Envío de tierra junto con conexiones digitales entre placas

Me he estado preguntando durante bastante tiempo si es una buena práctica al conectar dos placas juntas (alimentadas desde la misma fuente de alimentación, aunque cada una tiene su propio regulador) para enviar conexiones a tierra junto con las conexiones digitales.

Por ejemplo, tenía una placa que contenía un microcontrolador AVR atmega (que controlaba un ADC externo) conectado directamente a un convertidor FTDI USB a serie. Esto funcionó bien. Ahora, estoy dividiendo las placas en una placa ADC con los componentes micro+ADC y una placa que contiene solo el chip FTDI. Los conectores de estas placas son terminales de tornillo y voy a usar pines SIP para conectar los terminales en lugar de cable. Esto asegura la distancia mínima que la señal lógica 8 tiene que viajar entre los tableros. El tiempo de subida de estas señales es del orden de ns y se ejecutan a 1 MHz.

La pregunta que tengo es si es una buena práctica agregar más pines para las conexiones a tierra entre las placas. Entiendo que darle a cada pin digital su propio pin de tierra reducirá el acoplamiento entre los pines y proporcionará mejores rutas de retorno a tierra. Sin embargo, eso se sumará al número de pines. Además, me preocupa que retroalimente el ruido entre las tablas.

Anteriormente, cuando enviaba cables entre otras placas, tenía un acoplamiento capacitivo entre ellas. Así que estoy tratando de encontrar cuál es la práctica estándar para tal situación.

Gracias de antemano, M.

¿Por qué tener el chip serie USB FTDI en su propia placa? Me parece mejor que sea parte o montado en placa con el uC y A/Ds. El USB ciertamente puede viajar una distancia razonable para la mayoría de las condiciones, especialmente con una fuente de alimentación común.
Porque voy a usar esta placa USB para muchos otros propósitos y podría conectar diferentes cosas o varias placas ADC en la única placa USB. De hecho, uso la función de explosión de bits si el chip FTDI.
OK, ahí es cuando probablemente optaría por un cable o conector FTDI ftdichip.com/Products/Cables.htm ftdichip.com/Products/Modules/USBRSxxx.htm
Preferiría diseñar el mío propio que usar uno de esos (lo que hice antes) porque puedo diseñar los conectores como deseo. Pero esa no es la cuestión, mis diseños anteriores con chips FTDI funcionan bien, son las conexiones entre las placas lo que desconozco.
RS232 o USB pueden ser muy útiles cuando funcionan con la misma fuente de alimentación. Seguiría esos estándares para la conexión a tierra con su suministro común.
Los terrenos intercalados no solo ayudan a reducir la diafonía, sino que le brindan el tipo de consistencia geométrica que sería un requisito previo para la igualación de impedancia para reducir los reflejos de los bordes rápidos. Sin ellos, sería todo un rompecabezas averiguar cuál debería ser la impedancia característica de la cuarta escritura, siendo la pregunta principal "¿impedancia relativa a qué?"

Respuestas (1)

De hecho, es casi obligatorio colocar al menos un cable de tierra por cable, ¡incluso cuando ese cable de tierra no se necesita por razones de suministro de energía! Algunos cables tienen muchos hilos de tierra y no es raro ver tantos hilos de tierra como hilos de señal en un solo cable.

La razón de esto es la integridad de la señal (SI), que es un área importante de la ingeniería eléctrica que incluye EMI, ESD, emisiones de RF y otras. Se trata de poder enviar una señal del punto A al punto B con la menor distorsión y ruido posible sin emitir energía de radio, captar energía de radio o recoger descargas de electricidad estática (que es como la energía de radio).

Todo el tema de SI es enorme y va mucho más allá de lo que puedo cubrir aquí, pero permítanme cubrir brevemente dos temas de SI: la ruta de retorno de la señal de CA y el área del bucle.

Cuando envía una señal del punto A al punto B, ya sean chips en la misma placa o en placas diferentes, esa señal tiene que volver al punto A. Normalmente, esto se hace en los cables de alimentación o de tierra. La ruta que toma esta señal de retorno se denomina ruta de retorno de la señal de CA. Controlar esta ruta de retorno es muy importante para SI, y hacemos muchas cosas para controlarlo. Hacemos cosas como controlar la impedancia de la traza de PCB (o cable). Ponemos tapas de desacoplamiento en la PCB (¡también llamadas tapas de derivación de señal!). Y, por supuesto, ponemos hilos de tierra en nuestros cables.

El área del bucle es simplemente el área que ocupa nuestro bucle de señal. Del punto A al punto B y de vuelta al punto A. Cuanto más pequeña sea esta área de bucle, menos se distorsionará nuestra señal y menos ruido emitiremos y/o captaremos. Para reducir el área de este bucle, utilizamos PCB multicapa con planos de alimentación y tierra. Usamos cables de par trenzado en los que un cable de tierra está trenzado con un cable de señal. Usamos múltiples cables de alimentación y/o tierra en un solo cable.

Ahora, imagine su configuración con dos PCB hablando entre sí, pero sin cable de tierra directamente entre esos PCB. Una señal de la PCB A va a la PCB B, luego a la fuente de alimentación a través del cable GND y luego de vuelta a la PCB A. Dependiendo de la configuración exacta de los cables, ¡el área del bucle podría ser de un pie cuadrado o más! Pero si los PCB tienen un plano de tierra y los cables tienen un hilo de tierra, entonces el área del bucle podría ser solo el 1% de eso (alrededor de 1,5 pulgadas cuadradas).

Nuevamente, simplifiqué demasiado esto, pero estoy seguro de que entiendes la idea. SI es un tema enorme y difícil que incluso los "expertos" que han estado haciendo esto durante más de 10 años tienen dificultades para entender. ¡Pero quédate con él y con el tiempo lo dominarás!

Decidí agregar líneas de tierra entre las placas para proporcionar rutas claras de retorno de corriente. Según analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-031.pdf , estoy agregando 5 pines de tierra para mis 9 líneas digitales.
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