¿Realmente debo dividir el plano de tierra en partes analógicas y digitales?

Tienes que pensar en términos de impedancia compartida (no resistencia, realmente impedancia).

Considere las partes del circuito que usan GND como una referencia de 0 V para propósitos analógicos sensibles. Obviamente, usted quiere que cada una de estas "referencias 0V" tenga el mismo potencial "0V". Sin embargo, la corriente que corre a través del plano GND introducirá un voltaje de error adicional en la parte superior de "0V" de cada chip.

Ahora dibuja un esquema de tu GND, con las corrientes que lo atraviesan.

Si no divide el plano, pero tiene corrientes altas que lo atraviesan, porque coloca el conector de entrada de alimentación en el lado izquierdo, el conector de salida de alimentación en el lado derecho y los bits analógicos súper sensibles en el centro , entonces es posible que tenga un problema debido a la alta corriente que fluye en la GND y la creación de un gradiente de voltaje.

Dependiendo de la frecuencia, considere la impedancia (es decir, la inductancia, no solo la resistencia).

Ahora, hay varias soluciones para esto.

• Podría colocar sus conectores de alimentación en lugares más razonables (es decir, entrada de alimentación junto a la salida de alimentación) para que las corrientes altas no se desplacen en su plano GND. Esto se aplica a todos los bucles de corriente que transportan corrientes di / dt grandes, ruidosas o altas, como los bucles internos de un DCDC, o los bucles entre éste y su carga (por ejemplo, una CPU) o incluso la trayectoria a tierra entre una tapa de desacoplamiento y el chip se desacopla.

¡Asegúrate de saber dónde están estos bucles! Ordénelos por problemas (aproximadamente "area * di / dt" para AC o "area * I" para DC). La colocación es esencial. Una buena colocación con bucles de corriente ajustados hace que el diseño sea mucho menos doloroso.

• Puede usar amplificadores diferenciales y ADC que ignoran el ruido de modo común.

Esto es obligatorio si el voltaje para detectar se encuentra en una derivación de corriente del lado alto. Ahora digamos que utiliza un amplificador de sentido actual, por ejemplo. No olvide que el voltaje que se encuentra en su pin de "referencia de salida" (a menudo etiquetado incorrectamente como "GND") se agrega directamente a la salida ... así que no pegue el amplificador de detección entre dos MOSFET con su pin "GND" en el medio del "motor retorno actual "ruta ...

• También puedes dividir el avión, pero luego debes decidir dónde lo dividirás. Y (aquí es donde las cosas se ponen feas) donde unes tus dos bases en DC (o en altas frecuencias si usas aisladores ...

Nombremos los dos motivos AGND y PGND (analógico y de potencia). Algunos dicen que se dividen y se unen a AGND / PGND o AGND / DGND bajo el ADC. Esto significa que cualquier corriente que corre entre AGND y PGND tiene que fluir en el enlace de tierra bajo el ADC ahora, que es el peor lugar posible.

Una solución que tiene mucho sentido es la "división oculta". La colocación es esencial. Por ejemplo, pones la energía / las cosas ruidosas a la derecha, y las cosas sensibles a la izquierda. Coloque sus tapas de desacoplamiento para que los bucles de corrientes de suministro que se ejecutan a través de GND sean cortos y estén bien ubicados. Luego, dado que su tablero tiene dos zonas bien definidas, puede reducir el ancho del plano de tierra que las conecta, para garantizar que las corrientes altas no se ejecuten en el suelo de los bits sensibles.

Es muy visual y difícil de explicar, y colocar los conectores correctamente es esencial.

Estos tutoriales son buenos: enlace

Simplemente introducir SLITS en el plano GND puede ser suficiente para mantener en gran medida la basura digital / de potencia / relé / motor fuera de las delicadas áreas analógicas. [EDITAR el 9 de junio Mostró que una región estrecha alcanzará una atenuación de 12dB / cuadrado]

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Qué podemos predecir acerca de la ubicación de la hendidura versus el punto de entrada y el punto de salida de la corriente intrusiva?

^{simular este circuito}

¿Qué esperar, ya que la hendidura se introduce en las corrientes?

^{simular este circuito}

Tuvimos aproximadamente 40 microvoltios / cuadrado a lo largo del borde inferior de la PCB, asumiendo 0.0005 Ohmios / cuadrado. Podemos estimar la caída de voltaje de I * R, causada por UN AMPERIO en la parte superior derecha de la PCB, a lo largo del borde inferior de la PCB dentro de la región analógica, simplemente

Slit_Atten = longitud de la ranura / longitud del bucle completo dentro de la región sensible

La caída de voltaje en la parte inferior (por cuadrado) es

Voltaje a través de la rendija * Slit_Atten

Matemáticas: la ranura es de 4 cuadrados, por lo tanto, 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten es 4 cuadrados / 20 cuadrados (periferia de bucle completo) = 20%.

La caída per_square I * R es 160uV * 20% = 32 uV.

Esto muestra el valor de usar solo regiones NARROW entre digital / noise y analógico.

Aquí hay otra forma de cortar.

^{simular este circuito}

Voltaje por cuadrado donde OpAmps necesita GND silenciosa = 32 uVolts, por cuadrado. No es muy tranquilo. ¿Qué hacer?

1) cortar la ranura más en los planos; ahora al 80%, vaya al 95% y probablemente obtenga una mejora exponencial en la tranquilidad; ejecute el simulador SPICE y vea cómo

2) haz que la ranura ----- no sea estrecha ---- sino profunda, como esta

^{simular este circuito}

¿Qué podemos predecir sobre la atenuación de las ranuras en "L"? Resulta que podemos predecir una atenuación de 12 dB por cuadrado de la región estrechada. Nos acercamos y vemos esto

^{simular este circuito}

La clave real es la ubicación SIEMPRE , haz esto de manera inteligente y cualquiera de las configuraciones puede funcionar para algo como esto, está muy mal y no solo será muy difícil enrutar el tablero, sino que también Ser difícil conseguir la precisión que deseas.

Los planos sólidos gobiernan cuando tienes cosas rápidas en marcha, cada vez que tienes velocidades de borde en la región ns (la velocidad de reloj no importa, las tasas de borde sí), quieres un plano sólido en al menos esa región, generalmente lo hago un plano sólido en el primer prototipo cada vez y lío con él más tarde si no me da lo que quiero (generalmente no necesito cambiarlo).

Ahora, en su caso, la precisión de la CC es importante, y generalmente estas cosas se hacen mejor con la detección diferencial (Decida en qué dos puntos desea medir el voltaje y mida ese voltaje, no el relativo a algún plano).

El hecho de que tenga un plano no significa que deba conectarse a puntos arbitrarios, por ejemplo, puede decidir devolver el extremo 'conectado a tierra' de una resistencia en un amplificador diferencial al plano en el mismo punto que el Las etapas previas introducen la resistencia del divisor, por lo tanto, asegurando que vean el mismo voltaje, las bases jerárquicas son una buena cosa, pero las reglas de medición diferencial para estas cosas.

5.49 me parece optimista, abs max no es un lugar donde quieras estar.

Los desacopladores generalmente van directamente al plano.

Si decide dividir planos, debe asegurarse de que haya una conexión continua en el área donde las líneas de control pasan entre los dos, nunca ejecutará ningún rastro sobre una división en el plano.

Dadas sus bajas velocidades, no olvide que puede sobre muestrear, y que diezmar aumenta la longitud efectiva de la palabra.

Algunas notas sobre esto. Como han señalado otros, los bucles actuales no son tus amigos. Debe tener en cuenta los circuitos de alta potencia / alta velocidad y dónde se les suministra la alimentación. Todo lo que se encuentre entre estos dos puntos se encuentra directamente en el campo de tiro, no coloque sus ADC de 16 bits entre el convertidor de refuerzo y los LED controlados por PWM de alta potencia.

Las divisiones o fosos en los planos de tierra pueden ser beneficiosos, pero estos se involucran rápidamente. Lo más importante que debe recordar es NUNCA CRUZAR UN SPLIT EN EL PLANO CON UNA LÍNEA DE SEÑAL DE ALTA VELOCIDAD / SENSIBLE . Sus líneas de señal necesitan una ruta actual de retorno justo al lado de ellas. Entonces, si creas una herradura alrededor de un ADC, también debes enrutar todas las señales alrededor de ese foso. Si absolutamente tiene que cruzar una división, puede usar un condensador local para vincular planos GND separados, pero luego está derrotando el propósito del foso en el primer lugar. Suponiendo que tienes un tablero de múltiples capas pero sería mucho menos doloroso no hacerlo. Cambie las capas antes de la división por otro plano que tenga un plano de referencia uniforme. NB esto no se aplica a DC / señales / cargas de baja frecuencia. Son lo suficientemente felices como para seguir el camino de menor resistencia alrededor del foso. ¡No olvides que debes hacer coincidir las divisiones en los planos GND con las divisiones correspondientes en los planos de potencia!

Para hacer esto más complicado, esto se aplica al plano de referencia, es decir, el plano de tierra al lado de la capa de señal. Si tiene 8 capas o más, no importa lo que haya en el plano L2 si su circuito sensible está en L8. También puede utilizar el plano de potencia como referencia, pero a menudo en estos días tiene cualquier número de planos de potencia (5V, 3.3V, 1.8V, 1.2V, -5V, lo que sea), por lo que los circuitos infractores solo pueden hacer referencia al plano de potencia se origina a partir de ... Hacer referencia a un plano de 1.8V PHY a 3.3V no funcionará. A menos que, ya sabes, vuelvas a proporcionar esas tapas de costura entre los planos.

He hecho un circuito multiplex de ADC de alta velocidad que logró un nivel de ruido esencialmente cero (~ 0,6 unidades de ADC) al dividir VCC y VCCA más GND y AGND. Pero sé lo que estoy haciendo y pasé tiempo mapeando religiosamente líneas analógicas y creando "islas" de cobre relacionadas en la siguiente capa y así sucesivamente. La mayoría de las veces simplemente mantengo todos los motivos juntos y me ocupo de los bucles actuales.

El cambio de capas también cuenta como una división en el plano, por lo que debería tener cerca una (s) vía (s) de GND para que la corriente de retorno de alta velocidad no tenga que realizar desvíos adicionales.

Nota final : la corriente de retorno sigue el camino de menor resistencia. Para frecuencias bajas, es la ruta de cobre sólido más corta disponible que puede no seguir su rastro de señal / potencia. Para frecuencias más altas, está justo al lado de la señal de activación, ya que la separación aumenta la impedancia. Es por eso que los planos de cruce terminan en lágrimas cuando está creando una discontinuidad que resulta en reflexiones, frecuencias de RF irradiadas, pérdida de integridad de la señal, lluvia de ranas y así sucesivamente.

Podrías separar completamente la potencia y la tierra tanto para analógico como digital. Utilice convertidores DC-DC aislados y aislamiento óptico para la interfaz digital entre los dos.