¿Debo realmente dividir el plano de tierra en partes analógicas y digitales?

Tienes que pensar en términos de impedancia compartida (no resistencia, realmente impedancia).

Considere las partes del circuito que usan GND como referencia de 0 V para fines analógicos sensibles. Obviamente, desea que cada una de estas "referencias de 0 V" tenga el mismo potencial de "0 V". Sin embargo, la corriente que atraviesa el plano GND introducirá un voltaje de error adicional además de los "0V" de cada chip.

Ahora dibuje un esquema de su GND, con las corrientes que lo atraviesan.

Si no divide el avión, pero tiene altas corrientes que lo atraviesan, porque coloca el conector de entrada de alimentación en el lado izquierdo, el conector de salida de alimentación en el lado derecho y los bits analógicos súper sensibles en el medio, entonces usted podría tener un problema debido a la alta corriente que fluye en GND y crea un gradiente de voltaje.

Dependiendo de la frecuencia, considere la impedancia (es decir, la inductancia, no solo la resistencia).

Ahora, hay varias soluciones para esto.

• Puede colocar sus conectores de alimentación en lugares más razonables (es decir, la entrada de alimentación junto a la salida de alimentación) para que las corrientes altas no viajen en su plano GND. Esto se aplica a todos los bucles de corriente que transportan corrientes di/dt grandes, ruidosas o altas, como los bucles internos de un DCDC, o los bucles entre este y su carga (por ejemplo, una CPU) o incluso la ruta de tierra entre una tapa de desacoplamiento y el chip se desacopla.

¡Asegúrate de saber dónde están estos bucles! Ordénalos por problemas (más o menos "área * di/dt" para CA o "área*I" para CC). La colocación es fundamental. Una buena ubicación con bucles de corriente ajustados hace que el diseño sea un dolor de cabeza mucho menor.

• Podría usar amplificadores diferenciales y ADC que ignoren el ruido de modo común.

Esto es obligatorio si el voltaje a detectar se encuentra en una derivación de corriente del lado alto. Ahora supongamos que usa un amplificador de detección de corriente, por ejemplo. No olvide que cualquier voltaje que esté en su pin de "referencia de salida" (a menudo mal etiquetado como "GND") se agrega directamente a la salida... así que no pegue el amplificador de detección entre dos MOSFET con su pin "GND" en el medio del "motor". "ruta de retorno actual"...

• También podría dividir el avión, pero luego debe decidir dónde lo dividirá. Y (aquí es donde las cosas se ponen feas) donde conectas tus dos tierras en DC (o en altas frecuencias si usas aisladores...

Llamemos a sus dos terrenos AGND y PGND (analógico y potencia). Algunos dicen que se divida y se una a AGND/PGND o AGND/DGND bajo el ADC. Esto significa que cualquier corriente que corra entre AGND y PGND tiene que fluir en el enlace de tierra debajo del ADC ahora, que es el peor lugar posible.

Una solución que tiene mucho sentido es la "división oculta". La colocación es fundamental. Por ejemplo, pones las cosas de potencia/ruido a la derecha y las cosas sensibles a la izquierda. Coloca las tapas de desacoplamiento de modo que los bucles de corriente de suministro que pasan por GND sean cortos y estén bien colocados. Luego, dado que su placa tiene dos zonas bien definidas, puede reducir el ancho del plano de tierra que las conecta, para asegurarse de que no corran corrientes altas en la tierra de los bits sensibles.

Es muy visual y difícil de explicar, y es esencial colocar los conectores correctamente.

Estos tutoriales son buenos: https://learnemc.com/emc-tutorials

La simple introducción de SLITS en el plano GND puede ser suficiente para mantener en gran medida la basura digital/alimentación/relé/motor fuera de las delicadas áreas analógicas. [EDITAR el 9 de junio Mostró que una región estrecha logrará una atenuación de 12dB/cuadrado. EDITAR junio de 2019 Recuerde cortar también el Power Plane (sugerido por barleyman)]

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

¿Qué podemos predecir acerca de la ubicación de la rendija versus el punto de entrada y el punto de salida de la corriente intrusiva?

^{simular este circuito}

¿Qué esperar, ya que la rendija se entromete en las corrientes?

^{simular este circuito}

Teníamos aproximadamente 40 microvoltios/cuadrado a lo largo del borde inferior de la PCB, suponiendo 0,0005 ohmios/cuadrado. Podemos estimar la caída de voltaje I*R, causada por UN AMPERIO en la parte superior derecha de la PCB, a lo largo del borde inferior de la PCB dentro de la región analógica como simplemente

Slit_Atten = longitud de la rendija / longitud total del bucle dentro de la región sensible

La caída de voltaje en la parte inferior (por cuadrado) es

Voltaje a través de la rendija * Slit_Atten

Matemáticas: la rendija es 4 cuadrados, por lo tanto, 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten es 4 cuadrados / 20 cuadrados (toda la periferia del bucle) = 20 %.

La caída I*R por cuadrado es 160uV * 20% = 32 uV.

Esto muestra el valor de usar solo regiones ESTRECHAS entre digital/ruido y analógico.

Aquí hay otra forma de cortar.

^{simular este circuito}

Voltaje por cuadrado donde los amplificadores operacionales necesitan GND silencioso = 32 uVoltios, por cuadrado. No muy tranquilo. ¿Qué hacer?

1) corte la hendidura más adentro de los planos; ahora al 80 %, vaya al 95 % y probablemente obtenga una mejora exponencial en la tranquilidad; ejecute el simulador SPICE y vea cómo

2) hacer la hendidura ----- no estrecha ---- pero profunda, así

^{simular este circuito}

¿Qué podemos predecir sobre la atención de las rendijas en "L"? Resulta que podemos predecir una atenuación de 12 dB por cuadrado de la región estrecha. Hacemos zoom y vemos esto

^{simular este circuito}

La verdadera clave es SIEMPRE la colocación, haz esto de manera inteligente y cualquier configuración puede funcionar para algo como esto, hazlo demasiado mal y no solo será muy difícil enrutar la placa, sino que también será difícil obtener la precisión que deseas.

Los planos sólidos gobiernan cuando tiene cosas rápidas, cada vez que tiene velocidades de borde en la región de pocos ns (la velocidad del reloj no importa, las velocidades de borde sí), desea un plano sólido al menos en esa región, generalmente hago un plano sólido en el primer prototipo cada vez y jugar con él más tarde si no me da lo que quiero (generalmente no necesito cambiarlo).

Ahora, en su caso, la precisión de CC es importante y, en general, estas cosas se hacen mejor con detección diferencial (decida entre qué dos puntos desea medir el voltaje y mida ese voltaje, no el relativo a algún plano).

El hecho de que tenga un plano no significa que deba conectarse a él en puntos arbitrarios; por ejemplo, puede decidir devolver el extremo 'conectado a tierra' de una resistencia en un amplificador diferencial al plano en el mismo punto que la entrada de etapas anteriores resistencia divisora, asegurando así que vean el mismo voltaje, las bases jerárquicas son algo bueno, pero las reglas de medición diferencial para estas cosas.

5.49 me parece optimista, abs max no es un lugar en el que quieras estar.

Los desacopladores generalmente van directamente al avión.

Si decide dividir planos, debe asegurarse de que haya una conexión continua debajo del área donde las líneas de control pasan entre los dos, nunca ejecute ningún rastro sobre una división en el plano.

Dadas sus bajas velocidades, no olvide que puede sobremuestrear, y que diezmar extiende su longitud de palabra efectiva.

Algunas notas sobre esto. Como han señalado otros, los bucles actuales no son tus amigos. Debe tener en cuenta sus circuitos de alta potencia/alta velocidad y dónde se les suministra la energía. Cualquier cosa entre estos dos puntos está directamente en el campo de tiro, no coloque sus ADC de 16 bits entre el convertidor elevador y los LED controlados por PWM de alta potencia.

Las divisiones o fosos en los planos de tierra pueden ser beneficiosos, pero se involucran rápidamente. Lo más importante que debe recordar es NUNCA CRUZAR UNA DIVISIÓN EN EL AVIÓN CON UNA LÍNEA DE SEÑAL SENSIBLE / DE ALTA VELOCIDAD . Sus líneas de señal necesitan una ruta de corriente de retorno justo al lado de ellas. Entonces, si crea una herradura alrededor de un ADC, también debe enrutar todas las señales alrededor de ese foso. Si absolutamente tiene que cruzar una división, podría usar un capacitor local para vincular planos GND separados, pero luego está anulando el propósito del foso en primer lugar. Suponiendo que tiene un tablero de varias capas, pero sería mucho menos doloroso no hacerlo. Cambie las capas antes de la división a otro plano que tenga un plano de referencia uniforme. nótese bienesto no se aplica a las señales/cargas de CC o de baja frecuencia. Son lo suficientemente felices como para seguir el camino de menor resistencia alrededor del foso. ¡No olvide que tiene que hacer coincidir las divisiones en los planos GND con las divisiones correspondientes en los planos de potencia!

Para hacer esto más complicado, esto se aplica al plano de referencia, es decir, al plano de tierra junto a la capa de señal. Si tiene 8 capas o más, no importa qué haya en el plano L2 si su circuito sensible está en L8. También puede usar el plano de potencia como referencia, pero a menudo en estos días tiene cualquier cantidad de planos de potencia (5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V, -5 V, lo que sea), por lo que el circuito infractor solo puede hacer referencia al plano de potencia. se origina en .. Hacer referencia a un plano PHY de 1.8V a 3.3V no funcionará. A menos que, ya sabes, vuelvas a proporcionar esas tapas de costura entre planos.

Hice un circuito multiplex ADC de alta velocidad que logró un nivel de ruido esencialmente cero (~ 0.6 unidades ADC) al dividir VCC y VCCA más GND y AGND. Pero sé lo que estoy haciendo y pasé tiempo mapeando religiosamente líneas analógicas y creando "islas" de cobre relacionado en la siguiente capa y así sucesivamente. La mayoría de las veces solo mantengo todos los terrenos juntos y me ocupo de los bucles actuales.

El cambio de capas también cuenta como una división en el plano, por lo que debe tener una(s) vía(s) GND cerca para que la corriente de retorno de alta velocidad no tenga que hacer desvíos adicionales.

Nota final : la corriente de retorno sigue el camino de menor resistencia. Para frecuencias bajas, esa es la ruta de cobre sólido disponible más corta que puede no seguir su rastro de señal/energía. Para frecuencias más altas, está justo al lado de la señal de conducción, ya que la separación aumenta la impedancia. Es por eso que los planos cruzados terminan en lágrimas mientras se crea una discontinuidad que resulta en reflejos, frecuencias RF radiadas, pérdida de integridad de la señal, lluvia de ranas, etc.

Puede separar completamente la alimentación y la tierra tanto para analógico como para digital. Utilice convertidores CC-CC aislados y optoaislamiento para la interfaz digital entre los dos.