Анализ методов компоновки и маршрутизации для проектирования печатных плат со смешанными сигналами

Работа аналоговых цепей зависит от непрерывных изменений тока и напряжения. Работа цифровой схемы зависит от обнаружения высокого или низкого уровня на приемном конце в соответствии с заранее определенным уровнем или порогом напряжения, что эквивалентно определению "истинного" или "ложного" логического состояния. Между высоким уровнем и низким уровнем цифрового контура находится "серая" область, где цифровая схема иногда проявляет аналоговые эффекты, например, при переходе с низкого уровня на высокий уровень (состояние), если цифровой сигнал скачет достаточно быстро, будут возникать выбросы и отражения обратного вызова. Концепция PCBS со смешанными сигналами неоднозначна для современной конструкции пластин из-за наличия аналоговых схем и аналоговых эффектов даже в чисто "цифровых" устройствах. Следовательно, на начальном этапе проектирования необходимо выполнить эффект моделирования, чтобы надежно реализовать строгое распределение времени. На самом деле, в дополнение к тому факту, что продукты связи должны обладать надежностью, чтобы работать без сбоев в течение нескольких лет, эффекты моделирования особенно необходимы в массовых недорогих/высокопроизводительных потребительских товарах.

Еще одна трудность проектирования современных печатных плат со смешанными сигналами – растущее количество устройств с различной цифровой логикой, такой как логика GTL, LVTTL, LVCMOS и LVDS. Каждая логическая схема имеет разные логические пороги и колебания напряжения. Однако эти схемы с разными логическими порогами и перепадами напряжения должны проектироваться вместе на печатной плате. Тщательно проанализировав компоновку и конструкцию разводки высокоплотных, высокопроизводительных печатных плат со смешанными сигналами, вы сможете овладеть стратегиями и методами достижения успеха.

Основы разводки смешанных сигнальных цепей

Когда цифровые и аналоговые схемы используют одни и те же компоненты на одной плате, компоновка схемы и проводка должны быть методичными.

При проектировании печатных плат со смешанными сигналами существуют особые требования к проводке питания и изоляции аналогового и цифрового шума друг от друга, чтобы избежать шумовой связи, что увеличивает сложность компоновки и проводки. Особые требования к линиям электропередачи и необходимость изоляции шумовых помех между аналоговыми и цифровыми цепями еще больше усложняют компоновку и проводку печатных плат смешанных сигналов.

Если источник питания аналогового усилителя аналого-цифрового преобразователя и цифровой источник питания аналого-цифрового преобразователя соединены вместе, это, вероятно, вызовет взаимодействие аналоговой части и цифровой части схемы. Возможно, из-за расположения входных/выходных разъемов в плане компоновки необходимо смешать проводку цифровых и аналоговых цепей.

Перед компоновкой и проводкой инженер должен понять основные недостатки схемы компоновки и проводки. Даже при наличии ложных суждений большинство инженеров склонны использовать информацию о компоновке и проводке для выявления потенциальных электрических эффектов.

Компоновка и разводка современных печатных плат смешанного сигнала

Далее будет подробно описана компоновка печатной платы со смешанными сигналами и технология проводки с помощью конструкции интерфейсной карты OC48. OC48 означает стандарт оптической несущей 48, в основном для последовательной оптической связи 2,5 Gb, это стандарт оптической связи с высокой пропускной способностью в современном коммуникационном оборудовании. Плата интерфейса OC48 содержит несколько типичных проблем с компоновкой печатной платы и разводкой смешанных сигналов. Процесс компоновки и подключения укажет последовательность и шаги для решения решения компоновки печатной платы со смешанными сигналами.

Плата OC48 содержит оптический приемопередатчик, реализующий двунаправленное преобразование оптических сигналов и аналоговых электрических сигналов. Аналоговые сигналы вводятся или выводятся процессорами цифровых сигналов, а DSP преобразует эти аналоговые сигналы в цифровые логические уровни, которые могут быть подключены к микропроцессору, программируемой матрице логических элементов, а также схемам системного интерфейса DSP и микропроцессора на плате OC48. Отдельные PLLS, фильтры питания и локальные источники опорного напряжения также интегрированы.

Среди них микропроцессор представляет собой устройство с несколькими источниками питания, основное питание составляет 2 В, а мощность сигнала ввода-вывода 3,3 В распределяется между другими цифровыми устройствами на плате. Независимый источник цифровых часов обеспечивает синхронизацию для OC48 ввода/вывода, микропроцессоров и системного ввода/вывода.

После проверки требований к компоновке и разводке различных функциональных блоков схемыпредварительно рекомендуется 12-слойная плата, как показано на рисунке 3. Конфигурация слоев микрополосковых и полосковых линий может безопасно уменьшить связь соседних линейных слоев и улучшить контроль импеданса. Слой заземления между первым и вторым слоями изолирует проводку чувствительного источника аналогового опорного сигнала, ядра CPU и источника питания фильтра PLL от микропроцессора и устройств DSP на первом уровне. Уровень питания и заземления всегда идут парами, как это сделано для общего уровня питания 3,3 В на плате OC48. Это уменьшит импеданс между источником питания и землей, тем самым уменьшив шум в сигнале питания.

Избегайте прокладки цифровых тактовых линий и высокочастотных аналоговых сигнальных линий рядом с уровнем питания; В противном случае шум от сигнала мощности будет связан с чувствительным аналоговым сигналом.

Использование разъемов для питания и аналогового заземления (разделение) следует тщательно продумать, поскольку это требуется для проводки цифровых сигналов, особенно на входе и выходе устройств со смешанными сигналами. Прохождение через отверстие в соседнем сигнальном слое создает цепь линии передачи с прерывистым импедансом и плохой производительностью. Все это вызывает проблемы с качеством сигнала, синхронизацией и электромагнитными помехами.

Иногда можно устранить отверстия и избежать этих проблем, добавив несколько слоев заземления или используя несколько внешних слоев под устройством для локального слоя питания или слоя заземления, как в случае с интерфейсной картой OC48. Сохранение перекрывающейся симметрии слоя отверстия и слоя проводки позволяет избежать деформации прилипания и упростить процесс изготовления. Из-за высокой способности выдерживать высокие токи слой питания 3,3 V и соответствующий заземляющий слой должны быть покрыты медью 1 унция, а другие слои могут быть покрыты медью 0,5 OZ. Это уменьшает колебания напряжения, вызванные переходными высокими токами или пиками.