PCB planos de tierra múltiples

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Estoy diseñando un PCB de dos capas. El esquema de dos partes se muestra en las figuras adjuntas.

En el circuito, recibo cuatro señales de compuerta de FPGA de 3.3 V y una señal de error, también de 3.3 V como entradas y debo aumentar las señales de la compuerta a 5 V mientras me aseguro de que las señales se desactiven en caso de que error persistir (ERR está activo bajo). Por lo tanto, uso un aislador digital / cambio de nivel para subir las señales de entrada hasta 5V y una compuerta AND para asegurar que la señal se apague en caso de error.

La siguiente parte es generar los niveles de voltaje. Obtengo 3.3V como entrada de otros PCB y necesito generar 5V para el cambio de nivel y mi compuerta AND. Para hacer eso, uso dos convertidores Traco dc-dc para reducir el voltaje desde 24V (desde una fuente de alimentación flotante de laboratorio) hasta 15 V y otra TRACO para obtener 5V desde 15V.

Ahora, como se puede ver en el esquema, tengo cuatro motivos aislados en mi PCB : Para 24V, 15V, 5V y dos señales de 3.3V. Quisiera que se quedaran aislados. Tengo las siguientes consultas:

  1. ¿Realmente necesito aislar los terrenos de 15V y 5V (aunque TRACO lo garantiza)
  2. Qué nivel del suelo debería elegir para el plano del suelo
  3. ¿Debería usar diferentes planos de tierra para mis señales digitales (p. ej., 5 V) y mi mismo nivel de voltaje a tierra y conectarlos a un punto o debería usar un plano de tierra para señales digitales y analógicas de un nivel de voltaje particular (por ejemplo: Tierra de la fuente de alimentación 5V y tierra digital de 5V IC) PS: Las señales de mi puerta son 40kHz y los interruptores de conversión dc-dc TRACo a 400kHz

Gracias

    
pregunta Autobot

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Por lo que entiendo de su esquema y PCB, está generando dos 3.3V DC y uno de 5V DC como salida de su circuito y necesita aislamiento de 15V DC y la entrada que ha utilizado para generar los 15V DC .

Si todas estas fuentes van a alimentar una tarjeta o un conjunto de tarjetas conectadas, debe tener un solo plano de tierra para todas las fuentes y hacer una separación entre las tierras puede llevar a una diferencia de potencial peligrosa entre los planos separados que es no está bien. Los terrenos separados están bien solo si la tarjeta de la fuente de alimentación está alimentando tarjetas completamente separadas y ninguna de las tarjetas está utilizando más de una salida de la tarjeta de la fuente de alimentación.

Basado en esto, mi recomendación es 0. use el plano de tierra tan único como sea posible (no separado) en el lado de salida de la tarjeta de fuente de alimentación. 1. Asegúrese de que se admite la separación de 4 milímetros en la PCB debajo de TRACO. 4 milímetros le dará 4kV de aislamiento. 2. Es una muy buena práctica que cerca del conector FPGA, conecte el orificio del tornillo directamente a tierra y conecte el otro orificio del tornillo al plano de tierra a través de los condensadores de ESR bajo. Obviamente, el orificio del tornillo está conectado a tierra o caja metálica.

  1. Parece que la densidad del cobre en la capa superior es alta, por lo tanto, durante el proceso de ensamblaje automático, podría generar malas tensiones en las piezas ensambladas. Normalmente, debe tener cerca de la misma densidad de cobre en la parte inferior de su PCB también para equilibrar la tensión o si el PCB es de una sola capa, se recomienda no usar un plano de cobre sólido y, en lugar de eso, use el plano de cobre picado .
respondido por el BD_CE

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