Чи справді мені доводиться ділити землю на аналогову та цифрову частини?

Я збираюся розробити свою першу друковану плату в рамках випускного проекту. Звичайно, спочатку я намагаюся навчитися якомога більше. Частиною дослідження я знайшов цю статтю із трьох частин, яка свідчить про те, що непотрібно, а в деяких випадках навіть шкідливо розділяти землю на частину аналогову та частину цифрову, що суперечить тому, що я дізнався від проф. Я також прочитав усі теми на цьому веб-сайті, що стосуються планів/розливу ґрунту. Хоча більшість погоджується зі статтею, все ще існує кілька думок, які відстоюють роздільний план. наприклад

Як новачкові в розробці друкованих плат, мені здається заплутаним і важким рішення, хто правий і який підхід використовувати. Отже, чи потрібно ділити землю на аналогову та цифрову частини? Я маю на увазі фізичний розкол, або з вирізаною друкованою платою, або з окремими багатокутниками для DGND та AGND (або не підключених, або підключених в одній точці)

Можливо, щоб дозволити вам скласти рекомендацію, адаптовану до моєї майбутньої друкованої плати, я розповім вам про це.

Друкована плата буде розроблена у безкоштовній версії Eagle => 2 шари

Друкована плата призначена для тестування та точного вимірювання (струму та напруги) літієвих батарей. Управління платою повинно здійснюватися з Raspberry Pi через цифровий інтерфейс (GPIO/SPI (40 кГц)). На борту буде 3 перетворювача даних (AD5684R, MAX5318, AD7175-2) та роз'єми для вбудованого модуля RTC на цифровій стороні. Аналогове живлення надходить від зовнішнього джерела живлення, регульованого за допомогою вбудованого регулятора напруги LT3042 (5,49 В). Крім того, існує посилання на напругу LT6655B 5 В. Аналогова частина в основному є ланцюгом постійного струму, єдиною справді КВ є внутрішній головний тактовий генератор АЦП на 16 МГц.

Цифровий 3.3 В (в основному для живлення цифрових інтерфейсів) надходить від Raspberry PI. Таким чином, буде 2 підключення до землі: зовнішнє джерело живлення та цифровий інтерфейс Raspberry Pi.

У зв'язку з цим, інше питання: з посиланням на рисунок 3, як мені переконатися, що струми зворотного зв'язку від цифрових інтерфейсів надходять до правильного заземлення (пам'ятайте, у мене є 2)?

Ще одне занепокоєння: чи може схема розподілу електричного струму перешкоджати чутливим вимірюванням? Я збирався розділити їх, перенаправляючи живлення на нижній шар, але це вже не є гарною ідеєю з монолітним планом поверху

І хоча мені все ще цікаво: якщо припустити більш-менш монолітну заземлювальну площину внизу та сигнальний/компонентний шар вгорі, як найкраще підключити негативну сторону байпасних конденсаторів до заземлювача?

Ви повинні думати з точки зору загального імпедансу (відсутність опору, справді імпеданс).

Розглянемо частини схеми, які використовують GND як еталон 0 В для чутливих аналогових цілей. Очевидно, що ви хочете, щоб кожен із цих "посилань 0В" мав однаковий потенціал "0В". Однак струм, що протікає через площину GND, додасть додаткову напругу помилки вище "0В" кожного мікросхеми.

Тепер намалюйте схему вашого GND зі струмами, що протікають через нього.

Якщо ви не розбиваєте площину, але через неї протікають сильні струми, тому що ви розміщуєте вхідний роз'єм живлення зліва, роз'єм вихідної потужності з правого боку і біти надчутливого аналога в середині, тоді ви можете мають проблеми через сильний струм, що протікає через GND і створює градієнт напруги.

Залежно від частоти враховуйте імпеданс (тобто індуктивність, а не лише опір).

Зараз для цього існує кілька рішень.

  • Ви можете розмістити свої роз'єми живлення в більш розумних місцях (тобто вхід живлення поруч із розеткою), щоб сильні струми не потрапляли у вашу площину GND. Це стосується всіх струмових шлейфів, які несуть великі, галасливі або високі ді/dt струми, такі як внутрішні шлейфи DCDC, або шлейфи між ним та його навантаженням (наприклад, процесор) або навіть грунтову дорогу між роз'єднанням шапка. і чіп, який він дисоціює.

Обов’язково знайте, де знаходяться ці петлі! Впорядкуйте їх за завданням (приблизно "зона * di/dt" для змінного струму або "зона * I/для DC)". Розміщення має важливе значення. Хороше розміщення з вузькими струмовими петлями робить макет набагато менш складним.

  • Ви можете використовувати диференціальні підсилювачі та АЦП, які ігнорують загальнорежимний шум.

Це є обов’язковим, якщо напруга, яку слід виявити, знаходиться на сильному боковому струмі. Тепер припустимо, ви використовуєте поточний сенсорний підсилювач, наприклад. Пам'ятайте, що напруга на його "вихідному опорному" штифті (часто з помилкою "GND") додається безпосередньо до виходу. тому не закріплюйте сенсорний підсилювач між двома МОП-транзисторами з його контактом "GND" посередині шляху зворотного зв'язку "двигуна" .

  • Ви також можете розділити літак, але тоді вам доведеться вирішити, де ви його збираєтесь розділити. І (тут все стає неприємно), коли ви з'єднуєте свої два майданчики в постійному струмі (або на високих частотах, якщо ви використовуєте ізолятори .

Давайте назвемо ваші дві моделі AGND та PGND (аналогові та енергетичні). Деякі кажуть, що потрібно розділитися та приєднатися до AGND/PGND або AGND/DGND згідно ADC. Це означає, що будь-який струм, який проходить між AGND і PGND, повинен зараз надходити в заземлювальну ланку нижче АЦП, що є найгіршим можливим місцем.

Одним із рішень, яке має багато сенсу, є "прихований розкол". Розміщення має важливе значення. Наприклад, ви ставите сильний/галасливий матеріал праворуч, а чутливий матеріал - ліворуч. Ви встановлюєте роз'єднувальні пробки так, щоб петлі струму подачі через GND були короткими і добре розміщеними. Потім, оскільки ваша карта має дві чітко визначені області, ви можете зменшити ширину заземлюючої площини, що їх з'єднує, щоб запобігти проходженню сильних струмів через землю чутливих бітів.

Це дуже наочно і важко пояснити, і правильне розміщення роз’ємів є дуже важливим.

Простого введення SLITS у план GND може бути достатньо, щоб уникнути цифрових/живлення/реле/​​моторних відходів з чутливих аналогових зон. [EDIT 9 червня Показано, що вузький регіон досягне 12 дБ/кв. EDIT Червень 2019 Не забудьте також розділити Power Plane (запропоновано barleyman)]

землю

Що ми можемо передбачити щодо розміщення слота щодо точки входу та точки виходу нав'язливого струму?

Чого очікувати, оскільки тріщина вплітається в течії?

У нас було близько 40 мікровольт/квадрат по нижньому краю друкованої плати, припускаючи 0,0005 Ом/квадрат. Ми можемо оцінити падіння напруги I * R, спричинене ОДИМ АМПЕРОМ у верхньому правому куті друкованої плати, вздовж нижнього краю друкованої плати всередині аналогової області, просто

Slit_Atten = довжина щілини/довжина всієї петлі всередині чутливої ​​області

Падіння напруги до кінця (на квадрат) становить

Напруга через щілину * Slit_Atten

Математика: щілина дорівнює 4 квадратам, отже, 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten - це 4 квадрата/20 квадратів (периферія всієї петлі) = 20%.

Падіння I_R на квадрат квадрат становить 160 мкВ * 20% = 32 мкВ.

Це демонструє зацікавленість у використанні лише вузьких областей між цифровим/шумовим та аналоговим.

Ось ще один спосіб прорізу.

Напруга на квадрат, де операційні підсилювачі потребують тихого GND = 32 мкВ, на квадрат. Не дуже спокійно. Що робити?

1) ще більше вирізати щілину в площинах; нині 80% переходять до 95% і, ймовірно, отримують експоненціальне поліпшення мовчання; запустіть моделювання SPICE і подивіться, як

2) зробіть щілину ----- не вузькою ----, а глибокою, як це

Що ми можемо передбачити щодо затухання слотів "L"? Виявляється, ми можемо передбачити загасання 12 дБ на квадрат зони звуження. Ми збільшуємо масштаб і бачимо це

Справжній ключ є ЗАВЖДИ розмістіть, зробіть це розумно, і будь-яка установка може спрацювати на щось подібне, піти занадто неправильно, і не тільки дошку буде дуже важко прокласти, але важко буде отримати точність, яку ви хочете.

Тверді плани керують, коли у вас швидко відбуваються справи, коли у вас є частота фронтів в районі декількох нс (тактова частота не має значення, швидкість ребер має значення), ви хочете мати надійний план принаймні для цього регіону, я зазвичай роблю надійний план у першому прототипі кожного разу та розглядайте його пізніше, якщо він не дає мені того, що я хочу (зазвичай мені не потрібно його змінювати).

Зараз у вашому випадку важлива точність постійного струму, і загалом подібні речі найкраще робити з диференціальним виявленням (Вирішіть, в яких двох точках ви хочете виміряти напругу, і виміряйте цю напругу, а не ту, що стосується площини).

Те, що у вас є літак, який вам потрібно підключити до нього в довільних точках, не означає, що ви можете, наприклад, повернути `` заземлений '' кінець резистора в диференціальному підсилювачі в `` площині в та ж точка, що і вхід резистора дільника попередніх каскадів, таким чином гарантуючи, що вони бачать однакову напругу, ієрархічні схеми хороші, але диференціальні правила вимірювання для цього матеріалу.

5.49 здається мені оптимістичним, макс. Абс - це не те місце, де ти хочеш бути.

Розв’язувачі зазвичай йдуть безпосередньо до літака.

Якщо ви вирішили розділити площини, вам потрібно переконатись, що під областю, де між ними проходять контрольні лінії, є безперервний зв’язок, ви ніколи не будете запускати слідів на розколі в площині.

Враховуючи ваші низькі швидкості, пам’ятайте, що ви можете перепробовувати, а децимація збільшує ефективну довжину вашого слова.

Кілька приміток на цю тему. Як зазначали інші, нинішні кучері - не ваш друг. Ви повинні бути в курсі своїх високопотужних/високошвидкісних ланцюгів та місця, де до них подається живлення. Все, що знаходиться між цими двома точками, знаходиться безпосередньо в діапазоні стрільби, не розміщуйте свої 16-розрядні АЦП між підвищувальним перетворювачем та потужними ШІМ-контрольованими світлодіодами.

Тріщини або канави в наземних площинах можуть бути корисними, але вони швидко залучаються. Найголовніше, що слід пам’ятати - це НІКОЛИ НЕ ЗУСТРІЧАЙТЕ РОЗДІЛ НА ЛІТАКАХ З ВИСОКОЮ ШВИДКОСТЮ/ЧУТЛИВОЮ СИГНАЛЬНОЮ ЛІНІЄЮ . Вашим сигнальним лініям потрібен поточний зворотний шлях безпосередньо біля них. Отже, якщо ви створюєте підкову навколо АЦП, вам також потрібно прокласти всі сигнали навколо цієї канави. Якщо вам абсолютно потрібно пройти розкол, ви можете використовувати локальний конденсатор для підключення окремих площин GND, але ви перемагаєте цілі розриву в першу чергу. Якщо припустити, що у вас є багатошарова картка, але було б набагато менш боляче не робити цього. Поміняйте місцями шари перед поділом на іншу площину, яка має рівномірну опорну площину. Приміткаце не стосується постійних або низькочастотних сигналів/навантажень. Вони досить щасливі йти шляхом найменшого опору навколо рову. Пам'ятайте, що вам потрібно збігати поділки в площинах GND з відповідними поділками в електричних площинах!

Щоб ускладнити це, це стосується опорної площини, тобто площини землі біля шару сигналу. Якщо у вас 8 і більше шарів, неважливо, що знаходиться на площині L2, якщо ваша чутлива схема знаходиться на L8. Ви також можете використовувати план живлення в якості еталону, але часто в наш час у вас є ряд планів живлення (5 В, 3,3 В, 1,8 В, 1,2 В, - 5 В, що завгодно), тому на порушувальні схеми може посилатися лише план живлення. воно походить від. Посилання на план PHY від 1,8 до 3,3 В не працюватиме. Якщо, знаєте, ви знову не надасте цих швейних ковпачків між пострілами.

Я створив високошвидкісну схему мультиплексу АЦП, яка досягла по суті нульового рівня шуму (

0,6 одиниці АЦП) шляхом розділення VCC та VCCA плюс GND та AGND. Але я знаю, що роблю, і витратив час на релігійне картографування аналогових ліній та створення "острівців" однорідної міді на наступному шарі тощо. Здебільшого я тримаю всі підстави разом і стежу за наявними петлями.

Зміна підгузників також вважається розщепленням у площині, тому ви повинні мати поруч відповідний GND, щоб швидкісний зворотний струм не повинен робити додаткових об'їздів.

Заключна примітка: зворотний струм йде по шляху найменшого опору. Для низьких частот це найкоротший доступний шлях із твердої міді, який може не відповідати вашому сигналу/потужності. Для більш високих частот він сидить поруч із сигналом приводу, оскільки поділ збільшує опір. Ось чому перетин площин закінчується сльозами, коли ви створюєте розрив, що призводить до відбиття, випромінюваних частот ВЧ, втрати цілісності сигналу, дощу жаб тощо.