So implementieren Sie eine analoge Grundebene

Ich habe dieses Bild in einer Reihe von Atmel-Datenblättern gesehen. Dieser stammt aus dem Datenblatt ATTiny48 / 88 .

Kann jemand detailliert erklären, wie dies auf einer 2-Schicht-Platine richtig implementiert wird? Ich muss mir vorstellen, dass die analoge Erdungsebene irgendwie mit der digitalen Erdungsebene auf der Leiterplatte verbunden werden muss, oder geschieht dies intern im AVR? Soll die gestrichelte Linie in Bezug auf Form und Ausdehnung der analogen Grundebene wörtlich genommen werden (das Diagramm enthält keine Abmessungen, daher bezweifle ich dies)?

Erstens brauchen Sie wahrscheinlich keine isolierten Gründe. Es wird verwendet, wenn der Rückstrom einen problematischen Versatz (hohe Ströme), breite parallele Datenbusse, schnelle Anstiegs- / Abfallzeiten (Diagramme zum Schließen des Auges) und Antennenkupfer erzeugt. Verwenden Sie gute Entkopplungspraktiken und sorgen Sie sich nicht darum, bis es bricht.

Andernfalls ist als Nächstes eine direkte Verbindung ohne zusätzliche Impedanzen / Filterung zu versuchen. Verbinden Sie AGND und GND nur an einer Stelle mit relativ dicken (dh: niedrigen Induktivitäts-) Spuren an der Stromversorgung. Dies wird manchmal als Sternmasse bezeichnet, wenn mehrere isolierte Erdungen verbunden werden. Es stellt sicher, dass die Rückströme einiger Komponenten nicht zu einer Offset-Spannung für andere Komponenten beitragen. Geräusche kommen nicht nur von der Spüle, sondern auch von der Quelle: Wenn Sie sich die Mühe machen, Erdungen zu isolieren, isolieren, filtern und verbinden Sie auch die jeweiligen Spannungsschienen. Dies ist so einfach wie das Entkoppeln (zum richtigen Boden - denken Sie daran, dass Kappen Geräusche übertragen) mit Kappen zum Boden und, falls erforderlich, Ferritperlen oder Induktoren zwischen Äquipotentialschienen.

Untersuchen Sie die Rückstromgeometrie, bevor Sie das Bodensystem weiter modifizieren.

Ich habe diese Technik schon einmal angewendet (auf 4 Schichten, nicht auf 2, aber sie gilt immer noch), und ich habe dabei einige Vor- und Nachteile festgestellt. Worüber sie speziell sprechen, ist eine Insel der Grundebene, die nicht GND ist, sondern AGND, die an einem einzigen Punkt an GND gebunden ist, möglicherweise durch eine kleine Impedanz. Ich bin nicht sicher, ob der ATMEL einen separaten AGND-Pin hat, aber unser dsPIC hat es getan. In diesem Fall besteht keine Verbindung außer einem Induktor zwischen VCC und AVCC, und die Umgehung sollte niemals von VCC zu AGND oder von AVCC zu GND wechseln. Alle analogen Signale beziehen sich auf AGND (dh Voltteiler, Anti-Aliasing-Kappen usw.). Der springende Punkt ist, zu verhindern, dass alle rauscherzeugenden digitalen Schaltkreise Ihre analogen Schienen verschmutzen.

In Bezug auf die Implementierung ihrer Technik sagen sie nur, dass die Ausdehnung dieser AGND-Insel ungefähr diese Ecke des Mikros sowie alle Umgehungen zwischen AVCC und AGND und Ihren analogen Messkreisen umfassen würde. Es muss sich nicht bis zu den Eingangsanschlüssen für Spannungsmessungen usw. erstrecken, sondern zumindest bis zum Low-Side-Widerstand Ihres Volt-Teilers und der Antialiasing-Kappe sowie zu allen analogen Eingangsverstärkern und deren Netzteilen. Mit AVCC beziehe ich mich auf das VCC, nachdem es vom Induktor gefiltert wurde.

Wir haben mit verschiedenen Impedanzen experimentiert, die GND und AGND verbinden, und festgestellt, dass ein 10-Ohm-Widerstand gut funktioniert, um das Rauschen auf der digitalen Masse zu isolieren. Wenn die Impedanz zu hoch ist, ist das Mikro nicht zufrieden, da es aus beiden Gründen das gleiche Gleichstrompotential erwartet. In unserem Fall hatten wir ein separates rauscharmes LDO, das die AVDD speiste, und einen leistungsstarken, verrauschten Abwärtswandler, der die vielen Geräte auf der digitalen VDD speiste. Die Isolation, die Sie erreichen würden (um zu verhindern, dass verrauschte digitale Daten Ihre analogen Schienen verschmutzen), ist mit nur einem Induktor und einer separaten Erdungsinsel geringer, wie in diesem Datenblatt angegeben, aber viel einfacher zu implementieren.

Ein einfacher Test, um zu überprüfen, ob Sie Ihr analoges Schienenrauschen verbessern, besteht darin, mit Ihrem ADC einen Gleichstromwert zu konvertieren und die Rohmessungen in einem Histogramm zu zeichnen oder eine Standardprüfung in Excel durchzuführen. In einer perfekten / rauschfreien Welt würden Sie bei dieser Messung keine Varianz haben, aber in der realen Welt haben Sie eine bestimmte Varianz, die proportional zu Ihrem Geräuschpegel ist.

Ich bin mit Nathans 10 Widerstand nicht einverstanden . Die Erdung ist heilig und sollte geerdet sein, dh so wenig Spannungsunterschiede wie möglich. Wenn Ihre analoge Schaltung 3 mA verbraucht, hat Ihre analoge Masse bereits einen Versatz von 30 mV. $\Omega$

Ich bin mit einer einzigen Verbindung zwischen den beiden Erdungen einverstanden, aber dann über eine Ferritperle.