Necesito una sugerencia para dividir el plano de potencia en un diseño de PCB de 4 capas

Question

Ahora estoy tratando con un diseño de PCB de 4 capas. Una de las capas internas es el plano de alimentación de 3,3V. Como mi circuito contiene la parte analógica sensible y la parte digital de frecuencia media (unos 100MHz), quiero dividir el plano de alimentación de 3,3V para evitar la diafonía de ruido. Aquí están mis dos diseños de cómo dividirlo:

Figura 1: dividir el plano de potencia en dos partes y colocar el regulador en el plano de potencia digital.

Y Figura 2: dividir el plano de potencia en tres partes. El plano de alimentación analógico de 3,3 V y el plano de alimentación digital de 3,3 V se conectan al plano de alimentación del regulador con el circuito FB-C.

El segundo diseño parece ser mejor ya que aísla tanto el analógico como el regulador del ruidoso circuito digital. Sin embargo, el circuito sería más complicado y se necesitan más componentes. ¿Vale la pena?

Adicional: el otro plano interno es el plano de tierra completado.

Answer 1

Ninguna de las dos disposiciones mejorará útilmente el aislamiento del ruido de su circuito. Si la sección analógica es lo suficientemente sensible como para que esto importe, entonces vas a tener que aceptar que tendrás que hacer algunas concesiones (en este caso, la concesión es más piezas y complejidad) si quieres mejorar el rendimiento analógico. Necesitas 2 reguladores, como mínimo.

En primer lugar, no hay diferencia entre la tierra y la potencia. Es sólo la perspectiva. Puedo decir que tu raíl positivo es tierra y que tu tierra es realmente un raíl de -3,3V, y no me equivoco. Pero, cómo has elegido etiquetar las cosas llamando a mi carril de -3,3V tierra, y a mi tierra un carril de 3,3V, tampoco está equivocado. El voltaje es relativo. Así que todas las cosas que se aplican a la conexión a tierra se aplican a la potencia, salvo que una sirve como referencia común, la otra no.

Dicho esto, nunca jamás dividir los planos, de tierra o de potencia. Estás creando inductancia y capacitancia donde antes no había una cantidad significativa, y todas las cosas malas de los circuitos digitales están en forma de armónicos de alta frecuencia de banda ancha, y se acoplarán a través de caminos no resistivos/galvánicos si la división incluso importaba en primer lugar, sólo sirve para aumentar el área del bucle de corriente alterna, aumentando la EMI tanto emitida como recibida, y entre el propio circuito, así como desde el exterior.

Usted debe particionar los planos, y hacer que su plano de potencia y de tierra (que en realidad no son diferentes, recuerde) particionado exactamente de la misma manera, sólo el plano de potencia se alimenta en la puerta, ya que no necesita servir como un punto de referencia común, excepto a la sección analógica que alimenta. Quieres que cualquier conexión común (ya sea a una tierra compartida, o a un raíl de potencia compartido) sea particionada exactamente igual que la tierra el plano de corriente de retorno, y conectada al resto del circuito con una conexión de tan baja impedancia como sea posible. Por lo tanto, esencialmente el opuesto exacto de cualquier disposición que usted está sugiriendo. Usted tiene sólo un plano se divide, permitiendo que las señales a través de la división a través de su plano de tierra sin particiones, y los planos de potencia tienen una conexión de alta impedancia a través de perlas de ferrita. Esto no hará nada para mejorar su situación de ruido. Aquí hay una imagen, del Sr. Henry Ott, que es básicamente nuestro mesías en esta situación, el Jesús de la EMI/EMC.

Las corrientes de retorno querían fluir justo debajo de las corrientes positivas, pero con toda esa impedancia de por medio, fluirá proporcionalmente más a través de los otros caminos disponibles, de los cuales el acoplamiento capacitivo e inductivo entre los planos es uno de ellos.

Se trata de un circuito debidamente dividido con secciones analógicas y digitales. La alimentación analógica debe permanecer en la sección analógica, lo que te deja sin opción en la parte del plano de alimentación. Debes tener reguladores separados para cada sección analógica, así como uno para la sección digital, y la alimentación no regulada no debe entrar en la sección analógica. Esto significa que cada regulador se coloca directamente detrás de cada ADC, ligeramente en la sección digital. No alimente la parte digital de los ADCs con la alimentación digital, aliméntelo con la alimentación analógica pero a través de una cuenta de ferrita. Todas las entradas de alimentación deben mantenerse aisladas y reunirse en estrella directamente en la salida de la fuente de mayor voltaje que las alimenta.

Para decirlo sin rodeos, si la sección analógica de su aplicación tiene una resolución lo suficientemente alta como para beneficiarse en absoluto de los planos particionados, entonces debe utilizar 2 reguladores, uno para la sección analógica y otro para la digital. Si no estás dispuesto a hacer esto, entonces no ganarás nada dividiendo tus planos de potencia en primer lugar. Simplemente colócalo entre las dos secciones y acaba con ello. Y eso está bien - asumiendo que estás usando ADCs de 12 bits.

Si utiliza ADCs de mayor resolución, necesitará 2 reguladores.

Más información: La toma de tierra.

Imagen completa, conexión a tierra + alimentación, cómo configurar los carriles/planos de alimentación teniendo en cuenta la conexión a tierra.