Jak mogę ułatwić trzymanie wielu podstaw (tj. AGND, DGND itp.) W układzie przy użyciu Eagle?

Zaprojektowałem kilka płytek drukowanych, w których musiałem utrzymywać separację uziemień różnych części obwodu, tj. Analogowych, cyfrowych i wysokiej mocy. Używam Cadsoft Eagle do schematycznego przechwytywania i układu. Łatwo jest zdefiniować różne symbole podłoża w edytorze schematów. Każdy z nich ma własną nazwę sieci. Jednak wszystkie uziemienia muszą być ostatecznie połączone w jednym punkcie na płytce drukowanej, aby określić ogólne odniesienie do uziemienia. Podczas podłączania jednego uziemienia (lub źródła zasilania) do drugiego, Eagle zasadniczo zastępuje jedną z nazw sieci z drugą, tzn. Usuwa ich charakterystykę. Jest to rozsądne z idealistycznego punktu widzenia elektrycznego, który zakłada, że ​​przewody nie mają impedancji. Jednak w prawdziwym świecie nie ma takiej impedancji zerowej lub uziemienia! To nadrzędne zachowanie nazwy sieciowej przeszkadza w projektowaniu PCB. Jak obejść to zachowanie? Nie jest to duży problem na schemacie, ponieważ symbole zapasów są zachowane, a nazwy sieci są ukryte. Jednak w edytorze układu po połączeniu gruntów pozostaje tylko jedna unikalna nazwa sieci naziemnej.

W układzie można ręcznie oddzielić odrębne podstawy, mimo że mają tę samą nazwę sieci, i połączyć je w jednym punkcie. W ten sposób nadal można osiągnąć cel projektowy tylko z jednym specjalnie uzasadnionym gruntem. Jest to jednak logistyczny koszmar oddzielający wyraźne ślady gruntu, gdy mają te same nazwy sieci.

Czy jest na to lepszy sposób?

Próbowałem stworzyć własną część Orła, w której wiele różnych obszarów łączy się elektrycznie, ale nie mają tych samych nazw sieci. Część była tylko serią nakładających się fizycznie padów SMD. Każdy pad może być połączony z unikalną nazwą sieci, zachowując w ten sposób odrębne uziemienia, ale zapewnia połączenie elektryczne między uziemieniami. Wydawało się, że działa to dobrze z wadą polegającą na tym, że kontrola zasad projektowania (DRC) uważała, że ​​nakładające się pady stanowią problem. W rzeczywistości Sparkfun ma część orła, która to robi, jednak zdecydowali się trzymać pady oddzielone, tj. Nie nakładać się. To rozwiązuje problem DRC, ale wtedy płyta nie jest prawidłowo podłączona elektrycznie. To wcześniej powodowało błędy na jednej z moich płyt.

Czy istnieje dobre rozwiązanie tego problemu? Czy Eagle jest w tym dziwny? Czy inne narzędzia EDA radzą sobie z tym lepiej niż Eagle? Robię coś złego? Od pewnego czasu jest to dla mnie źródłem irytacji.

Utwórz ślad za pomocą padów GND i AGND. Narysuj miedź między tymi elektrodami. Tak, spowoduje to błąd „nakładania się” DRK, jak pokazano poniżej:

Jest OK . U dołu znajdują się trzy przyciski:

• Wyczyść wszystko
• Obrobiony
• Zatwierdzać

„Wyczyść wszystko” spowoduje tymczasowe wyczyszczenie listy dla tego przebiegu DRK. Nie jestem pewien, dlaczego to jest przydatne; po prostu zamknij okno, jeśli chcesz je skrócić.

„Przetworzone” zniknie kolor czerwonego X. Jest to potencjalnie przydatne, jeśli przeglądasz długą listę błędów DRC i naprawiasz je podczas pracy; możesz śledzić te, które według ciebie poprawiłeś.

„Zatwierdź” jest jedynym, z którego regularnie korzystam. To przenosi błąd z listy błędów do listy dozwolonych:

i utrzymuje go tam przy kolejnych uruchomieniach DRK. Zauważ, że to przenosi ten konkretny błąd tylko z tą konkretną parą sieci w tej konkretnej lokalizacji. Zamknięcie tego okna i ponowne uruchomienie DRC powoduje wyświetlenie powiadomienia „DRC: 1 zatwierdzone błędy”

i brak okna dialogowego „Błędy DRC”. Możesz odzyskać to okno dialogowe, tworząc błąd lub (najlepiej) errorspolecenie, żółty wykrzyknik na powyższym zrzucie ekranu lub menu Narzędzia -> Błędy.

Funkcja „Zatwierdź” istnieje z tego samego powodu, dla którego mamy takie narzędzia

#pragma GCC diagnostic ignored "-Warning"

Czasami można zignorować błąd DRC. To jest jeden z tych czasów.

Robię to za pomocą specjalnych urządzeń, które stworzyłem w tym celu, które nazywam „spodenkami”. Są to przylegające podkładki i nie wymagają instalowania żadnych komponentów. Na schemacie są one przedstawiane jako lekko pogrubiona linia. Chodzi o to, że wyglądają jak połączenie na schemacie z wystarczającą wyrazistością, aby je zobaczyć, ale mam nadzieję, że nie przeszkadzają. Ponieważ są to osobne urządzenia z punktu widzenia Orła, możesz je umieścić w dowolnym miejscu, tak jak każde inne urządzenie. Tak krótki jest na dole strony 1 schematu USBProg . Ten konkretny ma oznaczenie komponentu SH2 i jest pojedynczym punktem połączenia między masą zasilania a masą płyty głównej.

Moje szorty są dostępne bezpłatnie w wydaniu Eagle Tools na www.embedinc.com/pic/dload.htm . Istnieją różne szorty, w zależności od tego, na której warstwie chcesz je mieć lub od tego, czy krzyżują się.

Jedyną wadą Eage jest to, że za każdym razem dostaniesz wiele uciążliwych błędów DRC. Słyszę, że w wersji 6 będzie można powiedzieć w pakiecie, że pewne rzeczy mogą się nakładać, ale na razie nie ma na to sposobu.

Wiele płaszczyzn naziemnych jest absolutnie niezbędnych. Z pełnym szacunkiem dla pana Ott, ponieważ wszystko, co mówi, nie jest złe samo w sobie, po prostu dochodzi do niepełnego wniosku z powodu pominięcia rozważania strony analogicznej. Brakuje pana Ott'a w tym, że w samej sekcji analogowej wiele płaszczyzn uziemienia - po jednej dla każdego funkcjonalnego bloku obwodu analogowego - ułożonych w układzie gwiazda-ziemia, jest wymogiem dla niskiego szumu (Douglas Self " Small Signal Audio Projekt „Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html). Podczas gdy te dwa odniesienia odnoszą się konkretnie do konstrukcji audio, zasady są jeszcze ważniejsze w wysoce precyzyjnych obwodach analogowych w aplikacjach do akwizycji danych i / lub sterowania.

Powstaje zatem pytanie: w jaki sposób wdrażamy cyfrowe uziemienie w projekcie posiadającym wiele analogowych uziemień? Błędem jest „blapowanie” płytki drukowanej za pomocą jednej płaszczyzny uziemienia i stosowanie wyłącznie technik układu opisanych przez pana Ott'a, aby uniknąć zakłóceń między sekcjami analogową i cyfrową. Jeśli to zrobisz, wydajność analogowa może ucierpieć z powodu zakłóceń analogowo-analogowych .

W typowym projekcie każdy ADC lub DAC będzie prawdopodobnie związany z różnymi sekcjami funkcjonalnymi obwodów analogowych. Zapewnić analogiczną „wyspę” uziemienia dla każdej z tych sekcji z niezależną ścieżką powrotną ziemi, ułożoną w układzie gwiazda-ziemia, z powrotem do „ziemi odniesienia”. To uziemienie odniesienia niekoniecznie jest uziemieniem zasilacza (lub akumulatora). Jeżeli istnieje regulator dostarczający moc analogową, wówczas masą odniesienia jest bolec uziemiający regulatora. Jeśli chodzi o stronę cyfrową, kołek uziemiający regulatora zasilającego stronę cyfrową (jeśli inny niż ten zasilający stronę analogową) powinien również zostać przywrócony do masy odniesienia za pomocą możliwie krótkich śladów. Uziemienie cyfrowe powinno być również realizowane jako izolowana wyspa z niezależnym powrotem uziemienia z powrotem do uziemienia odniesienia.

Teraz mamy do czynienia z interfejsem między sekcjami analogową i cyfrową. To zawiera

1. oddzielne analogowe i cyfrowe uziemienie na urządzeniach ADC i DAC,
2. oddzielne źródła zasilania dla sygnału analogowego i cyfrowego na tym samym urządzeniu i
3. linie sterujące, takie jak magistrale I2C lub PCI.

(1) Oddzielne podstawy analogowe i cyfrowe.
Projektanci układów scalonych sygnałów mieszanych wiedzą, że analogowe i cyfrowe uziemienie powinno być połączone razem, ale nie mogą zapewnić tej łączności wewnątrz układu scalonego z powodu ograniczeń geometrii połączeń matrycy i pada. Dlatego zaleca się, aby zawsze połączyć te dwa punkty zewnętrznie jak najbliżej układu scalonego. Należy pamiętać, że nie zawsze tak jest - wiele przetworników cyfrowo-analogowych i potencjometrów cyfrowych (forma przetwornika cyfrowo-analogowego) nie ma osobnych styków uziemienia analogowych i cyfrowych. W przypadku tych urządzeń połączenie zostało już wykonane w układzie scalonym. Podczas łączenia uziemienia analogowego i cyfrowego połączoną parę należy połączyć z analogową płaszczyzną uziemienia dla tego odcinka obwodu.

(2) Oddzielne analogowe i cyfrowe materiały eksploatacyjne na tym samym urządzeniu
Te samoloty energetyczne będą oddzielne, nawet jeśli będą miały to samo napięcie. Cyfrowa płaszczyzna mocy powinna być odizolowana od regulatora źródłowego (i mocy analogowej, jeśli jest napędzana przez ten sam regulator) za pomocą ferrytu. Podłącz cyfrową moc układów scalonych sygnałów mieszanych do cyfrowej wyspy mocy; przynajmniej obejść zasilanie analogowe i cyfrowe do styku uziemienia układu scalonego za pomocą kondensatorów ceramicznych (zalecane są 100nF X7R / X5R, niektórzy producenci układów scalonych zalecają dodatkowe kondensatory - przestrzegaj wszelkich wskazówek podanych w karcie danych). Postępuj zgodnie z wytycznymi dotyczącymi najlepszych praktyk, umieszczając kondensatory obejściowe jak najbliżej styków urządzenia. Upewnij się, że cyfrowy kondensator obejściowy jest podłączony do połączonego uziemienia analogowego i cyfrowego po stronie styku cyfrowego uziemienia; nie powinien łączyć się gdzieś „pomiędzy” piny analogowe i cyfrowe. Przypomnijmy, że kondensator obejściowy zasilacza cyfrowego jest w rzeczywistości źródłem impulsów prądowych, które występują, gdy stan urządzeń cyfrowych zmienia się. Tak więc pętla prądowa prądu przemiennego od styku zasilania cyfrowego, przez kondensator, do styku uziemienia (strona cyfrowa) i z powrotem przez urządzenie do styku zasilania cyfrowego - pętla prądu, która może emitować promieniowanie. Dlatego ważne jest, aby umieścić kondensator obejściowy jak najbliżej urządzenia, minimalizując w ten sposób rozmiar tej pętli prądowej. do styku uziemienia (strona cyfrowa) i z powrotem przez urządzenie do styków zasilania cyfrowego - pętli prądowej, która może i emituje promieniowanie. Dlatego ważne jest, aby umieścić kondensator obejściowy jak najbliżej urządzenia, minimalizując w ten sposób rozmiar tej pętli prądowej. do styku uziemienia (strona cyfrowa) i z powrotem przez urządzenie do styków zasilania cyfrowego - pętli prądowej, która może i emituje promieniowanie. Dlatego ważne jest, aby umieścić kondensator obejściowy jak najbliżej urządzenia, minimalizując w ten sposób rozmiar tej pętli prądowej.

(3) Linie sterujące, takie jak I2C i / lub szyny PCI
Jak dotąd, biorąc pod uwagę powyższe, mamy problem z podłączeniem linii sterujących, powiedzmy, mikrokontrolera do urządzeń z mieszanym sygnałem, ponieważ linie te muszą z definicji przechodzić ze strony cyfrowej na stronę analogową. W tym celu postępuj zgodnie z zaleceniami pana Ott, aby zapewnić pomost między analogowym a cyfrowym uziemieniem. Dla każdej wyspy analogowej, która ma linie sterujące łączące ją ze stroną cyfrową, zapewnij mostek z każdego uziemienia analogowego do uziemienia cyfrowego i poprowadź linie sygnałowe bezpośrednio nad tym mostem. W zależności od faktycznego układu i złożoności obwodu może istnieć pojedynczy mostek łączący się z więcej niż jednym analogowym uziemieniem. Jest to do przyjęcia - kluczową kwestią jest poprowadzenie wszystkich hałaśliwych linii kontrolnych przez most. Przyczyny tego są w pełni wyjaśnione w artykule pana Ott.

Podsumowując, powyższe techniki wymagają więcej pracy niż pojedynczej płaszczyzny uziemienia, ale są konieczne. Żadna z powyższych dyskusji nie neguje ani nie usuwa wskazówek pana Ott'a dotyczących ostrożnego układu i zawsze wiedząc, gdzie płyną ścieżki prądu stałego i przemiennego ( obie ścieżki - wysyłanie i wysyłaniepowrót). Większość automatycznych routerów będzie miała problem z zapewnieniem wysokiej jakości wyników, mając na uwadze powyższe. Zawsze będziesz musiał wykonać pewne trasowanie ręcznie - możliwą techniką oszczędzającą czas jest automatyczne trasowanie wysp obwodów i ręczne trasowanie połączeń, zwrotów masy, rozdziału mocy, linii sterowania. Niektóre aplikacje układów PCB mają słabą obsługę tworzenia mostków masy analogowo-cyfrowych, ponieważ skutecznie łączy różne sieci sygnałowe. Jeśli twoje oprogramowanie ma wyraźną obsługę tego, świetnie, jeśli nie, możesz zostać zmuszony do sytuacji, w której zastąpisz błąd wykryty przez proces DRC.

„Czy jest na to lepszy sposób?”

Tak, są na to dwa sposoby:

• Użyj jednej stałej, nieoświetlonej płaszczyzny uziemienia , jak zalecił Henry W. Ott.
• Użyj komponentu „wirtualnego zwarcia” („uziemienia gwiazdy”) i specjalnych reguł DRC.

Nie jestem pewien, jak to robisz w Eagle, ale w Altium ludzie sprawiają, że „wirtualny krótki” komponent jest bardzo podobny do tego, co już opisałeś. Wspominasz dylemat: Nakładanie nakładek na element „wirtualny krótki”, niestety, powoduje błąd DRC. Niestety rozdzielenie padów na „wirtualnym krótkim” komponencie powoduje, że sekcje nie są właściwie połączone elektrycznie. Istnieje trzeci wybór, rozwiązanie dylematu:

Podkładki „wirtualnego krótkiego” komponentu powinny być bardzo blisko siebie, ale nie nachodzące na siebie - 0,002 mil (2 mikro cali) braku kontaktu. Następnie napraw reguły DRC, aby dla tego jednego specjalnego elementu nie powodowały błędu usuwania. Tak mikroskopijnie małej szczeliny nie da się tak naprawdę zatkać na płytce drukowanej - w produkcji będzie ona zwarta, jak chcesz.

Czy jest jakiś sposób, aby sprawdzić, czy być może Henry Ott ma rację, a jedna nieprzerwana płaszczyzna uziemienia dla wszystkiego - analogowego, cyfrowego i zasilania - może działać najlepiej?

Trochę późno, ale wciąż oto, jak to zrobić:

Uzyskanie 2 różnych podstaw jest proste. Dodaj symbol ziemi na schemacie, a następnie nadaj mu nową wartość. Teraz przejdź do właściwości tego symbolu podłoża, a dostępna będzie dodatkowa opcja z napisem „nadpisz nazwę urządzenia”. Odznacz tę opcję.

Teraz narysuj przewód sieciowy do symbolu uziemienia i nazwij go na przykład AGND. Teraz twój symbol ziemi będzie miał tę samą nazwę sieci. Teraz ponownie nadaj symbolowi ziemi wartość, która mówi AGND, aby było bardziej jasne, że ten grunt to AGND, a nie na przykład drugi grunt.

Poniżej znajduje się kilka zdjęć, aby uczynić go nieco wyraźniejszym. Spójrz na lewy dolny róg ekranu, aby znaleźć nazwy sygnałów, aby zobaczyć, że działa.

coś, co działało dla mnie, było ukształtowanie geometrii wielokąta płaszczyzny podłoża tak, aby znajdowała się wokół drugiej płaszczyzny

Płaszczyzny uziemienia są nadal połączone poprzez jeden do jednego przez piny układu scalonego, ale ponieważ sieci mają tę samą nazwę, a ponieważ geometria nie pozwala na wypełnienie, Eagle nie łączy tych dwóch bezpośrednio