¿Plano de tierra único vs planos divididos?

Mi pregunta es, ¿dónde trazas la línea entre usar un solo plano y diseñar los planos de tierra?

Yo no; Mantengo los aviones lo más continuos posible y casi nunca uso tragamonedas; son malos por algunas razones que describiré. Gestiono las corrientes de retorno con la colocación de componentes.

Una vez, tuve una corriente de retorno corriendo a través de una sección analógica sensible y estaba causando que mi señal cambiara en un 10%. La fuente procedía de un circuito "sobre" la sección analógica; la ruta de la corriente de retorno en el plano de puesta a tierra necesitaba cambiar. Hay dos opciones:

1) Ponga una ranura en el tablero y redirija la corriente de retorno alrededor de la sección que quería proteger. 2) Reorganizar los componentes

Elegí la opción 1 porque no tenía tiempo para reorganizar el tablero, pero las máquinas tragamonedas tienen consecuencias. La opción 2 habría evitado el uso de una ranura, la ranura era corta de todos modos y no necesitaba ejecutar ningún rastro a través de ella.

En la mayoría de los casos, un buen diseño de PCB puede evitar por completo el uso de ranuras, al administrar las corrientes de retorno. Las ranuras son malas: convierten la PCB en un radiador involuntario al crear antenas de ranura y antenas dipolo.

El otro problema con las ranuras y la partición de la placa con planos divididos es que ejecutar trazos sobre ellos puede generar ruido y reducir la impedancia de un trazo (la corriente de retorno para una señal de alta velocidad sigue por debajo del trazo).

Un buen diseño de tablero dividirá los lados sensibles de los lados ruidosos con el diseño físico y mantendrá los planos continuos.

Fuente: https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/everyday-app-note-successfully-design-mixed-signal-pcb-partitioning/

Por ejemplo, ¿cuando la frecuencia está por encima de cierto umbral, o se necesita cierta cantidad de sensibilidad, o se descarga una cantidad específica de energía a tierra?

La energía descargada a tierra tomará el camino más corto de impedancia de regreso a la fuente. Para señales de alta velocidad, esto puede ser diferente de CC y, por lo general, sigue por debajo de la traza de alta velocidad o lo más cerca posible.

Y, por lo general, ¿qué tipo de beneficios le brinda el suelo dividido sobre uno solo? ¿Menos ruido? ¿mas estable?

No puedo ver un beneficio sobre el diseño adecuado. Si tiene un problema de conexión a tierra, lo primero que debe hacer es averiguar si es un problema de diseño o de ruido de modo común (con un cable, por ejemplo). El problema con los planos/ranuras divididas es que ejecutar trazos sobre ellos crea problemas con la corriente de retorno. El otro problema es la radiación involuntaria, sin embargo, muchos SMPS están protegidos con un estuche de todos modos, por lo que esto puede no ser un problema si planea protegerlos.

Henry Ott en el libro Ingeniería de compatibilidad electromagnética (sugeriría obtener el libro, aunque hay un artículo similar disponible aquí ) dice esto sobre los planos divididos:

14.4 ¿CUÁNDO DEBEN UTILIZARSE PLANOS DE TIERRA DIVIDIDOS?

¿Deberían usarse aviones de tierra dividida alguna vez? Puedo pensar en al menos tres casos en los que serían apropiados. Las instancias son las siguientes:

• Algunos equipos médicos con bajos requisitos de corriente de fuga (10uA)
• Algunos equipos de control de procesos industriales donde las salidas están conectadas a equipos electromecánicos ruidosos de alta potencia.
• Posiblemente cuando una PCB está mal diseñada para empezar

Un avión tiene problemas. Ejemplo

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Cuando espera que ciertos nodos (con suerte cerca) del plano de tierra tengan CERO voltios entre esos dos nodos, eso no sucederá. Las rendijas pueden ser tus amigas, para reducir las corrientes de interferencia que pasan a lo largo del camino entre tus dos nodos sensibles.

^{simular este circuito}

Tome una copia del esquema, imprímalo y dibuje TODAS las corrientes de tierra. Etiquete sus valores y frecuencias y tasas de borde. (la inductancia puede importar).

Ahora comience a planificar cómo mantener las corrientes de ruido alejadas de los nodos de TIERRA de sus circuitos sensibles (divisores de voltaje de retroalimentación).

Observe cómo las rendijas ANCHAS proporcionan una mayor atenuación de las corrientes molestas.

Mi pensamiento sobre los aviones, aunque he hecho muchos circuitos rápidos en aviones con una fidelidad moderada, se refería a la necesidad de una fidelidad extrema para las señales de audio/música y para mediciones de 20/24 bits de baja frecuencia. Por lo tanto, el pensamiento de BAJA FRECUENCIA.

[oh, los campos magnéticos y eléctricos también importan]