Diseño de PCB: ruta de retorno del plano de tierra

Estoy diseñando un PCB de 4 capas con planos de potencia y un plano de tierra, con señales de voltaje mixto y corrientes altas. Tengo dos posibles configuraciones de plano de tierra aislado, y me pregunto cuál sería mejor en términos de reducción de EMI y ruido. El circuito lógico incluye un microcontrolador con ADC, por lo que no quiero que la tierra de alta corriente interfiera con las señales analógicas. La sección de potencia impulsa un motor, por lo que el suelo será muy ruidoso. Aquí están mis aviones de poder.ingrese la descripción de la imagen aquí

Una de mis configuraciones de plano de tierra obliga a la ruta de retorno a tierra de nivel lógico a seguir la misma ruta que la ruta de suministro al regulador. Para esta configuración, asumo que es mejor que las corrientes de tierra lógica regresen al pin de tierra del regulador. Las ventajas que puedo ver son que la corriente regresará por el mismo camino que el suministro, por lo que los bucles de corriente no crean inductancia. El aislamiento de la tierra de alta corriente también parece ser mejor (no estoy seguro de si esto es cierto).ingrese la descripción de la imagen aquí

La otra configuración del plano de tierra permite una ruta de corriente más directa desde la tierra lógica a la tierra de suministro para una resistencia mínima (en lugar de la tierra del regulador), pero crea un bucle de corriente más grande. También parece estar menos aislado del suelo de alta corriente (nuevamente, no estoy seguro de esto).ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Qué configuración de plano de tierra sería mejor para la EMI y la integridad de la señal, y por qué? En general, si tengo un regulador, ¿debería optimizarse la ruta de retorno a tierra para volver a la tierra del regulador (y luego volver a la tierra de alimentación) o directamente de vuelta a la tierra de alimentación?

Respuestas (2)

Esto suena extraño, pero trate de no dividir su plano de tierra. En su lugar, asegúrese de que los componentes y las pistas de un subsistema dado (lógico, analógico, digital) permanezcan en sus áreas respectivas en lugar de "desbordarse" con pistas digitales de alta velocidad que se ejecutan a través de circuitos analógicos, por ejemplo. Las corrientes del plano de tierra tomarán el camino de menor impedancia de regreso a la fuente, que a altas frecuencias sigue la traza por la que son el retorno.

La clave en estas "áreas respectivas" es asegurarse de que su circuito sensible no esté entre una carga ruidosa y la fuente de alimentación. En ese caso, las corrientes de retorno ruidosas quieren pasar por el circuito analógico.

Si su objetivo es reducir la EMI y el ruido, probablemente no necesite un plano de tierra dividido. El plano dividido generalmente se realiza cuando tiene dispositivos analógicos sensibles (por ejemplo, ADC) y desea que tengan una referencia de tierra limpia. Es mejor evitar dividir el plano de tierra .

Las corrientes de retorno de alta frecuencia seguirán un plano de referencia: pueden usar un plano de potencia para el retorno, especialmente para las pistas en cualquier lado de la placa que esté más cerca del plano de potencia (a menudo, la capa inferior en las placas de 4 capas). Por esta razón, es importante asegurarse de que las trazas digitales de alta frecuencia sigan un plano de referencia continuo. Si divide el terreno, debe asegurarse de que ningún rastro cruce el espacio, lo que dificulta el enrutamiento a medida que la placa se vuelve más restringida.

Si una traza cruza una partición en el plano de tierra, la corriente de retorno recorrerá el camino más largo. Si un rastro cruza un espacio entre los planos de potencia y está utilizando el plano de potencia para regresar, puede hacer un recorrido largo por su tablero para encontrar una ruta de alta frecuencia entre dos planos de potencia desconectados. Vea mi respuesta aquí sobre el enrutamiento de alta frecuencia .

Como de costumbre , Henry Ott también tiene buenos consejos.

Tengo ADC en el microcontrolador en mi circuito de nivel lógico, por lo que no quería que el ruido de tierra del suministro lo afectara. No creo que tenga señales de alta frecuencia en mi circuito de nivel lógico, solo un cristal para el controlador y algunas señales PWM de 20 kHz. El regulador es un convertidor reductor de 600 kHz. ¿Es esta una buena justificación para dividir el terreno? Si es así, ¿es mejor que el retorno a tierra siga el camino original o directamente a la fuente, si no tengo señales de frecuencia significativamente altas?
Los ADC del microcontrolador normalmente son de baja resolución y no suelen tener que lidiar con esto; otras fuentes de ruido en el microcontrolador suelen ser más grandes. En cualquier caso: si mantiene correctamente separadas las pistas de las señales analógicas y digitales, sus caminos de retorno en el plano de tierra seguirán el ejemplo y la división del plano de tierra no suele ser necesaria. Si no los mantiene separados, una división del plano de tierra empeorará las cosas al obligar a las rutas de retorno a hacer grandes bucles. Los planos de tierra divididos a veces son útiles, pero tenga en cuenta que "avanzado"
@RaphaelChang Estoy de acuerdo con Evan. Un plano de tierra dividido es probablemente excesivo para un diseño de baja frecuencia y baja resolución.
@Evan ADC de 12 bits es lo suficientemente sensible como para requerir un acondicionamiento cuidadoso. He hecho mi parte del circuito del sensor y, en algunos casos, la división definitivamente ocupa su lugar. Pero luego tienes que ser religioso acerca de cuidar tus caminos actuales de retorno. Puede cruzar "la brecha" ... Siempre que proporcione una "isla" de tierra de retorno analógico en la capa adyacente. Una de las formas más fáciles de separar las cosas es hacer un espacio en forma de U alrededor del circuito ADC/amplificador que hará que las corrientes de tierra de baja frecuencia circulen por el circuito sin complicar demasiado las cosas.
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