¿Debo dividir el plano de tierra realmente en partes analógicas y digitales?

Question

Voy a diseñar mi primer PCB como parte de mi proyecto de graduación. Por supuesto, como primer paso, trato de aprender tanto como sea posible. Una parte de la investigación, he encontrado esta 3 parte del artículo, que sugiere que no es necesaria y en algunos casos es incluso perjudicial para dividir el plano de tierra en analógico y digital parte, lo que se contradice con lo que yo había aprendido de la prof. Yo también he leído todos los hilos en este sitio que están preocupados por los planos de tierra/se derrama. Aunque la mayoría de acuerdo con el artículo, todavía hay algunas opiniones que abogan por la división de plano de tierra. por ejemplo

https://electronics.stackexchange.com/a/18255/123162 https://electronics.stackexchange.com/a/103694/123162

Como un diseño de PCB novato, me parece confuso y difícil decidir que es lo correcto y qué enfoque tomar. Así que, debo dividir el plano de tierra en analógico y digital de partes? Me refiero a la división física, ya sea con un PCB de corte o tener polígonos separados para DGND y AGND (no conectado o conectado en un punto)

Tal vez para hacer una recomendación, que se adapte a mis futuros PCB, quiero decirle a usted acerca de él.

El PCB serán diseñados en la versión gratuita de Águila=> 2 capas

El PCB es para pruebas y precisos de medición (corriente y voltaje) de las baterías de litio. La junta tiene que ser controlada desde la Raspberry Pi a través de la interfaz digital (GPIO/SPI (40 kHz)). Habrá 3 convertidores de datos de a bordo (AD5684R, MAX5318, AD7175-2),y los conectores para precompilar RTC módulo en el lado digital. Analógica de la energía proviene de una fuente externa fuente de alimentación regulada de más de a bordo LT3042 regulador de voltaje (5.49 V). Además, hay LT6655B 5 V voltaje de referencia. Parte analógica es esencialmente un circuito de corriente continua, el único realmente HF es interna de 16 MHz reloj maestro de la ADC.

Digital 3.3 V (principalmente para la alimentación de las interfaces digitales) se obtienen de la Raspberry PI. Por lo tanto, habrá 2 conexión a tierra: fuente de alimentación externa y a la interfaz digital de la Raspberry Pi.

En este sentido, otra pregunta: en referencia a la Figura 3, ¿cómo puedo asegurarme de que las corrientes de retorno de las interfaces digitales de flujo para la correcta conexión a tierra (recordar que tengo 2 de ellos)?

Una preocupación adicional: en la distribución de energía curcuit molestar mediciones sensibles? Yo iba separarlos mediante el enrutamiento de alimentación en la parte inferior de la capa, pero eso ya no es una buena idea en caso de monolítico plano de tierra

Y mientras todavía estoy en la pregunta: Suponiendo más o menos monolítica plano de tierra en la parte inferior de la señal y/componente de capa en la parte superior, ¿cuál es la mejor manera de conectar el lado negativo de condensadores de bypass al plano del suelo?

Answer 1

Tienes que pensar en términos de compartir la impedancia (resistencia no, realmente impedancia).

Estudiar las partes del circuito que utilizan la TIERRA como un 0V referencia para sensibles analógico fines. Obviamente, usted quiere que cada uno de estos "0V referencias" estar en la misma "0V" potencial. Sin embargo corriente a través de la toma de TIERRA plano de introducir un extra de tensión de error en la parte superior de cada chip "0V".

Ahora dibuje un esquema de su TIERRA, con sus corrientes.

Si usted no dividir el avión, pero hay altas corrientes a través de él, porque se pone en el conector de entrada de alimentación en el lado izquierdo, la potencia de salida del conector en el lado derecho, y el super sensible analógica de los bits en el medio, entonces usted podría tener un problema debido a la alta corriente que fluye en la TIERRA y la creación de un gradiente de voltaje.

Dependiendo de la frecuencia, considere la posibilidad de impedancia (es decir, la inductancia, no sólo de la resistencia).

Ahora, hay varias soluciones para esto.

• Podrías poner tu conectores de alimentación en más razonable lugares (es decir, el poder de entrada junto a la potencia de salida) para las altas corrientes no viajar en su GND plano. Esto se aplica a todos los bucles de corriente que llevar grandes, ruidosos, o de alta di/dt corrientes, como los bucles internos de un DC, o los lazos entre ella y su carga (por ejemplo, una cpu) o incluso la ruta de tierra entre una disociación de la pac y el chip se desacopla.

Asegúrese de saber donde estas antenas son! El fin de ellos por troublesomeness (aproximadamente el área "* di/dt" para la CA o de la "zona de*I" (DC). La colocación es esencial. Una buena colocación de los estrechos lazos de corriente hace que el diseño y mucho menos de un dolor de cabeza.

• Usted podría utilizar amplificadores diferenciales y los Adc que ignorar el ruido de modo común.

Esto es obligatorio si el voltaje de sentido se encuentra en un alto de corriente del lado de la derivación. Ahora digamos que usted use un sentido aplicaciones por ejemplo. No se olvide de lo de voltaje en su salida de "referencia" pin (a menudo mal etiquetados "GND") se añade directamente a la salida... así que no pegue el sentido aplicaciones entre dos MOSFETs con su "GND" alfiler en el centro de la "corriente del motor de retorno" ruta de acceso de...

• También se podría dividir el plano, pero entonces usted necesita para decidir donde se va a dividir. Y (aquí es donde las cosas desagradables), donde el enlace de las dos terrenos juntos en DC (o a altas frecuencias, si el uso de aisladores...

Pongamos nombre a sus dos motivos AGND y PGND (analógica y de potencia). Algunos dicen que para dividir y unir AGND/PGND o AGND/DGND bajo el ADC. Esto significa que cualquier corriente que discurre entre AGND y PGND tiene que fluir en el suelo en el enlace bajo el ADC ahora, que es el peor lugar posible.

Una solución que hace un montón de sentido es el oculto "split". La colocación es esencial. Por ejemplo, poner el interruptor de encendido/ruidoso cosas en el derecho, y las cosas sensibles a la izquierda. Usted coloca su desvinculación de las tapas de modo que la corriente de alimentación de los bucles de ejecución a través de GND son cortas y bien colocados. Entonces, desde su junta directiva tiene dos zonas definidas, usted puede reducir el ancho del plano de la conexión, para asegurarse de altas corrientes no se ejecutan en el sensible bits suelo.

Es muy visual y difícil de explicar, y la colocación de los conectores correctamente es esencial.

Estos tutoriales son buenos: https://learnemc.com/emc-tutorials

Answer 2

Simplemente la introducción de HENDIDURAS en la TIERRA de avión puede ser suficiente para que se mantienen en gran medida digital/potencia/relé/motor de basura fuera de la delicada analógico áreas.

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

¿Qué podemos predecir sobre la rendija de la colocación frente a intrusiva de corriente En el punto y el punto de Salida?

^{simular este circuito}

Qué esperar, ya que la hendidura se entromete en corrientes?

^{simular este circuito}

Teníamos aproximadamente 40 microvoltios/cuadrado a lo largo de la orilla inferior de la PCB, asumiendo 0.0005 Ohmios/cuadrado. Se puede estimar la I*R, caída de tensión, causada por UN AMPERIO en la parte superior derecha de la placa, a lo largo de la orilla inferior de la PCB dentro de la analógica región como simplemente

Slit_Atten = longitud de la hendidura / toda la longitud del bucle dentro de la región sensible

La caída de tensión en la parte inferior (por plaza) es

El voltaje a través de la rendija * Slit_Atten

Matemáticas: hendidura es de 4 plazas, por lo tanto 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten es de 4 plazas / 20 plazas (de todo el ciclo de la periferia) = 20%.

El per_square I*R gota es 160uV * 20% = 32 uV.

Esto demuestra que el valor de uso sólo en regiones ESTRECHAS entre digital/ruido y analógico.

Aquí es otra forma de hendidura.

^{simular este circuito}

La tensión por la plaza donde OpAmps necesidad tranquilo GND,

Answer 3

La verdadera clave es SIEMPRE la colocación, hacerlo de forma inteligente y en el programa de instalación puede funcionar para algo como esto, lo demasiado mal y no sólo la voluntad de la junta a ser muy difícil de la ruta, pero va a ser duro para conseguir la precisión que se desea.

Sólidos planos regla cuando en un rápido cosas, en cualquier momento usted tiene el borde de las tasas en los pocos ns región (frecuencia de Reloj no importa, el borde de las tasas de hacer), que desea un sólido plano, por lo menos esa región, por lo general lo hago un sólido plano en el primer prototipo de todos los tiempos y enredar con él más tarde si no me lo quiero (yo por lo general no es necesario cambiar).

Ahora en tu caso DC la precisión es muy importante, y generalmente las cosas se hacen mejor con diferencial de detección (Decidir qué puntos desea medir la tensión entre y a medida que el voltaje, no el uno con relación a algún plano).

Sólo porque usted tiene un avión no significa que usted necesita para conectarse en puntos arbitrarios por ejemplo, puede decidir devolver a la 'tierra' extremo de una resistencia en un amplificador diferencial para el avión en el mismo punto que en las etapas anteriores de entrada del divisor de resistencia, garantizando así que se vea el mismo voltaje, jerárquica motivos son una buena cosa, pero de medición diferencial reglas para estas cosas.

5.49 parece optimista para mí, abs max no está en algún lugar de querer ser.

Decouplers suelen ir directamente al avión.

Si decide dividir los aviones, entonces usted debe asegurarse de que hay una conexión continua en la zona donde el control de las líneas de pase entre los dos, que nunca se quede ningún rastro de más de una división en el avión.

Dada su baja velocidad, no se olvide que usted puede a través de la muestra, y que diezmando se extiende a partir de la longitud de la palabra.

Answer 4

Podría separar completamente alimentación y tierra para analógico y digital. Utilizar aislados convertidores DC-DC y el opto-aislamiento para la interfaz digital entre los dos.