Właściwe omijanie i uziemienie to niestety przedmioty, które wydają się być źle nauczane i źle rozumiane. W rzeczywistości są to dwie osobne kwestie. Pytasz o ominięcie, ale w sposób dorozumiany dostałeś się do uziemienia.
W przypadku większości problemów z sygnałem, a ten przypadek nie jest wyjątkiem, pomaga rozważyć je zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Teoretycznie możesz analizować jedno z nich i matematycznie konwertować na inne, ale każdy z nich daje inny wgląd w ludzki mózg.
Oddzielenie zapewnia bliski rezerwuar energii, aby wygładzić napięcie od bardzo krótkotrwałych zmian poboru prądu. Linie z powrotem do zasilacza mają pewną indukcyjność, a zasilacz potrzebuje trochę czasu, aby zareagować na spadek napięcia, zanim wytworzy większy prąd. Na pojedynczej planszy może nadrobić zaległości zwykle w ciągu kilku mikrosekund (nas) lub dziesiątek z nas. Jednak chipy cyfrowe mogą zmienić swój bieżący pobór dużej ilości w zaledwie kilka nanosekund (ns). Osłona odsprzęgająca musi być zbliżona do mocy mikroukładu cyfrowego i przewodów uziemiających, aby wykonać swoje zadanie, w przeciwnym razie indukcyjność w tych przewodach przeszkadza w dostarczeniu dodatkowego prądu szybko, zanim główny prąd zasilający może nadrobić zaległości.
To był widok domeny czasu. W dziedzinie częstotliwości układy cyfrowe to źródła prądu przemiennego między ich pinami zasilania a uziemieniem. Zasilanie prądu stałego pochodzi z głównego zasilacza i wszystko jest w porządku, więc zignorujemy prąd stały. To źródło prądu generuje szeroki zakres częstotliwości. Niektóre częstotliwości są tak wysokie, że mała indukcyjność na stosunkowo długich odcinkach prowadzi do tego, że główny zasilacz zaczyna mieć znaczącą impedancję. Oznacza to, że te wysokie częstotliwości będą powodować lokalne wahania napięcia, o ile nie zostaną wyeliminowane. Osłona obejścia jest bocznikiem o niskiej impedancji dla tych wysokich częstotliwości. Ponownie, przewody do kołpaka obejściowego muszą być krótkie, w przeciwnym razie ich indukcyjność będzie zbyt wysoka i przeszkodzi kondensatorowi w zwarciu prądu wysokiej częstotliwości generowanego przez układ.
W tym widoku wszystkie układy wyglądają dobrze. Za każdym razem nasadka jest bliska mocy i uziemienia. Jednak nie lubię żadnego z nich z innego powodu i ten powód jest uzasadniony.
Dobre uziemienie jest trudniejsze do wyjaśnienia niż obejście. Zajmie to całą książkę, aby naprawdę zająć się tym problemem, więc będę tylko wspominał o kawałkach. Pierwszym zadaniem uziemienia jest dostarczenie uniwersalnego napięcia odniesienia, które zwykle uważamy za 0 V, ponieważ wszystko inne jest rozważane w odniesieniu do sieci uziemiającej. Pomyśl jednak, co się dzieje, gdy biegniesz przez sieć naziemną. Jego rezystancja nie jest równa zeru, co powoduje niewielką różnicę napięcia między różnymi punktami uziemienia. Rezystancja prądu stałego miedzianej płaszczyzny na płytce drukowanej jest zwykle wystarczająco niska, aby nie stanowiło to większego problemu dla większości obwodów. Czysto cyfrowy obwód ma co najmniej 100s marginesów szumu mV, więc kilka 10s lub 100s przesunięcia uziemienia uV nie jest wielkim problemem. W niektórych obwodach analogowych tak jest, ale nie o to tu chodzi.
Pomyśl, co się stanie, gdy częstotliwość prądu płynącego przez płaszczyznę podłoża będzie coraz wyższa. W pewnym momencie cała płaszczyzna uziemienia ma tylko 1/2 długości fali. Teraz nie masz już płaszczyzny uziemienia, tylko antenę. Pamiętajmy teraz, że mikrokontroler jest szerokopasmowym źródłem prądu z komponentami wysokiej częstotliwości. Jeśli przez chwilę pobierzesz jego bezpośredni prąd uziemienia przez płaszczyznę uziemienia, masz antenę centralną zasilaną centralnie.
Rozwiązaniem, którego zwykle używam i dla którego mam dowód ilościowy, że działa dobrze, jest utrzymanie lokalnych prądów o wysokiej częstotliwości poza płaszczyzną uziemienia. Chcesz utworzyć lokalną sieć zasilania mikrokontrolera i połączeń uziemiających, ominąć je lokalnie, a następnie mieć tylko jedno połączenie z każdą siecią do głównego systemu zasilania i sieci uziemiających. Prądy o wysokiej częstotliwości generowane przez mikrokontroler wychodzą z pinów zasilania, przez zaślepki obejściowe i wracają do pinów uziemiających. Wokół tej pętli może być wiele nieprzyjemnych prądów o wysokiej częstotliwości, ale jeśli ta pętla ma tylko jedno połączenie z zasilaniem płyty i sieciami uziemiającymi, wówczas prądy te w dużej mierze nie będą się z nimi wiązać.
Więc, aby przywrócić to do twojego układu, nie podoba mi się to, że każda nasadka obejściowa wydaje się mieć osobne połączenie z zasilaniem i uziemieniem. Jeśli są to główne płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia płyty, to źle. Jeśli masz wystarczającą liczbę warstw, a przelotki naprawdę przechodzą na lokalne płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia, to jest OK, o ile te lokalne płaszczyzny są podłączone do płaszczyzn głównych tylko w jednym punkcie .
Nie potrzeba do tego lokalnych samolotów. Rutynowo stosuję lokalną technikę zasilania i sieci naziemnych nawet na płytach 2-warstwowych. Ręcznie łączę wszystkie styki uziemienia i wszystkie styki zasilania, następnie zaślepki obejścia, a następnie obwód kryształu, zanim poprowadzę cokolwiek innego. Te lokalne sieci mogą być gwiazdą lub czymkolwiek znajdującym się bezpośrednio pod mikrokontrolerem i nadal umożliwiają kierowanie wokół nich innych sygnałów, zgodnie z wymaganiami. Jednak po raz kolejny te sieci lokalne muszą mieć dokładnie jedno połączenie z sieciami zasilającymi i uziemieniem płyty głównej. Jeśli masz płaszczyznę uziemienia na poziomie planszy, będzie tam jedna przez pewne miejsce do połączenia lokalnej sieci uziemienia z płaszczyzną uziemienia.
Zwykle idę trochę dalej, jeśli mogę. Umieszczam ceramiczne nasadki obejściowe 100nF lub 1uF jak najbliżej kołków zasilających i uziemiających, następnie kieruję dwie sieci lokalne (moc i uziemienie) do punktu zasilania i nakładam na nie większą (zwykle 10uF) kołpaki i wykonuję pojedyncze połączenia do uziemienia planszy i sieci zasilania po drugiej stronie czapki. Ta wtórna nasadka zapewnia kolejne bocznikowanie prądów o wysokiej częstotliwości, które uniknęły przecieku przez pojedyncze nasadki obejściowe. Z punktu widzenia reszty płyty zasilanie / zasilanie uziemienia do mikrokontrolera jest ładnie zachowywane bez dużej ilości nieprzyjemnych wysokich częstotliwości.
Więc teraz, aby w końcu odpowiedzieć na pytanie, czy masz układ, w porównaniu z najlepszymi praktykami. Myślę, że wystarczająco dobrze ominąłeś styki zasilania / uziemienia układu. Oznacza to, że powinien działać dobrze. Jeśli jednak każdy z nich ma osobne przejście do głównej płaszczyzny uziemienia, możesz później mieć problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi. Twój obwód będzie działał dobrze, ale możesz nie być w stanie legalnie go sprzedać. Pamiętaj, że transmisja i odbiór RF są wzajemne. Obwód, który może emitować RF ze swoich sygnałów, jest również podatny na wychwytywanie zewnętrznych sygnałów RF i powodowanie zakłóceń na szczycie sygnału, więc nie jest to tylko problem kogoś innego. Twoje urządzenie może na przykład działać poprawnie, dopóki nie uruchomi się pobliska sprężarka. To nie jest tylko scenariusz teoretyczny. Widziałem dokładnie takie przypadki,
Oto anegdota, która pokazuje, jak te rzeczy mogą naprawdę zmienić rzeczywistość. Firma produkowała małe gadżety, których wyprodukowanie kosztowało ich 120 USD. Zostałem zatrudniony do aktualizacji projektu i uzyskania kosztu produkcji poniżej 100 USD, jeśli to możliwe. Poprzedni inżynier tak naprawdę nie rozumiał emisji RF i uziemienia. Miał mikroprocesor, który emitował mnóstwo bzdur RF. Jego rozwiązaniem, aby przejść testy FCC, było zamknięcie całego bałaganu w puszce. Zrobił 6-warstwową deskę ze szlifowaną dolną warstwą, a następnie zlecił niestandardowy kawałek blachy przylutowany na nieprzyjemnym odcinku w czasie produkcji. Pomyślał, że po prostu zamykając wszystko w metalu, nie promieniowałoby. To nie tak, ale na marginesie nie zamierzam teraz w to wchodzić. Puszka rzeczywiście zmniejszyła emisje, więc po prostu skrzypiała podczas testów FCC z 1/2 dB do nadwyżki (że „
Mój projekt wykorzystywał tylko 4 warstwy, jedną płaszczyznę uziemienia o szerokości jednej płyty, brak płaszczyzn mocy, ale lokalne płaszczyzny uziemienia dla kilku wybranych układów scalonych z połączeniami z jednym punktem dla tych lokalnych płaszczyzn uziemienia i lokalnych sieci energetycznych, jak to opisałem. Krótko mówiąc, przekroczyło to limit FCC o 15 dB (to dużo). Dodatkową zaletą było to, że to urządzenie było również częściowo odbiornikiem radiowym, a znacznie cichszy zespół obwodów zasilał radio mniej szumów i skutecznie podwoił jego zasięg (to też dużo). Ostateczny koszt produkcji wyniósł 87 USD. Drugi inżynier nigdy więcej nie pracował dla tej firmy.
Właściwe obejście, uziemienie, wizualizacja i radzenie sobie z prądami pętli wysokiej częstotliwości naprawdę ma znaczenie. W tym przypadku przyczyniło się to do tego, że produkt był jednocześnie lepszy i tańszy, a inżynier, który go nie dostał, stracił pracę. Nie, to naprawdę prawdziwa historia.
Nie ma polaryzacji na obrazie, więc po prostu załóż, że jedna „Moc” jest uziemiona, a druga to VCC.
