- •Разработка топологии печатной платы аналоговых и цифровых схем
- •Ход выполнения работы
- •Содержание отчета
- •Контрольные вопросы
- •Приложение а Методика разработки топологии печатной платы
- •Приложение б Разводка печатных плат аналоговых и цифровых схем
- •Обшие подходы и отличия
- •1.1 Развязывающие конденсаторы
- •Разводка шин питания и земли
- •Слой земли в цифровых и аналоговых схемах
- •1.3.1 Размещение компонентов
- •1.3.2 Влияние паразитных параметров
- •1.4 Влияние паразитных ёмкостей
- •1.5 Индуктивности печатного монтажа
- •1.6 Разводка схем с ацп
- •1.6.1 Разводка платы с сигма-дельта-преобразователем
- •1.7 Разводка двухслойных печатных плат
- •1.7.1 Автоматическая трассировка
- •1.8 Дорожки обратных токов
- •1.9 Особенности разводки 12-битных измерительных систем
- •1.9.1 Общее руководство по разводке платы: заземление и питание
- •1.10 Дорожки сигнальных цепей
- •1.11 Развязывающие конденсаторы
- •1.12 Советы по разводке печатной платы
- •Печатная плата как компонент конструкции схемы с оу
- •Самое важное правило: разделяйте землю!
1.5 Индуктивности печатного монтажа
Взаимная индуктивность образуется на ПП подобно конденсатору. Она появляется в результате размещения двух дорожек одна над другой в соседних слоях или же при размещении их рядом в одном слое (рис. ПБ9). Для обеих конфигураций изменение тока во времени в одной дорожке может (из-за её индуктивности) вызвать появление напряжения на этой дорожке и, благодаря эффекту взаимоиндукции, появление пропорционального этой индуктивности тока во второй дорожке. При значительных изменениях напряжения на первой дорожке, оно может превысить границы шумов для цифровых схем, что приведёт к ошибкам. Это явление наблюдается не только в цифровых схемах, оно характерно для любых цепей, в которых переключаются большие токи.
Для исключения влияния шума потенциальных источников электромагнитных помех лучше всего разнести бесшумные аналоговые линии и создающие шум порты ввода/вывода, использовать низкоомные шины питания и земли, минимизировать индуктивности цепей цифровых сигналов и ёмкостные связи в аналоговых схемах.
Рисунок ПБ 9
1.6 Разводка схем с ацп
Для таких устройств необходимо предусматривать варианты зашиты от наводок на входе при переключениях в цифровых цепях последовательного или параллельного выходного интерфейса преобразователя.
Преобразователь последовательного приближения изначально является аналоговым устройством как по характеру выполняемых операций, так и по площади аналоговых функциональных узлов на кристалле. На рис. ПБ 10 показана блок-схема 12-битного КМОП-преобразователя последовательного приближения.
Рисунок ПБ 10
Эти преобразователи имеют несколько выводов для подключения земли и питания. Названия выводов часто могут сбить с толку в том смысле, что невозможно определить, является ли этот вывод аналоговым или цифровым. Названия выводов не обязательно описывают соединения АЦП на печатной плате, скорее, они определяют аналоговые и цифровые сигналы самого кристалла. Поскольку аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения является, по сути, аналоговым устройством, то желательно присоединять выводы питания и земли на одни и те же слои аналогового напряжения питания и аналоговой земли. На рис. ПБ 11 показано расположение и назначение выводов для выбранных образцов 10- и 12-битных преобразователей.
Рисунок ПБ 11
Преобразователь последовательного приближения, независимо от разрешения, обычно имеет как минимум два земляных вывода — AGND и DGND,
у MPC320I этот вывод один (Vss)
В этих устройствах земля обычно соединяется непосредственно с двумя выводами (AGND и DGND),a напряжение питания — с одним выводом. При разводке печатной платы выводы AGND и DGND нужно соединять с аналоговой землёй. Аналоговый и цифровой выводы питания также должны быть соединены с шиной аналогового питания, или, в крайнем случае, с дорожкой аналогового питания с установкой развязывающих конденсаторов как можно ближе к выводам питания. Единственной причиной, из-за которой эти устройства могут иметь один вывод земли и один вывод питания, является ограничение по количеству выводов корпуса микросхемы, хотя при наличии отдельных выводов аналоговой и цифровой земли повышается вероятность получения достоверного и повторяемого кода на выходе преобразователя.
При подключении таких преобразователей к источнику питания необходимо соблюдать следующие правила: все земляные, положительные и отрицательные выводы питания должны быть соединены с шинами аналогового питания. Кроме того, нужно соединить вывод СОМ или IN входного сигнала с сигнальной землёй кратчайшим путём.
Для преобразователей последовательного приближения с более высоким разрешением (16 и 18 бит) требования по подавлению помех, вызванных цифровыми сигналами, и подключению к шинам, по которым подводится напряжение питания, более жёсткие. Чтобы уменьшить уровень шумов, при соединении этих устройств с микроконтроллером нужно использовать внешние цифровые буферные микросхемы. Преобразователи последовательного приближения, как правило, имеют на цифровом выходе внутренние сдвоенные буферы, но внешние цифровые буферы не помешают, поскольку выполняют дополнительную развязку аналоговой части преобразователя от помех, возникающих в цифровых цепях. На рис. ПБ12 показан возможный вариант разводки схемы.
Рисунок ПБ 12
При использовании АЦП последовательного приближения с высоким разрешением необходимо соединить шины аналогового питания с выводами питания и земли преобразователя. Кроме того, нужно установить дополнительный буфер на цифровом выходе АЦП, например выходные буферные схемы с тремя состояниями. Такие буферы обеспечивают развязку аналоговой и цифровой частей и позволяют работать с повышенными нагрузками