichtigen Schleifenbereich? Es beißt dich wieder mit einem 2-Lagen-Board. Bei einer 2-lagigen Platine ist die volle Dicke der Leiterplatte die Trennung zwischen Hin- und Rückstrompfad. Wenn Sie das Board auf 1/2 der Dicke machen, werden Sie die 1/2 Loop-Fläche machen, ohne Ihr Layout überhaupt zu ändern! Bei einer 4-lagigen Platte mit einer Standarddicke von 1/2 (0,8 mm) beträgt der Pfadabstand etwa 0,26 mm (z. B. 1/3 einer 2-schichtigen Platte mit derselben Gesamtdicke). Das bedeutet, dass eine 4-Lagen-Platine das Übersprechen und die unbeabsichtigte Strahlung (ungefähr erste Ordnung) dreimal besser reduzieren kann.

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Vielleicht nicht möglich?

Schau, vielleicht fragst du einfach zu viel...

  • 24-Bit-ADC ist extrem empfindlich
  • Das 1-GHz-Schalten in einem digitalen IC ist sehr schnell
  • 2-Lagen-Platten implizieren gebrochene Ebenen und eine breite Ebene-zu-Ebene-Trennung
Mein neuestes 24-Bit-ADC-Evaluierungsboard hat 8 Schichten ...
@DrFriedParts Bei 4 Schichten hätten die unteren und oberen Schichten keinen Kupferbereich, der mit GND verbunden wäre?
@Ricardo - Sie (obere / untere Schicht) könnten Kupfergüsse haben, die am Boden gebunden sind, aber der Effekt davon ist in den meisten Situationen deutlich weniger wichtig als das darunter liegende Flugzeug. Die Güsse werden von der Grundebene durch eine viel höhere Impedanz als die Ebene selbst isoliert, und der parallele Oberflächenbereich zwischen zwei Merkmalen auf derselben Schicht ist nur etwa Dicke und Länge und nicht Breite und Länge für zwei Merkmale auf verschiedenen Schichten.
Routing digitaler Signale zu einer analogen Schaltung
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