Ich habe mehrere Leiterplatten entworfen, bei denen ich die Erdungsrückflüsse verschiedener Teile des Stromkreises getrennt halten musste, dh analog, digital und mit hoher Leistung. Ich benutze Cadsoft Eagle für die schematische Erfassung und das Layout. Es ist einfach genug, im Schaltplaneditor verschiedene Grundsymbole zu definieren. Sie haben jeweils einen eigenen Netznamen. Die Erdung muss jedoch letztendlich an einem Punkt auf der Leiterplatte angeschlossen werden, um den gesamten Erdungsbezug zu definieren. Wenn Eagle eine Erdung (oder Versorgung) mit einer anderen verbindet, überschreibt es im Allgemeinen einen der Netznamen mit dem anderen, dh es entfernt deren Unterscheidungskraft. Dies ist unter einem idealistischen elektrischen Gesichtspunkt sinnvoll, der davon ausgeht, dass die Drähte keine Impedanz haben. In der realen Welt gibt es jedoch keine Nullimpedanz oder Erdung! Dieses übergeordnete Verhalten des Netznamens beeinträchtigt das PCB-Design. Wie kann ich dieses Verhalten umgehen? Dies ist in der schematischen Zeichnung kein großes Problem, da die Versorgungssymbole beibehalten und die Netznamen ausgeblendet werden. Im Layout-Editor bleibt jedoch nach dem Anschließen der Erde nur ein einziger Bodennetzname übrig.
Im Layout ist es möglich, die einzelnen Gründe manuell zu trennen, obwohl sie denselben Netznamen haben, und sie an einer Stelle zu verbinden. Somit ist es immer noch möglich, das Entwurfsziel mit nur einem eindeutig festgelegten Grund zu erreichen. Es ist jedoch ein logistischer Albtraum, die unterschiedlichen Bodenspuren getrennt zu halten, wenn sie dieselben Netznamen haben.
Gibt es einen besseren Weg, dies zu tun?
Ich habe versucht, mein eigenes Eagle-Teil zu erstellen, bei dem die verschiedenen und unterschiedlichen Gründe elektrisch verbunden sind, aber nicht die gleichen Netznamen haben. Das Teil war nur eine Reihe physikalisch überlappender SMD-Pads. Jedes Pad konnte mit einem eindeutigen Netznamen verbunden werden, wodurch die unterschiedlichen Erdungen erhalten blieben, es stellte jedoch eine elektrische Verbindung zwischen den Erdungen her. Dies schien mit dem Nachteil, dass der Design Rules Check (DRC) die überlappenden Pads für ein Problem hielt, gut zu funktionieren. Tatsächlich hat Sparkfun einen Adlerteil, der dies tut, sie entschieden sich jedoch dafür, die Pads getrennt zu halten, dh nicht zu überlappen. Dies löst das DRC-Problem, aber dann ist die Platine nicht richtig elektrisch angeschlossen. Dies verursachte Fehler in einem meiner Boards.
Gibt es eine gute Lösung für dieses Problem? Ist Eagle komisch damit umzugehen? Können andere EDA-Tools das besser als Eagle? Mache ich was falsch Dies ist für mich seit einiger Zeit eine Quelle der Irritation.
Antworten:
Erstellen Sie einen Footprint mit GND- und AGND-Pads. Ziehen Sie Kupfer zwischen diese Pads. Ja, dies führt zu einem DRC-Überlappungsfehler (siehe unten):
Das ist in Ordnung . Es gibt drei Knöpfe am unteren Rand:
"Alle löschen" löscht vorübergehend die Liste für diesen DRC-Lauf. Ich bin mir nicht sicher, warum das nützlich ist. schließen Sie einfach das Fenster, wenn Sie es verkürzen möchten.
Mit "Verarbeitet" wird die Farbe des roten X ausgeblendet. Dies ist möglicherweise nützlich, wenn Sie eine lange Liste von DRC-Fehlern durchlaufen und diese bei Bedarf beheben. Sie können diejenigen nachverfolgen, von denen Sie glauben, dass sie korrigiert wurden.
"Genehmigen" ist die einzige, die ich regelmäßig verwende. Dadurch wird der Fehler aus der Fehlerliste in die genehmigte Liste verschoben:
und hält es dort bei nachfolgenden Läufen der DRC. Beachten Sie, dass dies nur diesen bestimmten Fehler mit diesem bestimmten Netzpaar an diesem bestimmten Ort verschiebt. Wenn Sie dieses Fenster schließen und den DRC erneut ausführen, wird die Meldung "DRC: 1-genehmigte Fehler" angezeigt.
und kein "DRC Errors" -Dialog. Sie können diesen Dialog wiederherstellen, indem Sie einen Fehler erstellen oder (vorzugsweise) den
errorsBefehl, das gelbe Ausrufezeichen im obigen Screenshot oder das Menü Extras -> Fehler.Die Funktion "Genehmigen" gibt es aus demselben Grund, aus dem wir Tools wie haben
Manchmal ist es in Ordnung, einen DRC-Fehler zu ignorieren. Dies ist eine dieser Zeiten.
quelle
Ich mache das mit speziellen Geräten, die ich für diesen Zweck erstellt habe und die ich "Shorts" nenne. Diese sind Stoßflächen und erfordern keine Komponenten, die tatsächlich installiert werden müssen. Im Schema erscheinen sie als leicht verdickte Linie. Der Punkt ist, dass sie wie eine Verbindung im Schaltplan aussehen, die gerade so eindeutig ist, dass sie sichtbar ist, aber hoffentlich nicht im Weg ist. Da es sich aus Sicht von Eagle um separate Geräte handelt, können Sie sie wie jedes andere Gerät an der gewünschten Stelle platzieren. Sie können einen solchen Kurzschluss unten auf Seite 1 des USBProg-Schaltplans sehen . Diese hat die Komponentenbezeichnung SH2 und ist der einzige Verbindungspunkt zwischen der Leistungserde und der Hauptplatinenerde.
Meine Shorts sind in der Eagle Tools-Version unter www.embedinc.com/pic/dload.htm frei verfügbar . Es gibt verschiedene Shorts, je nachdem, auf welcher Ebene Sie sie möchten oder ob sie Ebenen überqueren.
Der einzige Nachteil bei Eage ist, dass Sie für jeden Kurzfilm eine Menge lästiger DRC-Fehler bekommen. Ich habe gehört, dass es in Version 6 möglich sein wird, im Paket zu vermerken, dass bestimmte Dinge sich überschneiden dürfen, aber ab sofort gibt es keinen Weg daran vorbei.
quelle
Mehrere Grundebenen sind unbedingt erforderlich. Mit vollem Respekt vor Herrn Ott, da alles, was er sagt, nicht per se falsch ist , kommt er nur zu einer unvollständigen Schlussfolgerung, weil die analoge Seite nicht berücksichtigt wird. Der Punkt, den Herr Ott vermisst, ist, dass innerhalb des analogen Abschnitts selbst mehrere Masseebenen - eine für jeden Funktionsblock einer analogen Schaltung - in einem Stern-Masse-Muster angeordnet sind, eine Voraussetzung für ein rauscharmes (Douglas Self " Small Signal Audio") Design "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html). Während diese beiden Referenzen speziell Audioentwürfe berücksichtigen, sind die Prinzipien in hochpräzisen analogen Schaltungen bei Datenerfassungs- und / oder Steuerungsanwendungen noch wichtiger.
Dann stellt sich die Frage: Wie können wir digitale Masse in einem Entwurf mit mehreren analogen Massen implementieren? Ein Fehler besteht darin, die Leiterplatte mit einer einzigen Massefläche zu "blappen" und nur die von Herrn Ott beschriebenen Layouttechniken zu verwenden, um Interferenzen zwischen analogen und digitalen Abschnitten zu vermeiden. In diesem Fall kann die analoge Leistung durch Analog-Analog-Störungen beeinträchtigt werden .
In einem typischen Entwurf wird sich jeder ADC oder DAC wahrscheinlich auf verschiedene Funktionsabschnitte der analogen Schaltung beziehen. Stellen Sie für jeden dieser Abschnitte eine analoge Erdungsinsel mit einem unabhängigen Erdungsrückweg bereit, der sternförmig zum "Referenzerdungspunkt" angeordnet ist. Diese Bezugsmasse ist nicht unbedingt die Masse des Netzteils (oder der Batterie). Wenn ein Regler die analoge Leistung liefert, ist die Bezugsmasse der Erdungsstift des Regler-IC. In Bezug auf die digitale Seite sollte der Erdungsstift des Reglers, der die digitale Seite mit Strom versorgt (falls er sich von dem Erdungsstift unterscheidet, der die analoge Seite versorgt), ebenfalls mit möglichst kurzen Leiterbahnen an der Bezugsmasse angeschlossen werden. Die digitale Erdung sollte auch als isolierte Insel mit einer unabhängigen Erdungsrückführung zur Bezugsmasse implementiert werden.
Jetzt müssen wir uns mit der Schnittstelle zwischen analogen und digitalen Abschnitten befassen. Das beinhaltet
(1) Getrennte analoge und digitale Gründe.
Entwickler von Mixed-Signal-ICs wissen, dass analoge und digitale Masse miteinander verbunden werden sollten, können diese Konnektivität jedoch aufgrund von Einschränkungen der Geometrie der Chip- und Pad-Verbindungen nicht innerhalb des ICs bereitstellen. Es wird daher immer empfohlen, diese beiden Punkte extern so nah wie möglich am IC anzuschließen. Beachten Sie, dass dies nicht immer der Fall ist - viele DAC- und Digitalpotentiometer (eine Form von DAC) haben keine separaten analogen und digitalen Erdungsstifte. Bei diesen Geräten wurde die Verbindung bereits im IC hergestellt. Wenn Sie analoge und digitale Masse miteinander verbinden, muss das kombinierte Paar mit der analogen Masseebene für diesen Abschnitt der Schaltung verbunden werden.
(2) Separate analoge und digitale Versorgung auf demselben Gerät
Diese Leistungsebenen sind auch dann getrennt, wenn sie die gleiche Spannung haben. Die digitale Leistungsebene sollte über eine Ferritperle von ihrem Quellenregler (und der analogen Leistung, wenn sie von demselben Regler angesteuert wird) isoliert werden. Verbinden Sie die digitale Leistung von Mixed-Signal-ICs mit der digitalen Leistungsinsel. Überbrücken Sie mindestens sowohl die analoge als auch die digitale Versorgung des Erdungsstifts des IC mit Keramikkondensatoren (100 nF X7R / X5R werden empfohlen, einige IC-Hersteller empfehlen zusätzliche Kondensatoren - befolgen Sie die im Datenblatt angegebenen Richtlinien). Befolgen Sie die Best-Practice-Richtlinien für das Layout, indem Sie die Überbrückungskondensatoren so nahe wie möglich an den Gerätestiften platzieren. Stellen Sie sicher, dass der digitale Überbrückungskondensator auf der Seite des digitalen Erdungsstifts mit der kombinierten analogen und digitalen Masse verbunden ist. es sollte sich nicht irgendwo "dazwischen" verbinden die analogen und digitalen Stifte. Erinnern Sie sich, dass der digitale Versorgungs-Bypass-Kondensator tatsächlich da ist, um die Stromimpulse zu liefern, die auftreten, wenn die digitalen Geräte den Status wechseln. Somit gibt es eine Wechselstromschleife vom digitalen Versorgungsstift über den Kondensator in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück über das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren. in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück durch das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren. in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück durch das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren.
(3) Steuerleitungen wie I2C- und / oder PCI-Busse
Aus den obigen Gründen haben wir bisher ein Problem mit der Verbindung von Steuerleitungen von beispielsweise dem Mikrocontroller zu den Mischsignalgeräten, da diese Leitungen per Definition von der digitalen Seite zur analogen Seite verlaufen müssen. Befolgen Sie dazu die Empfehlung von Herrn Ott, eine Brücke zwischen analogem und digitalem Boden zu schlagen. Stellen Sie für jede analoge Insel mit Steuerleitungen, die sie mit der digitalen Seite verbinden, eine Brücke von jeder analogen Masse zur digitalen Masse her und verlegen Sie die Signalleitungen direkt über diese Brücke. Abhängig vom tatsächlichen Layout und der Komplexität der Schaltung besteht möglicherweise eine einzige Brücke, die mit mehr als einer analogen Masse verbunden ist. Das ist akzeptabel - das Hauptproblem besteht darin, alle lauten Steuerleitungen über eine Brücke zu verlegen. Die Gründe dafür werden in Herrn Ott 'Artikel ausführlich erläutert.
Zusammenfassend sind die obigen Techniken mehr Arbeit als eine einzelne Grundebene, aber notwendig. Keine der obigen Ausführungen negiert oder entfernt die Anweisungen von Herrn Ott in Bezug auf eine sorgfältige Auslegung und das Wissen, wo die Gleich - und Wechselstrompfade fließen ( beide Pfade - senden und senden)Rückkehr). Die meisten Autorouter werden Probleme haben, ein Qualitätsergebnis zu erzielen. Sie müssen immer etwas von Hand routen - eine mögliche zeitsparende Technik besteht darin, die Schaltkreisinseln automatisch zu routen und die Verbindungen, Erdungsrückführungen, Stromverteilung und Steuerleitungen von Hand zu routen. Einige PCB-Layout-Anwendungen unterstützen die Erstellung von Analog-Digital-Erdungsbrücken nur unzureichend, da sie effektiv verschiedene Signalnetze verbinden. Wenn Ihre Software dies ausdrücklich unterstützt, sind Sie möglicherweise gezwungen, einen vom DRC-Prozess erkannten Fehler zu überschreiben.
quelle
"Gibt es einen besseren Weg, dies zu tun?"
Ja, es gibt zwei Möglichkeiten, damit umzugehen:
Ich bin mir nicht sicher, wie Sie es in Eagle machen, aber in Altium machen die Leute die "virtuelle Short" -Komponente sehr ähnlich zu dem, was Sie bereits beschrieben haben. Sie erwähnen das Dilemma: Das Überlappen der Pads auf der "virtuellen Short" -Komponente führt leider zu einem DRC-Fehler. Das Trennen der Pads auf der "virtuellen Kurzschluss" -Komponente führt leider dazu, dass die Abschnitte nicht richtig elektrisch verbunden sind. Es gibt eine dritte Wahl, eine Lösung für das Dilemma:
Stellen Sie die Kontaktstellen der "virtuellen Kurzschluss" -Komponente extrem nahe beieinander, aber nicht überlappend - 0,002 mil (2 Mikrozoll) kurz vor dem Kontakt. Korrigieren Sie dann die DRC-Regeln so, dass für diese eine spezielle Komponente kein Freigabefehler auftritt. Solch eine mikroskopisch kleine Lücke kann auf einer Leiterplatte eigentlich nicht hergestellt werden - in der Produktion kommt es zu einem Kurzschluss, wie Sie es wünschen.
Gibt es eine Möglichkeit zu sehen, ob Henry Ott vielleicht Recht hat und eine einzige ununterbrochene Grundebene für alles - analog, digital und mit Strom versorgt - am besten funktioniert?
quelle
Ein bisschen spät, aber trotzdem, hier ist, wie es geht:
2 verschiedene Gründe zu bekommen ist einfach. Fügen Sie ein Erdungssymbol in Ihren Schaltplan ein und geben Sie einen neuen Wert ein. Gehen Sie nun zu den Eigenschaften dieses Erdungssymbols und eine zusätzliche Option wird verfügbar sein, die "Gerätenamen überschreiben" sagt. Deaktivieren Sie diese Option.
Zeichnen Sie nun einen Netzdraht zum Erdungssymbol und nennen Sie diesen Draht beispielsweise AGND. Jetzt hat Ihr Bodensymbol den gleichen Netznamen. Geben Sie Ihrem Erdungssymbol jetzt wieder einen Wert, der AGND anzeigt, um klarer zu machen, dass es sich bei dieser Erdung beispielsweise um AGND handelt und nicht um die andere Erdung.
Nachfolgend einige Bilder, um es etwas klarer zu machen. Suchen Sie unten links auf dem Bildschirm nach Signalnamen, damit Sie sehen können, dass es funktioniert.
quelle
Bei mir funktionierte es, die Grundebenen-Polygongeometrie so zu formen, dass sie um die andere Ebene herum verläuft
Die Erdungsebenen sind immer noch über einen der ICs-Pins miteinander verbunden, aber da die Netze denselben Namen haben und die Geometrie die Füllung nicht zulässt, verbindet Eagle die beiden nicht direkt
quelle