¿Debería haber algún plano de tierra de PCB debajo de un oscilador de 16 MHz?

Para una PCB de 2 capas, ¿debe haber un plano de tierra debajo de un oscilador de 16 MHz? De este documento PDF, http://www.nxp.com/assets/documents/data/en/application-notes/AN2500.pdf , muestra la siguiente figura, ingrese la descripción de la imagen aquíque sugiere no tener ningún plano de tierra debajo de los componentes del oscilador.

mientras que una respuesta de aquí ( ¿Cuándo usar recortes del plano de tierra? ) dice:

De hecho, se recomienda encarecidamente ejecutar sus señales de alta velocidad directamente sobre un plano de tierra continuo;

Entonces mis preguntas son:

  1. ¿Las líneas para un oscilador de 16 MHz se considerarían de "alta velocidad"?

  2. ¿Sería correcto no tener ningún plano de tierra o energía debajo de las líneas del oscilador de 16 MHz + componentes relacionados?

El tablero probablemente funcionará bien de cualquier manera. Pero mantendría el plano de tierra sólido. La hoja de datos está preocupada por la capacitancia que altera el rendimiento del cristal. Tal vez la frecuencia. O tal vez solo la confiabilidad. Pero puede ajustarlo cambiando los valores de los condensadores. Estaría más preocupado por las emisiones radiadas, por lo que usaría un plano de tierra sólida.
¿Un oscilador de 16 MHz que crea un seno de 16 MHz (más bien velocidad media) o condiciona una onda cuadrada de aumento rápido a partir de él (f ... alta velocidad)?
Desde aquí, forum.arduino.cc/index.php?topic=60662.0 , asumiría que está creando una onda sinusoidal de 16 MHz, ya que estoy usando un oscilador de cristal con especificaciones similares. (tolerancia de frecuencia de 30 ppm). Si se considera "velocidad media", ¿las consideraciones del plano de tierra no importarían tanto?

Respuestas (3)

Elegir cortes de tierra en función de la velocidad de la señal es solo una parte de la historia. El oscilador y las 'señales de alta velocidad' de las que habla su enlace son situaciones diferentes.

Se recomienda que el oscilador use un diseño de circuito específico. Este es un circuito muy pequeño. Siga la hoja de datos. Un plano de tierra adyacente introduciría mucho C a tierra. Es probable que el oscilador requiera ciertas proporciones de capacitancia y capacitancia máxima para funcionar correctamente, de ahí su recomendación. En las frecuencias involucradas, para las longitudes de línea que se muestran, todo funciona, no se preocupe, simplemente siga la hoja de datos. La declaración 'para minimizar los parásitos' confirma que es el exceso de capacitancia lo que les preocupa. Incluso si no detiene la oscilación, el exceso de C aumentará el consumo de energía, lo que podría ser un problema en los diseños de menor potencia.

Las 'señales de alta velocidad' que cruzan un plano de tierra de un circuito integrado a otro deben tener cerca una ruta de corriente de retorno bien definida. La forma más sencilla de hacer esto es con un plano de tierra continuo debajo. Hay otros métodos, si sabes lo que estás haciendo, pero el plano de tierra ininterrumpido es fácil de hacer y siempre funciona. Si introduce interrupciones o cortes en el plano de tierra, esto interrumpe el flujo de corriente de retorno, lo que puede causar todo tipo de problemas que pueden ser bastante difíciles de diagnosticar.

Es importante que cuando haya despejado un parche del plano de tierra debajo de su oscilador, no enrute una señal de alta velocidad diferente a través de esa área, tanto por problemas con la integridad de esa señal como por posibles problemas de interferencia hacia/desde su oscilador.

AFAIK, los requisitos generales para cualquier circuito XTAL pasivo son los mismos: la rama XTAL debe estar aislada del resto tanto como sea posible, ya que es fundamental para evitar parásitos. Por lo general, estos son:

  • Los componentes deben colocarse lo más cerca posible de IC, con trazas cortas
  • No hay rastros de alta velocidad que pasen cerca o debajo
  • Evite la diafonía/acoplamiento entre trazas
  • La parte GND debe estar aislada de GND "general". Si se utiliza un plano, debe estar separado por un espacio (incluso del plano GND "general")
  • A veces se recomienda un anillo de protección: ruta GND con vías (consulte STM AN2867, por ejemplo)

Con respecto a varias técnicas, creo que es mejor averiguar por qué (requisitos) y luego decidir qué encaja y qué no.

Dado

T j i t t mi r = V norte o i s mi / S yo mi w R a t mi
y
S yo mi w R a t mi = 2 ∗ pag i ∗ dieciséis METRO H z ∗ 1 v o yo t = 100 v o yo t s / tu S
necesita identificar el Tjitter tolerable y ser realista acerca de dB/dT (cambio en la interferencia magnética cerca de XTAL/Cpi1/Cpi2/ MCUGND/MCUVDD/XTALin/XTALout).

Suponga que su PCB tiene SwitchingReg con un timbre discontinuo de 100 MHz de amplitud de 0,1 amperios, a 1 cm del XTAL/Cpi. 100 MHz pueden verse gravemente atenuados por SkinDepth, dependiendo de la dirección de llegada al área XTAL/Xpi de 1 cm por 1 cm.

Usando

V i norte d tu C mi = METRO tu 0 ∗ METRO tu r ∗ A r mi a / ( 2 ∗ pag i ∗ d i s t a norte C mi ) ∗ d yo / d T
el inducido
V norte o i s mi = 2 mi − 7 ∗ 1 C metro ∗ 1 C metro / 1 C metro ∗ ( 0.1 ∗ 628 mi + 6 )

Vruido es 2e-7 * 0,01 * 63e+6 = 126 e-7-2+6 = 126e-3 = 0,126 voltios.

El Jitter XTAL resultante, fuera del circuito de seno a cuadrado en el chip, es como antes

T j = V norte o i s mi / S yo mi w R a t mi
= 0,126 voltios/10^+8 voltios/seg = 10 nanosegundos * 0,126 = 1,26 nanosegundos.

¿Puede su sistema tolerar 1,26 nanosegundos de fluctuación, causada por el SwitchReg cercano que altera los voltajes XTAL?

A 16 MHz, período 66 ns, la fluctuación de fase de 1,3 ns es del 2 %.

Dada la naturaleza novata de su pregunta, ¿realmente crees que estás mejorando el estado de su comprensión al hablar de fluctuaciones, con una masa de ecuaciones desordenadas que estarían mejor representadas en mathjax? Noté que tienes 2 votos negativos, y ninguno de ellos es mío (todavía).
Tengo la intención de evitar cualquier parte de conmutación en la fuente de alimentación (es decir: batería / alimentación de laboratorio + regulador de voltaje lineal). ¿Sería el jitter un problema en este caso?
¿Qué tan cerca está el bus de datos MCU o la línea de reloj o la habilitación SPI? Una línea MCU, con 2,5v/2,5nS en 50pF produce una corriente de 0,05 amperios, que es el 50 % del ejemplo de 100 mA que usé anteriormente. El ruido de fase es Constante + (Tj)/ClockPeriod. En el mejor de los casos, con 1,2 nS/66 nS, su ruido de fase es 1/50 = -34 dB, no se puede usar para reproducción de audio ni para muestrear entradas de ADC, pero está bien para mediciones de sensor totalmente establecidas. [recuerda la "Constante"]
Mirando mi diseño de PCB, el pin de habilitación de CS más cercano que se usará está a 4,64 mm (~182 mils) de distancia, y la distancia desde el reloj SPI es mayor que eso. ¿Estos factores serían un problema si la frecuencia de muestreo de mi ADC es muy baja, como alrededor de 10 kHz o menos?
Ejecutar 5volt CS y SPIclk cerca de los nodos Cpi1/2 inyectará voltajes (campos magnéticos) y cargas (campos eléctricos). Tener planos GND debajo reducirá la energía inyectada; mover las huellas del agresor y la víctima 2X más separadas reducirá la energía 1/D^3 para la inyección de Efield. ¿Tu ADC maneja música? ¿voz? informacion de sensores?
Bien, es bueno saberlo, puedo diseñar para usar un pin CS de 5V más lejos. Mi ADC solo maneja la información del sensor, con un ancho de banda de interés de ~0-5kHz (o menos).
Si mide datos de sensores de CC, donde su cambio entre sensores es T (p. ej., 100uS) y sus circuitos analógicos tienen constantes de tiempo de 1uS, entonces la variación temporal del muestreo no importa porque ha proporcionado mucho tiempo para que el canal se estabilice. al valor de CC antes de que se active el ADC. Simplemente retrase el ADC por unos pocos uS (cada uS proporciona otra medición mejorada de 8.6dB o 1.5bits, debido a una configuración más precisa; para 16 bits, necesita una configuración de 10 tau; para 12 bits, necesita una configuración de 8 tau (el concepto es el Neper).
Gracias, consideraré la demora del ADC para realizar las mediciones en el futuro.
¿Debería haber algún plano de tierra de PCB debajo de un oscilador de 16 MHz?
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