Giới thiệu: Một trải nghiệm gỡ lỗi bực bội
Năm ngoái, trong một dự án, một ADC 16 bit đang thu thập dữ liệu cảm biến. tiếng ồn được đo là cực kỳ cao, với SNR gần 15dB thấp hơn giá trị lý thuyết.dòng điện đã ổn., nguồn điện áp tham chiếu ổn định, và các tụ điện tách đủ được thêm xung quanh ADC.vấn đề đã được phát hiện ở một nơi không đáng chú ý, và nó đã được di chuyển đến một lớp bên trong.
Vào thời điểm đó, đường dẫn đó cách đường dẫn của đồng hồ kỹ thuật số chưa đến 3mm sau khi thiết kế lại, đặt tất cả các tín hiệu tương tự trên lớp trên ngay lập tức giải quyết vấn đề.Kinh nghiệm này là khá đau đớn và cho tôi một sự hiểu biết sâu sắc hơn về chủ đề của "analog đường dây tín hiệu. "
Trong thực tế, vấn đề này là khá phổ biến. nhiều kỹ sư có thái độ phân cực đối với vias khi thiết kế PCB: hoặc họ sợ sử dụng chúng, muốn định tuyến tất cả các dấu vết trên cùng một lớp;hoặc họ sử dụng chúng một cách thiếu cẩn thậnCả hai cực đoan đều có thể dẫn đến vấn đề.
Các đường dẫn ảnh hưởng như thế nào đến tín hiệu tương tự?
Để hiểu khi nào nên sử dụng đường truyền và khi nào không nên, trước tiên chúng ta phải hiểu đường truyền làm gì với tín hiệu tương tự.nó về cơ bản là một cấu trúc với cảm ứng ký sinh trùng và dung lượng.
Một lỗ xuyên đường kính 0,3mm có độ cảm ứng ký sinh trùng khoảng 0,5 ~ 1,2nH và dung lượng ký sinh trùng 0,3 ~ 0,8pF. Các giá trị này có vẻ nhỏ,nhưng tác động của chúng đối với tín hiệu tương tự có thể lớn hơn nhiều so với bạn có thể tưởng tượng.
Tác động của khả năng gây ra ký sinh trùng
Độ hấp dẫn ký sinh trùng tương tác với dung lượng trong đường tín hiệu để tạo ra hiệu ứng lọc LC, dẫn đến suy giảm các thành phần tần số cao.Hiệu ứng này rất quan trọng đối với tín hiệu tương tự tần số cao (như RF front-ends)Theo kinh nghiệm của tôi, ở tần số trên 500MHz, sự mất mát của một đường dẫn duy nhất có thể đạt 0,2 ~ 0.5dB.
Vấn đề lớn hơn là độ cảm ứng làm chậm các cạnh tăng và giảm của tín hiệu. Đối với tín hiệu tương tự tốc độ cao, điều này có nghĩa là mất băng thông. Đối với tín hiệu đồng hồ lấy mẫu,một cạnh chậm trực tiếp giới thiệu jitter, ảnh hưởng đến SNR của ADC.
Tác động của khả năng sinh trùng ký sinh trùng
Capacitance ký sinh trùng là nguy hiểm hơn. Capacitance hình thành giữa thanh truyền và mặt phẳng tham chiếu, được áp dụng cho đường tín hiệu, gây giảm trở ngại.Đối với các nút cản cao (chẳng hạn như đầu vào op-amp), công suất này tạo thành một bộ chia điện áp với trở kháng nguồn, dẫn đến suy giảm tín hiệu.
Trong một mạch đo độ chính xác, trở kháng đầu vào op-amp là 1MΩ, và dung lượng qua ký sinh trùng là 0.5pF. Ở 100kHz, trở kháng tụ là khoảng 3.2MΩ,và hiệu ứng không đáng kểTuy nhiên, ở 10MHz, trở kháng của tụ điện giảm xuống 32kΩ, và tín hiệu bị suy yếu 30 lần!
Hiệu ứng Stub: Một cạm bẫy bị bỏ qua
Nếu một đường không được sử dụng đầy đủ (ví dụ, từ L1 đến L3, nhưng đường đi qua toàn bộ bảng), nửa dưới của đường trở thành một "đá". Đá này hoạt động như một ăng-ten,cộng hưởng ở tần số cụ thể.
Công thức để tính tần số cộng hưởng là: f = c / (4 × L × √Dk_eff)
Trong đó L là chiều dài stub, và Dk_eff là hằng số dielektrik hiệu quả. Mất tích nhập tăng đáng kể khi chiều dài stub đạt một phần tư bước sóng. Đối với tiêu chuẩn 1.Bảng 4 lớp dày 6mm, tần số cộng hưởng stub khoảng 10 ~ 15GHz. Tuy nhiên, nếu bảng dày hơn hoặc stub dài hơn, tần số cộng hưởng sẽ thấp hơn, ảnh hưởng đến tín hiệu tương tự tần số cao hơn.
Nếu tần số tín hiệu tương tự của bạn rơi gần điểm cộng hưởng, bạn có thể bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu khác nhau.hậu quả có thể nghiêm trọng.
Đường quay trở lại bị gián đoạn
Đây là mối nguy hiểm ẩn lớn nhất của đường truyền tín hiệu tương tự. khi tín hiệu thay đổi lớp, dòng quay cũng thay đổi lớp. nếu tín hiệu thay đổi từ L1 đến L3, dòng quay,ban đầu chảy trên mặt đất của L2, bây giờ cần tìm một con đường trở lại mặt đất tương ứng của L3.
Nếu không khớp các đường nối đất, dòng điện trở lại phải đi một tuyến đường dài hơn, tạo thành một vòng lặp dòng lớn.Đối với tín hiệu analog yếu, điều này là tai hại.
Khi nào anh có thể dùng Vias?
Sau khi thảo luận về rất nhiều rủi ro, điều này có nghĩa là tín hiệu tương tự không thể sử dụng đường truyền không?
Các tín hiệu tương tự tần số thấp có thể sử dụng đường truyền.
Tín hiệu tương tự với tần số dưới 10MHz không rất nhạy cảm với các thông số ký sinh trùng của đường dẫn.và tín hiệu cảm biến tốc độ thấp có thể an toàn sử dụng đường dẫn để chuyển lớpChỉ cần cẩn thận đừng dùng quá nhiều.
Cá nhân, tôi nghĩ rằng tác động của các đường dẫn trên DC và tín hiệu tần số thấp là không đáng kể. trừ khi tín hiệu của bạn là cực kỳ yếu (trong phạm vi microvolt), đừng lo lắng quá nhiều.
Điện và đường dây mặt đất phải sử dụng đường truyền.
Sử dụng đường truyền cho đường dây điện và đường dây mặt đất là cần thiết, và bạn nên sử dụng nhiều.Độ thắt tương đương giảm với các kết nối song song.
Khuyến nghị Đối với các đường dẫn điện, ít nhất 2-3 đường dẫn được khuyến cáo cho dòng điện 1A. Cần nhiều đường dẫn hơn cho các ứng dụng dòng điện cao (ví dụ: đầu vào mô-đun điện); đừng tiết kiệm không gian.
Các chuyến thăm có thể được sử dụng khi có một con đường trở lại phù hợp.
Nếu một đường truyền mặt đất nằm bên cạnh tín hiệu đường truyền, và đường truyền mặt đất rất gần tín hiệu đường truyền (lý tưởng là ít hơn 100mil), con đường trở lại đã hoàn thành.ảnh hưởng của đường truyền trên tín hiệu tương tự được giảm đáng kể.
Cụ thể, mỗi khi một tín hiệu thông qua thay đổi lớp, đặt một mặt đất qua bên cạnh nó để kết nối mặt đất mặt phẳng của các lớp cũ và mới.nó tốt hơn để đặt một mặt đất qua giữa hai đường tín hiệu.
Có thể sử dụng ống dẫn mù hoặc ống dẫn chôn.
Các đường mù chỉ kết nối một lớp bên ngoài với một lớp bên trong, và các đường chôn chỉ kết nối một lớp bên trong; các thông số ký sinh trùng của chúng nhỏ hơn nhiều so với các đường xuyên lỗ.Các đường mù và bị chôn vùi không tạo ra các vòm dài, làm cho chúng thân thiện hơn với tín hiệu tần số cao.
Nếu chi phí cho phép, đường ống mù hoặc chôn cất nên được ưa thích cho các mạch tương tự độ chính xác cao và tần số cao.Các ống dẫn mù và chôn cất gần như là tiêu chuẩn.
Khi nào bạn không nên dùng vi-a?
Trong một số trường hợp, tốt nhất là tránh đường truyền cho các đường tín hiệu tương tự, hoặc rất thận trọng.
Các tín hiệu tương tự chính xác cao đòi hỏi phải thận trọng.
Đối với các ADC/DAC 16 bit trở lên, hoặc các hệ thống có yêu cầu tỷ lệ tín hiệu-gọi tiếng ồn vượt quá 80dB, đường dẫn tín hiệu tương tự nên sạch nhất có thể.Các thông số ký sinh trùng được giới thiệu bởi các đường dẫn có thể dẫn đến sự gia tăng lỗi định lượng và suy giảm INL / DNL.
[Ví dụ] Một hệ thống thu thập dữ liệu 24 bit đã được thiết kế với một SNR lý thuyết là 112dB. Các thử nghiệm thực tế chỉ cho thấy 95dB. Sau khi điều tra, thấy rằng các đường đầu vào tương tự có đường dẫn,và điểm cộng hưởng stub rơi ngay ở rìa của băng thông tín hiệuSau khi thay đổi định tuyến sang cùng một lớp, SNR cải thiện lên 108dB.
Cẩn thận với tín hiệu tương tự tần số cao.
Đối với các tín hiệu tương tự vượt quá 100MHz (RF, đồng hồ tốc độ cao), độ cảm ứng ký sinh trùng của đường truyền có thể trở thành một nút thắt.dẫn đến suy nghĩ.
Đối với chuyển đổi lớp tín hiệu RF, tốt nhất là sử dụng các cấu trúc được thiết kế đặc biệt, kết hợp với tối ưu hóa chống đệm và đất thông qua hàng rào.Chỉ đơn giản là đặt đường ống thông thường trực tiếp sẽ dẫn đến VSWR kém.
Không đặt ống dẫn bên dưới các vùng tương tự nhạy cảm.
Tránh đặt các ống dẫn không liên quan gần các mạch nhạy cảm như dao động tinh thể, vòng khóa pha, nguồn điện áp tham chiếu và các nút đầu vào cản cao.Vias có thể phá vỡ sự toàn vẹn của mặt đất và "hướng dẫn" tiếng ồn từ các lớp khác.
- Lưu ý: Đặc biệt đối với các đường truyền tín hiệu kỹ thuật số, không bao giờ đi qua các khu vực mạch tương tự.Theo kinh nghiệm của tôi, các ống dẫn kỹ thuật số nên cách các mạch tương tự nhạy cảm ít nhất 10mm.
Cẩn thận khi máy bay bị gián đoạn.
Nếu các đường dẫn được đóng gói dày đặc, tạo ra một cửa sổ lớn (anti-pad) trên mặt phẳng mặt đất, tính liên tục của mặt phẳng mặt đất bị gián đoạn.
Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trên PCB tín hiệu hỗn hợp. Nếu mặt phẳng mặt đất tương tự bị gián đoạn bởi đường dẫn, tiếng ồn kỹ thuật số có thể xâm nhập vào khu vực tương tự thông qua các đường nối.
Những cân nhắc thiết kế thiết thực
Sau khi hiểu các nguyên tắc và điều kiện ranh giới, làm thế nào chúng ta nên tiến hành trong thiết kế thực tế?
Lập kế hoạch chiến lược định tuyến của bạn để giảm thiểu thay đổi lớp.
Trong giai đoạn đặt, xác định rõ ràng đường dẫn và cố gắng đảm bảo rằng các tín hiệu tương tự quan trọng được hoàn thành trên cùng một lớp.Nếu thay đổi lớp là hoàn toàn cần thiết, ưu tiên thay đổi nó gần các chân chip, và tránh đột ngột khoan đường viền giữa đường qua vết.
Tối ưu hóa thông qua các tham số
Nếu cần thiết, hãy tối ưu hóa chúng:
Khớp với đường trở lại
Nếu tín hiệu thay đổi từ L1 đến L3, và mặt đất ở trên L2,sau đó một đường dẫn đất nên được đặt bên cạnh các tín hiệu thông qua để kết nối các cơ sở của L2 và L3.
Đường truyền mặt đất nên càng gần tín hiệu càng tốt; trong phạm vi 100mil là một phạm vi an toàn. Trong phạm vi 50mil thậm chí còn tốt hơn.
Phân tách và cô lập tương tự kỹ thuật số
Đối với các PCB có tín hiệu hỗn hợp, các khu vực tương tự và kỹ thuật số phải được cách ly về mặt vật lý. Các đường cũng nên được tách biệt, với các đường tương tự trong khu vực tương tự và các đường kỹ thuật số trong khu vực kỹ thuật số.Đừng để các đường truyền kỹ thuật số "đi qua" khu vực tương tự.
Nếu các thiết bị tín hiệu hỗn hợp như ADC / DAC có mặt, hãy đặt đường viền gần các thiết bị để ngăn chặn tín hiệu tương tự đi xa qua khu vực kỹ thuật số.
Kiểm tra mô phỏng:
Đối với thiết kế tốc độ cao, độ chính xác cao, không chỉ dựa vào kinh nghiệm. Sử dụng các công cụ mô phỏng SI để kiểm tra trở ngại, phản xạ và mất tích chèn của đường ống. Đặc biệt là điểm cộng hưởng stub;Mô phỏng sẽ cho thấy ngay lập tức..
Những quan niệm sai lầm phổ biến được làm rõ:
Không hoàn toàn đúng. Đúng là đường tín hiệu nên ít hơn, nhưng đường điện và đường mặt đất nên nhiều hơn.
Các hệ thống đơn giản thường được hưởng lợi từ một mặt phẳng mặt đất thống nhất. Các hệ thống phức tạp đòi hỏi sự tách biệt, và ngay cả khi đó, các kết nối điểm duy nhất là cần thiết.
Đối với các ADC 24 bit và RF GHz, đường mù là một khoản đầu tư đáng giá. Đối với các ứng dụng thông thường, chúng thực sự không cần thiết.
Tóm lại:
Các đường tín hiệu tương tự có thể sử dụng đường truyền không? Câu trả lời là: Nó phụ thuộc. Tần số thấp không nhạy cảm, vì vậy đường truyền có thể được sử dụng; độ chính xác cao đòi hỏi phải thận trọng, vì vậy tránh đường truyền nếu có thể;tần số cao đòi hỏi xử lý đặc biệtCác nguyên tắc cốt lõi là:
Lập kế hoạch chiến lược định tuyến của bạn tốt để giảm thay đổi lớp.
Tối ưu hóa thông qua đường kính, chống đệm, và sử dụng đường quay phù hợp.
Đường dẫn các tín hiệu tương tự tần số cao, chính xác cao đến lớp trên để tránh đục.
Không vượt qua các vùng có đường ống để tránh sự kết nối tiếng ồn.
Đừng chỉ dựa vào kinh nghiệm để thiết kế với tốc độ cao và độ chính xác cao.
Mặc dù đường truyền nhỏ, nhưng có rất nhiều điều để học hiểu nguyên tắc, nắm bắt ranh giới, và đường truyền tín hiệu tương tự sẽ không trở thành cạm bẫy trong thiết kế của bạn.
Giới thiệu: Một trải nghiệm gỡ lỗi bực bội
Năm ngoái, trong một dự án, một ADC 16 bit đang thu thập dữ liệu cảm biến. tiếng ồn được đo là cực kỳ cao, với SNR gần 15dB thấp hơn giá trị lý thuyết.dòng điện đã ổn., nguồn điện áp tham chiếu ổn định, và các tụ điện tách đủ được thêm xung quanh ADC.vấn đề đã được phát hiện ở một nơi không đáng chú ý, và nó đã được di chuyển đến một lớp bên trong.
Vào thời điểm đó, đường dẫn đó cách đường dẫn của đồng hồ kỹ thuật số chưa đến 3mm sau khi thiết kế lại, đặt tất cả các tín hiệu tương tự trên lớp trên ngay lập tức giải quyết vấn đề.Kinh nghiệm này là khá đau đớn và cho tôi một sự hiểu biết sâu sắc hơn về chủ đề của "analog đường dây tín hiệu. "
Trong thực tế, vấn đề này là khá phổ biến. nhiều kỹ sư có thái độ phân cực đối với vias khi thiết kế PCB: hoặc họ sợ sử dụng chúng, muốn định tuyến tất cả các dấu vết trên cùng một lớp;hoặc họ sử dụng chúng một cách thiếu cẩn thậnCả hai cực đoan đều có thể dẫn đến vấn đề.
Các đường dẫn ảnh hưởng như thế nào đến tín hiệu tương tự?
Để hiểu khi nào nên sử dụng đường truyền và khi nào không nên, trước tiên chúng ta phải hiểu đường truyền làm gì với tín hiệu tương tự.nó về cơ bản là một cấu trúc với cảm ứng ký sinh trùng và dung lượng.
Một lỗ xuyên đường kính 0,3mm có độ cảm ứng ký sinh trùng khoảng 0,5 ~ 1,2nH và dung lượng ký sinh trùng 0,3 ~ 0,8pF. Các giá trị này có vẻ nhỏ,nhưng tác động của chúng đối với tín hiệu tương tự có thể lớn hơn nhiều so với bạn có thể tưởng tượng.
Tác động của khả năng gây ra ký sinh trùng
Độ hấp dẫn ký sinh trùng tương tác với dung lượng trong đường tín hiệu để tạo ra hiệu ứng lọc LC, dẫn đến suy giảm các thành phần tần số cao.Hiệu ứng này rất quan trọng đối với tín hiệu tương tự tần số cao (như RF front-ends)Theo kinh nghiệm của tôi, ở tần số trên 500MHz, sự mất mát của một đường dẫn duy nhất có thể đạt 0,2 ~ 0.5dB.
Vấn đề lớn hơn là độ cảm ứng làm chậm các cạnh tăng và giảm của tín hiệu. Đối với tín hiệu tương tự tốc độ cao, điều này có nghĩa là mất băng thông. Đối với tín hiệu đồng hồ lấy mẫu,một cạnh chậm trực tiếp giới thiệu jitter, ảnh hưởng đến SNR của ADC.
Tác động của khả năng sinh trùng ký sinh trùng
Capacitance ký sinh trùng là nguy hiểm hơn. Capacitance hình thành giữa thanh truyền và mặt phẳng tham chiếu, được áp dụng cho đường tín hiệu, gây giảm trở ngại.Đối với các nút cản cao (chẳng hạn như đầu vào op-amp), công suất này tạo thành một bộ chia điện áp với trở kháng nguồn, dẫn đến suy giảm tín hiệu.
Trong một mạch đo độ chính xác, trở kháng đầu vào op-amp là 1MΩ, và dung lượng qua ký sinh trùng là 0.5pF. Ở 100kHz, trở kháng tụ là khoảng 3.2MΩ,và hiệu ứng không đáng kểTuy nhiên, ở 10MHz, trở kháng của tụ điện giảm xuống 32kΩ, và tín hiệu bị suy yếu 30 lần!
Hiệu ứng Stub: Một cạm bẫy bị bỏ qua
Nếu một đường không được sử dụng đầy đủ (ví dụ, từ L1 đến L3, nhưng đường đi qua toàn bộ bảng), nửa dưới của đường trở thành một "đá". Đá này hoạt động như một ăng-ten,cộng hưởng ở tần số cụ thể.
Công thức để tính tần số cộng hưởng là: f = c / (4 × L × √Dk_eff)
Trong đó L là chiều dài stub, và Dk_eff là hằng số dielektrik hiệu quả. Mất tích nhập tăng đáng kể khi chiều dài stub đạt một phần tư bước sóng. Đối với tiêu chuẩn 1.Bảng 4 lớp dày 6mm, tần số cộng hưởng stub khoảng 10 ~ 15GHz. Tuy nhiên, nếu bảng dày hơn hoặc stub dài hơn, tần số cộng hưởng sẽ thấp hơn, ảnh hưởng đến tín hiệu tương tự tần số cao hơn.
Nếu tần số tín hiệu tương tự của bạn rơi gần điểm cộng hưởng, bạn có thể bị ảnh hưởng bởi các tín hiệu khác nhau.hậu quả có thể nghiêm trọng.
Đường quay trở lại bị gián đoạn
Đây là mối nguy hiểm ẩn lớn nhất của đường truyền tín hiệu tương tự. khi tín hiệu thay đổi lớp, dòng quay cũng thay đổi lớp. nếu tín hiệu thay đổi từ L1 đến L3, dòng quay,ban đầu chảy trên mặt đất của L2, bây giờ cần tìm một con đường trở lại mặt đất tương ứng của L3.
Nếu không khớp các đường nối đất, dòng điện trở lại phải đi một tuyến đường dài hơn, tạo thành một vòng lặp dòng lớn.Đối với tín hiệu analog yếu, điều này là tai hại.
Khi nào anh có thể dùng Vias?
Sau khi thảo luận về rất nhiều rủi ro, điều này có nghĩa là tín hiệu tương tự không thể sử dụng đường truyền không?
Các tín hiệu tương tự tần số thấp có thể sử dụng đường truyền.
Tín hiệu tương tự với tần số dưới 10MHz không rất nhạy cảm với các thông số ký sinh trùng của đường dẫn.và tín hiệu cảm biến tốc độ thấp có thể an toàn sử dụng đường dẫn để chuyển lớpChỉ cần cẩn thận đừng dùng quá nhiều.
Cá nhân, tôi nghĩ rằng tác động của các đường dẫn trên DC và tín hiệu tần số thấp là không đáng kể. trừ khi tín hiệu của bạn là cực kỳ yếu (trong phạm vi microvolt), đừng lo lắng quá nhiều.
Điện và đường dây mặt đất phải sử dụng đường truyền.
Sử dụng đường truyền cho đường dây điện và đường dây mặt đất là cần thiết, và bạn nên sử dụng nhiều.Độ thắt tương đương giảm với các kết nối song song.
Khuyến nghị Đối với các đường dẫn điện, ít nhất 2-3 đường dẫn được khuyến cáo cho dòng điện 1A. Cần nhiều đường dẫn hơn cho các ứng dụng dòng điện cao (ví dụ: đầu vào mô-đun điện); đừng tiết kiệm không gian.
Các chuyến thăm có thể được sử dụng khi có một con đường trở lại phù hợp.
Nếu một đường truyền mặt đất nằm bên cạnh tín hiệu đường truyền, và đường truyền mặt đất rất gần tín hiệu đường truyền (lý tưởng là ít hơn 100mil), con đường trở lại đã hoàn thành.ảnh hưởng của đường truyền trên tín hiệu tương tự được giảm đáng kể.
Cụ thể, mỗi khi một tín hiệu thông qua thay đổi lớp, đặt một mặt đất qua bên cạnh nó để kết nối mặt đất mặt phẳng của các lớp cũ và mới.nó tốt hơn để đặt một mặt đất qua giữa hai đường tín hiệu.
Có thể sử dụng ống dẫn mù hoặc ống dẫn chôn.
Các đường mù chỉ kết nối một lớp bên ngoài với một lớp bên trong, và các đường chôn chỉ kết nối một lớp bên trong; các thông số ký sinh trùng của chúng nhỏ hơn nhiều so với các đường xuyên lỗ.Các đường mù và bị chôn vùi không tạo ra các vòm dài, làm cho chúng thân thiện hơn với tín hiệu tần số cao.
Nếu chi phí cho phép, đường ống mù hoặc chôn cất nên được ưa thích cho các mạch tương tự độ chính xác cao và tần số cao.Các ống dẫn mù và chôn cất gần như là tiêu chuẩn.
Khi nào bạn không nên dùng vi-a?
Trong một số trường hợp, tốt nhất là tránh đường truyền cho các đường tín hiệu tương tự, hoặc rất thận trọng.
Các tín hiệu tương tự chính xác cao đòi hỏi phải thận trọng.
Đối với các ADC/DAC 16 bit trở lên, hoặc các hệ thống có yêu cầu tỷ lệ tín hiệu-gọi tiếng ồn vượt quá 80dB, đường dẫn tín hiệu tương tự nên sạch nhất có thể.Các thông số ký sinh trùng được giới thiệu bởi các đường dẫn có thể dẫn đến sự gia tăng lỗi định lượng và suy giảm INL / DNL.
[Ví dụ] Một hệ thống thu thập dữ liệu 24 bit đã được thiết kế với một SNR lý thuyết là 112dB. Các thử nghiệm thực tế chỉ cho thấy 95dB. Sau khi điều tra, thấy rằng các đường đầu vào tương tự có đường dẫn,và điểm cộng hưởng stub rơi ngay ở rìa của băng thông tín hiệuSau khi thay đổi định tuyến sang cùng một lớp, SNR cải thiện lên 108dB.
Cẩn thận với tín hiệu tương tự tần số cao.
Đối với các tín hiệu tương tự vượt quá 100MHz (RF, đồng hồ tốc độ cao), độ cảm ứng ký sinh trùng của đường truyền có thể trở thành một nút thắt.dẫn đến suy nghĩ.
Đối với chuyển đổi lớp tín hiệu RF, tốt nhất là sử dụng các cấu trúc được thiết kế đặc biệt, kết hợp với tối ưu hóa chống đệm và đất thông qua hàng rào.Chỉ đơn giản là đặt đường ống thông thường trực tiếp sẽ dẫn đến VSWR kém.
Không đặt ống dẫn bên dưới các vùng tương tự nhạy cảm.
Tránh đặt các ống dẫn không liên quan gần các mạch nhạy cảm như dao động tinh thể, vòng khóa pha, nguồn điện áp tham chiếu và các nút đầu vào cản cao.Vias có thể phá vỡ sự toàn vẹn của mặt đất và "hướng dẫn" tiếng ồn từ các lớp khác.
- Lưu ý: Đặc biệt đối với các đường truyền tín hiệu kỹ thuật số, không bao giờ đi qua các khu vực mạch tương tự.Theo kinh nghiệm của tôi, các ống dẫn kỹ thuật số nên cách các mạch tương tự nhạy cảm ít nhất 10mm.
Cẩn thận khi máy bay bị gián đoạn.
Nếu các đường dẫn được đóng gói dày đặc, tạo ra một cửa sổ lớn (anti-pad) trên mặt phẳng mặt đất, tính liên tục của mặt phẳng mặt đất bị gián đoạn.
Vấn đề này đặc biệt nghiêm trọng trên PCB tín hiệu hỗn hợp. Nếu mặt phẳng mặt đất tương tự bị gián đoạn bởi đường dẫn, tiếng ồn kỹ thuật số có thể xâm nhập vào khu vực tương tự thông qua các đường nối.
Những cân nhắc thiết kế thiết thực
Sau khi hiểu các nguyên tắc và điều kiện ranh giới, làm thế nào chúng ta nên tiến hành trong thiết kế thực tế?
Lập kế hoạch chiến lược định tuyến của bạn để giảm thiểu thay đổi lớp.
Trong giai đoạn đặt, xác định rõ ràng đường dẫn và cố gắng đảm bảo rằng các tín hiệu tương tự quan trọng được hoàn thành trên cùng một lớp.Nếu thay đổi lớp là hoàn toàn cần thiết, ưu tiên thay đổi nó gần các chân chip, và tránh đột ngột khoan đường viền giữa đường qua vết.
Tối ưu hóa thông qua các tham số
Nếu cần thiết, hãy tối ưu hóa chúng:
Khớp với đường trở lại
Nếu tín hiệu thay đổi từ L1 đến L3, và mặt đất ở trên L2,sau đó một đường dẫn đất nên được đặt bên cạnh các tín hiệu thông qua để kết nối các cơ sở của L2 và L3.
Đường truyền mặt đất nên càng gần tín hiệu càng tốt; trong phạm vi 100mil là một phạm vi an toàn. Trong phạm vi 50mil thậm chí còn tốt hơn.
Phân tách và cô lập tương tự kỹ thuật số
Đối với các PCB có tín hiệu hỗn hợp, các khu vực tương tự và kỹ thuật số phải được cách ly về mặt vật lý. Các đường cũng nên được tách biệt, với các đường tương tự trong khu vực tương tự và các đường kỹ thuật số trong khu vực kỹ thuật số.Đừng để các đường truyền kỹ thuật số "đi qua" khu vực tương tự.
Nếu các thiết bị tín hiệu hỗn hợp như ADC / DAC có mặt, hãy đặt đường viền gần các thiết bị để ngăn chặn tín hiệu tương tự đi xa qua khu vực kỹ thuật số.
Kiểm tra mô phỏng:
Đối với thiết kế tốc độ cao, độ chính xác cao, không chỉ dựa vào kinh nghiệm. Sử dụng các công cụ mô phỏng SI để kiểm tra trở ngại, phản xạ và mất tích chèn của đường ống. Đặc biệt là điểm cộng hưởng stub;Mô phỏng sẽ cho thấy ngay lập tức..
Những quan niệm sai lầm phổ biến được làm rõ:
Không hoàn toàn đúng. Đúng là đường tín hiệu nên ít hơn, nhưng đường điện và đường mặt đất nên nhiều hơn.
Các hệ thống đơn giản thường được hưởng lợi từ một mặt phẳng mặt đất thống nhất. Các hệ thống phức tạp đòi hỏi sự tách biệt, và ngay cả khi đó, các kết nối điểm duy nhất là cần thiết.
Đối với các ADC 24 bit và RF GHz, đường mù là một khoản đầu tư đáng giá. Đối với các ứng dụng thông thường, chúng thực sự không cần thiết.
Tóm lại:
Các đường tín hiệu tương tự có thể sử dụng đường truyền không? Câu trả lời là: Nó phụ thuộc. Tần số thấp không nhạy cảm, vì vậy đường truyền có thể được sử dụng; độ chính xác cao đòi hỏi phải thận trọng, vì vậy tránh đường truyền nếu có thể;tần số cao đòi hỏi xử lý đặc biệtCác nguyên tắc cốt lõi là:
Lập kế hoạch chiến lược định tuyến của bạn tốt để giảm thay đổi lớp.
Tối ưu hóa thông qua đường kính, chống đệm, và sử dụng đường quay phù hợp.
Đường dẫn các tín hiệu tương tự tần số cao, chính xác cao đến lớp trên để tránh đục.
Không vượt qua các vùng có đường ống để tránh sự kết nối tiếng ồn.
Đừng chỉ dựa vào kinh nghiệm để thiết kế với tốc độ cao và độ chính xác cao.
Mặc dù đường truyền nhỏ, nhưng có rất nhiều điều để học hiểu nguyên tắc, nắm bắt ranh giới, và đường truyền tín hiệu tương tự sẽ không trở thành cạm bẫy trong thiết kế của bạn.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski