혼합 신호 PCB의 EMC에 대한 기본 규칙은 다음과 같습니다.
- 전류 경로를 소스에 더 가깝게 만들고 루프 영역이 가능한 한 작게 되도록 가능한 한 컴팩트하게 만듭니다.
- 시스템에 대해 하나의 기준 접지면만 제공합니다. 그렇지 않으면 의도적으로 다이폴 안테나를 만드는 것과 같습니다.
입력 전압과 전류가 아날로그 신호인 고주파 변환기 회로 PCB를 상상해 보십시오. 컨버터의 스위치는 디지털 클록 신호의 적용으로 스위칭을 시작합니다. 컨버터의 전원 공급 회로는 아날로그이고 제어 회로는 디지털입니다.
컨버터 PCB는 아날로그 및 디지털 신호를 모두 처리하기 때문에 혼합 신호 PCB입니다. 혼합 신호 PCB에서 아날로그 및 디지털 신호는 "파티셔닝"으로 알려진 프로세스에서 물리적으로 분리되어야 합니다.
아날로그 및 디지털 구성 요소는 전류, 전압 및 정격 전력이 다르기 때문에 혼합 신호 PCB를 설계하는 것은 어려운 일입니다. 그러나 몇 가지 기본 설계 규칙을 따르면 혼합 신호 PCB의 분할 및 레이아웃을 단순화하는 데 도움이 됩니다.
설계자는 혼합 신호 PCB를 분할하고 레이아웃을 신중하게 설계해야 합니다.
전자기 호환성(EMC)을 달성하는 것은 혼합 신호 PCB 설계자에게 큰 관심사입니다. 아날로그 및 디지털 신호가 절연 없이 PCB에 공존하는 경우 함께 혼합되어 누화 및 전자기 간섭을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 디지털 논리 접지 전류는 혼합 신호 PCB의 저수준 아날로그 신호를 오염시킬 수 있습니다. 이로 인해 피드백 루프 오류, 제어 시스템 오류 및 출력 파형의 고조파가 발생할 수 있습니다. 이러한 경우 혼합 신호 PCB의 전자기 호환성이 손상되어 제품 성능이 저하됩니다. 적절한 파티셔닝과 적절한 레이아웃은 디지털 및 아날로그 신호를 격리된 상태로 유지하고 서로 간섭을 방지하여 누화를 크게 줄이는 데 도움이 됩니다.
혼합 신호 PCB를 분할 및 레이아웃할 때 두 가지 규칙을 따라야 합니다.
1. 전류 경로를 소스에 더 가깝게 유지하고 루프 영역이 가능한 한 작도록 가능한 한 컴팩트하게 유지합니다.
2. 시스템에 대해 하나의 기준 접지면만 제공합니다. 그렇지 않으면 의도적으로 다이폴 안테나를 만드는 것과 같습니다.
이 두 가지 규칙은 혼합 신호 PCB 파티셔닝 및 레이아웃 설계의 기본 원칙으로 간주됩니다. 여기에서 이 두 가지 황금률에 대해 자세히 알아보겠습니다.
규칙 1. 현재 경로를 현지화하고 간결하게 유지
PCB에 흐르는 모든 신호는 접지면을 통해 소스로 돌아갑니다. 신호 라인과 리턴 라인은 PCB에서 전류 루프를 형성합니다. 위에서 언급한 첫 번째 규칙에 따르면 리턴 라인은 신호 소스에 인접하여 최소 루프 영역을 생성하도록 배치되어야 합니다.
Q: 이 설정이 권장되는 이유와 전자기 간섭을 줄이는 이유는 무엇입니까?
모든 반환 전류는 낮은 임피던스 경로를 통해 흐르는 것을 선호합니다. 리턴 라인이 신호 라인 바로 아래에 있을 때 전류 루프는 임피던스가 가장 낮습니다. 신호 라인과 그 리턴 라인이 큰 루프를 형성하면 높은 임피던스 경로가 형성됩니다. 이것은 전류 루프의 기생 커패시턴스와 인덕턴스로 인해 발생합니다.
신호와 리턴 라인이 멀리 떨어져 있을 때 기생 커패시턴스가 높은 값을 가지므로 루프의 임피던스가 증가합니다. 또한 루프 인덕턴스와 전하가 이동하는 거리 사이에는 관계가 있으며, 이는 경로의 임피던스를 더욱 증가시킵니다. 루프가 클 때 소스에서 떠나는 전하는 지면에 도달하기 위해 먼 거리를 이동해야 합니다. 이것은 전류 루프의 인덕턴스를 증가시켜 임피던스를 증가시킵니다.
고주파 아날로그 신호가 임피던스가 높은 큰 전류 루프를 통해 흐를 때 방사를 방출하고 간섭을 일으킵니다. 유사하게, 낮은 레벨의 아날로그 신호는 높은 임피던스 전류 루프를 통해 흐를 때 전자기 간섭에 더 취약합니다. 또한 신호 및 리턴 라인은 EMI 문제를 악화시키는 루프 안테나를 형성합니다. 따라서 우리는 전류 루프를 짧고 국소적이며 컴팩트하게 만들고 싶습니다.
규칙 2. 단일 기준 접지면의 필요성
분할 접지면은 디지털 및 아날로그 접지를 분리하는 방법입니다. 이 방법은 접지면이 서로 분리되어 있어 분할선에 배선할 수 없습니다. 접지면이 서로 분리되어 있는 이러한 PCB에서 두 접지면은 전원 공급 장치 근처에만 연결되어 큰 전류 루프를 형성하므로 민감하지 않은 전자기 간섭이 있는 PCB 설계에 적합하지 않습니다. 또한 아날로그 및 디지털 접지면은 서로 다른 전위에 있으며 이러한 평면에 놓인 긴 전선은 전자기 복사를 방출하는 진정한 쌍극자 안테나를 형성합니다.
이러한 모든 요소를 염두에 두고 혼합 신호 PCB를 파티셔닝하는 것이 이상적인 접근 방식입니다. 파티셔닝은 참조 접지면을 공통으로 유지합니다. 아날로그 신호는 아날로그 섹션에서 라우팅되고 디지털 신호는 디지털 섹션에서 라우팅되므로 신호가 제자리에 있도록 합니다.
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