¿Cómo conectar cuatro planos de tierra diferentes en la misma PCB?

Estoy trabajando en un proyecto que utiliza el cargador de batería multiquímica LTC4020 de Linear Technology. El diseño incluye un microcontrolador (NXP KL25Z) para proporcionar salidas adicionales y capacidades de comunicación.

El LTC4020 debe estar conectado a SGND (tierra de señal) y PGND (tierra de alimentación), ambos planos deben estar conectados en un solo punto para seguir la filosofía de tierra en estrella. En el circuito de demostración DC2044A , esta conexión se realiza directamente debajo del IC, como se muestra en la imagen a continuación, así que traté de seguir este enfoque en mi PCB.

Conexiones del plano de tierra en el circuito de demostración

El microcontrolador tiene pines separados para conexiones a tierra analógicas y digitales (AGND y DGND), por lo que tenemos un total de cuatro conexiones a tierra en el diseño (SGND, PGND, AGND y DGND). Creo que podemos tratar SGND y AGND de la misma manera, pero no estoy tan seguro de qué hacer con los motivos restantes.

En el artículo "Estar bien conectado a tierra" de Analog Devices, el autor sugiere que la conexión a tierra analógica debe usarse como ruta de retorno para los circuitos analógicos y digitales en dispositivos de señal mixta, siempre que las corrientes de retorno de la sección digital no sean demasiado altas. alto. Desafortunadamente, no creo que este sea el caso con el microcontrolador.

Por un lado, no me gustaría usar el plano AGND/SGND como ruta de retorno para el circuito digital del microcontrolador porque los transitorios de conmutación rápida pueden inyectar algo de ruido en la sección analógica, pero por otro lado, usar tres conexiones a tierra diferentes los aviones pueden no ser una buena idea.

¿Usar tres planos de tierra diferentes es el mejor enfoque en esta aplicación?

¿Cuál es la mejor estrategia para conectar estos tres planos de tierra?

Gracias de antemano.

Respuestas (1)

Suponga que necesita pisos de ruido de 1 milivoltio para el cargador de batería. Supongamos que las tasas de borde del microcontrolador causan un movimiento de energía de 1 GigHertz. Supongamos que la inductancia de la ruta de retorno es de 10 nanoHenries (alrededor de 1 cm de cable o 10 cm de plano GND). Suponga que el microcontrolador tiene transiciones de 5 voltios, en cargas de 10pF.

¿Cuánto ruido?

5 voltios a 1 GHz en 10 pF ===?

Z(10pF a 1GHz) == -j15,9 ohmios. Llámalo 16 ohmios, en nuestra pretendida precisión.

La corriente en el 10pF (esa corriente que necesita una ruta de retorno) es de 5 voltios / 16 ohmios, o 300 miliamperios (pico, pico-pico, RMS, lo ignoraremos).

¿Qué caída de voltaje a través de la ruta de retorno (la ruta GND)?

Z(10nH a 1GHz) == +j63 ohmios. Llámalo 63 ohmios.

¿Qué caída de voltaje? V = I * R = I * Z = 0,3 amperios * 63 ohmios = 18,9 voltios.

Pero solo tenemos 5 voltios. Por lo tanto, este circuito debe modelarse con el Z (inductor) que limita la corriente, no solo la corriente que limita la capacitancia.

¿Qué aprendemos? este es un problema muy ruidoso, bajo las suposiciones que te he dado.

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