Cómo conectar planos de tierra juntos

No hay uno.

Dicho esto, hay algunas cosas que he recopilado con el tiempo. Lo que haga con los planos de tierra depende en gran medida de lo que intente hacer. Podría estar tratando de proporcionar rutas de baja impedancia, o podría estar tratando de aislar un área de otra, o podría estar tratando de lidiar con EMI.

Ciertamente hay una penalización de rendimiento por hacerlo mal, pero es posible que no le importe a menos que esté tratando con circuitos de alta frecuencia o trabajo analógico de precisión. La cantidad de bits fluctuantes de la lectura del ADC con las entradas conectadas a tierra, o la pureza espectral de una señal de RF medida por un analizador de espectro, le dirá qué tan equivocado está con cualquier diseño. Por lo general, es imposible hacerlo correctamente al 100% (especificaciones de la hoja de datos) a menos que tenga un sistema tan simple como sus circuitos de prueba.

Los problemas de conexión a tierra más complicados tienen que ver con las frecuencias de RF y con señales que son débiles o pasan a través de trazas que son susceptibles de acoplamiento EMI en esa frecuencia. En frecuencias de microondas, un centímetro es suficiente para hacer una antena muy efectiva y desordenar las cosas. Recuerdo que un profesor mío me dijo una vez que cuando trabajaba en la industria, dejaban muchos puntos en los que se podían cortocircuitar dos tierras, y luego un ingeniero probaba cada uno de ellos uno por uno para ver cuál daba el mejor actuacion. Estaban trabajando con circuitos de alta frecuencia (microondas).

Por lo general, hay tres tipos de 'plano de tierra' como elementos que desearía acortar.

1. Planos de tierra reales. Por alguna razón u otra, tiene muchos de ellos y desea conectarlos entre sí. Esta es probablemente la ocurrencia más común del problema en los circuitos de funcionamiento del molino.

2. Rastros de tierra/protección que se ejecutan junto con las líneas de señal que pueden proporcionar una ruta de retorno, protegiendo una señal de alta frecuencia o un enlace hacia/desde una fuente o sumidero de alta impedancia. Esto podría ser para evitar fugas de señal o para evitar el acoplamiento EMI.

3. Múltiples planos de tierra que en realidad son la misma tierra.

Para empezar, debe comprender que en realidad no existe una tierra universal, y también que diferentes tierras en el mismo circuito no son necesariamente la misma tierra. Un ejemplo típico con el que te encontrarías es una hoja de datos para un ADC que habla sobre bases analógicas y digitales. Esto es para asegurarse de que el circuito digital tan ruidoso no interfiera con el ADC de alta resolución por el que pagó más. Diferentes tipos de circuitos tienen diferentes características cuando se trata de su interacción con el suelo. Dado que los circuitos digitales se caracterizan por un pico repentino de corriente en cada reloj, tienden a ser particularmente ruidosos en la frecuencia del reloj y, posteriormente, en los armónicos y subarmónicos. Se supone que los condensadores de derivación se ocupan de esto,

De manera similar, las conexiones a tierra tienden a ser ruidosas porque las cargas como los motores y los solenoides tienden a ser ruidosos, ya sea por los efectos de la conmutación o por cosas como PWM. Las altas corrientes involucradas y la resistencia de tierra finita (incluso un trozo de cobre tiene cierta resistencia) significa que los transitorios que aparecen en la tierra de alimentación tienden a ser más altos. A veces, lo suficientemente alto como para arruinar por completo las medidas de su codificador mientras controla un motor, por ejemplo.

El objetivo, entonces, es aislar estos terrenos lo mejor que puedas. Eso significa que no se superponen, en absoluto. No pones tierra analógica en la parte superior y tierra digital en la parte inferior. Todo lo que tenga que ver con lo analógico va con la tierra analógica, y todo lo que tenga que ver con lo digital va con la tierra digital en áreas separadas de la pcb. Cuando el objetivo es el aislamiento, conecta los planos en un solo punto. Más de un punto puede ser desastroso, ya que genera bucles de corriente y, por lo tanto, problemas de EMI y antenas no deseadas. El punto en el que todos los terrenos están en cortocircuito generalmente se conoce como el punto de tierra de estrella del circuito y es lo más cerca posible de un circuito de tierra de todo el circuito. En general, estos deben cortocircuitarse lo más cerca y centralmente posible de un lugar donde interactúan los dos circuitos, generalmente un ADC o DAC. En diseños verdaderamente casuales, los cortaría cerca del suministro y rezaría por lo mejor. Este es el tipo 1.

En el tipo 2, tiene algún tipo de rastro de guardia. Si el rastro está en el suelo, entonces probablemente esté preocupado por EMI y no por fugas. En el caso de una fuga, querrás conducir el protector cerca del nivel de la señal. En ambos casos, desea que la protección tenga la menor impedancia posible con respecto a la fuente. Esto significa múltiples vías cayendo al plano de tierra a intervalos regulares, si la pista se va a poner a tierra.

La tercera y algo menos exótica variedad, y realmente es una especie de declaración de lo obvio. Esto tiene que ver con las vías que llevan las tapas de desacoplamiento a tierra o las vías aleatorias que cortocircuitan los planos de tierra superior e inferior. Una vez que haya creado un suelo estelar y aislado las diferentes áreas, querrá que cada suelo sea lo más uniforme posible. Por ejemplo, no desea que haya una diferencia de potencial medible entre dos esquinas del plano de tierra analógico. Usted hace esto proporcionando una ruta de baja impedancia a la tierra de la estrella: cada pin o almohadilla que necesita ser conectado a tierra va al plano que le proporciona un tiro directo al punto de tierra de la estrella. Tener el avión tiene la ventaja adicional de proporcionar una ruta de retorno debajo de cada rastro de señal, lo que evita la formación de bucles de corriente que pueden actuar como antenas. En los casos en que se deba romper el plano de tierra, pero necesita tener una ruta de retorno, proporcionaría una ruta alternativa a través de otra capa. Si tiene varios planos con tierra en la misma área (nota: estos deben ser la misma tierra), las vías periódicas pueden ayudar a reducir ligeramente la impedancia.