Diseño/conexión a tierra de PCB: minimiza el ruido

Bueno, su problema comienza en la placa FPGA, ya que el DAC y el ADC son módulos, entonces los conectores están involucrados, con señales rápidas en ellos, por lo tanto, habrá ruido entre las dos conexiones a tierra de sus módulos DAC y ADC.

Este ruido es proporcional a la impedancia GND en sus conectores. Si los conectores son encabezados de 0.1 "con 1 pin de tierra y todo el resto son señales digitales rápidas ...

Podrías publicar una foto de esto.

En cuanto al suministro de +/- 7 V, si no es un suministro de conmutación, solo un buen transformador viejo o un suministro de banco, obtendrá una corriente de modo común de 50-60 Hz y armónicos que fluye a través de su PCB y cables, pero esto es así. fuera de su banda de frecuencia, por lo que no es un problema.

Toda su placa es analógica, por lo que no hay PGND ni AGND. Solo tenga en cuenta que el voltaje de salida de su LDO es de 5 V con referencia a su pin GND . Por lo tanto, el ruido en GND donde se coloca el LDO aparecerá en el voltaje de salida. Por lo tanto, el LDO debe estar en el mismo terreno que las cargas, no en un dominio PGND separado.

Si desea colocar un filtro de modo común en su entrada de +/- 7 V, puede hacerlo, pero para mí, el ruido entre las conexiones ADC y DAC sería el problema más probable aquí.

El primer problema es que estoy creando un bucle de tierra, ¿no?

En realidad tienes varios:

• Red - +/- suministro de 7V - su plano de tierra - los coaxiales - placa FPGA - su suministro - Red

Este le causará dolor si el FPGA está alimentado por un conmutador que genera toneladas de basura de modo común, así que use uno de buena calidad. Además, si la placa FPGA está conectada a otras cosas (como una PC, una pantalla de video, etc.), también pueden inyectar corrientes de modo común. Entonces, la razón para poner un filtro de modo común en la entrada de +/-7V no es para bloquear el ruido del suministro de +/-7V, sino para romper este bucle en HF.

• Otro bucle de tierra es el formado por los 2 coaxiales, tu placa y el FPGA más sus módulos, y este probablemente va a ser malo.

Yo procedería de la siguiente manera: tome una hoja de PCB en blanco y suelde las conexiones a tierra de los conectores ADC/DAC SMA directamente sobre eso. No sé si esto sería posible, una foto ayudaría. Esto daría una buena conexión a tierra de baja inductancia entre ambos módulos, y la derivación evitaría que cualquier corriente debido a sus diferentes potenciales de tierra fluya hacia su placa; en su lugar, fluirá a través de la PCB en blanco.

También puede perforar agujeros en esta placa de circuito impreso en blanco, deslizar los conectores y soldarlos.

En este escenario, la PCB en blanco tiene el mismo papel que la placa de metal en la parte posterior de una PC de escritorio: conecta todas las pantallas de todos los conectores con una impedancia HF ultrabaja.

Si no quieres soldar tus preciosossssss módulos, consigue una cinta de cobre con adhesivo conductor, pero eso, por supuesto, tendrá mayor resistencia. O puede colocar algunos conectores de mamparo SMA-SMA como estos a continuación, o usar cables coaxiales con conectores de mamparo, lo que sea que haga flotar su barco, lo que importa es que las conexiones a tierra de ADC y DAC estén unidas con mucho cobre, porque una hoja conductora grande tiene una inductancia mucho menor que un trozo de alambre...

También puede colocar núcleos de ferrita en sus cables coaxiales si se siente más paranoico.

Además, ¿cómo puedo separar el PGND y el AGND?

¿No lo sabe, no hay PGND a menos que no nos haya informado sobre el controlador de motor de 20 amperios en la misma placa?

Estoy usando un PCB de 2 capas.

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• 2 capas $29
• 4 capas $65
• 6 capas $108

Por lo tanto, su rendimiento será menor, pasará 10 horas trabajando como esclavo en ese diseño porque son amplificadores operacionales, por lo que cada uno de ellos necesita dos fuentes de alimentación ... mientras que con 4 capas solo coloca dos planos de energía ... para ahorrar 36 dólares?

Además, a los amplificadores operacionales rápidos realmente les gusta que sus fuentes de alimentación estén bien desacopladas y que no suenen, y los planos de potencia hacen eso, mientras que las tapas de cerámica conectadas con largas pistas de bobinado inductivo crean muchos zumbidos.

¿Puedo usar la capa superior para el enrutamiento de señal y energía, llenar el espacio libre con tierra y usar la capa inferior como capa de tierra de baja impedancia?

El uso principal de los vertidos de suelo en toplayer es para:

• Haz que te olvides de poner una vía GND dedicada para un componente que realmente lo necesita (como ese pin AGND en un ADC) y aumenta el ruido.
• Los vertidos a tierra son malos ya que conectan el pin GND muy sensible de su resistencia de retroalimentación al pin GND ruidoso de una tapa de desacoplamiento cercana. Digamos que su amplificador operacional está cableado para una ganancia de +10, luego cualquier ruido en el pin GND de la resistencia de retroalimentación también se amplifica x10 ...
• También aumentan la diafonía entre las señales (a menos que las conecte al plano de tierra con toneladas de vías)

El suelo se vierte sobre la necesidad de que el jugador muera, a menos que sea realmente necesario.

Digamos que su opamp consume 20 mA a 10 MHz para conducir 1 V a 50R, su etapa de salida está sesgada en clase B y sus corrientes de suministro son imágenes rectificadas de media onda de la corriente de salida, con toneladas de armónicos altos. Ahora, por supuesto, coloca 1 tapa de desacoplamiento por pin, pero digamos que olvidó colocarlos correctamente (es decir, con sus conexiones a tierra juntas), entonces esta corriente distorsionada se inyecta en su plano de tierra...

Y lo olvidé, pero otra ventaja de los planos de energía es que las corrientes distorsionadas que fluyen en los rastros de suministro no se acoplan magnéticamente con todo lo demás...

Ahora, si tenemos 1 nH a través de la inductancia en la tapa de desacoplamiento, a 20 mA 10 MHz, esto es 1,2 mV, el opamp tiene una ganancia de 10, por lo que 12 mV en la salida, que es 1 V, por lo que tiene una distorsión del 1,2 % debido al vertido en el suelo.

También en 4 capas, el plano de tierra está 0,2 mm por debajo del reproductor, lo que significa que una vía de tierra tiene mucha menos inductancia que si tuviera que atravesar todo el tablero...

Y no hace agujeros en el plano de tierra para trazas, excepto debajo de los nodos de retroalimentación de su opamp, para reducir la capacitancia parásita.

Además, ¿cómo enrutar los rastros de energía y los rastros de señal?

¡Tada! Dos aviones de potencia, el enrutamiento de potencia está hecho, ahorre 4 horas por $ 36, creo que es una buena compensación ...

El primer problema es que estoy creando un bucle de tierra, ¿no? Además, ¿cómo puedo separar el PGND y el AGND?

Lo primero que debe preguntarse es: ¿Es un problema? Los bucles de tierra en general crearán problemas debido al ruido de modo común de las corrientes de tierra adicionales que fluyen en el bucle. Estas corrientes son causadas por 1) Hacer un bucle 2) Corrientes magnéticas que fluyen a través del bucle. Dado que la energía proviene de suministros externos, el área del bucle puede ser bastante grande. La diferencia de potencial en los terrenos también podría ser bastante grande, generando gradientes de voltaje e inyectando ruido en sus mediciones de ADC.

Debe intentar separar los terrenos si cree que dividir los terrenos reducirá las corrientes de retorno en los terrenos y el ruido que puede estar afectando a sus ADC.

¿O debería usar un terreno común en su lugar? Estoy usando un PCB de 2 capas. Además, ¿dónde debo conectar los terrenos?

¿Puedo usar la capa superior para el enrutamiento de señal y energía, llenar el espacio libre con tierra y usar la capa inferior como capa de tierra de baja impedancia?

Muchas veces es mejor usar una acumulación como esta:

1) Señal
2) Tierra
3) Alimentación
4) Otro

Tener la señal y la tierra adyacentes proporciona una pequeña cantidad de capacitancia y permite el uso de líneas de transmisión en la capa superior de la señal.

En caso afirmativo, ¿dónde deben conectarse estos terrenos?

Los terrenos deben mirarse cerca de las placas, ya que hará un bucle magnético desde la placa analógica a la placa digital, la tierra y de regreso a la placa analógica. Asegúrese de que el bucle tenga la menor impedancia posible para evitar problemas de modo común.

Además, ¿cómo enrutar los rastros de energía y los rastros de señal? ¿Tengo que preocuparme por eso?

Esta pregunta es muy específica de la aplicación. Conseguiría un libro de EMC para ver cuáles son las opciones. Dado que su rango de frecuencia es inferior a 50Mhz, no se necesitan líneas de transmisión.

Creo que puedes usar algún circuito como este ((ACM4532) filtro de ruido electromagnético),

o algo así ((NFE61PT102E1H9) filtro de ruido electrostático):