He estado leyendo sobre la conexión a tierra en un sistema de señales mixtas. ¿Entiendo que es mejor agrupar elementos analógicos y digitales y luego tener un solo plano de tierra, siempre que las rutas digitales no pasen por la parte analógica y las rutas analógicas no pasen por la parte digital?
La parte resaltada en la figura izquierda muestra la tierra analógica y la derecha resalta la tierra digital para el mismo circuito. El componente en el lado derecho es un MCU de 80 pines con convertidor ADC 3 sigma-delta.
¿Es mejor
- dejar que el AGND y el DGND estén vinculados al ADC de la MCU
- conecte el DGND y AGND a través de un inductor / resistencia
- tener un solo plano de tierra (DGND = AGND)?
PD: mientras leía, el objetivo es evitar que DGND perturbe el AGND, definí el plano terrestre principal como AGND
pcb-design
ground
grounding
Angs
fuente
fuente
Respuestas:
La combinación de bases digitales y analógicas es un tema bastante polémico, y bien podría provocar un debate / argumento. Mucho depende de si su fondo es analógico, digital, RF, etc. Aquí hay algunos comentarios basados en mi experiencia y conocimiento, que probablemente difieran de otras personas (en su mayoría soy señal digital / mixta)
Realmente depende de qué tipo de frecuencias esté ejecutando (E / S digital y señales analógicas). Cualquier trabajo en combinar / separar los terrenos será un trabajo de compromiso: cuanto más altas sean las frecuencias a las que está operando, menos podrá tolerar la inductancia en sus rutas de retorno a tierra, y el timbre más relevante será (una PCB que oscila a 5 GHz es irrelevante si mide señales a 100Khz). Su objetivo principal al separar los terrenos es mantener los bucles de corriente de retorno ruidosos lejos de los sensibles. Puede hacer esto de varias maneras:
Star Ground
Un enfoque bastante común, pero bastante drástico, es mantener todas las bases digitales / analógicas separadas por el mayor tiempo posible y conectarlas juntas solo en un punto. En su PCB de ejemplo, rastrearía en tierra digital por separado y se uniría a ellos en la alimentación más probable (conector o regulador de alimentación). El problema con esto es que cuando su digital necesita interactuar con su análogo, la ruta de retorno para esa corriente es la mitad del tablero y viceversa. Si hace mucho ruido, deshace gran parte del trabajo de separación de bucles y crea un área de bucle para transmitir EMI en todos los ámbitos. También agrega inductancia a la ruta de retorno a tierra, lo que puede hacer que la placa suene.
Esgrima
Un enfoque más prudente y equilibrado para el primero, tiene un plano de tierra sólido, pero intente cercar en caminos de retorno ruidosos con recortes (haga formas de U sin cobre) para convencer (pero no forzar) las corrientes de retorno para tomar una corriente específica camino (lejos de bucles de tierra sensibles). Todavía está aumentando la inductancia del camino de tierra, pero mucho menos que con una tierra de estrella.
Plano sólido
Aceptas que cualquier sacrificio del plano de tierra agrega inductancia, lo cual es inaceptable. Un plano de tierra sólido sirve a todas las conexiones a tierra, con una inductancia mínima. Si está haciendo algo de RF, esta es más o menos la ruta que debe tomar. La separación física por distancia es lo único que puede usar para reducir el acoplamiento de ruido.
Una palabra sobre filtrado
A veces a las personas les gusta poner una cuenta de ferrita en conexión con diferentes planos de tierra juntos. A menos que esté diseñando circuitos de CC, esto rara vez es efectivo: es más probable que agregue inductancia masiva y un desplazamiento de CC a su plano de tierra, y probablemente suene.
Puentes A / D
A veces, tienes circuitos agradables donde lo analógico y lo digital se separan muy fácilmente, excepto en A / D o D / A. En este caso, puede tener dos planos con una línea de separación que se ejecuta debajo del CI A / D. Este es un caso ideal, donde tiene una buena separación y no hay corrientes de retorno que crucen los planos de tierra (excepto dentro del CI donde está muy controlado).
NOTA: Esta publicación podría incluir algunas imágenes, echaré un vistazo y las agregaré un poco más tarde.
fuente
En realidad, ha habido una tendencia a alejarse de los planos de tierra divididos y, en cambio, a concentrarse en la separación de ubicación Y la consideración de la ruta de corriente de retorno.
Lista de verificación de diseño de señal mixta
Recuerde que la clave para un diseño de PCB exitoso es la partición y el uso de la disciplina de enrutamiento, no el aislamiento de los planos de tierra. Casi siempre es mejor tener un solo plano de referencia (tierra) para su sistema.
(pegado de los siguientes enlaces para archivar)
www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf
http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf
fuente
Creo que tienes razón, pero con algunas consideraciones adicionales. En mi experiencia, es (casi) siempre mejor tener un solo plano de tierra tanto para digital como para analógico, pero tenga MUCHO cuidado con la colocación de componentes. Mantenga lo digital y lo analógico bien separados y siempre considere las rutas de retorno a la fuente de alimentación. Recuerde que incluso con un plano de tierra sólido, la ruta de retorno a través del plano de tierra seguirá la ruta de la señal lo más cerca posible, es decir, seguirá la traza de la señal, pero en el plano de tierra. Lo que debe evitar es la ruta de retorno de los ruidosos circuitos digitales que cruzan la ruta de retorno del circuito analógico; si esto sucede, entonces la tierra de su circuito analógico será ruidosa y sin una tierra tranquila para referencia, su circuito analógico sufrirá.
Intente colocar su fuente de alimentación / suministros en una posición tal en la PCB que las rutas de retorno no se crucen. Si esto es imposible, entonces considere poner un retorno explícito en el suelo en otra capa (emulando la topología "estrella" descrita por RocketMagnet) pero tenga cuidado con las señales que se cruzan entre las secciones analógica y digital como explicó RocketMagnet. Se puede usar un mecanismo similar cuando casi toda la PCB es digital y solo se requiere un área de tierra analógica muy pequeña (o viceversa). En este caso, consideraría tener una conexión a tierra digital y usar un relleno adecuado en otra capa para la conexión analógica (suponiendo que tenga suficientes capas). Considere cómo se apilan sus capas y coloque el relleno de cobre en la capa más cercana a su circuito analógico.
Use mucho desacoplamiento (mezcla de valores). Por cierto, las grandes áreas de cobre que se muestran en la PCB de arriba harán muy poco (excepto actuar como un disipador de calor) porque no parece haber ningún sesgo que permita que las señales de retorno crucen los huecos en otra capa. (¡Tenga cuidado con que el software de PCB no elimina las vías "redundantes"!)
fuente
En mi experiencia, lo que funcionó mejor es conectar planos de tierra separados por un inductor. Incluso si el diseño no proporciona una fuente de energía solo para señales analógicas, también inserte un inductor en la alimentación.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
Este tipo de arreglo me ha ayudado a mejorar el rechazo del ruido generado por los circuitos digitales.
De todos modos, creo que el diseño óptimo depende en gran medida de la aplicación.
fuente