Dominar la integridad de señal y diseño PCB en circuitos mixtos digitales-analógicos de alta velocidad

En el proceso de sistemas electrónicos cuya frecuencia de reloj aumenta progresivamente, surgen gradualmente problemas de integridad de señal como secuencia temporal incorrecta y reflexión incorrecta de líneas de transmisión, influyendo gravemente en el funcionamiento normal del sistema de circuitos. Además, las trazas en PCB se vuelven tan compactas que se generará ruido de crosstalk y la transmisión de señal obtendrá mal efecto. Para circuitos mixtos digitales-analógicos de alta velocidad, según la situación práctica de la ejecución de señales, el diseño de PCB debe implementarse razonablemente para resolver problemas de integridad de señal, aumentar constantemente la calidad de la transmisión de señal y proporcionar fuentes de información importantes para el desarrollo de diferentes industrias y campos.

Integridad de señal de circuitos mixtos digitales-analógicos de alta velocidad

La integridad de señal se refiere a la calidad de las señales en las líneas de señal. Para asegurar la integridad de la señal, ciertos requisitos deben cumplirse, incluyendo seguro de integridad espacial y requisitos correspondientes de circuitería. Por ejemplo, el requisito de nivel bajo debe cumplirse para la entrada maximizada. Además, se debe obtener la integridad temporal y debe dejarse el tiempo mínimo de mantenimiento de la circuitería.

Elementos que influyen en la integridad de señal de la circuitería

1). Retardo

Generalmente, la transmisión de señal depende de las pistas en el PCB y el retardo de transmisión puede causarse en el proceso de transmisión. Una vez que ocurre retardo en las señales transmitidas, la secuencia temporal del sistema de circuitería será influenciada, lo que afecta aún más la integridad de las señales. El retardo de transmisión deriva de algunos elementos incluyendo la longitud de las pistas y la constante dieléctrica del medio adyacente.

2). Reflexión y ruido de crosstalk

Durante la ejecución del sistema de circuitería, si ocurren problemas de vías through-hole y curvatura en las redes de señal, se producirá ruido de reflexión. Y si tiene lugar acoplamiento electromagnético entre redes de circuitería y sistemas de distribución de potencia, se generará ruido de crosstalk, de modo que las señales serán interferidas con la transmisión de señal influenciada.

Problemas a resolver para la integridad de señal de la circuitería

1). Distribución de potencia

En el proceso de diseño de placa de circuito mixto digital-analógico de alta velocidad, la red de distribución de potencia debe analizarse de principio a fin. Necesita proporcionar potencia necesaria a la circuitería con bajo ruido, conteniendo VCC y tierra. Además, debe ofrecer el circuito de señal correspondiente con señales que se generan y reciben en el PCB como su objeto principal.

2). Problema de crosstalk y aplicación de EMC

El crosstalk se refiere al acoplamiento de señal redundante entre trazas, con propiedades de capacitancia e inductancia. El crosstalk capacitivo es el acoplamiento capacitivo entre líneas de señal y una vez que diferentes líneas se acercan entre sí, se generarán problemas de crosstalk. El crosstalk inductivo es el acoplamiento de señal entre bobinas de transformadores redundantes y los problemas de crosstalk se generan bajo el efecto del bucle de corriente. Con la ayuda de EMC (compatibilidad electromagnética), todo tipo de dispositivos y sistemas eléctricos pueden existir en el entorno electromagnético. Desde algunas perspectivas, las señales del sistema de circuitería no serán influenciadas como resultado del efecto de EMC y el rendimiento y función disponibles no serán destruidos, llevando a una cantidad masiva de electromagnetismo en el entorno circundante, que influye en el funcionamiento normal de dispositivos adyacentes.

Diseño de PCB de circuitos mixtos digitales-analógicos de alta velocidad

Basándose en la comprensión completa de EMC, se deben seguir reglas. Durante el diseño de PCB, el área capturada por el bucle de corriente debe ser lo más pequeña posible para asegurar que las señales de circuitería sean capaces de pasar suavemente y se pueda evitar una antena de bucle a gran escala. Además, no se pueden aplicar múltiples planos de referencia en el proceso de diseño, evitando la formación de antena dipolo en caso de que la transmisión de señal sea influenciada.

Diseño y enrutado

Durante el diseño de componentes, la circuitería analógica y digital deben aislarse entre sí. Tomemos las señales digitales como ejemplo, el enrutado se implementa dentro de la circuitería digital. Como resultado, las señales digitales no entrarán en el área de señal analógica en caso de que interfieran con las señales analógicas e influyan en la transmisión normal de señales. Se requiere enrutado manual si las trazas tienen una frecuencia relativamente alta. Por tanto, las posiciones en las que se colocan los conectores de entrada y salida deben notarse y el enrutado de la circuitería analógica y digital debe tratarse bien para evitar influencia mutua. La red de alimentación y tierra con baja impedancia debe aplicarse para evitar una reactancia inductiva relativamente grande sufrida por las pistas de circuitería digital y acoplamiento capacitivo en líneas analógicas. Además, cierta distancia debe mantenerse mutuamente si la circuitería digital tiene una frecuencia relativamente alta y las líneas analógicas tienen una sensibilidad relativamente fuerte.

Líneas de alimentación y tierra

En el proceso de diseño, las líneas de tierra deben enrutarse y procesarse razonablemente para aumentar el rendimiento de la circuitería. Al optimizar el diseño de circuitos mixtos digitales-analógicos de alta velocidad, el método debe entenderse totalmente en términos de retorno a tierra de la circuitería. Si se necesitan dividir las líneas de plano de tierra, el enrutado de espaciado debe cruzarse. La conexión de punto único es requerida para conectar la tierra dividida y establecer un puente de conexión. Basándose en la optimización de enrutado a través del puente de conexión, el camino de retorno directo de la circuitería debe disponerse bajo cada línea de señal. Por supuesto, se pueden aplicar dispositivos de aislamiento óptico para dividir el espaciado de señal a través de campos. En el proceso de diseño de PCB, el circuito digital y analógico deben aplicarse de forma integral con atención en el enrutado de señales de circuito para tratar eficazmente los problemas prácticos. Los resultados de prueba de PCB de señales mixtas de alta velocidad deben analizarse totalmente para optimizar el esquema de diseño y la EMC debe aplicarse flexiblemente con el PCB diseñado razonablemente. Además, en términos de PCBs de señales mixtas, se deben obtener alimentación digital y analógica independientes y la superficie de alimentación debe controlarse con la ayuda de la superficie de alimentación dividida.

Procesamiento de dispositivos híbridos

En general, los dispositivos híbridos todos tienen oscilación de cristal y el interior de los dispositivos está compuesto por circuito digital y analógico. En el proceso de diseño, los pines de DGND y AGND deben conectarse a la misma baja impedancia y los cables deben ser lo más cortos posible para asegurar que todo el DGND sea capaz de pasar. Aunque la corriente digital dentro del convertidor entrará en el plano de tierra analógico, no se producirá una interferencia relativamente grande a las señales y se puede asegurar la transmisión normal de información. Basándose en eso, los pines de circuitos digitales y analógicos necesitan conectarse al plano de alimentación analógico y estar cerca del condensador de bypass.

Recursos útiles:
• Consideraciones de diseño de señales mixtas
• 3 técnicas de enrutado en diseño de circuito de señal de alta velocidad PCB
• Método de supresión de reflexión de señal en diseño de PCB de alta velocidad
• Desafíos de diseño de PCB de alta velocidad en integridad de señal y sus soluciones
• Servicio completo de fabricación de PCB de PCBCart - Múltiples opciones de valor añadido
• Servicio avanzado de montaje de PCB de PCBCart - A partir de 1 pieza