Вопросы экранирования платы со смешанными сигналами Опции

[kappafrom]

всем привет. проетируемая плата будет работать в условиях, отличных от тепличных, море шумов и излучения. разумно ли закрывать аналоговую сторону платы ВЧ экраном? ацп - область со смешанными сигналами, половину микросхемы экраном не накроешь) значит накрывать весь аналог и микросхему, а цифровые линии отводить на внутренние слои, чего делать не хотелось бы, ибо гигабитные линии.
нагуглил следующее http://pcbtech.ru/pages/view_page/146. не понятно как быть с вертикальными разъемами на плате, если их экраном закрывать, нужны отверстия для разъемов, то есть экран будет нестандартный. если есть у кого опыт в экранировании аналоговой схемоты или ссылки на то, как это делать правильно, поделитесь, пожалуйста

[silantis]

Вот как показано на рисунке так и делать.
Окружаете экранируемую область контуром земли, полосой земли, шириной 1.5-2мм, прошиваете ее переходными с шагом 1мм и по этому контуру запаиваете экран из жести.
В качестве примера любой мобильник. Бояться наводок от цифровой части микросхемы АЦП не надо, накрывайте всю микросхему.
Чтобы защититься от помех требуется комплекс мер.
1. Чистое питание и отсутствие DCDC в цепях питания АЦП
2. Раздельное экранирование входных цепей АЦП, малошумящих фильтров, усилителей, драйверов и собственно АЦП
3. Аккуратная работа с планами земли и питания, тотальное использование stripline для скоростных линий, и отсутствие скоростных линий и питание цифровой части,
а также их возвратных путей под аналоговой частью
4. Тотальное использование FerriteBead и конденсаторов в цепях питания и построение звездообразной схемы питания для аналоговой части.
5. Не помешает заэкранировать и цифровую часть
6. Одна из сторон платы обычно накрывается экранами, как на картинке, а нихняя сторона как правило экранируется фрезерованными пустотами в толстой крышке устройства,
таким образом что ребра как раз попадают в полосы заземления на нижней стороне платы.
7. Вся плата, включая источники питания, цифровые, аналоговые и аналогоцифровые узлы разбивается на отдельные участки, разделенные полосами заземления,
и каждый узел накрывается своим экраном. Это работает. Как вариант все именно так и развести, в случае чего экран просто не устанавливается.


И не надо бояться прятать скоростные линии внутрь платы, я видел работоспособный промышленный дизайн где PCIE Gen2 5GHz проходил по двум внутренним слоям, прием по одному внутреннему слою, передача по другому, с переходными высотой чуть более 2мм на всех линиях и длиной трасс не менее 10см.
Так что если у Вас порядок сигналов такой же, есть масса запаса по SI.
Как вариант, если очень хочется, можно использовать гибкожесткие коаксиалы толщиной 1мм для протаскивания пар по плате. У них более качественные параметры, но правда
такая жесть на смешанной плате вряд ли понадобится, это из области импедансов РЧ.


Не надо бояться дыр в экране. Если есть вертикальный разъем, то щель в 0.5мм не повлияет на экранирование.Через сам разъем больше помех пролезет.
И наконец, любая плата от старой мобилы очень хороший референс дизайн как именно надо делать. Там все и аналог, и цифра, и прием слабых сигналов, и передача сильных РЧ сигналов.
Микроскоп и мануал от мобилы в руки. Очень хороший пример. Экранирование там сделано качественно, зашумить его сложно.


Сообщение отредактировал silantis - Feb 17 2015, 17:51

[kappafrom]

Окружаете экранируемую область контуром земли, полосой земли, шириной 1.5-2мм, прошиваете ее переходными с шагом 1мм

под границами экрана на внутренних слоях платы получится забор из via, который в любом случае придется разредить, чтобы протащить сигнальные линии.

7. Вся плата, включая источники питания, цифровые, аналоговые и аналогоцифровые узлы разбивается на отдельные участки, разделенные полосами заземления, и каждый узел накрывается своим экраном.

все сигналы, пересекающие границы этих участков придется вести по внутренним слоям платы. (MGT допустим можно, а вот как сильно изменится спектральный состав аналогового сигнала при переходе через два ПО (via), обладающим паразитными индуктивностью и емкостью).
вопрос как сделать лучше:
A) накрыть одним экраном входной аналоговый каскад [разъем->фильтр->согласование->ацп]. Все цепи каскада на слое TOP, нет переходов/via -> минимальные искажения в спектр входного аналогвого сигнала, но наверное хуже межканальная развязка ацп.
Б) как на картинке , где разделено все что только можно разделить, наверное лучше межканальная развязка, и даже отдельные зоны для питания и для клока, но во входные аналоговые цепи встраиваются по два via, чтобы пролезть под ребром экрана и вылезти обратно к ацп на слой TOP.

[rloc]

как на картинке, где разделено все что только можно разделить, наверное лучше межканальная развязка, и даже отдельные зоны для питания и для клока, но во входные аналоговые цепи встраиваются по два via, чтобы пролезть под ребром экрана и вылезти обратно к ацп на слой TOP.

На внутренних слоях всегда лучше разводить, ЭМС выше и нет фазовой дисперсии. Хорошее правило - придерживаться минимальной длины линий на верхнем слое, тогда возможно и экранов между каналами до 300 МГц не понадобится. Про виа уже сказали - минимум. Чей кусок платы, какой генератор и как раздается?

[kappafrom]

Чей кусок платы, какой генератор и как раздается?

клок приходит на плату извне через дифпару, может быть дифсинусоидой/просто синусоидой/меандром -> LTC6957 (to LVDS conv) -> Si5368 CLKOUT[4..0] -> FPGA_CLK/FPGA_MGT_bank0/FPGA_MGT_bank1/ADC_CLK

Гигабитный выход безусловно только на GTP трансиверы.

В сборочном ките (плата ацп+материнка) гигабитный выход АЦП подается на LVDS порты общего назначения.
[1] Плата с АЦП: http://cds.linear.com/docs/en/demo-board-s...ic/1525asch.pdf
[2] Материнка: http://cds.linear.com/docs/en/demo-board-s...ic/1371asch.pdf
[3] Сборка: http://cds.linear.com/docs/en/demo-board-manual/dc1525af.pdf

Например,
[1] -> лист_2 -> разъем J1 -> пины G9/G10 (CHANNEL 1 OUTA+/-)
приходят в
[2] -> лист_12 -> разъем J8 -> пины G9/G10 (цепи LPC_P32/LPC_N32) -> лист_9 XC5VLX30T Bank_18 LVDS_GPIO.

Видимо 10B/8B decoder в ПЛИСе реализован вручную, а не как готовое решение GTP порта.

К тому же, непонятно следующее. Инженеры Linear используют в [2] разъем Samtec SEAF-40-06.5-10-A, в даташите которого http://www.samtec.com/ftppub/pdf/seaf.pdf указано на каких пинах можно пускать дифпары. В ките дифпары разложены по разъему загадочно... в шахматном порядке, но не в соответствии с документацией на разъем...

[VCO]

клок приходит на плату извне через дифпару, может быть дифсинусоидой/просто синусоидой/меандром -> LTC6957 (to LVDS conv) -> Si5368 CLKOUT[4..0] -> FPGA_CLK/FPGA_MGT_bank0/FPGA_MGT_bank1/ADC_CLK

В условиях "диких" помех надёжнее было бы оптоволокном. Ну или экранированной дифпарой тоже как-то понадёжнее будет, чем обычной...

[kappafrom]

В условиях "диких" помех надёжнее было бы оптоволокном. Ну или экранированной дифпарой тоже как-то понадёжнее будет, чем обычной...

PCB_CLK_GEN -> разъем Samtec 26 Gbps -> PCB_FPGA_ADC
т.е. плата вставляется в материнку, на которой генерируется клок

[rloc]

PCB_CLK_GEN -> разъем Samtec 26 Gbps -> PCB_FPGA_ADC
т.е. плата вставляется в материнку, на которой генерируется клок

Плохо, точнее кошмар, по-другому нельзя сказать. Те, кто думает, что к клоку требования по ЭМС менее серьезные, чем ко входному сигналу, сильно ошибаются. Встречался с конструкцией, описанной Вами, была приемная часть антенной решетки, ничего хорошего не вышло, переделывали. И самое неприятное - результат был прогнозируем заранее. Для тактового сигнала линии должны быть на основе коаксиального кабеля с двойной экранировкой (> 100 дБ) или жестких/полужестких кабелей. Никакие дифференциальные линии от помех не спасут, пролазы могут быть до -30дБ, для цифровых линий это нормально, для аналоговых - смерть.

клок приходит на плату извне через дифпару, может быть дифсинусоидой/просто синусоидой/меандром -> LTC6957 (to LVDS conv) -> Si5368 CLKOUT[4..0] -> FPGA_CLK/FPGA_MGT_bank0/FPGA_MGT_bank1/ADC_CLK

Такой же кошмар, как и в предыдущем случае. Чтобы на ПЛИС подать, такая цепочка подойдет, на АЦП - нет. Между внешним клоком и тактовым входом АЦП должно быть минимум активных элементов, и этот минимум должен обеспечивать -170 дБн/Гц широкополосного шума, что LVDS и PECL драйверы не могут дать по определению, и тем более системы с внутренней ФАПЧ.

P.S. Прошу прощение за жесткую критику, иначе нельзя. Не могу видеть, как динамику АЦП с 70 дБ по SNR/SINAD убивают до 45-55 дБ.

[kappafrom]

P.S. Прошу прощение за жесткую критику, иначе нельзя. Не могу видеть, как динамику АЦП с 70 дБ по SNR/SINAD убивают до 45-55 дБ.

стучусь сюда периодически, чтобы эту самую критику услышать. LVDS LVPECL не подойдут, а что же тогда?

[rloc]

стучусь сюда периодически, чтобы эту самую критику услышать. LVDS LVPECL не подойдут, а что же тогда?

RF усилители HBT SiGe или InGaP по схеме Дарлингтона (для безусловной стабильности) + пассивные делители мощности + балуны для преобразования в дифф. сигнал - это в идеальном случае, да и просто вызывает уважение, когда грамотно и профессионально решаются задачи. Чуть хуже, но во многих случаях подходят (до 100 МГц) - Tiny/Little Logic.
Никто не замечал такой интересный момент: в даташитах часто рекомендуют тактовый вход АЦП сопрягать с LVDS и PECL драйверами, но ни на одной eval-плате не найти таких драйверов, сами себе противоречат?

[kappafrom]

RF усилители HBT SiGe или InGaP по схеме Дарлингтона (для безусловной стабильности) + пассивные делители мощности + балуны для преобразования в дифф. сигнал - это в идеальном случае

а есть где подсмотреть реализацию?

[rloc]

а есть где подсмотреть реализацию?

Попробую составить примерный вариант:

Вход -> аттенюатор на 1..3 дБ -> пара встречных диодов Шоттки -> усилитель RFMD SGA4486 -> делитель 1:4 Minicircuits SCA-4-10 -> линии передачи на отдельном внутреннем экранированном слое -> балуны типа Murata DXW21B -> вход clk АЦП

Краткие пояснения: аттенюатор с диодами ограничит входную мощность до уровня 2-3 дБм, усилитель раскачает сигнал до 16-17 дБм (на 2-3 дБ больше, чем обычно пишут в строке P1db, с легким ограничением), и с учетом потерь в делителе, на один канал АЦП получится 9-10 дБм или порядка 1 В амплитуды (2В p-p), что в большинстве случаев хватает. Если качество входного сигнала не известно, то вместо аттенюатора желательно поставить простой полосовой LC фильтр для снижения широкополосного шума.

А 1:16 есть?

Гванелла именно с такого начинал:
https://yadi.sk/i/naWL-bVDf2hSX

[kappafrom]

Попробую составить примерный вариант:

Вход -> аттенюатор на 1..3 дБ -> пара встречных диодов Шоттки -> усилитель RFMD SGA4486 -> делитель 1:4 Minicircuits SCA-4-10 -> линии передачи на отдельном внутреннем экранированном слое -> балуны типа Murata DXW21B -> вход clk АЦП

что-то сложная и малопонятная мне по матчасти схема получается.
в начале был еще вариант с CMOS логикой LittleLogic или TinyLogic, где "шумы на уровне -175 dBc/Hz и фликкер небольшой", может быть такой вариант будет доступнее для понимания..

[rloc]

что-то сложная и малопонятная мне по матчасти схема получается.

Или не хотите понимать. Пусть вышестоящее руководство даст указания, как нужно делать.

в начале был еще вариант с CMOS логикой LittleLogic или TinyLogic, где "шумы на уровне -175 dBc/Hz и фликкер небольшой", может быть такой вариант будет доступнее для понимания..

Схема на первый взгляд выглядит проще - берется несколько логических буферов типа NC7SZU04 или NC7SVU04 и объединяются по входам, но надо учитывать, что растет суммарная входная емкость и ее необходимо согласовывать с 50-ой линией. Выход не желательно напрямую подключать к 50-ой линии, возможно резистор придется поставить небольшой последовательно. И такая схема требует большого размаха входного напряжения, где-то 5...10 дБм, поскольку сами элементы на частотах ~100 МГц имеют небольшое усиление. В предыдущем варианте диапазон входного напряжения может быть в более широком диапазоне - от -5 дБм до 10 дБм.

Собирайте макеты и экспериментируйте.

P.S. Есть оказывается малошумящий PECL, Hittite как всегда отличается своей проворностью и умением делать эксклюзивные вещи - HMC987LP5E, но пока не понятна дальнейшая судьба продукции этой фирмы в целом.