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¿Cómo debería conectar AGND y DGND

He estado leyendo sobre la puesta a tierra en un sistema de señales mixtas. ¿Es correcto que es mejor agrupar elementos analógicos y digitales y luego tener un solo plano de tierra, siempre y cuando las rutas digitales no pasen por la parte analógica, y las rutas analógicas no pasen por la parte digital?

La parte resaltada en la figura de la izquierda muestra la tierra analógica y la de la derecha resalta la tierra digital para el mismo circuito. El componente en el lado derecho es un MCU de 80 pines con un convertidor ADC de 3 sigma-delta.

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¿Es mejor

  1. dejemos que el AGND y el DGND se vinculen al CAD de la MCU
  2. conectar el DGND y AGND a través de un inductor/resistor
  3. tienen un solo plano de tierra (DGND = AGND)?

P.D. como leí el objetivo es evitar que la DGND perturbe la AGND, definí el plano principal de tierra como AGND

24voto

John Wu Puntos 159

La combinación de los fundamentos digitales y analógicos es un tema bastante polémico, y podría muy bien encender un debate/argumento. Mucho de ello depende de si su fondo es analógico, digital, RF, etc. Aquí hay algunos comentarios basados en mi experiencia y conocimientos, que probablemente difieren de los de otras personas (yo soy mayormente digital/señal mixta)

En realidad depende de qué tipo de frecuencias estás corriendo (E/S digitales y señales analógicas). Cualquier trabajo sobre terrenos combinados/separados será un trabajo en compromiso - cuanto más altas sean las frecuencias en las que estés operando, menos podrás tolerar la inductancia en tus caminos de retorno a tierra, y más relevante será el timbrado (un PCB que oscila a 5GHz es irrelevante si mide señales a 100Khz). Su principal objetivo al separar las tierras es mantener los bucles de corriente de retorno ruidosos lejos de los sensibles. Puedes hacer esto de varias maneras:

Tierra estelar

Un enfoque bastante común, pero bastante drástico, es mantener todos los terrenos digitales/analógicos separados durante el mayor tiempo posible y conectarlos en un solo punto. En su PCB de ejemplo, rastrearía en la tierra digital por separado y las uniría en el punto de alimentación más probable (conector de alimentación o regulador). El problema con esto es que cuando tu digital necesita interactuar con el analógico, la ruta de retorno de esa corriente es la mitad de la placa y de nuevo. Si es ruidoso, se deshace mucho del trabajo de separar los bucles y se hace un área de bucle para transmitir EMI en todo el tablero. También añades inductancia a la ruta de retorno de la tierra, lo que puede causar que la tabla suene.

Cercado

Un acercamiento más cauteloso y equilibrado al primero, tiene un plano de tierra firme, pero trata de cercar los caminos de retorno ruidosos con recortes (hacer formas de U sin cobre) para coaccionar (pero no forzar) las corrientes de retorno para tomar un camino específico (lejos de los bucles de tierra sensibles). Todavía está aumentando la inductancia de la trayectoria de tierra, pero mucho menos que con una tierra de estrella.

Avión sólido

Acepta que cualquier sacrificio del plano de tierra añade inductancia, lo cual es inaceptable. Un plano de tierra firme sirve a todas las conexiones de tierra, con una inductancia mínima. Si estás haciendo algo de radiofrecuencia, esta es más o menos la ruta que tienes que tomar. La separación física por distancia es lo único que puedes usar para reducir el acoplamiento del ruido.

Unas palabras sobre el filtrado

A veces a la gente le gusta poner una cuenta de ferrita para conectar a diferentes planos de tierra juntos. A menos que estés diseñando circuitos de CC, esto raramente es efectivo, es más probable que añadas una inductancia masiva y un desplazamiento de CC a tu plano de tierra, y probablemente un timbre.

Puentes A/D

A veces, tienes bonitos circuitos donde lo analógico y lo digital se separa muy fácilmente excepto en un A/D o D/A. En este caso, puedes tener dos planos con una línea de separación que pasa por debajo del CI A/D. Este es un caso ideal, donde tienes una buena separación y no hay corrientes de retorno que crucen los planos de tierra (excepto dentro del IC donde está muy controlado).

NOTA: A este post le vendrían bien algunas fotos, echaré un vistazo y las añadiré un poco más tarde.

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JonRB Puntos 4599

En realidad ha habido una tendencia a alejarse de los planos de tierra divididos y en su lugar concentrarse en la separación de la colocación Y la consideración de la el camino de la corriente de retorno.

  • No divida el plano de tierra, use un plano sólido debajo de ambos secciones analógicas y digitales de la tabla
  • Usar el suelo de una gran área aviones para rutas de retorno de corriente de baja impedancia
  • Mantén más del 75% de la tabla área para el plano de tierra
  • Los planos de potencia analógicos y digitales están separados
  • Usar aviones de tierra firme junto a los aviones de potencia
  • Localizar todos los analógicos componentes y líneas sobre el plano de energía analógico y todos los digitales componentes y líneas sobre el avión de energía digital
  • No lo hagas trazas sobre la división en los aviones de potencia, a menos que si las trazas que deben repasar la división del plano de energía debe estar en las capas adyacentes al sólido plano de tierra
  • Piensa en dónde y cómo las corrientes de retorno del suelo están fluyendo realmente
  • Divide tu PCB con analógico y secciones digitales
  • Coloca los componentes adecuadamente

Lista de control de diseño de señales mixtas

  • Divide tu PCB con secciones analógicas y digitales separadas.
  • Coloca los componentes adecuadamente.
  • A caballo entre el tabique y los convertidores A/D.
  • No divida el plano de tierra. Use un plano sólido bajo las secciones analógicas y digitales del tablero.
  • Dirige las señales digitales sólo en la sección digital del tablero. Esto se aplica a todas las capas.
  • Encamina las señales analógicas sólo en la sección analógica del tablero. Esto se aplica a todas las capas.
  • Separar los planos de energía analógica y digital.
  • No encamine los rastros sobre la división en los aviones de potencia.
  • Los rastros que deben pasar por la división del plano de energía deben estar en las capas adyacentes al plano de tierra firme.
  • Piensa en dónde y cómo las corrientes de retorno del suelo están fluyendo realmente.
  • Usar la disciplina de la ruta.

Recuerde que la clave para una distribución exitosa del PCB es la partición y el uso de la disciplina de enrutamiento, no el aislamiento de los planos de tierra. Casi siempre es mejor tener un solo plano de referencia (tierra) para su sistema.

(pegado de los siguientes enlaces para su archivo)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

4voto

skumara Puntos 129

En mi experiencia, lo que mejor funcionó es conectar los planos de tierra separados por un inductor. Incluso si el diseño no proporciona una fuente de energía sólo para las señales analógicas, también insertar un inductor en la alimentación.

schematic

simular este circuito - Esquema creado utilizando CircuitLab

Este tipo de arreglo me ha ayudado a mejorar el rechazo del ruido generado por los circuitos digitales.

De todos modos, creo que el diseño óptimo depende en gran medida de la aplicación.

4voto

Matteo Puntos 382

Creo que tiene razón, pero con algunas consideraciones adicionales. En mi experiencia, es (casi) siempre mejor tener un único plano de tierra tanto para lo digital como para lo analógico, pero hay que tener MUY cuidado con la colocación de los componentes. Mantenga lo digital y lo analógico bien separados y siempre considere las rutas de retorno a la fuente de alimentación. Recuerde que incluso con un plano de tierra firme, la ruta de retorno a través del plano de tierra seguirá la ruta de la señal lo más cerca posible, es decir, seguirá el rastro de la señal, pero en el plano de tierra. Lo que debe evitar es que la trayectoria de retorno de los circuitos digitales ruidosos atraviese la trayectoria de retorno del circuito analógico - si esto ocurre, entonces la tierra de su circuito analógico será ruidosa y sin una tierra tranquila de referencia su circuito analógico sufrirá.

Intente poner su fuente/suministro de energía en una posición tal en el PCB que los caminos de retorno no se crucen. Si esto es imposible, entonces considere poner un retorno explícito de tierra en otra capa (emulando la topología de "estrella" descrita por RocketMagnet) pero tenga cuidado con las señales que se cruzan entre las secciones analógicas y digitales como explicó RocketMagnet. Se puede utilizar un mecanismo similar cuando casi toda la PCB es digital y sólo se requiere una superficie terrestre analógica muy pequeña (o viceversa). En este caso consideraría la posibilidad de tener una tierra digital y utilizar un relleno de copiador en otra capa para la tierra analógica (suponiendo que se tengan suficientes capas). Considere cómo se apilan sus capas y ponga el relleno de cobre en la capa más cercana a su circuito analógico. La forma de unir las tomas de tierra dependerá de cuántas señales se cruzan entre los dominios analógico y digital y de su velocidad, pero generalmente se intenta unirlas en el punto en que las señales cruzan los dominios, considerando los caminos de retorno a la fuente de alimentación.

Use mucho desacoplamiento (mezcla de valores). Por cierto, las grandes áreas de cobre que se muestran en el PCB de arriba harán muy poco (excepto actuar como un disipador de calor) porque no parece haber ninguna vía para permitir que las señales de retorno crucen los huecos de otra capa. (¡Cuidado con que el software del PCB no elimine las vías "redundantes"!)

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