Perché è esattamente scoraggiato distanziare il piano terra?

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Di tanto in tanto sento (e leggo) che non è bene creare piani Gnd separati per parti di circuiti digitali e analogici. È tutto riassunto in questa regola empirica: "Non dividere il piano Gnd, non creare spazi vuoti". Di solito questo viene senza una chiara spiegazione.

Il più vicino a una spiegazione è questo link: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . L'autore sottolinea che le correnti di ritorno si piegheranno attorno al divario, in modo tale che le superfici della corrente si allarghino (i confini di quella superficie sono definiti dalla corrente di "partenza" e "di ritorno"):

Le correnti di ritorno dei diversi segnali sono strette insieme agli angoli del gap, portando a cross-talk. La maggiore superficie degli anelli di corrente emetterà e raccoglierà EMC.

Fin qui tutto bene. Capisco che nessun segnale dovrebbe essere instradato su tale divario. Presumendo di tenere a mente questa regola, sarebbe comunque male fare delle lacune nel piano Gnd (es. Fare una divisione tra parti di circuiti analogici e digitali)?

— K.Mulier
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Questo è un argomento molto spesso dibattuto, con alcune persone che non sono d'accordo su ciò che dovresti e non dovresti fare (mantieni i motivi separati o non separarli, ecc.). Tieni presente che questo dipende anche da cosa vuoi fare. Ad esempio, con un riferimento di tensione stabile si tende a desiderare una qualche forma di messa a terra a stella, in modo tale che nessuna corrente di ritorno da altre fonti possa arrivare e spostare i propri valori. Alcuni uV possono essere sufficienti quando hai a che fare con 10 di ppm con una precisione di pochi volt.

— Joren Vaes,

Grazie mille @JorenVaes. Quando menzioni "una qualche forma di radicamento di stelle", come riesci praticamente a realizzarlo? Voglio dire, come puoi creare una base stellare con piani di base solidi?

— K.Mulier,

Non usando un piano di massa solido, penso. Non sono un esperto in questo, e di solito mi limito ai PCB analogici che non usano piani di massa solidi.

— Joren Vaes,

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Ti rendi conto di aver disegnato un'antenna con slot planare ? Entrambe le antenne si irradiano, cosa che potresti non volere, e ricevono interferenze, che potresti non desiderare. Un altro collegamento .

— Eric Towers,

Osservazione molto interessata @EricTowers, in realtà non me ne sono reso conto :-)

— K.Mulier,

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Le correnti di ritorno ad alta frequenza vogliono seguire le correnti verso l'esterno a causa dell'induttanza.

Se costringi le correnti di ritorno a prendere una strada diversa, allora accadono un paio di cose cattive.

Si crea un loop in grado di ricevere e trasmettere interferenze magnetiche.
Si introduce un'induttanza aggiuntiva nel percorso del segnale che può ridurre l'integrità del segnale.

Si noti che i segnali digitali con bordi veloci possono produrre forti picchi di alta frequenza anche se la velocità di commutazione è bassa.

Si noti inoltre che il percorso esterno potrebbe non coinvolgere sempre solo le tracce, ma potrebbe trovarsi all'interno di un componente. Anche se un componente ha alimentazione analogica e digitale separata e pin di terra, è probabile che vi siano alcuni segnali che attraversano il confine all'interno del chip.

Le correnti OTOH alle basse frequenze prendono percorsi determinati principalmente dalla resistenza. Quindi la divisione dei piani può essere una tecnica utile per influenzare il percorso di ritorno delle correnti ed evitare l'impedenza condivisa.

Se hai esattamente un posto in cui i segnali attraversano il segnale misto, quindi dividere il piano ha molto senso, forza le correnti di ritorno analogiche a rimanere sul lato analogico e le correnti di ritorno digitali a rimanere sul lato digitale.

Se hai più posti in cui i segnali devono attraversare il segnale misto (ad es. Più ADC, più chip di switch analogici ecc.), I vantaggi della divisione diventano molto più discutibili. Ogni chip di segnale misto necessita di una connessione tra i due piani, ma una volta che si inseriscono più connessioni tra i piani, si perdono molti dei vantaggi della loro divisione in primo luogo.

— Peter Green
fonte

Grazie mille. Supponiamo che io abbia un solo ADC che attraversa il gap. Dove devo esattamente collegare gli aerei AGND e DGND? In questa pagina ( electronics.stackexchange.com/questions/306862/… ) ho letto: 'Chiamiamo i tuoi due motivi AGND e PGND (analogico e di potenza). Alcuni dicono di dividere e unirsi a AGND / PGND o AGND / DGND sotto l'ADC. Ciò significa che qualsiasi corrente che corre tra AGND e PGND deve fluire nel collegamento di terra sotto l'ADC, che è il posto peggiore possibile. " Ma non sono sicuro che questa affermazione sia corretta.

— K.Mulier,

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Il ragionamento è molto simile alla tendenza a partire da basi divise per digitale e analogico. È tutto sulla corrente di ritorno

In realtà c'è stata una tendenza lontana dai piani di terra divisi e invece concentrandosi sulla separazione del posizionamento E considerazione per il percorso della corrente di ritorno.

Non dividere il piano di massa, utilizzare un piano solido sotto entrambe le sezioni analogiche e digitali della scheda
Utilizzare piani di massa su ampia superficie per percorsi di ritorno di corrente a bassa impedenza
Mantenere oltre il 75% dell'area di bordo per il piano di terra
Separare i piani di potenza analogici e digitali
Usa piani di terra solidi accanto ai piani di potenza
Individua tutti i componenti e le linee analogici sul piano di potenza analogico e tutti i componenti e le linee digitali sul piano di potenza digitale
Non instradare le tracce sulla divisione nei piani di potenza, a meno che le tracce che devono oltrepassare la divisione del piano di potenza non debbano essere su strati adiacenti al piano di massa solido
Pensa a dove e come fluiscono effettivamente le correnti di ritorno al suolo
Partiziona il tuo PCB con sezioni analogiche e digitali separate
Posizionare i componenti correttamente

Elenco di controllo per la progettazione di segnali misti

Partiziona il tuo PCB con sezioni analogiche e digitali separate.
Posizionare i componenti correttamente.
Aziona la partizione con i convertitori A / D.
Non dividere il piano di massa. Utilizzare un piano solido sotto entrambe le sezioni analogiche e digitali della scheda.
Instradare i segnali digitali solo nella sezione digitale della scheda. Questo vale per tutti i livelli.
Instradare i segnali analogici solo nella sezione analogica della scheda. Questo vale per tutti i livelli.
Separare i piani di potenza analogici e digitali.
Non instradare le tracce sulla divisione nei piani di potenza.
Le tracce che devono superare la divisione del piano di potenza devono essere su strati adiacenti al piano di massa solido.
Pensa a dove e come fluiscono effettivamente le correnti di ritorno al suolo.
Usa la disciplina di routing.

Ricorda che la chiave per un layout PCB di successo è il partizionamento e l'uso della disciplina di routing, non l'isolamento dei piani di massa. È quasi sempre meglio avere un solo piano di riferimento (terra) per il proprio sistema.

(incollato dai collegamenti seguenti per l'archiviazione)

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

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

— JonRB
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Grazie mille. Risposta molto interessante Quindi il tuo consiglio sui piani Gnd e power è: crea un piano Gnd solido per l'intera scheda e due piani Power separati - uno per il digitale e uno per la parte analogica. Giusto?

— K.Mulier,

abbastanza. La chiave è pensare alle correnti di ritorno per tutto quando si tratta di layout

— JonRB,

Che dire di instradare una traccia per ogni corrente di ritorno? Sto provando a farlo proprio ora sul mio progetto - una specie di test ;-)

— K.Mulier

comprometti la continuità del terreno. A volte questo è necessario (sto cercando un annuncio per la misurazione della corrente di fase) ma queste sono l'eccezione non la norma. Ricorda la potenza di campo corrente di ritorno

— JonRB

Cosa intendi con "comprometti la continuità del terreno" e "ricorda la forza del campo corrente di ritorno"?

— K.Mulier,

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La priorità n. 1 è posizionare le cose nel posto giusto sulla tua tavola.

Ad esempio, se hai il connettore di ingresso dell'alimentazione a sinistra, il controller del motore e i suoi connettori di uscita a destra e i bit analogici sensibili nel mezzo, sei partito male.

Posiziona meglio il connettore di alimentazione proprio accanto alle uscite ad alta corrente, in modo che le correnti elevate scorrano naturalmente in modo da semplificare il tuo lavoro.

Inoltre, l'IMO migliore consiste nell'utilizzare piani divisi (AGND, DGND), quindi posizionare tutti i componenti sul piano corrispondente, quindi, alla fine ... rimuovere la divisione e trasformarla in un piano di massa solido. Questo ti costringe a fare un buon posizionamento.

Per il resto, questa domanda è più o meno la stessa, consiglio di leggere le risposte.

— peufeu
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Grazie mille. Ma perché dovresti rimuovere esattamente la divisione alla fine?

— K.Mulier,

Se si divide, allora tutta la corrente che fluisce da una terra all'altra scorrerà nel punto in cui sono collegati, che di solito è l'ADC, cioè il posto peggiore possibile perché ciò avvenga!

— peufeu,

Immagina il chip ADC in questo modo: la parte analogica ha pochi ingressi, la parte digitale è il bus SPI. Le correnti di ritorno dal bus SPI ritornano al chip ADC. Quindi potrebbero passare da DGND a AGND, ma anche ciò non dovrebbe accadere se il layout è buono. Quali altre correnti attraverserebbero dalla DGND all'AGND? (Non sto criticando la tua risposta. Sto davvero facendo questa domanda perché voglio imparare ;-)

— K.Mulier,

Qualsiasi corrente di modo comune che proviene dai cavi collegati alla scheda, o da un colpo ESD, un accoppiamento capacitivo tra la scheda e roba metallica vicina, molte possibilità ...

— peufeu,

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Per quanto riguarda i piani di alimentazione come AVCC e DVCC, non collegarli, si inserisce un filtro tra loro come il tallone di ferrite o si utilizzano persino regolatori separati, molte opzioni. Il DVCC sarà rumoroso e il rumore non dovrebbe diffondersi agli alimentatori analogici.

— peufeu,

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Questo è un argomento difficile, spesso con informazioni contraddittorie. Un esempio comune in cui si presenta è la disposizione del rame per convertitori da analogico a digitale. Spesso i fogli dati specificano come mantenere il ritorno analogico a terra separato dalla porzione digitale e collegarli solo in un punto. I fogli dati spesso specificano che l'accuratezza specificata può essere raggiunta solo quando il chip è messo a terra in questo modo.

Se l'intera scheda fosse un chip AtoD, sarebbe facile ma quando inizi a mescolare DtoA, amplificatori operazionali, comparatori e circuiti digitali, questo diventa rapidamente poco pratico.

Non ripeterò ciò che gli altri hanno detto sulle buone pratiche di layout. Simile ai resistori in parallelo, la corrente scorrerà nel percorso di minor resistenza. Ad alta frequenza, l'induttanza delle schede può contribuire a una reattanza significativa. Il percorso di minima reattanza per la corrente di ritorno sarebbe proprio sotto la traccia del segnale nel piano di massa.

Quando vi sono lacune nel piano di massa, la corrente di ritorno deve percorrere un percorso più lungo fino alla sorgente, il che si traduce in un circuito più grande e un'induttanza più elevata.

Per informazioni più dettagliate su questo argomento, consiglierei l'Ingegneria elettromagnetica di compatibilità di Henry W. Ott. È la bibbia su EMC.

— user125718
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