Come implementare un piano di massa analogico

Ho visto questa immagine in una serie di schede tecniche Atmel. Questo è tratto dalla scheda tecnica ATTiny48 / 88 .

Qualcuno può spiegare in qualche dettaglio come implementarlo correttamente su una scheda a 2 strati? Devo immaginare che il piano di messa a terra analogico debba essere collegato al piano di terra digitale in qualche modo sul PCB, o succede internamente nell'AVR? La linea tratteggiata è pensata per essere presa letteralmente in termini di forma ed estensione del piano di massa analogico (non ci sono dimensioni sul diagramma, quindi ne dubito)?

Innanzitutto, probabilmente non hai bisogno di terreni isolati. Viene utilizzato quando la corrente di ritorno produce un offset problematico (correnti elevate), ampi bus di dati paralleli, tempi di salita / discesa rapidi (diagrammi a occhio chiuso) e versamenti di rame [simili] all'antenna. Usa le buone pratiche di disaccoppiamento e non preoccuparti finché non si rompe.

In caso contrario, la prossima cosa da provare è una connessione diretta, senza impedenze / filtri aggiuntivi. Collegare AGND e GND in un solo punto con tracce relativamente spesse (cioè: bassa induttanza), all'alimentazione. Questo è talvolta chiamato terreno stellare quando si collegano diversi terreni isolati. Assicura che le correnti di ritorno di alcuni componenti non contribuiscano a una tensione di offset per altri componenti. Il rumore proviene non solo dal lavandino, ma anche dalla fonte: se preoccupati di isolare i terreni, isolare, filtrare e collegare anche le rispettive guide di tensione. Questo è semplice come il disaccoppiamento (verso la terra corretta - ricorda che i cappucci trasmettono il rumore) con i cappucci a terra e, se necessario, perline di ferrite o induttori tra binari equipotenziali.

Studiare la geometria della corrente di ritorno prima di modificare ulteriormente il sistema di terra.

Ho usato questa tecnica prima (su 4 livelli, non 2, ma è ancora valida), e ho trovato diversi vantaggi e svantaggi nel fare questo. Ciò di cui stanno specificamente parlando è un'isola di piano terra che non è GND, ma AGND, che è legata a GND in un singolo punto, probabilmente attraverso una piccola impedenza. Non sono sicuro che ATMEL abbia un pin AGND separato, ma lo ha fatto il nostro dsPIC. In questo caso non esiste alcun collegamento ma un induttore tra VCC e AVCC e il bypass non deve mai passare da VCC a AGND o da AVCC a GND. Tutti i segnali analogici sono riferiti a AGND (ovvero divisori di volt, cappucci anti-aliasing, ecc.). Il punto è quello di impedire a tutti i circuiti digitali che creano rumore di sporcare le vostre guide analogiche.

Per quanto riguarda l'implementazione della loro tecnica, stanno solo dicendo che le dimensioni di questa isola AGND comprenderebbero all'incirca questo angolo del micro, oltre a tutte le esclusioni tra AVCC e AGND e i circuiti di misura analogici. Non deve estendersi fino alle porte di ingresso per misurazioni di tensione, ecc., Ma almeno alla resistenza lato basso del divisore di volt e del cappuccio antialiasing, nonché a qualsiasi amplificatore di ingresso analogico e ai relativi alimentatori. Per AVCC, mi riferisco al VCC dopo essere stato filtrato dall'induttore.

Abbiamo sperimentato diverse impedenze che collegavano GND e AGND e abbiamo scoperto che una resistenza da 10 ohm funzionava bene per isolare il rumore sulla terra digitale. Se l'impedenza è troppo alta, il micro non sarà felice perché si aspetta lo stesso potenziale CC per i due motivi. Nel nostro caso, avevamo un LDO a basso rumore separato che alimentava l'AVDD e un convertitore buck rumoroso ad alta potenza che alimentava i numerosi dispositivi sul VDD digitale. L'isolamento che otterresti (per evitare che le cose digitali rumorose inquinino le tue rotaie analogiche) è minore con solo un induttore e un'isola di terra separata come suggerisce questo foglio dati, ma è molto più semplice da implementare.

Un semplice test per verificare se stai migliorando il rumore della guida analogica consiste nell'utilizzare l'ADC per convertire un valore DC e tracciare le misurazioni grezze su un istogramma o eseguire uno stdev in Excel. In un mondo perfetto / privo di rumore, non avresti alcuna varianza in questa misurazione, ma nel mondo reale hai una certa quantità di varianza proporzionale ai tuoi livelli di rumore.

Non sono d'accordo con Nathan's 10$\Omega$resistore. La messa a terra è sacra e dovrebbe essere messa a terra, ovvero il minor numero di differenze di tensione possibile. Se il tuo circuito analogico dissipa 3mA, la tua terra analogica avrà già un offset di 30mV.

Concordo con una singola connessione tra le due masse, ma poi tramite un tallone di ferrite.