高速电路板设计指导书 - 图文(3)

2019-03-29 13:28

七、D-A converter 周边模拟-数字电路的布线图案分离技巧

D-A converter 与后述的数字影像编码器(digital video encoder),是模拟接口输出不可或缺的LSI,由于基板上混载模拟与数字信号,因此电路基板图案的设计非常重要。

此处以SONY 开发的8 位,40MSPS高速D-A converter CXD1171M为例,介绍电路基板图案设计技巧。图59是CXD1171M 40MSPS高速D-A converter 的电路图;图60 是使用3 个影像用D-A converter CXD1171M的周边电路基板图案。

设计模拟与数字电路混载的基板图案时,必需注意两电路的隔离(isolation),如果隔离不完全会发生crosstalk,以及数字电路的噪讯(noise)重迭至模拟电路等现象,因此设计阶段必需考虑组件与布线数量,最后才能决定模拟与数字电路block的大小与位置(图61),组件则分别封装在各block内,接着进行图案布线Layout。

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设计上避免模拟信号图案贴近数字信号图案或是两信号图案平行并排,如果基板结构两信号图案有邻近之虞时,图案之间必需插入接地图案(ground pattern),藉此分隔两信号(图62)。

以上介绍单面电路基板布线图案设计技巧;双面电路基板的场合必需检查数字电路图案是否与模拟电路图案交叉、重迭,图案层间尽量插入接地层,同时还需使用具备遮蔽(shield)效果的4 层以上多层电路基板;模拟电源与数字电源由基板上相同电源提供时,尽量由低阻抗电源连接单元提供。

八、可确保模拟信号精度的数字影像编码器电路基板图案

图63 是数字影像编码器ADV7194与周边的电路图;图64 是数字影像编码器与周边电路基板图案。数字影像编码器主要功能是将数字影像数据转换成组合(composite)信号与Y/C等模拟影像信号。

图63 电路图中的ADV7194会针对27MHz 高速频率(clock),输入数字信号进行数字编码器,接着再从高精度10位D-A converter 输出模拟影像信号。一般影像编码器等D-A转换

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电路或是A-D 转换电路,为降低噪讯通常会将模拟与数字的接地分开,此时基于两接地的电位能变成一致等考虑,尽量靠近IC附近作单点连接。不过本电路并未作单点连接,而是利用Ferrite beads防止数字接地的噪讯流入模拟接地。

如图64 所示ADV7194左侧的44~58 pin变成模拟信号,其它三边的脚架则变成数字信号,此处必需注意两信号的导线图案不可平行或是交叉,此外模拟信号系需作full ground,因此ADV7194 左侧与内层为full ground结构。

随着频率高频化接地的阻抗也大幅增加,数字电路的信号越高速噪讯量也越多,模拟信号微小变化可能会因为噪讯的渗入无法获得预期的精度,为了使类似ADV7194 高速、高精度IC发挥功能,因此必需降低基板图案的接地阻并抗抑制噪讯。

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降低基板图案的接地阻抗可以采用full ground设计,双面电路基板的场合,组件尽量作单面封装,背面作full ground设计;高密度封装却无法作full ground设计时,组件可以封装在宽度较大的图案上(图65),虽然这种方法可以有效降低阻抗,不过反面缺点是噪讯处理相当棘手。

成本允许的范围下建议改用多层电路基板,因为内层基板具有电源层、接地层结构,所以多层电路基板可以降低电源与接地的阻抗;基板表层无法布线、内层基板有布线图案设计,或是利用复数的电源电压细分电源层时必需增加基板层数,类似图64 的场合建议使用6 层电路基板。各数字IC的频率端子为了减轻反射波的影响,一般会使用图66 的笔直性图案连接,组件的封装设计则需考虑频率信号图案的Layout方便性。

九、可精确传输25~165Mp/s差动接口的电路基板图案

99 年DDWG(Digital Display Working Group)正式公布的DVI(Digital Visual Interface)规范,DVI主要应用在PC与显示器之间的影像传输,尔后随着HDMI(High Definition Multimedia Interface)规格化之后,DVI 立即被HDMI 取代,成为消费性电子产品数字接口主流,不论事DVI或是HDMI内部都设有保护digital contents 的HDCP(High-bandwidth Digital Content Protection)。DVI 的影像传输使用Silicon Image 公司开发的TMDS(Transition Minimized Differential Signaling)ring技术,TMDS可分为single ring与dual ring两种。

一个画素数据24 位(R、G、B各8位),加上2位同步信号与4 位控制数据,变成30 位再经过编码处理后,转换成三频(channel)10位serial数字信号,三频信号依照画素频率(pixel clock)以4 对(pair)差动信号传输时称为single ring(图67)。

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single ring传输极限大约是162Mp/s(UXGA)(p/s: pixel/second),超过该速度传送影像,必需改用dual ring方式。dual ring使用6 频,它会随着画素频率传,输两画素数据48 位(R、G、B各8位×2 画素)、10 位控制数据。图68 是TMDS 传送器(transmitter) LSI SiI164 构成的DVI送信电路。

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