Dlaczego dokładnie odradza się szczelinowanie płaszczyzny podłoża?

Od czasu do czasu słyszę (i czytam), że nie jest dobrze tworzyć osobne płaszczyzny Gnd dla części obwodu cyfrowego i analogowego. Wszystko to streszcza następująca zasada: „Nie dziel samolotu Gnd, nie rób w nim luk”. Zwykle przychodzi to bez jasnego wyjaśnienia.

Najbliższe wyjaśnienie to link: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . Autor zwraca uwagę, że prądy powrotne będą zginać się wokół szczeliny, tak że pola powierzchni prądów stają się duże (granice tego obszaru są zdefiniowane przez prąd „odpływający” i „powracający”):

Prądy powrotne różnych sygnałów są ściskane razem w rogach szczeliny, co prowadzi do przenikania. Większa powierzchnia bieżących pętli wyemituje i odbierze EMC.

Na razie w porządku. Rozumiem, że żadne sygnały nie powinny być przesyłane przez taką przerwę. Zakładając, że pamiętasz tę zasadę, czy nadal źle byłoby robić luki w płaszczyźnie Gnda (np. Dokonując podziału na części obwodu analogowego i cyfrowego)?

Prądy powrotne o wysokiej częstotliwości chcą podążać za prądami zewnętrznymi z powodu indukcyjności.

Jeśli zmusisz prądy powrotne do obrania innej ścieżki, wydarzy się kilka złych rzeczy.

1. Tworzysz pętlę, która może odbierać i transmitować zakłócenia magnetyczne.
2. Wprowadzasz dodatkową indukcyjność na ścieżce sygnału, co może zmniejszyć integralność sygnału.

Należy pamiętać, że sygnały cyfrowe z szybkimi zboczami mogą wytwarzać silne skoki wysokiej częstotliwości, nawet jeśli szybkość przełączania jest niska.

Zauważ również, że zewnętrzna ścieżka nie zawsze może obejmować tylko ścieżki, może znajdować się wewnątrz komponentu. Nawet jeśli komponent ma osobne analogowe i cyfrowe styki zasilania i uziemienia, prawdopodobnie pewne sygnały przekroczą granicę wewnątrz układu.

OTOH przy prądach o niskich częstotliwościach podąża ścieżkami wyznaczonymi pierwotnie przez rezystancję. Tak więc dzielenie płaszczyzn może być użyteczną techniką wpływania na przebieg prądu powrotnego ścieżki i unikanie wspólnej impedancji.

Jeśli masz dokładnie jedno miejsce, w którym sygnały przekraczają granicę sygnału mieszanego, a następnie podzielenie płaszczyzny ma sens, zmusza analogowe prądy powrotne do pozostania po stronie analogowej, a cyfrowe prądy powrotne do pozostania po stronie cyfrowej.

Jeśli masz wiele miejsc, w których sygnały muszą przekroczyć granicę mieszanego sygnału (tj. Wiele ADC, wiele analogowych układów przełączających itp.), Korzyści z rozdzielenia stają się znacznie bardziej wątpliwe. Każdy miksowany sygnał wymaga połączenia między dwiema płaszczyznami, ale po umieszczeniu wielu połączeń między płaszczyznami tracisz wiele korzyści z ich podziału.

Rozumowanie jest bardzo podobne do trendu odchodzenia od podziału na cyfrowe i analogowe. Chodzi o prąd powrotny

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

Priorytetem nr 1 jest umieszczenie rzeczy we właściwym miejscu na planszy.

Na przykład, jeśli masz złącze wejścia zasilania po lewej stronie, sterownik silnika i jego złącza wyjściowe po prawej stronie, a wrażliwe bity analogowe na środku, zaczynasz źle.

Lepiej umieść złącze zasilania obok wyjść wysokoprądowych, dzięki czemu wysokie prądy płyną naturalnie w sposób ułatwiający pracę.

Najlepszym IMO jest również użycie płaszczyzn podziału (AGND, DGND), a następnie umieszczenie wszystkich komponentów na odpowiedniej płaszczyźnie, a na koniec ... usunięcie podziału i przekształcenie go w stałą płaszczyznę uziemienia. To zmusza cię do dobrego umiejscowienia.

Co do reszty, to pytanie jest mniej więcej takie samo, radzę przeczytać odpowiedzi.

Jest to trudny temat, często ze sprzecznymi informacjami. Jednym z często spotykanych przykładów jest układanie miedzi w przetwornikach analogowo-cyfrowych. Często arkusze danych określają trzymanie analogowego powrotu uziemienia oddzielnie od części cyfrowej i wiązanie ich tylko w jednym punkcie. Arkusze danych często określają, że określoną dokładność można osiągnąć tylko wtedy, gdy układ jest uziemiony w ten sposób.

Gdyby cała płyta była jednym układem AtoD, byłoby to łatwe, ale kiedy zaczniesz miksować DtoA, wzmacniacze operacyjne, komparatory i układy cyfrowe, szybko staje się to niepraktyczne.

Nie będę powtarzał tego, co inni mówili o dobrych praktykach związanych z układem. Podobnie jak równolegle rezystory, prąd będzie płynął po ścieżce najmniejszego oporu. Przy wysokiej częstotliwości indukcyjność płytek może przyczynić się do znacznej reaktancji. Ścieżka najmniejszej reaktancji dla prądu powrotnego byłaby dokładnie pod śladem sygnału w płaszczyźnie uziemienia.

Kiedy w płaszczyźnie uziemienia występują przerwy, prąd powrotny musi przejść dłuższą ścieżkę z powrotem do źródła, co skutkuje większą pętlą i wyższą indukcyjnością.

Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na ten temat, poleciłbym Inżynierowi kompatybilności elektromagnetycznej Henry W. Ott. To jest Biblia na EMC.