¿Dónde coloco tierra digital en un circuito de señal mixta de doble carril?

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Estoy trabajando en un proyecto para la escuela (un ADC discreto de doble pendiente) que combinará los circuitos digitales y analógicos y funcionará con un suministro de doble riel de ± 15V. El "terreno analógico" estará a 0 V, como se esperaba. Sin embargo, no estoy seguro de dónde debo conectar mis circuitos digitales.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

  • ¿Debo colocar la tierra digital en el mismo nodo que la tierra analógica? ¿O debería estar conectado a mi suministro de -15V con VCC regulado a -10V?
    • Como estoy tratando con circuitos analógicos de "precisión", quiero minimizar el ruido de conmutación.
    • Se hace referencia a mis reguladores Vref en relación con el suelo y el control + Vref y -Vref a través de bucles de retroalimentación (no se muestran).
    • La salida digital del bloque analógico será un colector abierto o un drenaje abierto, por lo que puedo ajustar el nivel de salida según sea necesario.
  • La primera opción es más intuitiva, pero ¿la segunda ofrecerá un rendimiento significativamente mejor?
  • En la sección digital, planeo usar una mezcla de chips de 74HC y 74AHC. ¿El uso de los chips AHC a velocidades de HC introducirá más ruido de conmutación que el uso de todos los chips HC?
  • ¿Qué grado de desacoplamiento es necesario? ¿Serán suficientes las tapas de 100 nF en cada chip digital más algo como 10 uF entre los suministros y el terreno?
pregunta Caleb Reister

3 respuestas

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Por supuesto, todas las conexiones a tierra (analógicas y digitales) deben estar conectadas eléctricamente, ya que no conectarlas será el camino hacia un sinfín de problemas. Como sugiere Neil_UK, use un esquema de puesta a tierra estelar, vea este artículo . Esto es para evitar que las corrientes que pasan a través de las conexiones a tierra introduzcan voltajes en los terrenos de otros circuitos (no relacionados).

Minimice el ruido de conmutación generado por sus circuitos manteniendo los bucles cortos , lo que significa agregar capacitores de desacoplamiento de suministro a través de los pines de suministro de todos los IC individuales y especialmente a los IC lógicos. En general, es una buena idea usar 2 condensadores de diferentes tamaños, como 100 nF y 100 pF en paralelo.

Cuanto mayor sea la velocidad de un chip, más rápidas serán sus transiciones y más armónicos producirá. Si no necesita el 74AHC por razones de rendimiento, me quedo con una versión más lenta como 74HC.

Pongo 10 uF aquí y allá en las líneas de suministro, los límites de 10 uF no hacen tanto a altas frecuencias (por encima de 1 MHz). Las 100 nF son mejores, así que también las usan y 1 nF o 100 pF son las mejores para las frecuencias altas, por lo que generalmente no hay ningún daño en agregar (un lugar para) también. Tenga en cuenta que en una PCB puede agregar un lugar para un condensador y luego decidir no usarlo. Añadir un condensador en un lugar donde no hay huella es mucho más difícil.

    
respondido por el Bimpelrekkie
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El terreno digital debería tener el mismo potencial que su suelo analógico. De hecho, debe utilizar el fondo analógico de precisión como el "punto inicial" para todos los demás motivos.

Esto puede parecer extraño, pero lo que hace es asegurarse de que todas las corrientes que fluyen en cualquiera de las conexiones a tierra, particularmente las conexiones a tierra de la fuente de alimentación, y los retornos digitales, no creen caídas de voltaje que se detecten en cualquier lugar.

    
respondido por el Neil_UK
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Encendió un IC hace algunos años, con una gran cantidad de interferencias entre los registros de configuración SPI y las diversas funciones analógicas que se están configurando.

Pronto terminamos la diafonía, agregando resistencias de 100Kohm (polisilicio) y tops de chip de 10pF entre cada bit de configuración y el circuito analógico que se está configurando. Utilizamos interfaces CMOS, por lo que 100Kohm fue aceptable.

Resumen: le sugiero que cree una tercera región entre el analógico de precisión y el digital ruidoso. Esa región contiene búferes con filtrado de energía privado, y las señales que se ejecutan entre el analógico y el digital se almacenan en la nueva tercera región. Las señales en búfer, que se ejecutan al analógico, obtienen resistencias de 100Kohm y condensadores de 10pF conectados a tierra analógica, para reducir la velocidad de los bordes de las señales de control y no inyectar basura.

Para ver ejemplos de esta mentalidad, consulte las hojas de datos de ADC de 24 bits de Linear Technology, en particular su sección de aplicaciones / PCB que muestra las resistencias de aislamiento y de búfer, etc.

    
respondido por el analogsystemsrf

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