적절한 PCB 접지 설계로 혼합 신호 EMI를 줄일 수 있습니다

혼합 신호 접지를 위한 몇 가지 옵션

혼합 신호 PCB에는 종종 특별히 맞춤화된 접지 솔루션이 필요하지만, 그럼에도 불구하고 일부분까지 도달할 수 있는 여러 가지 "최선의 방법"이 있습니다. PCB 접지 설계에서 일반적으로 시스템에서 사용하고 싶은 세 가지 옵션이 있습니다:

• 버스 와이어: 대부분의 혼합 신호 시스템에 사용되는 PCB의 경우, 버스 와이어는 좋은 솔루션이 아닙니다. 그러나 이것은 대부분의 신규 디자이너들이 접지를 정의하고 연결을 만들기 위해 기본적으로 선택하는 옵션입니다. 버스 와이어의 반환 전류 임피던스는 시스템 주파수에서 상당히 클 수 있으며, 이는 고주파 잡음을 쉽게 수신하는 매우 큰 루프 인덕턴스를 생성합니다.
• 접지 그리드: 접지 그리드는 때때로 전체 PCB 접지 평면에 충분한 공간이 없고 버스 와이어와 관련된 전압 강하나 큰 반환 경로 인덕턴스를 받아들일 수 없는 두 층 PCB에서 사용됩니다. 그리드는 꼭 정사각형 메시일 필요는 없지만 가능한 한 많은 면적을 가져야 합니다. 더 큰 면적은 그리드 임피던스를 줄이고 더 많은 트레이스/비아 연결을 허용하여, 그에 따라 전류 반환 경로를 단축시킵니다.
• 그라운드 평면: PCB에서 접지를 위한 최선의 해결책은 보통 전체 그라운드 평면을 사용하는 것입니다. 이는 여러 신호 레이어를 포함할 설계의 경우 최소한 4-레이어 보드가 필요함을 의미합니다.

이러한 것들은 회로도에 정의되어 있지 않으며, 모두 여러분의 구성 요소 주변의 공백에서 존재하며, PCB 레이아웃에 도달했을 때 접지 전략을 어떻게 구현할지 결정해야 합니다.

실제 접지는 회로도에서처럼 쉽지 않습니다.

무엇을 해야 할지 확신이 서지 않는다면, 예를 들어 2-레이어 보드에서는, 일반적으로 디자인에서 따르기 쉬운 전류 반환 경로를 제공하기 때문에 균일한 그라운드 평면을 그냥 사용하는 것이 최선입니다. 또한, 전체 그라운드 평면은 그라운드 그리드보다 더 많은 EMI 차폐를 가집니다. 그리드와 마찬가지로, 집적 회로(IC)를 PCB 그라운드 평면에 연결할 때는 반환 전류 경로가 교차하지 않도록 주의해야 합니다. 종종 그렇듯이, “더 좋은” 해결책일수록 비용이 더 많이 듭니다. 만약 여러분이 짠돌이처럼 절약을 중시한다면, 버스 와이어나 접지 그리드를 사용할 때 발생하는 임피던스를 계산하는 것이 가치가 있을 수 있습니다.

다양한 주파수에서의 PCB 접지

위의 사항들을 염두에 두고, 다양한 종류의 보드와 주파수에 대해 어떤 조치를 취해야 할까요? 아래 표는 다른 주파수 범위에서 사용할 수 있는 몇 가지 전략을 요약한 것입니다. 우리는 다른 종류의 신호를 고려하지 않고 있음에 유의하십시오.

이 다양한 PCB 접지 설계에서 우리는 접지면이 가장 보편적인 해결책임을 볼 수 있습니다. 큰 접지 레일도 여러 주파수에 대한 접지를 제공할 수 있고, 회로망에 쉽게 연결할 수 있다면 받아들일 수 있습니다. 별도의 접지 전략도 다른 유형의 신호가 동일한 구성 요소와 상호 작용할 필요가 없는 한 레일과 함께 사용될 수 있음을 유의하세요. 별도의 접지를 크게 사용하면 매우 낮은 인덕턴스 접지 연결을 할 수 있지만, 혼합 신호 IC를 매우 신중하게 배치하여 간섭을 방지해야 합니다(아래 참조).

• PCB에서 접지 전략과 별도 접지에 대해 자세히 알아보기

일부 혼합 신호 설계에서는 아날로그와 디지털 회로를 분리하여 EMI를 줄이기 위해 두 개의 별도 접지면을 사용할 수 있습니다. 그러나 더 일반적인 시스템의 경우, 두 접지면을 합치거나 하나의 PCB 접지면을 사용할 수 있습니다.

이러한 PCB 접지 설계 전략을 구현하는 목표는 AC 및 DC 반환 전류 경로가 교차하는 것을 방지하여 크로스토크가 발생하는 것을 막는 것입니다. 이는 신호 층과 인접한 단단한 접지 평면을 사용하고 모든 접지 평면을 같은 참조 전위에 연결된 비아로 묶는 것이 가장 쉽습니다. 접지 평면에 간격이 있는 경우, 예를 들어 컷아웃 근처나 PWR/GND가 같은 층에 혼합된 경우, 이러한 간격 위에 트레이스를 실행하지 마십시오. 간격이 안테나처럼 작동할 것입니다.

혼합 신호 IC를 위한 실용적인 팁

위에서 언급했듯이, 혼합 신호 IC는 PCB 접지 설계에 복잡성을 도입할 수 있으며, 이러한 구성 요소에 대한 응용 노트는 때때로 새로운 노이즈를 생성하는 나쁜 관행을 권장할 수 있습니다. 이러한 다양한 조합은 다른 해결책을 요구하므로, 혼합 신호 IC를 다룰 때 몇 가지 팁이 있습니다.

단일 혼합 신호 IC가 있는 PCB

오디오 회로를 설계해본 적이 있다면 스타 그라운드에 익숙할 수 있습니다. 단일 혼합 신호 IC만 있는 PCB를 설계할 때, 스타 그라운드는 훌륭한 해결책이 될 수 있습니다. 스타 그라운드는 전체 평면 레이어 대신 단일 지점을 참조로 사용합니다. ADC/DAC뿐만 아니라 일부 다른 혼합 신호 칩의 경우, 제조업체는 보통 AGND와 DGND 핀을 칩 외부에서 연결하도록 권장합니다; 이 연결은 스타 그라운드를 형성하는 패치로 구현하거나 직접 그라운드 평면으로 구현하는 것이 가장 좋습니다. 단일 혼합 신호 IC를 사용하여 두 개의 별도 그라운드 평면을 사용하는 경우, 그 지점에서 두 샤시 그라운드 평면을 함께 연결할 수도 있습니다.

다중 혼합 신호 IC가 있는 PCB

만약 여러분의 인쇄 회로 기판이 하나 이상의 혼합 신호 IC를 사용하고 있다면, 스타 그라운드는 아마도 비현실적일 것입니다. 이는 각 IC의 AGND와 DGND를 각 IC 케이스 바로 바깥에서 모두 정확히 같은 지점에 연결해야 하기 때문에, 단순히 비현실적이며 모든 것에 대해 단일 그라운드 평면을 사용하는 것이 최선의 방법입니다. 오직 각각의 IC가 다른 주파수에서 작동하는 경우에만 격리를 돕기 위해 간격을 추가하는 것을 고려할 수 있으며, 그럼에도 불구하고 이러한 간격 위로 라우팅하지 않는 위의 규칙을 준수해야 합니다.

혼합 신호 시스템 그라운드는 EMI와 크로스토크를 줄이기 위해 반환 경로를 확인해야 하므로 세심한 레이아웃 계획이 필요합니다. 혼합 신호 보드 디자인에서 PCB 그라운딩 디자인을 구현할 준비가 되었을 때, Altium Designer^®의 포괄적인 CAD 유틸리티 세트를 사용하세요. 제조업체에 제작 데이터를 릴리스할 준비가 되면, Altium 365^™ 플랫폼을 통해 디자인을 쉽게 공유하고 협업할 수 있습니다. 고급 전자 제품을 디자인하고 생산하는 데 필요한 모든 것을 하나의 소프트웨어 패키지에서 찾을 수 있습니다.

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