Ich habe über das Erden in gemischten Signalsystemen gelesen. Verstehe ich, dass es am besten ist, analoge und digitale Elemente zu gruppieren und dann eine einzige Grundebene zu haben, solange die digitalen Routen nicht durch den analogen Teil und die analogen Routen nicht durch den digitalen Teil verlaufen?
Der hervorgehobene Teil in der linken Abbildung zeigt die analoge Masse und der rechte Teil die digitale Masse für denselben Stromkreis. Die Komponente auf der rechten Seite ist eine 80-Pin-MCU mit 3-Sigma-Delta-ADC-Wandler.
Ist es besser zu
- Lassen Sie die AGND und DGND auf ADC der MCU gebunden werden
- Verbinden Sie die DGND und AGND über eine Induktivität / einen Widerstand
- eine einzelne Grundebene haben (DGND = AGND)?
PS Als ich das Ziel las, DGND daran zu hindern, die AGND zu stören, definierte ich die Hauptgrundebene als AGND
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Antworten:
Die Kombination von digitalen und analogen Begründungen ist ein ziemlich umstrittenes Thema und könnte eine Debatte / ein Argument auslösen. Vieles hängt davon ab, ob Ihr Hintergrund analog, digital, HF usw. ist. Hier einige Kommentare, die auf meinen Erfahrungen und Kenntnissen beruhen und sich wahrscheinlich von denen anderer Leute unterscheiden (ich bin hauptsächlich ein digitales / gemischtes Signal).
Es hängt wirklich davon ab, auf welchen Frequenzen Sie arbeiten (digitale E / A und analoge Signale). Alle Arbeiten zum Kombinieren / Trennen von Erdungen stellen einen Kompromiss dar. Je höher die Frequenzen sind, mit denen Sie arbeiten, desto weniger können Sie Induktivitäten in Ihren Erdungsrückleitungspfaden tolerieren, und desto relevanter ist das Klingeln (eine mit 5 GHz schwingende Leiterplatte) irrelevant, wenn Signale bei 100 kHz gemessen werden). Ihr Hauptziel bei der Trennung von Erdungen ist es, laute Rückstromschleifen von empfindlichen Schleifen fernzuhalten. Sie können dies auf verschiedene Arten tun:
Stern Boden
Ein ziemlich verbreiteter, aber ziemlich drastischer Ansatz besteht darin, alle digitalen / analogen Erdungen so lange wie möglich getrennt zu halten und sie nur an einer Stelle miteinander zu verbinden. Auf Ihrer Beispielplatine würden Sie die digitale Erdung separat verfolgen und sie höchstwahrscheinlich an der Stromzufuhr (Stromanschluss oder Regler) anschließen. Das Problem dabei ist, wenn Ihr digitales Gerät mit Ihrem analogen Gerät interagieren muss, der Rückweg für diesen Strom halb durch und wieder zurück. Wenn es laut ist, machen Sie einen Großteil der Arbeit beim Trennen von Schleifen rückgängig und erstellen einen Schleifenbereich, um EMI auf breiter Front zu übertragen. Sie fügen dem Erdungsrückleitungspfad auch eine Induktivität hinzu, die ein Klingeln der Platine verursachen kann.
Fechten
Bei einer vorsichtigen und ausgewogenen Herangehensweise an die erste haben Sie eine solide Grundfläche, aber versuchen, laute Rückwege mit Ausschnitten (machen Sie U-Formen ohne Kupfer) einzuzäunen, um Rückströme zu überreden (aber nicht zu erzwingen), um einen bestimmten Wert zu erhalten Weg (weg von empfindlichen Erdschleifen). Sie erhöhen immer noch die Erdungsinduktivität, aber viel weniger als bei einer Sternerdung.
Festes Flugzeug
Sie akzeptieren, dass jedes Opfer der Massefläche die Induktivität erhöht, was nicht akzeptabel ist. Eine feste Erdungsebene versorgt alle Erdungsanschlüsse mit minimaler Induktivität. Wenn Sie etwas RF tun, ist dies so ziemlich der Weg, den Sie nehmen müssen. Die physikalische Trennung nach Entfernung ist das einzige, was Sie zur Reduzierung der Rauschkopplung verwenden können.
Ein Wort zum Filtern
Manchmal legen Leute gerne eine Ferritperle in Verbindung mit verschiedenen Masseebenen zusammen. Solange Sie keine Gleichstromkreise entwerfen, ist dies selten effektiv - Sie fügen Ihrer Massefläche eher eine massive Induktivität und einen Gleichstromversatz hinzu, und wahrscheinlich klingelt es.
A / D-Brücken
Manchmal gibt es nette Schaltkreise, bei denen Analog und Digital sehr leicht getrennt werden können, außer bei A / D oder D / A. In diesem Fall können Sie zwei Ebenen mit einer Trennlinie haben, die unter dem A / D-IC verläuft. Dies ist ein idealer Fall, in dem Sie eine gute Trennung haben und keine Rückströme die Masseebenen kreuzen (außer innerhalb des IC, wo es sehr gesteuert wird).
HINWEIS: Dieser Beitrag könnte einige Bilder enthalten. Ich werde mich umschauen und sie später hinzufügen.
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Es gab tatsächlich einen Trend weg von geteilten Grundebenen und stattdessen die Konzentration auf die Platzierungstrennung UND die Berücksichtigung des Rückstrompfades.
Checkliste für das Mixed-Signal-Design
Denken Sie daran, der Schlüssel für ein erfolgreiches PCB-Layout ist das Partitionieren und die Verwendung von Routing-Disziplin, nicht die Isolierung von Masseebenen. Es ist fast immer besser, nur eine einzige Bezugsebene (Masse) für Ihr System zu haben.
(über die untenstehenden Links zur Archivierung eingefügt)
www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf
http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf
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Ich denke, Sie sind richtig, aber mit einigen zusätzlichen Überlegungen. Meiner Erfahrung nach ist es (fast) immer besser, eine einzige Erdungsebene für digital und analog zu haben, aber beim Platzieren der Komponenten SEHR vorsichtig zu sein. Halten Sie Digital und Analog gut getrennt und berücksichtigen Sie immer die Rückwege zum Netzteil. Denken Sie daran, dass der Rückweg durch die Erdungsebene auch bei einer festen Erdungsebene dem Signalweg so genau wie möglich folgt, dh der Signalspur folgt, jedoch auf der Erdungsebene. Was Sie vermeiden müssen, ist der Rückweg der rauschbehafteten Digitalkreise, die den Rückweg des Analogkreises kreuzen. In diesem Fall ist die Erdung Ihres Analogkreises rauschbehaftet und ohne eine stille Erdung für die Referenz leidet Ihr Analogkreis.
Versuchen Sie, Ihr Netzteil / Ihre Netzteile so auf der Platine zu platzieren, dass sich die Rückleitungen nicht kreuzen. Wenn dies nicht möglich ist, sollten Sie eine explizite Erdung auf einer anderen Ebene einfügen (die die von RocketMagnet beschriebene "Stern" -Topologie emuliert). Achten Sie jedoch auf Signale, die sich zwischen den analogen und digitalen Abschnitten kreuzen, wie dies von RocketMagnet erläutert wurde. Ein ähnlicher Mechanismus kann verwendet werden, wenn fast die gesamte Leiterplatte digital ist und nur eine sehr kleine analoge Massefläche erforderlich ist (oder umgekehrt). In diesem Fall würde ich in Betracht ziehen, eine digitale Masse zu haben und eine Kopiererfüllung auf einer anderen Schicht für die analoge Masse zu verwenden (vorausgesetzt, Sie haben genügend Schichten). Überlegen Sie, wie sich Ihre Schichten stapeln, und platzieren Sie die Kupferfüllung auf der Schicht, die Ihrer analogen Schaltung am nächsten liegt.
Verwenden Sie reichlich Entkopplung (Wertemix). Übrigens haben die großen Kupferflächen auf der Leiterplatte nur eine sehr geringe Wirkung (außer als Wärmesenke), da keine Durchkontaktierungen vorhanden zu sein scheinen, damit die Rückführungssignale die Lücken auf einer anderen Schicht überqueren können. (Achten Sie darauf, dass die PCB-Software keine "redundanten" Vias entfernt!)
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Nach meiner Erfahrung ist es am besten, Masseebenen zu verbinden, die durch eine Induktivität getrennt sind. Auch wenn das Design keine Stromquelle nur für analoge Signale bietet, fügen Sie eine Induktivität in die Einspeisung ein.
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Diese Art von Anordnung hat mir geholfen, die Unterdrückung von durch digitale Schaltungen erzeugtem Rauschen zu verbessern.
Wie auch immer, ich denke, dass das optimale Design weitgehend von der Anwendung abhängt.
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