Должен ли я действительно разделить заземляющий слой на аналоговую и цифровую части?

Вы должны думать с точки зрения общего импеданса (не сопротивления, а именно импеданса).

Рассмотрим части схемы, которые используют GND в качестве ссылки 0 В для чувствительных аналоговых целей. Очевидно, вы хотите, чтобы каждое из этих «опорных значений 0 В» имело один и тот же потенциал «0 В». Однако ток, протекающий через плоскость GND, создаст дополнительное напряжение ошибки поверх «0 В» каждой микросхемы.

Теперь нарисуйте схему вашего GND с протекающими через него токами.

Если вы не разделяете плоскость, но через нее проходят большие токи, потому что вы помещаете входной разъем питания с левой стороны, выходной разъем питания с правой стороны и сверхчувствительные аналоговые биты посередине, то вы может возникнуть проблема из-за сильного тока, протекающего через GND и создающего градиент напряжения.

В зависимости от частоты учитывайте импеданс (т. е. индуктивность, а не только сопротивление).

Теперь есть несколько решений для этого.

• Вы можете разместить разъемы питания в более разумных местах (например, вход питания рядом с выходом), чтобы большие токи не проходили в плоскости заземления. Это относится ко всем токовым петлям, которые несут большие, шумные или высокие токи di/dt, такие как внутренние петли DCDC или петли между ним и его нагрузкой (скажем, процессором) или даже путь заземления между развязывающим колпачком. и чип его развязывает.

Убедитесь, что вы знаете, где находятся эти петли! Упорядочите их по сложности (примерно «площадь * di/dt» для переменного тока или «площадь*I» для постоянного тока). Размещение имеет важное значение. Хорошее размещение с узкими петлями тока делает компоновку гораздо менее головной болью.

• Вы можете использовать дифференциальные усилители и АЦП, которые игнорируют синфазный шум.

Это обязательно, если измеряемое напряжение находится на токовом шунте на стороне высокого напряжения. Теперь предположим, что вы используете, например, усилитель тока. Не забывайте, что любое напряжение на его «выходном контакте» (часто ошибочно помеченном как «GND») напрямую добавляется к выходу … поэтому не вставляйте усилитель считывания между двумя полевыми МОП-транзисторами с его контактом «GND» в середине «двигателя». текущий обратный путь...

• Вы также можете разделить самолет, но тогда вам нужно решить, где вы его разделите. И (здесь все становится неприятным), когда вы соединяете два ваших заземления вместе на постоянном токе (или на высоких частотах, если вы используете изоляторы...

Назовем ваши две земли AGND и PGND (аналоговая и силовая). Некоторые советуют разделить и соединить AGND/PGND или AGND/DGND под ADC. Это означает, что любой ток, протекающий между AGND и PGND, теперь должен течь по линии заземления под АЦП, что является наихудшим возможным местом.

Решением, которое имеет большой смысл, является «скрытый раскол». Размещение имеет важное значение. Например, вы помещаете мощность/шумы справа, а чувствительные — слева. Вы размещаете свои развязывающие колпачки так, чтобы контуры токов питания, проходящие через GND, были короткими и хорошо расположены. Затем, поскольку ваша плата имеет две четко определенные зоны, вы можете сузить ширину заземляющего слоя, соединяющего их, чтобы гарантировать, что большие токи не протекают через землю чувствительных битов.

Это очень наглядно и трудно объяснить, и правильное размещение разъемов имеет важное значение.

Эти учебные пособия хороши: https://learnemc.com/emc-tutorials

Простого введения SLITS в плоскость GND может быть достаточно, чтобы в значительной степени не допустить попадания цифрового / силового / реле / ​​моторного мусора в чувствительные аналоговые области. [ РЕДАКТИРОВАТЬ 9 июня Показано, что в узкой области будет достигнуто затухание 12 дБ/квадрат. РЕДАКТИРОВАТЬ Июнь 2019 г. Не забудьте также разрезать Power Plane (предложено barleyman)]

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Что мы можем предсказать относительно размещения щели по сравнению с точками входа и выхода интрузивного тока?

^{смоделируйте эту схему}

Чего ожидать, когда щель вторгается в потоки?

^{смоделируйте эту схему}

У нас было около 40 мкВ/квадрат вдоль нижнего края печатной платы, исходя из 0,0005 Ом/квадрат. Мы можем оценить падение напряжения I*R, вызванное ОДНИМ АМПЕРОМ в правом верхнем углу печатной платы, вдоль самого нижнего края печатной платы внутри аналоговой области как просто

Slit_Atten = длина щели / длина всей петли внутри чувствительной области

Падение напряжения в самом низу (на квадрат) составляет

Напряжение на щели * Slit_Atten

Математика: щель - это 4 квадрата, таким образом, 4 * 40 мкВ = 160 мкВ.

Slit_Atten составляет 4 квадрата / 20 квадратов (вся периферия петли) = 20%.

Падение I*R на квадратное значение составляет 160 мкВ * 20% = 32 мкВ.

Это показывает ценность использования только УЗКИХ областей между цифровым/шумовым и аналоговым.

Вот еще один способ разрезания.

^{смоделируйте эту схему}

Напряжение на квадрат, где операционным усилителям нужен тихий GND = 32 мкВ на квадрат. Не очень тихо. Что делать?

1) прорезать щель дальше в плоскости; теперь на 80%, перейдите на 95% и, вероятно, получите экспоненциальное улучшение тишины; запустите симулятор SPICE и посмотрите, как

2) сделать прорезь------не узкую----а глубокую, вот так

^{смоделируйте эту схему}

Что мы можем предсказать о затухании L-щелей? Оказывается, мы можем предсказать затухание в 12 дБ на квадрат суженной области. Увеличиваем и видим это

^{смоделируйте эту схему}

Настоящим ключом является ВСЕГДА размещение, делайте это с умом, и любая установка может работать для чего-то подобного, если вы ошибетесь, и не только будет очень сложно разводить плату, но и будет трудно получить желаемую точность.

Правило сплошных плоскостей, когда у вас происходят быстрые вещи, в любое время, когда у вас есть граничные частоты в области нескольких нс (тактовая частота не имеет значения, граничные частоты имеют значение), вам нужна сплошная плоскость по крайней мере под этой областью, я обычно делаю сплошную плоскость в первом прототипе каждый раз и возиться с ним потом, если он не дает мне то, что я хочу (мне вообще не нужно его менять).

Теперь в вашем случае важна точность постоянного тока, и, как правило, такие вещи лучше всего делать с помощью дифференциального измерения (решите, между какими двумя точками вы хотите измерить напряжение, и измерьте это напряжение, а не относительно какой-либо плоскости).

Тот факт, что у вас есть плоскость, не означает, что вам нужно подключаться к ней в произвольных точках, вы можете, например, решить вернуть «заземленный» конец резистора в дифференциальном усилителе к плоскости в той же точке, что и вход предыдущих каскадов. резистор делителя, таким образом гарантируя, что они видят одно и то же напряжение, иерархические основания - это хорошо, но правила дифференциального измерения для этого материала.

5,49 кажется мне оптимистичным, максимум пресса — это не то, чего вы когда-либо хотели бы достичь.

Развязки вообще идут прямо на плоскость.

Если вы решите разделить плоскости, то вы должны убедиться, что существует непрерывное соединение под областью, где линии управления проходят между ними, вы никогда не проводите трассировку над разделением плоскости.

Учитывая ваши низкие скорости, не забывайте, что вы можете пересэмплировать, и что прореживание увеличивает эффективную длину слова.

Некоторые примечания по этому поводу. Как уже отмечали другие, текущие петли не ваши друзья. Вы должны знать о своих цепях высокой мощности / высокой скорости и о том, где к ним подается питание. Все, что находится между этими двумя точками, находится прямо в поле зрения, не помещайте свои 16-битные АЦП между повышающим преобразователем и мощными светодиодами с ШИМ-управлением.

Трещины или рвы на наземных планах могут быть полезными, но они быстро запутываются. Самое главное, что нужно помнить, это НИКОГДА НЕ ПЕРЕСЕКАТЬ РАЗДЕЛКУ В САМОЛЕТЕ С ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ / ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ СИГНАЛЬНОЙ ЛИНИЕЙ . Ваши сигнальные линии нуждаются в обратном текущем пути прямо рядом с ними. Таким образом, если вы создаете подкову вокруг АЦП, вам также придется направлять все сигналы вокруг этого рва. Если вам абсолютно необходимо пересечь раскол, вы можете использовать локальный конденсатор для соединения отдельных плоскостей GND, но тогда вы, в первую очередь, побеждаете цель рва. Предположим, у вас есть многослойная плата, но было бы гораздо менее болезненно просто не делать этого. Поменяйте местами слои перед разделением на другую плоскость, которая имеет однородную базовую плоскость. NBэто не относится к постоянным или низкочастотным сигналам/нагрузкам. Они достаточно счастливы, чтобы идти по пути наименьшего сопротивления вокруг рва. Не забывайте, что вы должны совместить расщепления в плоскостях GND с соответствующими расщеплениями в силовых плоскостях!

Чтобы сделать это более сложным, это относится к опорной плоскости, т. е. плоскости земли рядом с сигнальным слоем. Если у вас 8 или более слоев, не имеет значения, что находится на уровне L2, если ваша чувствительная схема находится на уровне L8. Вы также можете использовать плоскость питания в качестве эталона, но часто в наши дни у вас есть любое количество плоскостей питания (5 В, 3,3 В, 1,8 В, 1,2 В, -5 В, что угодно), поэтому неисправная схема может быть привязана только к плоскости питания. это происходит из .. Ссылка на плоскость 1,8 В PHY на 3,3 В не сработает. Если, знаете ли, вы снова не предоставите эти сшивающие колпачки между самолетами.

Я сделал высокоскоростную схему мультиплексирования АЦП, которая достигла практически нулевого уровня шума (~ 0,6 единицы АЦП) путем разделения VCC и VCCA плюс GND и AGND. Но я знаю, что делаю, и я тратил время на тщательное картирование аналоговых линий и создание «островков» родственной меди на следующем слое и так далее. Большую часть времени я просто держу все основания вместе и слежу за текущими петлями.

Смена слоев также считается разделением в плоскости, поэтому у вас должны быть поблизости соответствующие переходные отверстия GND, чтобы высокоскоростной обратный ток не приходилось делать дополнительные обходные пути.

Последнее замечание : Обратный ток следует по пути наименьшего сопротивления. Для низких частот это кратчайший доступный сплошной медный маршрут, который может не следовать вашей трассе сигнала/мощности. Для более высоких частот это прямо рядом с управляющим сигналом, поскольку разделение увеличивает импеданс. Вот почему пересечение плоскостей заканчивается слезами, когда вы создаете разрыв, что приводит к отражениям, излучаемым радиочастотам, потере целостности сигнала, дождю из лягушек и так далее.

Вы можете полностью разделить питание и землю как для аналогового, так и для цифрового сигналов. Используйте изолированные преобразователи постоянного тока и оптоизоляцию для цифрового интерфейса между ними.