Бесплатные пробные версии

Загрузите бесплатные пробные версии, чтобы определить, какие из программных продуктов Altium наиболее соответствуют вашим потребностям

Как купить

Для того, чтобы усовершенствовать ваши средства разработки, свяжитесь с нашим местным представителем.

Загрузки

Загрузите новейшее программное обеспечение САПР электронного направления

  • PCB DESIGN SOFTWARE
  • Altium Designer

    Унифицированная профессиональная система конструирования, высокопродуктивная, надежная среда разработки и интуитивно понятный редактор печатных плат со встроенным режимом 3D.

  • CircuitStudio

    Профессиональный инструмент разработки печатных плат, готовый к работе

  • CircuitMaker

    Хорошо налаженный инструмент PCB Design, созданный специально для вашего сообщества

  • NEXUS

    Agile PCB Design For Teams

  • ОБЛАЧНАЯ ПЛАТФОРМА
  • Altium 365

    Connecting PCB Design to the Manufacturing Floor

  • COMPONENT MANAGEMENT
  • Altium Concord Pro

    Complete Solution for Library Management

  • Octopart

    Быстрый, точный и лёгкий в использовании поиск компонентов, который предоставит вам доступ к цепочке поставок и к информации о компонентах.

  • PRODUCT EXTENSIONS
  • PDN Analyzer

    Natural and Effortless Power Distribution Network Analysis

  • See All Extensions
  • EMBEDDED
  • TASKING

    Среда разработки встроенного ПО, всемирно известная своей превосходной технологией компилирования. Используется уже больше 25 лет.

  • TRAININGS
  • Live Courses

    Learn best practices with instructional training available worldwide

  • On-Demand Courses

    Gain comprehensive knowledge without leaving your home or office

  • ONLINE VIEWER
  • Altium 365 Viewer

    View & Share electronic designs in your browser

  • Altium Designer 20

    Профессиональная надёжная и интуитивно понятная среда разработки печатных плат с поддержкой 3D-режима.

    ALTIUMLIVE

    Annual PCB Design Summit

    • Форум

      Место, для общения пользователей и энтузиастов Altium.

    • Блог

      Наш блог на интересные нам и, надеемся, вам темы.

    • Идеи

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

    • Сбор ошибок

      Отправляя сообщения об ошибках и голосуя за то, что важнее всего, вы помогаете улучшать программное обеспечение.

    • Лента новостей

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

    • Программа бета-тестирования

      Информация об участии в наших программах бета-тестирования и о том, как быстро получить доступ к инструментам Altium.

    Успехи клиентов

    Наши клиенты могут изменить любую отрасль - узнайте как

    Загрузки

    Тут вы можете загрузить те наши продукты, которые в наибольшей степени соответствуют вашим потребностям.

    Как купить

    Для того, чтобы усовершенствовать ваши средства разработки, свяжитесь с нашим местным представителем.

    • Documentation

      The documentation area is where you can find extensive, versioned information about our software online, for free.

    • Обучение и события

      Изучите расписание и зарегистрируйтесь на обучающие мероприятия, проходящие в любой точке мира или онлайн.

    • Ресурсы для разработчиков

      Откройте для себя наши обширные конструкторские ресурсы, включающие в себя библиотеки, шаблоны и эталонные проекты.

    • Веб-семинары

      Посетите онлайн наши веб-семинары, проходящие в режиме реального времени, или получите постоянный доступ к нашей серии веб-семинаров, организованных по запросам.

    • Поддержка

      Получите ответы на свои вопросы связавшись с нашей техподдержкой или воспользовавшись сервисом самообслуживания

    • Technical Papers

      Stay up to date with the latest technology and industry trends with our complete collection of technical white papers.

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

    Francesco Poderico
    |  August 8, 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

    About Author

    most recent articles

    Back to Home