Zemin düzlemini neden tam olarak bırakmaktan vazgeçiliyor?

11

Zaman zaman dijital ve analog devre parçaları için ayrı Gnd düzlemleri yapmanın iyi olmadığını duyuyorum (ve okuyorum). Her şey bu temel kuralda özetlenmiştir: "Gnd düzlemini bölmeyin, boşluklar açmayın." Genellikle bu açık bir açıklama olmadan gelir.

Bir açıklamaya en yakın olanı bu bağlantı: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . Yazar, dönüş akımlarının boşluk etrafında büküleceğine dikkat çeker, böylece akımların yüzey alanları büyür (bu yüzey alanının sınırları 'çıkış' ve 'dönüş' akımı ile tanımlanır):

Farklı sinyallerin dönüş akımları, aralığın köşelerinde birbirine sıkıştırılarak çapraz konuşmaya yol açar. Mevcut döngülerin daha geniş yüzey alanı EMC yayar ve toplar.

Çok uzak çok iyi. Böyle bir boşluk üzerinden hiçbir sinyalin yönlendirilmemesi gerektiğini anlıyorum. Bu kuralı aklınızda bulundurduğunuzu varsayarsak, Gnd düzleminde boşluklar açmak (örneğin, analog ve dijital devre parçaları arasında bir ayrım yapmak) hala kötü olur mu?

— K.Mulier
kaynak

Bu, sık sık tartışılan bir konudur, bazı insanlar ne yapmanız ve yapmamanız gerektiğine büyük ölçüde katılmamaktadır (gerekçeleri ayrı tutun veya ayrı tutmayın, vb.). Bunun ne yapmak istediğinize bağlı olduğunu da unutmayın. Örneğin, kararlı bir voltaj referansı ile, başka kaynaklardan gelen dönüş akımlarının gelemeyeceği ve değerlerinizi değiştiremeyeceği şekilde bir tür yıldız topraklama isteme eğilimindesiniz. Birkaç volt hassasiyetle 10 ppm ile uğraşırken birkaç uV yeterli olabilir.

— Joren Vaes

@JorenVaes'a çok teşekkür ederim. "Bir çeşit yıldız topraklama" dan bahsettiğinizde, bunu pratik olarak nasıl başarıyorsunuz? Demek istediğim, sağlam zemin düzlemleriyle nasıl bir yıldız zemin oluşturabilirsin?

— K.Mulier

Bence sağlam bir zemin düzlemi kullanmıyorum. Ben bu konuda uzman değilim ve genellikle kendimi katı zemin düzlemleri kullanmayan analog PCB'lerle sınırlıyorum.

— Joren Vaes

2

Düzlemsel bir yuva anteni çizdiğinizin farkında mısınız ? Antenler hem istemeyeceğiniz yayılır hem de istemeyebileceğiniz parazit alır. Başka bir bağlantı .

— Eric Towers

@EricTowers, çok ilgilenen söz aslında fark etmedim :-)

— K.Mulier

10

Yüksek frekanslı dönüş akımları, endüktans nedeniyle dış akımları takip etmek ister.

Dönüş akımlarını farklı bir yol izlemeye zorlarsanız, birkaç kötü şey olur.

Manyetik paraziti alabilen ve iletebilen bir döngü oluşturursunuz.
Sinyal yolunda sinyal bütünlüğünü azaltabilecek ekstra endüktans sağlarsınız.

Hızlı kenarlı dijital sinyallerin, anahtarlama oranı düşük olsa bile güçlü yüksek frekanslı ani yükselmeler oluşturabileceğini unutmayın.

Ayrıca, dış yolun her zaman yalnızca izleri içermeyebileceğini, bir bileşenin içinde olabileceğini unutmayın. Bir bileşen ayrı analog ve dijital güç ve toprak pinlerine sahip olsa bile, çipin sınırını aşan bazı sinyaller olabilir.

Düşük frekanslardaki OTOH akımları, öncelikle dirençle belirlenen yolları alır. Bu nedenle, bölme düzlemleri, paylaşılan dönüş empedansını almak ve önlemek için yol dönüş akımlarını etkilemek için yararlı bir teknik olabilir.

Sinyallerin karışık sinyal sınırını aştığı tam bir yeriniz varsa ve düzlemi bölmek çok mantıklıysa, analog dönüş akımlarını analog tarafta kalmaya ve dijital dönüş akımlarını dijital tarafta kalmaya zorlar.

Sinyallerin karışık sinyal sınırını geçmesi gereken birden fazla yeriniz varsa (yani çoklu ADC'ler, çoklu analog anahtar yongaları vb.), Bölmenin faydaları çok daha tartışmalı hale gelir. Her karışık sinyal yongasının iki düzlem arasında bir bağlantıya ihtiyacı vardır, ancak düzlemler arasında birden fazla bağlantı koyduğunuzda, onları ilk etapta bölmenin birçok faydasını kaybedersiniz.

— Peter Green
kaynak

Çok teşekkür ederim. Boşluğu geçen sadece bir ADC'ye sahip olduğumu varsayalım. AGND ve DGND uçaklarını tam olarak nereye bağlamalıyım? Bu sayfada ( electronics.stackexchange.com/questions/306862/… ) Okudum: 'İki zemine AGND ve PGND (analog ve güç) adını verelim. Bazıları ayrıldığını ve ADC altında AGND / PGND veya AGND / DGND'ye katıldığını söylüyor. Bu, AGND ve PGND arasında çalışan herhangi bir akımın şimdi ADC altındaki toprak bağlantısında akması gerektiği anlamına geliyor, bu da mümkün olan en kötü yer. ' Ancak bu ifadenin doğru olup olmadığından emin değilim.

— K.Mulier

7

Akıl yürütme, dijital ve analog için bölünmüş alanlardan uzak bir eğilime çok benzer. Her şey dönüş akımı ile ilgili

Aslında bölünmüş yer düzlemlerinden uzakta bir eğilim vardı ve bunun yerine yerleştirme ayırma ve dönüş akımı yoluna odaklanma üzerinde duruldu .

Zemin düzlemini bölmeyin, tahtanın hem analog hem de dijital bölümlerinin altında bir katı düzlem kullanın
Düşük empedanslı akım dönüş yolları için geniş alan zemin düzlemleri kullanın
Kara uçağı için% 75'in üzerinde tahta alanı tutun
Ayrı analog ve dijital güç düzlemleri
Güç uçaklarının yanında sağlam zemin düzlemleri kullanın
Analog güç düzlemi üzerindeki tüm analog bileşenleri ve hatları ve dijital güç düzlemi üzerindeki tüm dijital bileşenleri ve hatları bulun
İzleri, güç düzlemi bölmesinin üzerinden geçmesi gereken izlerin katı zemin düzlemine bitişik katmanlar üzerinde olması gerekmediği sürece, güç düzlemlerindeki bölmenin üzerinden yönlendirmeyin.
Toprak dönüş akımlarının gerçekte nerede ve nasıl aktığını düşünün
PCB'nizi ayrı analog ve dijital bölümlerle bölümleyin
Bileşenleri düzgün şekilde yerleştirin

Karışık sinyal tasarım kontrol listesi

PCB'nizi ayrı analog ve dijital bölümlerle bölümleyin.
Bileşenleri düzgün şekilde yerleştirin.
A / D dönüştürücülerle bölümün üstüne koyun.
Yer düzlemini ayırmayın. Kartın hem analog hem de dijital bölümlerinin altında bir katı düzlem kullanın.
Dijital sinyalleri yalnızca kartın dijital bölümünde yönlendirin. Bu, tüm katmanlar için geçerlidir.
Analog sinyalleri yalnızca kartın analog bölümünde yönlendirin. Bu, tüm katmanlar için geçerlidir.
Ayrı analog ve dijital güç düzlemleri.
İzleri güç düzlemlerindeki ayrımın üzerinden geçirmeyin.
Güç düzlemi bölmesinin üzerinden geçmesi gereken izler, katı zemin düzlemine bitişik katmanlarda olmalıdır.
Toprak dönüş akımlarının gerçekte nerede ve nasıl aktığını düşünün.
Yönlendirme disiplini kullanın.

Başarılı bir PCB düzeninin anahtarının, zemin düzlemlerinin izolasyonu değil, bölümleme ve yönlendirme disiplininin kullanımı olduğunu unutmayın. Sisteminiz için sadece tek bir referans düzlemine (toprak) sahip olmak neredeyse her zaman daha iyidir.

(arşivleme için aşağıdaki bağlantılardan yapıştırıldı)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

— JonRB
kaynak

Çok teşekkür ederim. Çok ilginç bir cevap. Gnd ve güç uçakları hakkında tavsiyeniz: Tüm pano için bir katı Gnd düzlemi ve biri dijital, diğeri analog kısım için olmak üzere iki ayrı Güç düzlemi yapın. Sağ?

— K.Mulier

hemen hemen. Anahtar, düzen söz konusu olduğunda her şey için geri dönüş akımlarını düşünmektir

— JonRB

Her dönüş akımı için bir iz yönlendirmeye ne dersiniz? Bunu şu anda tasarımımda yapmaya çalışıyorum - bir çeşit test ;-)

— K.Mulier

zemin sürekliliğini bozarsınız. Bazen bu gereklidir (faz akım ölçümü için bunu yapan reklam arıyorum), ancak bunlar kural değil. Dönüş mevcut alan kuvvetini

— hatırlayın

"Yer sürekliliğini bozuyorsunuz" ve "geri dönüş mevcut alan kuvvetini hatırlayın" ile ne demek istersiniz?

— K.Mulier

4

# 1 önceliği, öğeleri tahtanızda doğru yere yerleştirmektir.

Örneğin, solda güç girişi konektörü, sağda motor denetleyicisi ve çıkış konektörleri ve ortadaki hassas analog bitleriniz varsa, kötü bir başlangıç yapmışsınız demektir.

Güç konektörünü yüksek akım çıkışlarının hemen yanına daha iyi yerleştirin, bu da yüksek akımların doğal olarak işinizi kolaylaştıracak şekilde akmasını sağlar.

Ayrıca en iyi IMO, bölünmüş düzlemleri (AGND, DGND) kullanmak, daha sonra tüm bileşenleri karşılık gelen düzleme yerleştirin, sonunda ... ayrımı çıkarın ve sağlam bir zemin düzlemine dönüştürün. Bu sizi iyi bir yerleşim yapmaya zorlar.

Geri kalanı için, bu soru aşağı yukarı aynıdır, cevapları okumanızı tavsiye ederim.

— peufeu
kaynak

Çok teşekkür ederim. Ama sonunda bölünmeyi neden tam olarak çıkarsın ki?

— K.Mulier

Eğer ayrılırsanız, o zaman bir yerden diğerine akan tüm akım bağlandıkları yerde akar, bu genellikle ADC'dir, yani bunun gerçekleşmesi için mümkün olan en kötü yer!

— peufeu

ADC çipini şöyle düşünün: Analog kısım birkaç giriş, Dijital kısım SPI veri yolu. SPI veriyolundan dönüş akımları ADC çipine geri akar. Bu nedenle DGND'den AGND'ye geçebilirler, ancak düzen iyi ise bu bile olmamalıdır. DGND'den AGND'ye başka hangi akımlar geçecekti? (Cevabınızı eleştirmiyorum. Bu soruyu gerçekten soruyorum çünkü öğrenmek istiyorum ;-)

— K.Mulier

— Kartınıza

1

AVCC ve DVCC gibi güç uçaklarına gelince, bunları bağlamayın, aralarına ferrit boncuk gibi bir filtre koyarsınız, hatta ayrı regülatörler, birçok seçenek kullanırsınız. DVCC gürültülü olacaktır ve gürültü analog kaynaklara yayılmamalıdır.

— peufeu

1

Bu genellikle çelişkili bilgiler içeren zor bir konudur. Bunun ortaya çıktığı yaygın bir örnek, analogdan dijitale dönüştürücüler için bakır döşenmesidir. Genellikle veri sayfaları, analog toprak dönüşünü dijital kısımdan ayrı tutmayı ve yalnızca bir noktada birleştirmeyi belirtir. Veri sayfaları genellikle belirtilen doğruluğun yalnızca yonga bu şekilde topraklandığında elde edilebileceğini belirtir.

Tüm kart bir AtoD yongası olsaydı, bu kolay olurdu, ancak DtoA'ları, Op amplifikatörleri, karşılaştırıcıları ve dijital devreleri karıştırmaya başladığınızda, bu hızla pratik olmaz.

Başkalarının iyi düzen uygulamaları hakkında söylediklerini yeniden şekillendirmeyeceğim. Paralel dirençlere benzer şekilde, akım en az direnç yolunda akacaktır. Yüksek frekansta, levhaların endüktansı önemli reaktansa katkıda bulunabilir. Dönüş akımı için en az reaktans yolu, zemin düzlemindeki sinyal izinin hemen altında olacaktır.

Zemin düzleminde boşluklar olduğunda, dönüş akımı kaynağa geri dönerek daha büyük bir döngüye ve daha yüksek endüktansa neden olur.

Bu konu hakkında daha ayrıntılı bilgi için, Henry W. Ott. EMC'deki İncil.

— user125718
kaynak