Piani di terra multipli sono assolutamente necessari. Nel pieno rispetto del signor Ott, dato che tutto ciò che dice non è di per sé sbagliato , giunge a una conclusione incompleta a causa dell'omissione della considerazione del lato analogico. Il punto che manca al signor Ott è che all'interno della stessa sezione analogica , più piani di massa - uno per ogni blocco funzionale di circuiti analogici - disposti in uno schema a stella, sono un requisito per il basso rumore (Douglas Self " Small Signal Audio Design "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html). Mentre questi due riferimenti considerano specificamente i progetti audio, i principi sono ancora più importanti nei circuiti analogici ad alta precisione nelle applicazioni di acquisizione e / o controllo dei dati.
Il problema diventa quindi: come implementiamo la terra digitale all'interno di un progetto che possiede molteplici motivi analogici? Un errore è "blapare" il PCB con un unico piano di massa e utilizzare solo le tecniche di layout descritte da Mr. Ott per evitare interferenze tra sezioni analogiche e digitali. In tal caso, le prestazioni analogiche potrebbero risentirne a causa di interferenze da analogico a analogico .
In una progettazione tipica, ciascun ADC o DAC sarà probabilmente correlato a diverse sezioni funzionali dei circuiti analogici. Fornire una "isola" di terra analogica per ciascuna di queste sezioni con un percorso di ritorno a terra indipendente, disposto secondo uno schema a stella, fino al "terreno di riferimento". Questa terra di riferimento non è necessariamente la terra dell'alimentatore (o della batteria). Se è presente un regolatore che fornisce l'alimentazione analogica, la terra di riferimento è il pin di terra dell'IC del regolatore. Per quanto riguarda il lato digitale, anche il pin di terra del regolatore che alimenta il lato digitale (se diverso da quello che alimenta il lato analogico) deve essere ricollegato alla terra di riferimento con tracce il più corte possibile. La terra digitale dovrebbe anche essere implementata come isola isolata con un ritorno di terra indipendente alla terra di riferimento.
Ora abbiamo a che fare con l'interfaccia tra le sezioni analogiche e digitali. Ciò comprende
- basi analogiche e digitali separate su dispositivi ADC e DAC,
- forniture separate per alimentazione analogica e digitale sullo stesso dispositivo e
- linee di controllo come bus I2C o PCI.
(1) Separare i motivi analogici e digitali.
I progettisti di circuiti integrati a segnale misto sanno che la terra analogica e digitale devono essere collegate insieme, ma non possono fornire tale connettività all'interno dell'IC a causa delle restrizioni della geometria delle connessioni die e pad. Pertanto la raccomandazione è sempre quella di collegare questi due punti esternamente il più vicino possibile al circuito integrato. Si noti che non è sempre così: molti DAC e potenziometri digitali (una forma di DAC) non hanno pin di terra analogici e digitali separati. Per questi dispositivi, la connessione è già stata effettuata all'interno dell'IC. Quando si collegano insieme la terra analogica e digitale, la coppia combinata deve essere collegata al piano di terra analogico per quella sezione del circuito.
(2) Separare forniture analogiche e digitali sullo stesso dispositivo
Questi piani di potenza saranno separati anche se hanno la stessa tensione. Il piano di potenza digitale dovrebbe essere isolato dal suo regolatore di sorgente (e potenza analogica se pilotato dallo stesso regolatore) mediante un cordone di ferrite. Collegare la potenza digitale di circuiti integrati a segnali misti all'isola di potenza digitale; come minimo, bypassare sia l'alimentazione analogica che digitale al pin di terra dell'IC con condensatori ceramici (si consigliano X7R / X5R 100nF, alcuni produttori di IC raccomandano condensatori aggiuntivi - seguire le linee guida indicate nella scheda tecnica). Seguire le linee guida del layout delle migliori pratiche posizionando i condensatori di bypass il più vicino possibile ai pin del dispositivo. Accertarsi che il condensatore di bypass digitale sia collegato alla terra analogica e digitale combinata sul lato del pin di terra digitale; non dovrebbe connettersi da qualche parte "in mezzo" i pin analogici e digitali. Ricordiamo che il condensatore di bypass dell'alimentazione digitale è effettivamente lì per generare gli impulsi di corrente che si verificano quando i dispositivi digitali cambiano stato. Quindi esiste un loop di corrente CA dal pin di alimentazione digitale, attraverso il condensatore, nel pin di terra (lato digitale) e viceversa attraverso il dispositivo ai pin di alimentazione digitali - un loop di corrente che può e emette radiazioni. Ecco perché è importante posizionare il condensatore di bypass il più vicino possibile al dispositivo, riducendo al minimo le dimensioni di questo circuito di corrente. nel pin di terra (lato digitale) e viceversa attraverso il dispositivo verso i pin di alimentazione digitali, un loop di corrente che può e emette radiazioni. Ecco perché è importante posizionare il condensatore di bypass il più vicino possibile al dispositivo, riducendo al minimo le dimensioni di questo circuito di corrente. nel pin di terra (lato digitale) e viceversa attraverso il dispositivo verso i pin di alimentazione digitali, un loop di corrente che può e emette radiazioni. Ecco perché è importante posizionare il condensatore di bypass il più vicino possibile al dispositivo, riducendo al minimo le dimensioni di questo circuito di corrente.
(3) Linee di controllo come bus I2C e / o PCI
Finora, dato quanto sopra, abbiamo un problema nel collegare le linee di controllo, per esempio, dal microcontrollore ai dispositivi di segnale misti poiché queste linee devono, per definizione, attraversare dal lato digitale al lato analogico. Per questo, seguire la raccomandazione del Sig Ott di fornire un ponte tra terra analogica e digitale. Per ogni isola analogica che ha linee di controllo che la collegano al lato digitale, fornire un ponte da ciascuna terra analogica a terra digitale e instradare le linee del segnale direttamente su quel ponte. A seconda del layout effettivo e della complessità del circuito, è possibile disporre di un singolo ponte che si collega a più di una terra analogica. Ciò è accettabile: il problema principale è instradare tutte le linee di controllo rumorose su un ponte. Le ragioni di ciò sono completamente spiegate nell'articolo di Mr. Ott.
Riassumendo, le tecniche di cui sopra sono più lavoro di un singolo piano terra ma sono necessarie. Nessuna delle discussioni sopra menzionate nega o rimuove le indicazioni di Mr. Ott su un layout accurato e sapendo sempre dove stanno scorrendo i percorsi di corrente continua e alternata ( entrambi i percorsi - invia eritorno). La maggior parte dei router automatici avrà difficoltà a fornire un risultato di qualità tenendo presente quanto sopra. Dovrai sempre eseguire alcuni instradamenti a mano: una possibile tecnica per risparmiare tempo è di instradare automaticamente le isole dei circuiti e instradare manualmente le interconnessioni, i resi di terra, la distribuzione di energia, le linee di controllo. Alcune applicazioni di layout PCB hanno un debole supporto per la creazione di ponti di terra da analogico a digitale poiché sta effettivamente collegando diverse reti di segnale. Se il tuo software ha un supporto esplicito per questo, ottimo, in caso contrario potresti essere costretto a una situazione in cui hai la precedenza su un errore rilevato dal processo DRC.
