¿Qué precauciones debo tener al mezclar audio analógico y digital en la misma placa?

Nunca he tenido problemas con I2C audible en un circuito, incluido el uso de resistencias ajustables I2C en un preamplificador de micrófono de ganancia de 60 dB, por lo que dudo que tenga muchos problemas, pero aquí hay algunas ideas.

Evite usar múltiples planos de tierra a menos que realmente los necesite. Puede causar fácilmente más problemas de ruido de los que resuelve si no tiene mucho cuidado para evitar enrutar cualquier señal sobre la división en el avión. A menos que su objetivo sea una fidelidad muy alta, utilice un único plano de tierra sólida. En general, encontrará que casi todos los circuitos integrados de señales mixtas requerirán tomas de tierra/suministros analógicos y digitales independientes. Si bien esto es excelente en un mundo ideal, si no tiene el espacio para hacerlo correctamente, causará más problemas de ruido de los que resolverá. Por ejemplo, es mejor usar una sola fuente de alimentación con un filtro LC frente a la entrada analógica que usar una fuente separada en todos los ámbitos en un trazo de 15 mil.

Otros pensamientos:

• Utilice un reloj I2C por encima del rango de audio, 40 khz o superior. Use las resistencias pull up más grandes que pueda dada la velocidad de su autobús. Esto limita la corriente y, por lo tanto, la generación de ruido. También asegúrese de que el bus I2C no esté sonando, si está usando terminación en serie en todos los dispositivos (la resistencia de 40-50 ohmios debería estar bien). Haga coincidir las trazas de I2C con 50 ohmios si puede y haga 1 carrera larga a través de todos los dispositivos en lugar de desconectar el bus.
• Un único plano de tierra sólido. Recuerde que las señales de alta frecuencia seguirán el camino de menor inductancia a tierra, no el camino de menor resistencia. Con esto en mente, coloque la placa de circuito impreso de modo que las corrientes de tierra de las partes digitales no pasen por debajo de las partes analógicas.
• Desacoplamiento adecuado, no utilice resistencias. Tiene que calcular esto para su diseño particular, pero una tapa de cerámica de 0.1uF y 10nF por pin de alimentación y más grande, tapas de 10uF por IC o sección principal es generalmente una apuesta segura. Siempre coloque las tapas lo más cerca posible del pin de alimentación y llegue a tierra lo antes posible. No sea tacaño con las vías, incluso usar múltiples vías a tierra para cada tapa de desacoplamiento no es una mala idea si tiene espacio.
• Use una fuente de alimentación regulada por separado o use un filtro LC para separar una fuente analógica de la fuente digital. Si usa un plano dividido, nuevamente no puede cruzar esta división en una capa adyacente con CUALQUIER rastro.
• Use protección alrededor de cualquier componente o pin analógico sensible. Anillos de tierra alrededor de las entradas del amplificador operacional, etc. De hecho, un vertido de tierra en la superficie de la sección analógica no es una mala idea siempre que esté correctamente acoplado al plano de tierra (muchas vías) y no tenga cobre huérfano.

Todo eso suena como excelentes ideas. Algunos comentarios:

"No divida el plano de tierra. Use un plano sólido debajo de las secciones analógica y digital de la placa". -- Henry W. Ott (consultor de EMI), en la revista de diseño de circuitos impresos "Partitioning and Layout of a Mixed Signal PCB" (junio de 2001). Massmind tiene más información sobre la controversia del plano de tierra dividido vs no dividido .

"Control de velocidad de giro" Sí, siempre que lo haga agregando una resistencia en serie directamente en el pin de salida de la fuente. (Demasiadas personas equivocadas agregan un "condensador de suavizado" cerca del pin de entrada de destino, lo que solo empeora las cosas).

Hay algunas técnicas más de diseño de PCB de señal mixta en el wiki de Open Circuits y en el Wikibook de electrónica práctica . Son wiki, siéntase libre de hacer más mejoras.

Esos se ven bastante bien. La única otra cosa que puede querer considerar es que si algún cable de audio está blindado, querrá asegurarse de que el blindaje se conecte a tierra de manera inteligente. Creo que por lo general eso es lo mejor para el chasis, pero no soy un experto en el tema. Supongo que si realmente quieres ser minucioso y tienes un chasis de metal, puedes crear una tercera conexión a tierra solo para él y asegurarte de que los escudos se acorten.

Terreno de estrellas.

Conecte ambos terrenos en un solo punto para evitar bucles de tierra y otras cosas desagradables.

Use capas de energía solo para energía o tierra.

Puede parecer sensato, pero trate de evitar poner rastros de señal en el suelo o en las capas de energía.

Fuentes analógicas separadas.

A veces basta con aislar dos suministros mediante una red de perlas o de resistencia-capacitor. Por ejemplo, la mayoría de los fabricantes de microcontroladores sugieren una resistencia de aproximadamente 10 ohmios entre los suministros analógicos y digitales, así como un capacitor separado de 100n. Otras veces necesitará un suministro completamente separado. Realmente depende de la aplicación.