Пробная версия

Загрузите бесплатную пробную версию, чтобы оценить возможности ПО Altium

Как приобрести

Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

Загрузки

Загрузите самые новые системы проектирования электроники

  • Проектирование плат
  • Altium Designer

    Единая среда проектирования схем и плат

  • CircuitStudio

    Профессиональный инструмент разработки печатных плат, готовый к работе

  • CircuitMaker

    Хорошо налаженный инструмент PCB Design, созданный специально для вашего сообщества

  • NEXUS

    Быстрое и гибкое проектирование в команде

  • ОБЛАЧНАЯ ПЛАТФОРМА
  • Altium 365

    Синхронизация проектирования и производства печатных узлов

  • Управление компонентами
  • Altium Concord Pro

    Комплексное решение для управления библиотеками

  • Octopart

    Обширная и простая в использовании база данных компонентов

  • Дополнительные модули
  • PDN Analyzer

    Визуальный анализ цепей доставки питания

  • Все модули
  • Разработка встроенного ПО
  • TASKING

    Широко известная среда разработки встроенного ПО

  • Учебные курсы
  • Очные курсы

    Узнайте о лучших практиках на тренингах, доступных по всему миру

  • Курсы по запросу

    Получите полноценное обучение прямо из дома или офиса

  • ОНЛАЙН-ПРОСМОТР
  • Altium 365 Viewer

    Самый простой способ онлайн-визуализации проектных данных

  • Altium Designer 20

    Самая мощная, современная и простая в использовании система проектирования печатных плат для профессионалов

    ALTIUMLIVE

    Ежегодная конференция по проектированию печатных плат

    • Форум

      Место для общения пользователей и поклонников Altium

    • Блог

      Статьи на интересные вам темы

    • Идеи

      Присылайте идеи и голосуйте за новые функции, которые вы хотели бы видеть среди инструментов Altium.

    • Исправление ошибок – Bug Crunch

      Направляйте запросы на исправление ошибок, чтобы помочь сделать решения Altium лучше

    • Лента новостей

      События на AltiumLive, в которых вы участвуете или за которыми следите.

    • Программа бета-тестирования

      Информация об участии в программе бета-тестирования и о получении раннего доступа к решениям Altium.

    Все ресурсы

    Изучите избранные материалы из блога, социальных сетей и технических документов, собранных в одном месте для вашего удобства

    Загрузки

    Загрузите необходимые вам продукты

    Как приобрести

    Свяжитесь с региональным представительством, чтобы начать улучшение процесса проектирования

    • Документация

      Портал документации, где вы можете найти исчерпывающую информацию по нужной версии системы

    • Курсы и мероприятия

      Посмотрите расписание и зарегистрируйтесь на очное или онлайн-обучение

    • Ресурсы для проектирования

      Изучите наши бесплатные ресурсы для проектирования: компоненты, шаблоны, примеры проектов

    • Вебинары

      Зарегистрируйтесь на вебинар или получите доступ к записи вебинаров

    • Поддержка

      Свяжитесь с технической поддержкой или воспользуйтесь сервисами самообслуживания

    • Руководства

      Прочитайте или загрузите руководства и инструкции по решениям Altium

    • Видео-библиотека

      Краткие видеоуроки на определенные темы для быстрого начала работы в Altium Designer

    Понимание возвратных путей переменного и постоянного тока в быстродействующих цифро-аналоговых платах

    Francesco Poderico
    |  8 Августа, 2019

      

    Быстродействующие цифро-аналоговые печатные платы сложны в проектировании. Корректное создание трассировки и цепей земли является ключевым элементом для обеспечения точного аналого-цифрового преобразования. В этой статье мы рассмотрим сложную тему – важность проектирования управляемого пути тока в быстродействующих смешанных (цифро-аналоговых) платах и его влияние на работу платы.

    Что мы собираемся изучить?

    • Почему контуры токов следуют разными путями (в зависимости от их частотных диапазонов).
    • Как спроектировать возвратный ток на этапе размещения компонентов.
    • Как разделен аналого-цифровой преобразователь (внутри) и почему существуют выводы AGND и DGND.
    • Как предотвратить влияние цифровой логической земли на аналоговую землю.

    Понимание того, как ток течет между двумя микросхемами, является очень важным, поскольку, как мы увидим, возвратный путь не всегда очевиден. Проектирование возвратного пути необходимо для избежания ошибок при разделении платы.

    Контур тока на низкой частоте

    Начнем с анализа контура тока между двумя микросхемами (IC1 и IC2 на рисунке 1). Предположим, что IC1 работает на высоком напряжении (с каскадного выхода), и рассмотрим путь тока на низкой частоте [1,2]. Как видно на рисунке 1, на постоянном токе или на низкой частоте [1,2] большая часть энергии приходит с источника питания, и контур тока проходит, в основном, через источник питания.

     

    Рисунок 1. В этом примере, микросхема IC1 работает на высокой частоте; синим контуром обозначен ожидаемый контур тока при постоянном токе

     

    Контур тока на высокой частоте

    Но что произойдет на высокой частоте? [1]

    Ситуация изменится, поскольку в процессе быстрого перепада большая часть энергии будет предоставлена развязывающим конденсатором C1 (через экранный слой). Таким образом, новый контур тока будет выглядеть, как показано на рисунке 2.

     

    Рисунок 2. Контур тока (на высокой частоте) в процессе перехода от высокого к низкому состоянию; развязывающий конденсатор является источником (и потребителем) тока.

     

    При анализе рисунка 2 можно сделать следующие выводы:

    • Контур тока на высокой частоте отличается от контура тока на низкой частоте.
    • Положение конденсатора C1 играет ключевую роль для уменьшения контура тока, и, соответственно, излучения.
    • Сплошной слой земли должен помочь для управления возвратным током.

    Рассмотрим этот же пример более подробно и посмотрим, как положение каждого компонента (IC1, IC2, развязывающие конденсаторы, источник питания) влияют на контур тока.

    Как правило, возвратный ток следует пути наименьшего импеданса, что, в первом приближении, означает, что он последует по пути с минимальным сопротивлением на низкой частоте и по пути с минимальной индуктивностью на высокой частоте.

    Чтобы узнать больше по этой теме, настоятельно рекомендуется прочитать статью “Resistive vs. Inductive Return Current Paths” [1], в которой автор предлагает интересный метод определения частотного диапазона и на примерах реальных схем показывает, что эффект индуктивности начинает преобладать в диапазоне кГц.

    Теперь рассмотрим следующий пример (рисунок 3). Предположим, что у микросхем IC1 и IC2 только один вывод земли (вывод 14) и один вывод питания (вывод 16). Предположим, что микросхема IC1 является управляющей, и посмотрим на путь тока на низкой и на высокой частоте.

     

    Рисунок 3. Микросхема IC1 управляет трассой, выделенной желтым, и мы видим все пути тока.

     

    На рисунке 3 мы видим, что при постоянном токе, ток идет от источника питания через вывод 16 (IC1), затем через трассы между IC1 и IC2 и затем через вывод 14 (IC2) идет обратно к источнику питания через путь минимального сопротивления (кратчайший путь). Рассмотрим, что произойдет на высокой частоте.

     

    Рисунок 4. Путь переменного тока

     

    На рисунке 4 мы видим, что путь переменного тока существенно отличается – на высокой частоте источником питания является развязывающий конденсатор, поскольку на высокой частоте возвратный ток стремится пройти по путь минимальной индуктивности.

    Внутренняя структура типового АЦП/ЦАП

    Чтобы продолжить рассуждение касательно смешанного проектирования, нам необходимо понять внутреннюю структуру современного АЦП/ЦАП (см. рисунок 5).

     

    Рисунок 5. Внутренняя конфигурация современного АЦП/ЦАП

     

    Современный АЦП внутри имеет “аналоговую” часть и “цифровую” часть, как обычно разделяются печатные платы. Это позволяет проектировщику микросхем поддерживать необходимую работу, разделяя цифровую землю и аналоговую землю, и поэтому большинство микросхем АЦП/ЦАП имеют выводы AGND и DGND (соответственно аналоговая земля микросхемы и цифровая земля микросхемы). Если мы посмотрим на рисунок 5, мы увидим, что есть небольшая паразитная емкость (Cstray) между цифровой и аналоговой землей (которую, к сожалению, невозможно устранить). Эта емкость может вызвать проблемы работоспособности, если мы не будем осторожны (см. рисунок 6). Представим, что точка DGND очень зашумлена. Мы можем промоделировать это, добавив генератор шумов между идеальной землей и выводом DGND. Из-за паразитной емкости, шум на выводе DGND исказит аналоговую землю, что вызовет искажения работы микросхемы.

     

    Рисунок 6. Воздействие шума вывода DGND

     

    Посмотрев на рисунки 5 и 6, нетрудно понять, что для быстродействующего АЦП/ЦАП необходимо:

    1. Минимизировать импеданс между выводами AGND и DGND.
    2. Минимизировать шумы на выводе DGND.

    Нельзя сформулировать правила, которые бы работали для каждого случая. Тем не менее, для своего проекта я добился этого следующим образом:

    1. Я не разделяю слой GND. Вместо этого, я пытаюсь понять возвратный ток (как описано выше).
    2. Я рассматриваю АЦП/ЦАП как аналоговый компонент… и подключаю вывод DGND к “аналоговой” части платы.
    3. Для АЦП/ЦАП с разрешением выше 12 бит я обычно добавляю цифровой буфер возле АЦП для минимизации шума на выводе DGND.
    4. Я уделяю много внимания размещению каждого развязывающего конденсатора (у каждого вывода питания есть по крайней мере один развязывающий конденсатор).

    Altium предлагает множество ресурсов для конструкторов плат. Чтобы узнать больше, вы можете прочитать о проектировании системы доставки питания либо поговорить с экспертом Altium.

     

    Рекомендуемая литература:

    Archambeault, Bruce, IEEE® EMC Society Newsletter, Fall 2008, Issue 219, "Part II: Resistive vs. Inductive Return Current Paths"

    Howard W Johnson, Martin Graham High-Speed Digital Design, Prentice Hall PTR

    Elya B. Joffe, Grounds for Grounding: A Circuit to System Handbook, IEEE

    W Kester, J Bryant, M. Myrne, MT-031 Grounding Data Converters and Solving the Mystery of AGND and DGND, Analog Devices

    Об авторе

    самые новые материалы

    Вернуться на главную