Cómo crear un PCB de señal mixta

Question

Quiero crear una placa que tenga componentes digitales de alta velocidad (específicamente el SAM3X8E - de Arduino DUE) y un circuito de audio analógico.

Las partes analógicas originalmente eran un escudo para Arduino. La razón por la que quiero crear una placa de modo mixto para combinar los dos circuitos en uno, es porque solía tener mucho ruido. Después de buscar, la gente sugirió que este ruido era del circuito digital y tendría que volver a hacer la placa.

Este es un enlace con la pregunta original. Allí también encontrarás una imagen del esquemático del escudo. Desacoplamiento adecuado

Mi pregunta es cómo conectar a tierra todo. He visto muchos enfoques diferentes en hilos como estos: ¿Cómo debo conectar AGND y DGND (ENLACE 1)Punto de estrella en esquemas (ENLACE 2)Para múltiples circuitos de ADC Layout de PCB de toma a tierra, ¿por qué es importante el "punto único de toma de tierra"?

single-point-ground-imp (ENLACE 3) Entonces ¿necesito tener planos de tierra diferentes para lo digital y lo analógico? Estaba considerando usar el 'enfoque de toma de tierra de estrella' pero el primer enlace dijo que es el menos eficiente. Trevor_G también dijo (en el segundo enlace): "Para este tipo de circuito, los planos de tierra y de alimentación únicos integrales con un diseño apropiado para mantener los lazos de señal lo más cortos posible son mucho mejores." Así que ¿tengo solo un plano de tierra común?

Luego, leyendo estas dos pautas: https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/5450 http://www.hottconsultants.com/techtips/split-gnd-plane.html

Descubrí que un plano de tierra es todo lo que se necesita. Pero muchas cosas eran poco claras y perdidas en la teoría. Por ejemplo, ¿tengo que separar los dos planos? Si es así, ¿tienen que unirse en un lugar? ¿Necesito 'cortar' los dos planos? Si es así, ¿dónde exactamente corto? ¿Qué sucede cuando las señales analógicas entran en el lado digital de la placa? Como cuando la información analógica entra en el ADC del microcontrolador. Si de hecho hay un corte, ¿cómo se supone que debo enrutrar las trazas? En general, ¿cómo diseño la capa de GND?

Lo que haré: *Mantener las partes digitales alejadas de las partes analógicas - capa de cobre superior (¡gracias peufeu!) *Usar dos reguladores, uno para el lado digital y otro para el lado analógico *Evitar que la energía digital y la señal digital pasen por la misma área que el lado analógico (en todas las capas)

Una pregunta adicional: *Vi en el enlace de stackexchange 3 mantener las fuentes de alimentación en el lado digital de la placa. ¿Eso incluye también al regulador analógico? Pero la traza de alimentación analógica tendrá que pasar por el lado digital... Pero cuando la señal analógica entra en el ADC del microcontrolador, entonces la señal analógica entra también en el lado digital. ¿Entonces es imposible separarlos?

Answer 1

No he rastreado cada enlace que has enviado, pero aquí tienes algunas reglas básicas que deberían ayudarte. Ten en cuenta que algunas personas te guiarán de manera diferente, hay algunas que afirman mantener planos de tierra diferentes y conectarlos en un solo punto. Eso es posible de implementar pero mucho más difícil en mi humilde opinión, ya que es más importante asegurarse de que todas las señales rápidas tengan un plano de tierra debajo de ellos sin excepción alguna. Planos de tierra separados solo tienen sentido en electrónica de potencia donde podrías crear problemas de rebote a tierra sin la separación. Para sistemas digitales rápidos, el desacoplamiento y los buenos planos de tierra son más importantes.

Para entender esto, piensa en la impedancia a altas frecuencias en combinación con las rutas de retorno a través del camino de menor 'resistencia' (=impedancia).

Una señal rápida tiene su ruta de retorno justo debajo de la pista en el plano de tierra. No importa si tienes cobre grueso y grueso en otro lugar. Si esa ruta de retorno se interrumpe por separación de planos de energía u otra causa, la señal no sigue el bucle más pequeño para regresar y en su lugar crea bucles grandes que irradian. Lo mismo para la energía para dispositivos rápidos. Si no los desacoplas correctamente colocando condensadores cerámicos muy cerca de los pines de energía o si no tienes vías de baja inductancia a tierra, entonces tendrás el mismo problema con los caminos de energía.

Además de eso, es bueno mantener separadas las cosas analógicas y digitales tanto como sea posible, también ejecutar trazas digitales y analógicas perpendicularmente entre sí. Si tienes fuentes de alimentación conmutadas para circuitos analógicos, sí mantenlas en la parte digital, luego filtralas (RC, LC o LDO) y pásalas a otro plano o área.

Mezclar lo analógico y lo digital no es tan malo si entiendes un buen diseño para evitar problemas de EMC.