Jak mam połączyć AGND i DGND

Czytałem o uziemieniu w systemach sygnałów mieszanych. Czy mam rację, że najlepiej grupować elementy analogowe i cyfrowe, a następnie mieć jedną płaszczyznę uziemienia, o ile trasy cyfrowe nie przechodzą przez część analogową, a trasy analogowe nie przechodzą przez część cyfrową?

Podświetlona część po lewej stronie pokazuje masę analogową, a prawa podświetla masę cyfrową dla tego samego obwodu. Element po prawej stronie to 80-pinowy MCU z 3 przetwornikami sigma-delta ADC.

Czy to lepiej

1. niech AGND i DGND zostaną powiązane na ADC MCU
2. połączyć DGND i AGND przez cewkę / rezystor
3. mieć jedną płaszczyznę uziemienia (DGND = AGND)?

PS, kiedy czytałem, celem jest zapobieganie zakłóceniu AGND przez DGND, zdefiniowałem główną płaszczyznę uziemienia jako AGND

Łączenie podstaw cyfrowych i analogowych jest dość kontrowersyjną kwestią i może wywołać debatę / spór. Wiele z tego zależy od tego, czy twoje tło jest analogowe, cyfrowe, RF itp. Oto kilka komentarzy opartych na moim doświadczeniu i wiedzy, które mogą różnić się od innych ludzi (jestem głównie sygnałem cyfrowym / mieszanym)

To zależy od tego, na jakich częstotliwościach pracujesz (cyfrowe wejścia / wyjścia i sygnały analogowe). Wszelkie prace nad łączeniem / oddzielnymi uziemieniami będą kompromisowe - im wyższe częstotliwości, na których pracujesz, tym mniej tolerujesz indukcyjność na swoich ścieżkach powrotnych uziemienia i tym bardziej odpowiednie będzie dzwonienie (płytka drukowana, która oscyluje przy częstotliwości 5 GHz) nie ma znaczenia, jeśli mierzy sygnały przy 100 kHz). Twoim głównym celem poprzez oddzielenie uziemienia jest utrzymanie hałaśliwych pętli prądowych z dala od wrażliwych. Możesz to zrobić na jeden z kilku sposobów:

Star Ground

Dość powszechne, ale dość drastyczne podejście polega na tym, aby wszystkie uziemienia cyfrowe / analogowe były oddzielone tak długo, jak to możliwe, i połączyć je razem tylko w jednym punkcie. Na przykładowej płytce drukowanej osobno śledzisz cyfrową masę i dołączasz do źródła zasilania najprawdopodobniej (złącze zasilania lub regulator). Problem polega na tym, że gdy cyfrowy musi wchodzić w interakcje z analogiem, ścieżka powrotna dla tego prądu jest w połowie w poprzek płyty iz powrotem. Jeśli jest głośno, cofasz dużo pracy przy rozdzielaniu pętli i tworzysz obszar pętli, aby emitować EMI na całej płycie. Dodajesz również indukcyjność do ścieżki powrotnej uziemienia, co może powodować dzwonienie płyty.

Ogrodzenie

Bardziej ostrożne i zrównoważone podejście do pierwszego, masz solidną płaszczyznę uziemienia, ale spróbuj ogrodzić w hałaśliwych ścieżkach powrotnych z wycięciami (twórz kształty U bez miedzi), aby uzyskać współosiowe (ale nie wymuszone) prądy powrotne, aby przyjąć konkretny ścieżka (z dala od wrażliwych pętli uziemienia). Wciąż zwiększasz indukcyjność ścieżki uziemienia, ale znacznie mniej niż w przypadku uziemienia gwiazdy.

Solid Plane

Akceptujesz, że każde poświęcenie płaszczyzny uziemienia dodaje indukcyjność, co jest niedopuszczalne. Jedna solidna płaszczyzna uziemienia obsługuje wszystkie połączenia uziemienia, przy minimalnej indukcyjności. Jeśli robisz coś RF, jest to właściwie trasa, którą musisz wybrać. Fizyczna separacja według odległości jest jedyną rzeczą, której można użyć do zmniejszenia sprzężenia akustycznego.

Słowo o filtrowaniu

Czasami ludzie lubią łączyć ferrytowy koralik w celu połączenia ze sobą różnych płaszczyzn uziemienia. O ile nie projektujesz obwodów prądu stałego, rzadko jest to skuteczne - istnieje większe prawdopodobieństwo, że dodasz do swojej płaszczyzny uziemienia masywną indukcyjność i przesunięcie prądu stałego i prawdopodobnie zadzwoni.

Mosty A / D

Czasami masz ładne obwody, w których analog i cyfrowy są bardzo łatwo oddzielane, z wyjątkiem A / D lub D / A. W takim przypadku możesz mieć dwie płaszczyzny z linią separacji, która biegnie pod układem scalonym A / D. Jest to idealny przypadek, w którym masz dobrą separację i nie ma prądów powrotnych przecinających płaszczyzny podłoża (z wyjątkiem wewnątrz układu scalonego, gdzie jest bardzo kontrolowany).

UWAGA: ten post może zrobić z kilkoma zdjęciami, rozejrzę się i dodam je trochę później.

W rzeczywistości zaobserwowano tendencję do oddalania się od podzielonych płaszczyzn ziemi i zamiast tego koncentrowano się na separacji położenia ORAZ uwzględnieniu ścieżki prądu powrotnego.

• Nie dziel płaszczyzny uziemienia, użyj jednej płaszczyzny stałej pod analogową i cyfrową sekcją płyty
• Użyj płaszczyzn uziemienia o dużej powierzchni dla ścieżek powrotnych prądu o niskiej impedancji
• Zachowaj ponad 75% powierzchni planszy dla płaszczyzny podłoża
• Oddzielne analogowe i cyfrowe płaszczyzny zasilania
• Użyj solidnych płaszczyzn uziemienia obok płaszczyzn mocy
• Znajdź wszystkie analogowe komponenty i linie ponad analogową płaszczyzną mocy oraz wszystkie cyfrowe komponenty i linie ponad cyfrową płaszczyzną mocy
• Nie kieruj śladów nad podziałem w płaszczyznach mocy, chyba że ślady, które muszą przejść przez podział płaszczyzny mocy, muszą znajdować się na warstwach przylegających do stałej płaszczyzny uziemienia
• Zastanów się, gdzie i jak faktycznie płyną prądy powrotne gruntu
• Podziel płytkę PCB na osobne sekcje analogowe i cyfrowe
• Umieść elementy prawidłowo

Lista kontrolna projektu z mieszanym sygnałem

• Podziel płytkę PCB na osobne sekcje analogowe i cyfrowe.
• Umieść elementy prawidłowo.
• Wejdź na partycję za pomocą konwerterów A / D.
• Nie dziel płaszczyzny podłoża. Użyj jednej płaszczyzny stałej zarówno pod analogową, jak i cyfrową sekcją płyty.
• Kieruj sygnały cyfrowe tylko w cyfrowej części płyty. Dotyczy to wszystkich warstw.
• Kieruj sygnały analogowe tylko w analogowej sekcji płyty. Dotyczy to wszystkich warstw.
• Oddzielne analogowe i cyfrowe płaszczyzny zasilania.
• Nie kieruj śladów po podziale w płaszczyznach mocy.
• Ślady, które muszą przejść przez podział płaszczyzny mocy, muszą znajdować się na warstwach przylegających do stałej płaszczyzny uziemienia.
• Zastanów się, gdzie i jak faktycznie płyną prądy powrotne gruntu.
• Użyj dyscypliny routingu.

Pamiętaj, że kluczem do udanego układu PCB jest podział na partycje i stosowanie dyscypliny routingu, a nie izolacja płaszczyzn uziemienia. Prawie zawsze lepiej jest mieć tylko jedną płaszczyznę odniesienia (uziemienie) dla swojego systemu.

(wklejone z poniższych linków do archiwizacji)

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

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

Myślę, że masz rację, ale z pewnymi dodatkowymi względami. Z mojego doświadczenia wynika, że ​​(prawie) zawsze lepiej jest mieć jedną płaszczyznę uziemienia, zarówno cyfrową, jak i analogową, ale BARDZO uważaj na rozmieszczenie elementów. Zachowaj dobrą separację sygnału cyfrowego i analogowego i zawsze bierz pod uwagę ścieżki powrotne do zasilacza. Pamiętaj, że nawet przy stałej płaszczyźnie uziemienia ścieżka powrotna przez płaszczyznę uziemienia będzie podążać ścieżką sygnału tak blisko, jak to możliwe, tj. Będzie podążać śladem sygnału, ale na płaszczyźnie uziemienia. To, czego musisz unikać, to ścieżka powrotna głośnych obwodów cyfrowych przecinająca ścieżkę powrotną obwodu analogowego - jeśli tak się stanie, wówczas uziemienie obwodu analogowego będzie głośne i bez cichej masy odniesienia, na którą cierpi obwód analogowy.

Postaraj się umieścić zasilacz / zasilacze w takiej pozycji na płytce drukowanej, aby ścieżki powrotne nie krzyżowały się. Jeśli jest to niemożliwe, zastanów się nad umieszczeniem wyraźnego powrotu uziemienia na innej warstwie (emulując topologię „gwiazdy” opisaną przez RocketMagnet), ale uważaj na sygnały, które przecinają sekcje analogową i cyfrową, jak wyjaśnił RocketMagnet. Podobny mechanizm można zastosować, gdy prawie cała płytka drukowana jest cyfrowa i istnieje jedynie wymóg bardzo małej analogowej powierzchni naziemnej (lub odwrotnie). W takim przypadku rozważyłbym posiadanie uziemienia cyfrowego i użycie wypełnienia kopertu na innej warstwie dla podłoża analogowego (zakładając, że masz wystarczającą liczbę warstw). Zastanów się, jak układają się twoje warstwy i umieść wypełnienie miedziane na najbliższej warstwie obwodu analogowego.

Używaj dużej ilości oddzielania (mieszania wartości). Nawiasem mówiąc, duże obszary miedzi pokazane na powyższej płytce drukowanej niewiele zrobią (z wyjątkiem działania jako radiator), ponieważ wydaje się, że nie ma żadnych przelotek, które pozwalałyby sygnałom powrotnym przechodzić przez szczeliny na innej warstwie. (Uwaga: oprogramowanie PCB nie usuwa „redundantnych” przelotek!)

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​najlepiej działało połączenie płaszczyzn uziemienia oddzielonych cewką indukcyjną. Nawet jeśli konstrukcja nie zapewnia źródła zasilania tylko dla sygnałów analogowych, należy również wprowadzić cewkę indukcyjną.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Tego rodzaju układ pomógł mi poprawić tłumienie szumów generowanych przez obwody cyfrowe.

W każdym razie uważam, że optymalny projekt zależy w dużej mierze od zastosowania.