Tapas de desacoplamiento de rieles de alimentación para circuitos analógicos

En primer lugar, la terminología que estoy usando podría ser una completa basura, todavía estoy aprendiendo

Tengo una placa de señal mixta para medir bioseñales. La placa de 4 capas tendrá un plano de tierra dividido, tierra analógica y tierra principal (para un microcontrolador, tarjeta SD, sensores adicionales, etc.), conectada en estrella a los pines de alimentación a través de una perla de ferrita. Las versiones anteriores (que no diseñé) han tenido problemas importantes con el ruido.

¿Deberían los circuitos analógicos (principalmente amplificadores operacionales, etc.) tener condensadores de desacoplamiento adicionales cerca de los chips físicos, además de las tapas en las salidas de CC/CC y la bomba de carga que los alimenta? similar a la imagen de abajo.

Amplificador diferencial

Suponiendo que debería tener las tapas de desacoplamiento, ¿de qué tamaño y por qué? El DC-DC y la bomba de carga están en el rango de cientos de KHz a unos pocos MHz, mientras que las señales analógicas que nos interesan son de menos de 100 Hz, centradas alrededor de 10 Hz.

Finalmente, todos los componentes son paquetes Imperial 0805 (por conveniencia, todavía se están creando prototipos). Los amplificadores operacionales son 0PA2277 (pregunta adicional: ¿es mejor usar OPA4277, con 4 amplificadores operacionales por paquete en lugar de 2, en términos de rendimiento de ruido?).

Si tiene un problema de ruido, debe averiguar de dónde proviene antes de intentar solucionarlo.
@MattYoung La fuente de ruido principal es de 50 Hz: captada por la placa original que tiene una tierra inundada en lugar de un plano de tierra dedicado, y los cables del sensor (aunque estén protegidos). <la mayor parte de esto se elimina mediante un filtro de muesca. La fuente de ruido restante son los rieles de suministro: al ser alimentados por una bomba de carga y CC-CC de conmutación, hemos observado grandes cantidades de ruido (casi hasta un voltio).
Deberías publicar más información si es posible.
@scld Como dije, todavía estoy aprendiendo: ¿qué información sería útil?
El esquema completo siempre ayuda, pero si no puede (o no tiene permiso para hacerlo), puede describir más sobre el suministro de energía y el esquema de conexión a tierra del diseño anterior. Dividir un plano de tierra es una técnica avanzada que requiere muchos matices que podrían no ser necesarios en su diseño.
Usted dice señales biológicas, y mi mente se dirige al ruido de 50 Hz que probablemente (ciertamente) provenga de cualquier cable externo conectado a nodos de alta impedancia. El desacoplamiento es importante, pero no lo ayudará aquí, ni dividir el plano de tierra. La forma estándar de deshacerse de la basura de 50 Hz es en software con un filtro de muesca FIR.
@matt young como mencioné en un comentario anterior, el circuito contiene un filtro de muesca para este propósito

Respuestas (1)

Todos los componentes activos deben tener condensadores de desacoplamiento. Las trazas de PCB entre su pieza y su fuente de alimentación actúan como resistencias e inductores parásitos, y si no desacopla sus circuitos integrados, entonces cuando sus requisitos de alimentación cambian rápidamente, por ejemplo, cuando intentan cambiar su señal de salida en respuesta a algo - los requisitos de alimentación cambiantes provocarán una caída de tensión y un sobreimpulso debido a las largas trazas de PCB. Un capacitor de desacoplamiento cercano elimina ese ruido de alta frecuencia al proporcionar esos picos de corto plazo localmente.

Los condensadores de 0,1 uF son un valor predeterminado razonable para el desacoplamiento; Si su dispositivo puede tener requisitos de consumo de energía particularmente grandes, debe agregar un condensador de 1uF o más en paralelo.

Con respecto a la conexión a tierra, encontrará muchos consejos contradictorios al respecto en Internet. Los planos de tierra divididos a menudo son menos simples y más problemáticos de lo que podría suponer, porque las corrientes de retorno prefieren fluir en el plano de referencia debajo de la traza de la señal. Si alguno de sus rastros cruza la división en el plano de tierra, obligará a esa corriente a desviarse alrededor de la división en el plano de tierra, causando mucho más ruido del que podría haber eliminado al dividir el plano de tierra en primer lugar.

Este artículo proporciona una excelente descripción de por qué debería considerar el uso de un solo plano de tierra combinado con un enrutamiento cuidadoso.

¿Es relevante que tanto la potencia como la tierra tengan planos? El plano de energía se divide aún más (cuatro requisitos de voltaje diferentes), pero aún así, las "trazas" para la energía son muy amplias.
La respuesta a esto depende en gran medida de su diseño completo. Las trazas de alimentación adecuadas con suficientes condensadores de derivación están bien en muchos casos, pero realmente depende.
@Mauvai Hacerlo ayuda a reducir la impedancia, pero nada elimina la necesidad de colocar tapas de desacoplamiento inmediatamente adyacentes a todos los dispositivos activos.
Tapas de desacoplamiento de rieles de alimentación para circuitos analógicos
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