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如何對包含數(shù)?;旌系?PCB 設(shè)計進(jìn)行合理的控制

發(fā)布時間:2018-04-10 來源:電子設(shè)計 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】很多產(chǎn)品都包含數(shù)模混合的 PCB 設(shè)計,不同的信號具有不同的抗干擾能力。在互連設(shè)計過程中必須對不同信號之間的串?dāng)_進(jìn)行合理的控制才能保證最終產(chǎn)品的指標(biāo)要求。
 
 
對于以下基本概念的理解非常重要,掌握有關(guān)數(shù)?;旌显O(shè)計的基本概念,有助于理解后面制定得很嚴(yán)格的布局和布線設(shè)計規(guī)則,從而在終端產(chǎn)品數(shù)?;旌系脑O(shè)計時,不會輕易打折執(zhí)行其中的重要約束規(guī)則。并且有助于靈活有效地處理數(shù)?;旌显O(shè)計方面可能遇到的串?dāng)_問題。
 
 
1. 模擬信號與數(shù)字信號在抗干擾能力方面的重要區(qū)別
 
數(shù)字信號電平有較強(qiáng)的抗干擾能力,而模擬信號的抗干擾能力很差。
 
舉個例子,3V 電平的數(shù)字信號,即使接收到 0.3V 的串?dāng)_信號,也可以容忍,不會對邏輯狀態(tài)產(chǎn)生影響。但在模擬信號領(lǐng)域,有些信號極微弱,例如 GSM 手機(jī)的接收靈敏度能夠做到-110dBm 的指標(biāo),僅相當(dāng)于 0.7uV 的正弦波有效值。在 LNA 前端即使接收到 uV 數(shù)量級的帶內(nèi)干擾噪聲,也足以使基站接收靈敏度大幅度劣化。這種輕微干擾可能來自數(shù)字控制信號線或電源地線上的細(xì)小的噪聲。
 
 
從系統(tǒng)的觀點來看,數(shù)字信號一般只在板上或框內(nèi)傳送。比如內(nèi)存總線信號、電源控制信號等,只要保證從發(fā)送端到接收端接收到的干擾不足以影響邏輯狀態(tài)的判別即可。而模擬信號需要經(jīng)過調(diào)制、變頻、放大、發(fā)射、空間傳播、接收、解調(diào)等一系列過程才能被回復(fù)。在此過程之中噪聲不斷地跌價到信號上,從系統(tǒng)的角度來講必須保證最終的信噪比滿足要求才能正確解調(diào)。最大的干擾來自空間傳播的衰減和噪聲,為了達(dá)到更好的通訊性能,必須盡可能減小板內(nèi)互連引入的串?dāng)_。
 
 
因此可以認(rèn)為,模擬信號對串?dāng)_的要求比數(shù)字信號高幾十倍,甚至有可能達(dá)到幾萬倍。
 
 
2. 高精度 ADC、DAC 電路
 
理想情況下,線性 ADC、DAC 電路信噪比與轉(zhuǎn)換位數(shù)間的關(guān)系是:
SNR=10Log(F2/N2)=10Log[A2/2/(A2/3×2n)]=6.02n+1.76 dB
 
對于14位的線性ADC、DAC,如果使最低位數(shù)據(jù)(LSB)有效,可計算出的理論上的信噪比為 86dBc,與數(shù)字電路約 20dBc 的串?dāng)_要求相比,高精度 14 位線性 ADC、DAC 對噪聲的要求至少比數(shù)字信號高 1000 倍。當(dāng)然,如果最低有效位數(shù)只需要 11 位,串?dāng)_要求就可以適當(dāng)放低,但仍然比數(shù)字信號的要求高很多。
 
 
上面的兩種情況,說明數(shù)模混合單板中,模擬電路極易受到干擾,會影響信噪比等指標(biāo)。所以在數(shù)?;旌蠁伟?PCB 設(shè)計過程中,要對布局布線提出很高的要求。
 

3. 數(shù)字信號對于模擬信號是強(qiáng)干擾源
 
數(shù)字信號的電平相對于模擬信號來講非常高,并且數(shù)字信號包含有豐富的諧波頻率,因此數(shù)字信號對于模擬信號而言,本身就是很強(qiáng)的干擾源。特別是大電流的時鐘信號、開關(guān)電源等更是在數(shù)?;旌显O(shè)計中需要關(guān)注的強(qiáng)干擾源。

4. 數(shù)模混合互連設(shè)計的根本目的
 
我們可以這樣來理解數(shù)模設(shè)計問題,對于數(shù)字電路我們遵循數(shù)字電路的設(shè)計規(guī)則,在數(shù)字電路區(qū)域, 可以允許較大的干擾存在, 只要不影響系統(tǒng)功能實現(xiàn)和對外 EMC 指標(biāo)即可。
 
我們這里所講的“較大”是相對于模擬電路而言的。對于數(shù)字電路,我們沒有必要也不可能象對待模擬電路一樣地控制串?dāng)_的存在。對于模擬電路,我們必須遵循模擬電路的設(shè)計規(guī)則,在模擬電路區(qū)域所允許存在的干擾遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于數(shù)字電路區(qū)域。
 
數(shù)?;旌匣ミB設(shè)計的目的就是要通過合理的布局、布線、屏蔽、濾波、電源地分割等設(shè)計方法來保證數(shù)字信號的干擾只存在于數(shù)字信號區(qū)域。
 
我們需要重點關(guān)注的內(nèi)容包括干擾源、敏感電路、干擾途徑。下面將從這 3 個方面來講述采用的布局布線原則。成功的數(shù)?;旌蠁伟逶O(shè)計必須仔細(xì)注意整個過程中每個步驟及每個細(xì)節(jié)才有可能實現(xiàn),這意味著必須在設(shè)計開始階段就要進(jìn)行徹底的、仔細(xì)的規(guī)劃,并對每個設(shè)計步驟的工作進(jìn)展進(jìn)行全面持續(xù)地評估。對于布局和布線必須仔細(xì)地檢查和核對,要保證百分之百遵守布局布線規(guī)則。否則,一條信號線走線不當(dāng)就會徹底破壞一個本來非常不錯的電路板。
 
規(guī)則是死的,透過規(guī)則深刻理解原則才能保證我們能正確運用規(guī)則,完成優(yōu)秀的設(shè)計。
 



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