¿Plano de tierra simple vs planos divididos?

He visto fuentes en conflicto sobre el diseño del plano de tierra.

Me han dicho en mi trabajo muchas veces, simplemente golpee un solo plano de masa masivo y eso funciona lo suficientemente bien, de todos modos no tratamos con nada de alta frecuencia.

Sin embargo, miro las hojas de datos SMPS usando relojes en el rango de MHz y todos muestran diseños intrincados para el diseño del suelo.

Mi pregunta es, ¿dónde trazas la línea entre usar un solo plano en lugar de diseñar los planos de tierra? Por ejemplo, cuando la frecuencia está por encima de cierto umbral, o se necesita una cierta cantidad de sensibilidad, o se descarga una cantidad específica de energía a tierra?

Y, por lo general, ¿qué tipo de beneficios le ofrece dividir el terreno sobre uno solo? ¿Menos ruido? ¿mas estable?

Mi pregunta es, ¿dónde trazas la línea entre usar un solo plano en lugar de diseñar los planos de tierra?

Yo no; Mantengo los planos lo más continuos posible y casi nunca uso ranuras; son malos por algunas razones que describiré. Gestiono las corrientes de retorno con la colocación de componentes.

Una vez, tuve una corriente de retorno a través de una sección analógica sensible, y estaba causando que mi señal cambiara en un 10%. La fuente era de un circuito 'arriba' de la sección analógica; la ruta de la corriente de retorno en el plano de puesta a tierra necesitaba cambiar. Hay dos opciones:

1) Coloque una ranura en el tablero y redirija la corriente de retorno alrededor de la sección que quería proteger. 2) Reorganizar los componentes

Fui con la opción 1 porque no tuve tiempo para reorganizar el tablero, pero las máquinas tragamonedas tienen consecuencias. La opción 2 habría evitado el uso de una ranura, la ranura era corta de todos modos, y no necesitaba ejecutar ningún rastro a través de ella.

En la mayoría de los casos, un buen diseño de PCB puede evitar el uso de ranuras por completo, al administrar las corrientes de retorno. Las ranuras son malas: convierten la PCB en un radiador involuntario creando antenas de ranura y antenas dipolo.

El otro problema con las ranuras y la división de la placa con planos divididos es que ejecutar trazas sobre ellas puede crear ruido y reducir la impedancia de una traza (la corriente de retorno para una señal de alta velocidad sigue debajo de la traza).

Un buen diseño del tablero dividirá los lados sensibles de los ruidosos con un diseño físico y mantendrá los planos continuos.

Fuente: https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/everyday-app-note-successfully-design-mixed-signal-pcb-partition/

Por ejemplo, cuando la frecuencia está por encima de cierto umbral, o se necesita una cierta cantidad de sensibilidad, o se descarga una cantidad específica de energía a tierra?

La energía descargada a tierra llevará el camino más corto de impedancia de regreso a la fuente. En el caso de las señales de alta velocidad, esto puede ser diferente a DC, y generalmente sigue debajo de la traza de alta velocidad o lo más cerca posible.

Y, por lo general, ¿qué tipo de beneficios le ofrece dividir el terreno sobre uno solo? ¿Menos ruido? ¿mas estable?

No puedo ver un beneficio sobre el diseño adecuado. Si tiene un problema de conexión a tierra, lo primero que debe hacer es averiguar si se trata de un problema de diseño o ruido de modo común (con un cable, por ejemplo). El problema con los planos / ranuras divididos es que si se ejecutan trazas sobre ellos, se crean problemas con la corriente de retorno. El otro problema es la radiación no intencional, sin embargo, muchas SMPS están protegidas con un estuche de todos modos, por lo que esto puede no ser un problema si planea blindarse.

Henry Ott en el libro Ingeniería de compatibilidad electromagnética (sugeriría obtener el libro, aunque hay un artículo similar disponible aquí ) dice esto sobre los planos divididos:

14.4 ¿CUÁNDO SE DEBE UTILIZAR LOS PLANOS DE TIERRA DIVIDIDOS?

¿Deberían usarse aviones de tierra dividida? Puedo pensar en al menos tres casos en los que serían apropiados. Las instancias son las siguientes:

• Algunos equipos médicos con bajos requisitos de corriente de fuga (10uA)
• Algunos equipos de control de procesos industriales donde las salidas están conectadas a equipos electromecánicos ruidosos y de alta potencia.
• Posiblemente cuando una PCB está mal diseñada para comenzar

Un avión tiene problemas. Ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Cuando esperas que ciertos nodos (con suerte cercanos) del plano de tierra tengan CERO voltios entre esos dos nodos, eso no sucederá. Las rendijas pueden ser su amigo, para reducir las corrientes interferentes que pasan a lo largo del camino entre sus dos nodos sensibles.

^{simular este circuito}

Tome una copia del esquema, imprima y dibuje TODAS las corrientes de tierra. Etiquete sus valores y frecuencias y velocidades de borde. (La inductancia puede ser importante).

Ahora comience a planificar cómo mantener las corrientes de ruido alejadas de los nodos de TIERRA de sus circuitos sensibles (divisores de voltaje de retroalimentación).

Observe cómo las rendijas ANCHAS proporcionan más atenuación de corrientes molestas.

Mi pensamiento en los aviones, aunque he hecho muchos circuitos rápidos en aviones con una fidelidad moderada, se refería a la necesidad de una fidelidad extrema para las señales de audio / música y para mediciones de baja frecuencia de 20/24 bits. Así, pensamiento de BAJA FRECUENCIA.

[oh campos magnéticos y eléctricos también importan]