Yer düzlemini gerçekten analog ve dijital parçalara bölmeli miyim?

İlk PCB'mi mezuniyet projemin bir parçası olarak tasarlamak üzereyim. Tabii ki, ilk adım olarak, mümkün olduğunca öğrenmeye çalışıyorum. Araştırmanın bir kısmı, gereksiz olmadığına ve bazı durumlarda yer planını, profesörden öğrendiklerimle çelişen analog ve dijital bölüme ayırmanın zararlı olduğunu öne süren bu 3 bölümden oluşan makaleyi buldum . Ayrıca bu sitede yer düzlemleriyle / dökülenlerle ilgili tüm konuları okudum. Çoğunluk makale ile aynı fikirde olsa da, bölünmüş yer düzlemini savunan bazı görüşler hala var. Örneğin

https://electronics.stackexchange.com/a/18255/123162 https://electronics.stackexchange.com/a/103694/123162

Bir PCB tasarım acemi olarak, kimin doğru, hangi yaklaşımın alınacağına karar vermeyi zor ve karışık buluyorum. Öyleyse yer düzlemini analog ve dijital parçalara bölmeli miyim? DGND ve AGND için ya PCB kesimli ya da ayrı poligonlu fiziksel bölünme demek (ya bağlı ya da bir noktaya bağlı değil)

Belki bir öneride bulunabilmenizi sağlamak için, bu benim gelecekteki PCB'ime uyarlanmıştır, size bundan bahsederim.

PCB, Eagle => 2 katmanların serbest sürümünde tasarlanacak

PCB, lityum pillerin test edilmesi ve hassas bir şekilde ölçülmesi (akım ve voltaj) içindir. Tahta, Raspberry Pi'den dijital arayüz üzerinden kontrol edilecek (GPIO / SPI (40 kHz)). Kart üzerinde 3 adet veri dönüştürücü (AD5684R, MAX5318, AD7175-2) ve dijital tarafta önceden oluşturulmuş bir RTC modülü için konektörler olacak. Analog güç, dahili LT3042 voltaj regülatörü (5,49 V) üzerindeki harici regüle güç kaynağından gelir. Ek olarak LT6655B 5 V voltaj referansı vardır. Analog kısım esas olarak bir DC devresidir, sadece gerçekten HF ADC'nin dahili 16 MHz ana saatidir.

Dijital 3.3 V (özellikle dijital arayüzlerin güçlendirilmesi için) Ahududu PI'den temin edilecektir. Böylece, 2 toprak bağlantısı olacaktır: harici güç kaynağı ve Raspberry Pi'nin dijital arayüzü.

Bu bağlantıda bir başka soru: Şekil 3'e atıfta bulunarak , dijital arabirimlerden gelen akımların doğru toprak bağlantısına aktığından nasıl emin olabilirim (bunlardan 2 tanesine sahip olduğumu unutmayın)?

Ek endişe: Elektrik dağıtım kesintisi hassas ölçümleri bozabilir mi? Alt tabakadaki gücü yönlendirerek onları ayırıyordum, ancak monolitik yer düzlemi durumunda bu artık iyi bir fikir değil

Ve ben hala soruyorum: Altta az çok monolitik yer düzlemi ve üstte sinyal / bileşen katmanı varsayarak, baypas kapasitörlerinin negatif tarafını yer düzlemine bağlamanın en iyi yolu nedir?

Paylaşılan empedans (düşünmemek, direnç değil, gerçekten empedans).

Hassas analog amaçlar için GND'yi 0V referansı olarak kullanan devrenin parçalarını düşünün. Açıkçası, bu "0V referanslarının" her birinin aynı "0V" potansiyelinde olmasını istersiniz. Ancak GND düzleminden geçen akım, her bir yonganın "0V" sında fazladan bir hata voltajına neden olacaktır.

Şimdi GND'nizin şemalarını çizin, akımlar boyunca akıyor.

Düzlemi ayırmazsanız, ancak içinden geçen yüksek akımlar vardır, çünkü güç giriş konektörünü sol tarafa, güç çıkış konektörünü sağ tarafa ve süper hassas analog uçları orta tarafa koyarsınız; GND'deki yüksek akım nedeniyle ve bir voltaj gradyanı yaratarak bir problemi olabilir.

Frekansa bağlı olarak, empedansı düşünün (yani, endüktans, sadece direnç değil).

Şimdi, bunun birkaç çözümü var.

• Güç konektörlerinizi daha makul yerlere yerleştirebilirsiniz (örneğin, güç çıkışının yanındaki güç girişi), böylece yüksek akımlar GND uçağınızda hareket etmez. Bu, bir DCDC'nin iç döngüleri gibi büyük, gürültülü veya yüksek di / dt akımları taşıyan tüm akım döngüleri veya bununla yükü arasındaki yük (örneğin bir cpu) veya bir dekuplaj kapağı arasındaki toprak yolu ve parçaladığı çip.

Bu halkaların nerede olduğunu bildiğinizden emin olun! Bunları zahmetsizce sipariş edin (AC için kabaca "alan * di / dt" veya DC için "alan * I"). Yerleştirme esastır. Sıkı akım döngülerine sahip iyi bir yerleşim, yerleşimi baş ağrısından çok daha az yapar.

• Genel mod gürültüsünü görmezden gelen diferansiyel yükselteçleri ve ADC'leri kullanabilirsiniz.

Bu, algılanacak voltajın yüksek taraf akım şöntüne oturması durumunda zorunludur. Şimdi örneğin güncel bir amp kullandığınızı varsayalım. "Çıkış referansı" pimi üzerindeki voltajı (çoğunlukla "etiketli" GND ") doğrudan çıkışa eklendiğini unutma ... bu yüzden iki motorlu MOSFET arasında" GND "pimi ile sens motorunu" motorun ortasına "sokmayın. geçerli dönüş "yol ...

• Ayrıca uçağı bölebilirsiniz, ama sonra nereye böleceğinize karar vermeniz gerekir. Ve (burası her şeyin kötüye gittiği yer) DC'yi (ya da izolatörler kullanıyorsanız yüksek frekanslarda) iki zemininizi birbirine bağladığınız yer.

İki gerekçenizi AGND ve PGND (analog ve güç) olarak isimlendirelim. Bazıları ADC’nin altında AGND / PGND’ye veya AGND / DGND’ye bölünerek katıldığını söylüyor. Bu, AGND ile PGND arasında çalışan herhangi bir akımın, ADC altındaki şasi bağlantısında akması gerektiği anlamına gelir; bu, mümkün olan en kötü yer.

Çok mantıklı bir çözüm "gizli bölünme" dir. Yerleştirme esastır. Örneğin, güç / gürültülü şeyleri sağa ve hassas şeyleri sol tarafa koyarsınız. Dekuplaj kapaklarını yerleştirirsiniz, böylece GND'den geçen besleme akımları kısa ve iyi yerleştirilir. Ardından, panonuzda iyi tanımlanmış iki bölge bulunduğundan, yüksek akımların hassas bitlerin toprağında çalışmamasını sağlamak için onları bağlayan topraklama düzleminin genişliğini daraltabilirsiniz.

Açıklamak çok görsel ve zor ve konektörlerinizi uygun şekilde yerleştirmek çok önemlidir.

Bu dersler iyi: https://learnemc.com/emc-tutorials

Basitçe SLITS'leri GND düzlemine sokmak, dijital / güç / röle / motor çöpünü hassas analog alanların dışında tutmak için yeterli olabilir. [EDIT 9 Haziran 12dB / kare zayıflamaya ulaşacak dar bir bölge gösterdi. EDIT Haziran 2019 Power Plane'i kesmeyi de unutmayın (barleyman tarafından önerildi)

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Giriş ve çıkış noktalarına karşı yarık yerleşimi hakkında ne tahmin edebiliriz?

^{bu devreyi simüle et}

Yarık akıntıya girdiğinden, ne beklenir?

^{bu devreyi simüle et}

PCB'nin alt kenarı boyunca yaklaşık 40 mikrovolt / kare vardı, bunun 0.0005 Ohm / kare olduğunu varsaydık. PCB'nin sağ üst köşesindeki ONE AMPERE'nin neden olduğu I * R voltaj düşüşünü, analog bölge içindeki PCB'nin çok alt kenarı boyunca tahmin edebiliriz.

Slit_Atten = Hassas bölge içindeki yarık uzunluğu / tüm döngü uzunluğu

Çok altındaki voltaj düşüşü (kare başına)

Yarık boyunca voltaj * Slit_Atten

Matematik: yarık 4 kare, yani 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten, 4 kare / 20 karedir (tüm döngü çevre) =% 20.

Per_square I * R damlası 160 uV * 20% = 32 uV'dur.

Bu, dijital / gürültü ve analog arasında sadece NARROW bölgelerinin kullanılmasının değerini gösterir.

İşte kesmek için başka bir yol.

^{bu devreyi simüle et}

OpAmp'ların sessiz GND'ye ihtiyaç duyduğu kare başına voltaj = kare başına 32 uVolt. Çok sessiz değil. Ne yapalım?

1) yarıkları düzlemlere daha da kesin; Şimdi% 80'de,% 95'e gidin ve muhtemelen sessizlikte üssel bir gelişme elde edin; SPICE sim'i çalıştırın ve nasıl yapıldığını görün

2) yarık yapmak ----- dar değil ---- ama derin, böyle

^{bu devreyi simüle et}

"L" yarıklarının zayıflaması hakkında ne tahmin edebiliriz? Daraltılmış bölgenin karesi başına 12 dB zayıflama tahmin edebileceğimiz ortaya çıktı. Yakınlaştırıyoruz ve bunu görüyoruz

^{bu devreyi simüle et}

Gerçek anahtar HER ZAMAN yerleştirmedir, bunu akıllıca yapın ve her iki kurulum da bunun gibi bir şey için işe yarayabilir, çok kötü bir şekilde yanlış gidebilir ve yalnızca pano yönlendirmek çok zor olmaz, aynı zamanda istediğiniz hassasiyeti elde etmek zor olacaktır.

Hızlı uçaklar varken katı uçaklar hükümsüzdür, ne zaman birkaç ns bölgesinde (Hız oranı önemli değil, kenar oranları) kenar oranlarınız varken, en azından o bölgenin altında katı bir uçak istiyorsunuz, genellikle katı bir uçak yapıyorum. ilk prototipte her zaman ve ne istediğimi anlamadıysa daha sonra onunla uğraşmak (genellikle onu değiştirmeme gerek yok).

Şimdi, sizin durumunuzda DC doğruluğu önemlidir ve genellikle bu tür şeyler en iyi diferansiyel algılama ile yapılır (hangi düzlemle değil bir arasındaki voltajı ölçmek ve o voltajı ölçmek istediğinize karar verin).

Sırf bir uçağınız olduğu için, isteğe bağlı noktalara bağlamanız gerektiği anlamına gelmez, örneğin bir diferansiyel amp'teki rezistörün 'topraklı' ucunu önceki aşama girişiyle aynı noktadaki düzleme döndürmeye karar verebilirsiniz. böylelikle bölücü direnç, aynı gerilimi görmelerini sağlar, hiyerarşik zeminler iyi bir şeydir, ancak bu şeyler için farklı ölçüm kuralları vardır.

5.49 bana iyimser görünüyor, abs max hiç olmak istediğin bir yer değil.

Dekuplör genellikle doğrudan uçağa gider.

Düzlemleri bölmeye karar verirseniz, kontrol çizgilerinin ikisi arasında geçtiği alanın altında sürekli bir bağlantı olduğundan emin olmalısınız, hiçbir zaman düzlemde bir bölünme üzerinde iz bırakmazsınız.

Düşük hızlarınız göz önüne alındığında, örneklemenin üstesinden gelebileceğinizi ve bu düşüşün etkili kelime uzunluğunuzu uzattığını unutmayın.

Bununla ilgili bazı notlar. Diğerlerinin de belirttiği gibi, mevcut döngüler arkadaşınız değil. Yüksek güç / yüksek hızlı devrelerinizden ve enerjinin onlara nereden sağlandığından haberdar olmalısınız. Bu iki nokta arasındaki herhangi bir şey doğrudan ateş alanındadır, 16-bit ADC'lerinizi destek dönüştürücü ve yüksek güçlü PWM kontrollü LED'ler arasına koymayın.

Yer düzlemlerindeki yarıklar ya da hendekler yararlı olabilir, ancak bunlar hızlı bir şekilde karışır. Hatırlanması gereken en önemli şey, YÜKSEK HIZLI / DUYARLI BİR SİNYAL HATTI İLE PLANTA YAYANMAYACAKTIR . Sinyal hatlarınızın hemen yanlarındaki bir dönüş akımı yoluna ihtiyacı var . Bu nedenle, bir ADC'nin etrafında bir at nalı yaratırsanız, tüm sinyalleri bu hendek etrafına da yönlendirmeniz gerekir. Kesinlikle bir bölünmeyi geçmeniz gerekiyorsa, ayrı GND düzlemlerini bağlamak için yerel bir kondansatör kullanabilirsiniz, ancak daha sonra ilk etapta hendek amacını yitiriyorsunuz. Çok katmanlı bir tablonuz olduğunu varsayarız, ancak yapmamak çok daha az acı verici olur. Katmanları ayrılmadan önce tek bir referans düzlemine sahip başka bir düzlemde değiştirin. NBbu DC veya düşük frekans sinyalleri / yükleri için geçerli değildir. Hendek çevresindeki en az dirençli yolu takip edecek kadar mutlular. GND uçaklarındaki bölmeleri, güç uçaklarındaki eşleşen bölmelerle eşleştirmeniz gerektiğini unutmayın!

Bunu daha karmaşık hale getirmek için, referans düzlemine, yani sinyal katmanının yanındaki toprak düzlemine uygulanır. 8 veya daha fazla katmanınız varsa, hassas devreniz L8'de ise, L2 uçağında ne olduğu önemli değildir. Güç düzlemini referans olarak da kullanabilirsiniz, ancak bu günlerde sık sık herhangi bir sayıda güç düzlemine sahip olursunuz (5V, 3.3V, 1.8V, 1.2V, -5V, her neyse). kaynaklanmaktadır. Bir 1.8V PHY'ye 3.3V uçağa referans vermek işe yaramaz. Bilmediğiniz sürece, dikiş kapaklarını uçaklar arasında tekrar sağlayın.

VCC ve VCCA artı GND ve AGND'yi bölerek temelde sıfır gürültü (~ 0.6 ADC ünitesi) seviyesine ulaşan yüksek hızlı ADC multiplex devre yaptım. Ama ne yaptığımı biliyorum ve analog çizgileri haritalamak ve bir sonraki katman üzerinde ilgili bakırın "adalarını" oluşturmak için zaman harcadım. Çoğu zaman sadece tüm temelleri bir arada tutarım ve şu anki döngülere dikkat ederim.

Katmanları değiştirmek ayrıca düzlemde bir bölünme olarak sayılır, bu nedenle yakınlardaki bir GND'ye sahip olmanız gerekir, böylece yüksek hızlı geri dönüş akımı fazladan sapmalar yapmak zorunda kalmaz.

Son not : Dönüş akımı en düşük direnç yolunu izler. Sinyal / güç izinizi takip etmeyebilecek en kısa katı katı bakır yolu olan düşük frekanslar için. Daha yüksek frekanslar için, ayırma empedansı arttıkça sürüş sinyalinin hemen yanındadır. Bu yüzden, geçit düzlemleri gözyaşları ile bitiyor, yansımalar, yayılan RF frekansları, sinyal bütünlüğü kaybı, kurbağa yağmuru vb.

Hem analog hem de dijital için gücü ve topraklamayı tamamen ayırabilirsiniz. İkisi arasındaki dijital arabirim için izole edilmiş DC-DC dönüştürücüler ve opto-izolasyon kullanın.