Para la conexión a tierra de diseño de PCB de circuitos ADC múltiples, ¿por qué es importante la "tierra de un solo punto"?

La razón es simplemente que estamos tratando de hacer un 'foso' con un solo puente que lo atraviese. Con dos cortes en el plano, las corrientes de retorno analógicas de cada dispositivo pueden mezclarse, introduciendo ruido de un conjunto de entradas ADC al otro. Además, hemos proporcionado una ruta circular para que los retornos digitales rodeen el lado analógico de los ADC.

El ruido digital de ADC2 podría tomar un camino detrás de él, al igual que el ruido digital de ADC1. Ponga un pequeño trazo curvo alrededor del lado analógico de ADC2 de los dos cortes; aquí es donde podría fluir algo de ruido digital.

De hecho, tuve que arreglar una placa que hacía exactamente esto, y las fallas eran sutiles e inducían una gran cantidad de tirones de cabello.

Para evitar el problema, haga lo siguiente (funciona para análogos relativamente lentos, análogos rápidos tienen diferentes requisitos de segregación - Nota 2):

1. No encamine la energía digital en la misma área (en cualquier capa) en la misma área que las señales analógicas sensibles. Descubrí que ese poder tiende a volver a irradiarse desde otros planos. Nota 1.

2. Asegúrese de que la fuente de alimentación principal esté en el lado digital de la placa. Esto asegura que todas las rutas de retorno se alejen del lado analógico.

3. No tome pistas de alta velocidad en la misma área que el circuito analógico (en cualquier capa)

4. Organice los ADC / DAC o lo que sea de manera que haya un solo espacio en los planos de retorno. Si tiene señales analógicas de diferente velocidad, coloque las más rápidas cerca del espacio.

5. Si está manejando el circuito analógico con un regulador separado, coloque el regulador de modo que abarque la división en el plano con la salida y la retroalimentación (si se usa) en el lado analógico. Si se utiliza una ferrita (una práctica muy común), se aplica la misma regla de colocación.

6. Separe la energía a través de una ferrita o un regulador.

Nota 1. Esto se debe principalmente a las limitaciones de las herramientas de diseño. Si pudiera hacer que la herramienta adjunte una vía solo a capas específicas, lo haría, pero esto es muy difícil con la mayoría de los conjuntos de herramientas existentes.

Nota 2. Use un área flotante separada (cada una con su propia tierra local y ferrita/regulador) para cada sección con señales analógicas de alta velocidad. Consulte esta excelente guía para obtener más detalles.

[Actualización] Nota añadida sobre la antena de ranura

Los dos cortes en el plano pueden producir una antena de ranura , donde se puede acumular una gran cantidad de ruido digital, según el contenido de frecuencia y los tamaños y distancias de apertura.

HTH

Esto muestra una posible forma en que esto puede causar problemas...

Aquí, la mayor parte de la corriente de retorno digital va por el lado digital, pero parte de ella puede pasar por el lado analógico, como se muestra en la flecha superior; especialmente a bajas frecuencias.

Si los reguladores se colocan de tal manera que la línea recta desde ellos hasta los ADC no cruce nada, entonces probablemente no importe si hay un corte en el plano o no.

Un único punto de conexión a tierra evita que las corrientes digitales producidas por los chips ADC lleguen a la conexión a tierra analógica y generen ruido que pueda interrumpir una cadena de señal analógica.

Si tiene 2 ADC (o más), existe la preocupación de que una corriente digital pueda fluir a través de la parte analógica del plano de tierra y regresar al plano digital a través de la otra "conexión de punto único". Algunas personas usarán perlas de ferrita en serie con múltiples conexiones de un solo punto, pero no creo que sea necesario. Cuando tiene planos de tierra (digitales o no), las corrientes de retorno tienden a fluir en la parte del plano de tierra que está directamente debajo del plano de potencia (o pista), por lo que, siempre que el plano de potencia digital (o pista) no se extienda en la sección analógica de la placa, las corrientes de retorno digitales no lo harán incluso si tiene varias conexiones.

Por lo tanto, mi consejo es evitar que las líneas de suministro de energía ingresen a la parte analógica de la placa de circuito o, de lo contrario, limpie esas líneas con perlas/filtros de ferrita para evitar que las corrientes digitales "calientes" fluyan a través de cualquier conexión de alimentación que pueda enrutarse a la sección analógica.

La verdad es que depende de las frecuencias que te interesen.

Para los sistemas de baja frecuencia y especialmente los sistemas que requieren un rendimiento de CC de precisión, la "impedancia compartida" es el principal enemigo. Por lo tanto, desea que los terrenos analógico y digital se encuentren en un solo punto con dispositivos de señal mixta ubicados lo más cerca posible de ese punto.

Para los sistemas de alta frecuencia, por otro lado, las corrientes de retorno seguirán naturalmente a las corrientes salientes. El principal enemigo es cualquier cosa que evite que eso suceda, por lo que cualquier señal que pase (explícitamente en una pista o implícitamente dentro de un chip) sobre una ranura es mala, ya que causará emisiones magnéticas y rutas de retorno difíciles de predecir. Si no le importa la CC de precisión, un plano de tierra sólida suele ser la mejor opción.

Si necesita ambos, desea un solo punto para las conexiones a tierra de CC, pero luego desvíe los condensadores entre los planos de conexión a tierra analógicos y digitales para permitir una ruta de retorno directa para las señales de alta frecuencia.

También me hago eco del comentario de otro respondedor de que las notas de aplicación a menudo están llenas de basura.