Esquema de circuito impreso - Trayectoria de retorno del plano de tierra

Question

Estoy diseñando una PCB de 4 capas con planos de potencia y un plano de tierra, con señales de voltaje mixto y altas corrientes. Tengo dos posibles configuraciones de plano de tierra aislado, y me pregunto cuál sería mejor en términos de reducción de EMI y ruido. El circuito lógico incluye un microcontrolador con ADCs, así que no quiero que la tierra de alta corriente interfiera con las señales analógicas. La sección de potencia acciona un motor, por lo que la tierra allí será muy ruidoso. Aquí están mis planos de potencia.

Una de mis configuraciones de plano de tierra obliga a que la ruta de retorno a tierra del nivel lógico siga la misma ruta que la ruta de alimentación al regulador. Para esta configuración, asumo que es mejor que las corrientes de tierra lógicas vuelvan al pin de tierra del regulador. Las ventajas que puedo ver son que la corriente volverá por el mismo camino que la alimentación, por lo que no hay inductancia creada por bucles de corriente. El aislamiento de la alta corriente a tierra también parece ser mejor (no estoy seguro si esto es cierto).

La otra configuración de plano de tierra permite una ruta de corriente más directa desde la tierra lógica a la tierra de alimentación para una resistencia mínima (en lugar de la tierra del regulador), pero crea un bucle de corriente más grande. También parece estar menos aislado de la tierra de alta corriente (de nuevo no estoy seguro de esto).

¿Qué configuración de plano de tierra sería mejor para la EMI y la integridad de la señal, y por qué? En general, si tengo un regulador, ¿debería optimizarse la ruta de retorno a tierra para que vuelva a la tierra del regulador (y luego a la tierra de alimentación), o directamente a la tierra de alimentación?

Answer 1

Esto suena impar -- pero intenta no dividiendo tu plano de tierra. En su lugar, asegúrese de que los componentes y las trazas de un subsistema determinado (lógico, analógico, digital) permanecen en sus áreas respectivas en lugar de "desbordarse" con trazas digitales de alta velocidad que atraviesan circuitos analógicos, por ejemplo. Las corrientes del plano de tierra tomarán el camino de menor impedancia de vuelta a la fuente, que a altas frecuencias sigue la traza para la que son el retorno.

Answer 2

Si tu objetivo es reducir la EMI y el ruido, probablemente no necesites un plano de tierra dividido. El plano de tierra dividido se utiliza normalmente cuando se tienen dispositivos analógicos sensibles (por ejemplo, ADC) y se desea que tengan una referencia de tierra limpia. Es mejor evitar la partición del plano de tierra .

Las corrientes de retorno de alta frecuencia seguirán un plano de referencia; es posible que utilicen un plano de potencia para el retorno, especialmente para las trazas en cualquier lado de la placa que esté más cerca del plano de potencia (a menudo la capa inferior en placas de 4 capas). Por esta razón, es importante asegurarse de que las trazas digitales de alta frecuencia siguen un plano de referencia continuo. Si divides la tierra, debes asegurarte de que ninguna traza cruza el hueco, lo que dificulta el enrutado a medida que la placa se vuelve más estrecha.

Si una traza atraviesa una partición en el plano de tierra, la corriente de retorno irá en sentido contrario. Si una traza cruza un hueco entre planos de potencia y está utilizando el plano de potencia para retornar, puede hacer un largo recorrido por tu placa para encontrar una ruta de alta frecuencia entre dos planos de potencia desconectados. Consulte mi respuesta aquí sobre el enrutamiento de alta frecuencia .

Como siempre Henry Ott también tiene buenos consejos.