He diseñado varios PCB donde necesitaba mantener separados los retornos a tierra de diferentes partes del circuito, es decir, analógico, digital y de alta potencia. Yo uso Cadsoft Eagle para la captura esquemática y el diseño. Es bastante fácil definir diferentes símbolos de suelo en el editor de esquemas. Cada uno tiene su propio nombre neto. Sin embargo, las tierras deben estar eventualmente conectadas en un punto de la PCB para definir la referencia de tierra general. Al conectar un suelo (o suministro) a otro, Eagle generalmente anula uno de los nombres de red con el otro, es decir, elimina su distinción. Esto es razonable desde un punto de vista eléctrico idealista que supone que los cables no tienen impedancia. Sin embargo, en el mundo real no existe la impedancia cero, o la tierra para el caso. Este comportamiento de anulación de nombres de red se interpone en el diseño de PCB. ¿Cómo evito este comportamiento? Este no es un gran problema en el dibujo esquemático porque los símbolos de suministro se retienen y los nombres de red están ocultos. Sin embargo, en el editor de diseño, después de conectar los terrenos, solo queda un nombre de red de tierra único.
Es posible en el diseño mantener separados manualmente los distintos terrenos aunque tengan el mismo nombre de red, y conectarlos en un punto. Por lo tanto, todavía es posible lograr el objetivo de diseño con un solo terreno deificado único. Sin embargo, es una pesadilla logística mantener separados los rastros de tierra distintos cuando tienen los mismos nombres de red.
¿Hay una mejor manera de hacer esto?
He intentado hacer mi propia parte de Eagle donde los múltiples y distintos terrenos se conectan eléctricamente, pero no tienen los mismos nombres de red. La parte era solo una serie de almohadillas SMD físicamente superpuestas. Cada pad podría conectarse a un nombre de red único, preservando así las distintas tierras, pero proporcionaba una conexión eléctrica entre las tierras. Esto parecía funcionar bien con el inconveniente de que la verificación de reglas de diseño (DRC) pensaba que las almohadillas superpuestas eran un problema. De hecho, Sparkfun tiene una parte de águila que hace esto, sin embargo, optaron por mantener las almohadillas separadas, es decir, no superpuestas. Esto resuelve el problema de DRC, pero la placa no está conectada eléctricamente correctamente. Esto causó errores en uno de mis tableros antes.
¿Hay una buena solución a este problema? ¿Es Eagle raro en su manejo de esto? ¿Otras herramientas EDA funcionan mejor que Eagle para manejar esto? Estoy haciendo algo mal? Esto ha sido una fuente de irritación para mí desde hace un tiempo.
Respuestas:
Cree una huella con almohadillas GND y AGND. Dibuja cobre entre estas almohadillas. Sí, esto producirá un error de "Superposición" de DRC como se muestra a continuación:
Esto esta bien . Hay tres botones en la parte inferior:
"Borrar todo" borrará temporalmente la lista para esta ejecución de la RDC. No estoy seguro de por qué es útil; simplemente cierre la ventana si quiere acortarla.
"Procesado" desvanecerá el color de la X roja. Esto es potencialmente útil si está iterando a través de una larga lista de errores de DRC y corrigiéndolos a medida que avanza; puedes hacer un seguimiento de los que crees que has corregido.
"Aprobar" es el único que uso regularmente. Esto mueve el error de la lista de errores a la lista aprobada:
y lo mantiene allí en ejecuciones posteriores de la RDC. Tenga en cuenta que esto solo mueve este error específico con este par específico de redes en esta ubicación específica. Cerrar esta ventana y ejecutar el DRC nuevamente produce la notificación "DRC: 1 errores aprobados"
y sin diálogo "Errores DRC". Puede recuperar este diálogo creando un error o (preferiblemente) el
errorscomando, el signo de exclamación amarillo en la captura de pantalla anterior o el menú Herramientas -> Errores.La funcionalidad "Aprobar" existe por una razón, la misma razón por la que tenemos herramientas como
A veces, está bien ignorar un error de DRC. Éste es uno de esos momentos.
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Hago esto con dispositivos especiales que he creado para este propósito que llamo "cortos". Estas son almohadillas contiguas y no requieren ningún componente para instalarse realmente. En el esquema se muestran como una línea ligeramente engrosada. El punto es que parecen una conexión en el esquema con la distinción suficiente para ver, pero con suerte no se interpondrán en el camino. Dado que son dispositivos separados desde el punto de vista de Eagle, puede colocarlos donde desee como cualquier otro dispositivo. Puede ver un resumen en la parte inferior de la página 1 del esquema de USBProg . Ese en particular tiene el designador de componentes SH2, y es el único punto de conexión entre la tierra de alimentación y la tierra de la placa principal.
Mis cortos están disponibles gratuitamente en el lanzamiento de Eagle Tools en www.embedinc.com/pic/dload.htm . Hay varios cortos dependiendo de en qué capa los quieras o si cruzan capas.
El único inconveniente de Eage es que obtendrá muchos errores molestos de DRC por cada corto. Escuché que en la versión 6 será posible decirle en el paquete que ciertas cosas se pueden superponer, pero a partir de ahora no hay forma de evitar esto.
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Múltiples planos de tierra son absolutamente necesarios. Con pleno respeto al Sr. Ott ya que todo lo que dice no está mal per se, solo llega a una conclusión incompleta debido a la omisión de consideración del lado analógico. El punto que falta el Sr. Ott es que dentro de la sección analógica en sí , múltiples planos de tierra, uno para cada bloque funcional de circuitos analógicos, dispuestos en un patrón de estrella-tierra, es un requisito para bajo ruido (Douglas Self " Small Signal Audio Diseño "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html) Si bien estas dos referencias consideran específicamente los diseños de audio, los principios son aún más importantes en los circuitos analógicos de alta precisión en las aplicaciones de adquisición y / o control de datos.
El problema es: ¿cómo implementamos la tierra digital dentro de un diseño que posee múltiples tierras analógicas? Un error es "descartar" la PCB con un solo plano de tierra y usar solo las técnicas de diseño descritas por el Sr. Ott para evitar interferencias entre las secciones analógicas y digitales. Si hace esto, el rendimiento analógico puede verse afectado debido a la interferencia de analógico a analógico .
En un diseño típico, cada ADC o DAC probablemente estará relacionado con diferentes secciones funcionales de los circuitos analógicos. Proporcione una "isla" de tierra analógica para cada una de estas secciones con una ruta de retorno de tierra independiente, dispuesta en un patrón de estrella-tierra, de regreso a la "tierra de referencia". Esta tierra de referencia no es necesariamente la tierra de la fuente de alimentación (o batería). Si hay un regulador que suministra la potencia analógica, entonces la tierra de referencia es el pin de tierra del IC del regulador. En cuanto al lado digital, el pin de tierra del regulador que alimenta el lado digital (si es diferente del que suministra el lado analógico) también debe estar vinculado al suelo de referencia con trazas lo más cortas posible. La tierra digital también debe implementarse como una isla aislada con un retorno de tierra independiente de regreso a la tierra de referencia.
Ahora tenemos que lidiar con la interfaz entre secciones analógicas y digitales. Esto incluye
(1) Separar las bases analógicas y digitales.
Los diseñadores de circuitos integrados de señal mixta saben que la tierra analógica y digital deben conectarse entre sí, pero no pueden proporcionar esa conectividad dentro del circuito integrado debido a las restricciones de la geometría de las conexiones del troquel y la plataforma. Por lo tanto, la recomendación es siempre conectar estos dos puntos externamente lo más cerca posible del CI. Tenga en cuenta que este no es siempre el caso: muchos DAC y potenciómetros digitales (una forma de DAC) no tienen pines de tierra analógicos y digitales separados. Para estos dispositivos, la conexión ya se ha realizado dentro del IC. Al conectar tierra analógica y digital, el par combinado se debe conectar al plano de tierra analógico para esa sección del circuito.
(2) Suministros analógicos y digitales separados en el mismo dispositivo
Estos planos de potencia estarán separados incluso si resultan ser el mismo voltaje. El plano de potencia digital debe aislarse de su regulador de fuente (y potencia analógica si es accionado por el mismo regulador) por medio de un cordón de ferrita. Conecte la alimentación digital de los CI de señal mixta a la isla de alimentación digital; como mínimo, omita el suministro analógico y digital al pin de tierra del IC con condensadores de cerámica (se recomiendan 100nF X7R / X5R, algunos fabricantes de IC recomiendan condensadores adicionales; siga las pautas establecidas en la hoja de datos). Siga las pautas de diseño de mejores prácticas ubicando los condensadores de derivación lo más cerca posible de los pines del dispositivo. Asegúrese de que el condensador de derivación digital esté conectado a la tierra combinada analógica y digital en el lado del pin de tierra digital; no debe conectarse en algún lugar "intermedio" Los pines analógicos y digitales. Recuerde que el condensador de derivación de suministro digital está de hecho allí para generar los pulsos de corriente que ocurren cuando los dispositivos digitales cambian de estado. Por lo tanto, hay un bucle de corriente CA desde el pin de suministro digital, a través del condensador, hacia el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un bucle de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente. en el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un circuito de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente. en el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un circuito de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente.
(3) Líneas de control como I2C y / o buses PCI
Hasta ahora, dado lo anterior, tenemos un problema al conectar las líneas de control desde, por ejemplo, el microcontrolador a los dispositivos de señal mixta, ya que estas líneas deben, por definición, cruzar del lado digital al lado analógico. Para esto, siga la recomendación del Sr. Ott de proporcionar un puente entre tierra analógica y digital. Para cada isla analógica que tenga líneas de control que lo conectan al lado digital, proporcione un puente desde cada tierra analógica a tierra digital y dirija las líneas de señal directamente sobre ese puente. Dependiendo del diseño real y la complejidad del circuito, puede tener un solo puente que se conecta a más de una tierra analógica. Eso es aceptable: la cuestión clave es enrutar todas las líneas de control ruidosas sobre un puente. Las razones de esto se explican completamente en el artículo del Sr. Ott.
En resumen, las técnicas anteriores son más trabajo que un solo plano de tierra, pero son necesarias. Ninguna de las discusiones anteriores niega o elimina las instrucciones del Sr. Ott sobre un diseño cuidadoso y siempre sabiendo dónde fluyen las rutas de corriente CC y CA ( ambas rutas : enviar y enviarregreso). La mayoría de los enrutadores automáticos tendrán problemas para proporcionar un resultado de calidad teniendo en cuenta lo anterior. Siempre tendrá que realizar algunas rutas a mano: una posible técnica para ahorrar tiempo es enrutar automáticamente las islas del circuito y enrutar manualmente las interconexiones, los retornos a tierra, la distribución de energía y las líneas de control. Algunas aplicaciones de diseño de PCB tienen un soporte débil para crear puentes de tierra de analógico a digital, ya que conecta efectivamente diferentes redes de señal. Si su software tiene soporte explícito para esto, genial, si no, podría verse obligado a una situación en la que anule un error detectado por el proceso DRC.
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"¿Hay una mejor manera de hacer esto?"
Sí, hay dos formas de manejar esto:
No estoy seguro de cómo lo hace en Eagle, pero en Altium la gente hace que el componente "virtual corto" sea muy similar a lo que ya describió. Usted menciona el dilema: hacer que los pads se superpongan en el componente "virtual corto", por desgracia, da un error de DRC. Al separar las almohadillas en el componente "virtual corto", desafortunadamente, las secciones no están conectadas eléctricamente correctamente. Hay una tercera opción, una solución al dilema:
Haga que las almohadillas del componente "virtual corto" estén extremadamente cerca una de la otra, pero que no se superpongan - 0.002 mil (2 microinches) menos de contacto. Luego arregle las reglas de DRC para que, para este componente especial, no den un error de autorización. Tal brecha microscópicamente pequeña en realidad no se puede fabular en una PCB: en la producción terminará en corto, como lo deseó.
¿Hay alguna manera de ver si quizás Henry Ott tiene razón, y un solo plano de tierra ininterrumpido para todo, analógico, digital y de alimentación, podría funcionar mejor?
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Un poco tarde pero aún así, aquí está cómo hacerlo:
Obtener 2 motivos diferentes es simple. Agregue un símbolo de tierra en su esquema, luego dele un nuevo valor. Ahora vaya a las propiedades de ese símbolo de tierra y estará disponible una opción adicional que dice 'sobrescribir el nombre del dispositivo'. Desmarca esa opción.
Ahora dibuje un cable de red al símbolo de tierra y nombre ese cable AGND, por ejemplo. Ahora su símbolo de tierra tendrá el mismo nombre neto. Ahora dale un nuevo valor a tu símbolo de tierra que diga AGND para que quede un poco más claro que esa tierra es AGND y no la otra tierra, por ejemplo.
A continuación hay algunas imágenes para que quede un poco más claro. Mira en la parte inferior izquierda de la pantalla los nombres de las señales para que puedas ver que funciona.
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algo que funcionó para mí fue dar forma a la geometría del polígono del plano de tierra para que esté alrededor del otro plano
Los planos de tierra todavía están conectados a través de uno a través de uno de los pines de los circuitos integrados, pero dado que las redes tienen el mismo nombre, y dado que la geometría no permite el relleno, Eagle no conecta los dos directamente
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