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Conformación del plano de tierra en una PCB de controlador USB Midi de 4 capas

Ya he preguntado sobre esto antes, pero tengo que admitir que no leí lo suficiente antes de preguntar y, por lo tanto, no fui capaz de formular la pregunta correctamente. Espero poder hacerlo ahora.

Estoy diseñando una placa de 4 capas con 46 entradas analógicas (potenciómetros rotativos y deslizantes) y 45 entradas digitales (pulsadores momentáneos). La placa está controlada por un teensy 3.6. Estoy usando multiplexores de 8 canales (M74HC4851, hoja de datos ) ya que el teensy no tiene suficientes entradas. Los multiplexores están desacoplados por una tapa de 0,1uF cada uno cerca de su pin vcc.

Me pregunto cómo debo dar forma a la capa de tierra. Sé que el consejo más común en este foro es no darle forma en absoluto y organizar los componentes de una manera inteligente en su lugar, pero ya que mi diseño es sobre todo determinado por la interfaz de usuario de hardware esto no es realmente una opción en mi caso.

Opción a) Option a) Mi primera idea fue separar el área analógica del área digital completamente por un foso de forma extraña y conectar el área analógica al pin agnd de teensy, pero aprendí que no es buena idea dejar que las líneas de señal crucen ese foso y cada componente analógico está conectado a los multiplexores que son probablemente los componentes más ruidosos de mi pcb.

Opción b) Option b) Mi segunda idea era utilizar varios fosos para forzar que las corrientes de retorno digitales no cruzaran la zona analógica, pero entonces me pregunté si esto no crearía varios bucles de tierra en mi placa. En este caso (y los siguientes) no usaría el pin agnd del teensy para nada.

Opción c) Option c) Podría dejar una sola abertura en el foso, colocar los multiplexores cerca de ella y guiar todas las líneas de señal a través de esta abertura (en sus propias capas, por supuesto), pero esto complicaría bastante el enrutamiento y daría lugar a líneas de señal bastante largas (la placa mide 35 por 23 centímetros o 13,3 por 9 pulgadas)

Opción d) Option d) Mi última idea era utilizar un plano sólido y mover los multiplexores a una zona remota del tablero. Esto tendría inconvenientes similares a los de la opción c) y no controlaría en absoluto las corrientes de retorno de los pulsadores.

¿Cuál es mi mejor opción? ¿Qué haría usted? (Si mover los componentes de entrada no fuera una opción)

Lamento mi planteamiento, probablemente muy poco acertado, y agradezco de antemano sus respuestas.

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NuSkooler Puntos 2679

Te sugiero que utilices UN avión. Todas tus fuentes analógicas están en la placa de circuito impreso, ¿verdad?

Fomentar que el ruido digital se quede en la MCU, utilizando resistencias de 100.000 ohmios entre la MCU y las entradas lógicas a los multiplexores analógicos. Añadir tapones de 100pF puede ser clave, ya que los tapones ayudan a derivar cualquier basura de alta frecuencia a tierra, reduciendo la basura que entra en las entradas lógicas de tu MUX, que alteraría los pines de tierra del MUX, etc., ya que la basura explora TODOS posibles vías de retorno a la MCU.

Fomentar aún más que el ruido digital permanezca en la MCU, estableciendo una cascada de filtros RCRC en la VDD a la MCU. Yo llamo a esto una "batería local", que se encarga de proporcionar las demandas de carga de alta velocidad de la MCU. Seguirás teniendo bucles de tierra, pero no te importará, porque las corrientes en los bucles de tierra serán muy pequeñas y de muy baja frecuencia.

Así,

schematic

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Fíjate que también usamos la idea de la "batería local", para proporcionar una VDD muy limpia a los MUXES analógicos. De lo contrario, la basura VDD se inyecta a través de las grandes capacitancias de los interruptores (capacitancias del canal de la puerta del FET) en sus señales.

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