Как соединить заземляющие плоскости вместе

Нет ни одного.

Тем не менее, есть кое-что, что я собрал с течением времени. То, что вы делаете с наземными плоскостями, сильно зависит от того, что вы пытаетесь сделать. Возможно, вы пытаетесь обеспечить пути с низким импедансом, или вы можете пытаться изолировать одну область от другой, или вы можете пытаться бороться с электромагнитными помехами.

Несомненно, за неправильные действия влечет снижение производительности, но вам может быть все равно, если только вы не имеете дело с высокочастотными схемами или прецизионной аналоговой работой. Количество флуктуирующих разрядов показаний АЦП при заземленных входах или спектральная чистота радиочастотного сигнала, измеренная анализатором спектра, покажет вам, насколько вы ошибаетесь в любой конструкции. Как правило, невозможно сделать это на 100% правильно (спецификация таблицы данных), если у вас нет такой простой системы, как их тестовые схемы.

Самые сложные проблемы с заземлением связаны с радиочастотами и сигналами, которые либо слабы, либо проходят через трассы, которые подвержены электромагнитным помехам на этой частоте. На микроволновых частотах достаточно сантиметра, чтобы сделать очень эффективную антенну и возиться с вещами. Я помню, как мой профессор однажды сказал мне, что, когда он работал в отрасли, они оставляли много точек, где два заземления могли быть закорочены вместе, а затем инженер проверял каждую из них одну за другой, чтобы увидеть, какая дает лучшее представление. Они работали с высокочастотными (микроволновыми) цепями.

Как правило, есть три типа элементов, похожих на «землю», которые вы хотели бы закоротить.

1. Настоящие наземные самолеты. По той или иной причине у вас их много, и вы хотите соединить их вместе. Это, вероятно, наиболее часто встречающаяся проблема в работе мельничных контуров.

2. Заземляющие / защитные трассы, которые проходят вдоль сигнальных линий, которые могут обеспечивать обратный путь, охранять высокочастотный сигнал или сигнал, направляемый к / от источника или приемника с высоким импедансом. Это может быть сделано либо для предотвращения утечки сигнала, либо для предотвращения электромагнитных помех.

3. Несколько наземных плоскостей, которые на самом деле являются одной и той же землей.

Для начала вы должны понимать, что на самом деле не существует универсальной земли, а также что разные земли в одной и той же цепи не обязательно являются одной и той же землей. Типичным примером, с которым вы сталкивались, является техническое описание АЦП, в котором говорится об аналоговых и цифровых основаниях. Это сделано для того, чтобы убедиться, что такая шумная цифровая схема не испортит АЦП высокого разрешения, за который вы заплатили дополнительно. Различные виды цепей имеют разные характеристики, когда дело доходит до их взаимодействия с землей. Поскольку цифровые схемы характеризуются внезапным всплеском тока на каждом такте, они имеют тенденцию быть особенно шумными на тактовой частоте, а затем на гармониках и субгармониках. Шунтирующие конденсаторы должны решить эту проблему.

Точно так же заземление питания имеет тенденцию быть шумным, потому что такие нагрузки, как двигатели и соленоиды, имеют тенденцию быть шумными либо из-за эффектов коммутации, либо из-за таких вещей, как ШИМ. Высокие токи и конечное сопротивление заземления (даже кусок меди имеет некоторое сопротивление) означают, что переходные процессы, возникающие на заземлении питания, имеют тенденцию быть выше. Иногда достаточно высоко, чтобы полностью испортить измерения энкодера, например, при управлении двигателем.

Таким образом, цель состоит в том, чтобы как можно лучше изолировать эти основания. Это означает, что они вообще не пересекаются. Вы не помещаете аналоговую землю вверху, а цифровую землю внизу. Все, что связано с аналоговым, идет с аналоговой землей, а все, что связано с цифровым, идет с цифровым заземлением в отдельных областях печатной платы. Когда целью является изоляция, вы соединяете плоскости вместе в одной точке. Более чем одна точка может быть опасной, поскольку это приводит к петлям тока и, следовательно, к проблемам электромагнитных помех и непреднамеренным антеннам. Точка, в которой все заземления замкнуты накоротко, обычно называется точкой заземления звезды в цепи и находится настолько близко, насколько это возможно, к широкой земле цепи. Как правило, их следует закорачивать как можно ближе и по центру к месту, где взаимодействуют две цепи, обычно это АЦП или ЦАП. В действительно случайных конструкциях вы замкнули бы их рядом с источником питания и молились бы о лучшем. Это тип 1.

В типе 2 у вас есть своего рода защитный след. Если дорожка находится на земле, то вы, вероятно, беспокоитесь об электромагнитных помехах, а не об утечке. В случае утечки вы должны управлять охраной на уровне, близком к уровню сигнала. В обоих этих случаях вы хотите, чтобы защита была как можно более низкоимпедансной по отношению к источнику. Это означает, что несколько переходных отверстий опускаются на заземляющую пластину через равные промежутки времени, если трасса должна быть заземлена.

Третий и несколько менее экзотический вариант, и на самом деле он просто констатирует очевидное. Это связано с переходными отверстиями, соединяющими развязывающие колпачки с землей, или случайными переходными отверстиями, замыкающими верхнюю и нижнюю плоскости заземления. После того, как вы создали звездную площадку и изолировали различные области, вы хотите, чтобы каждая площадка была как можно более однородной. Например, вам не нужна измеримая разность потенциалов между двумя углами аналоговой заземляющей пластины. Вы делаете это, обеспечивая путь с низким импедансом к земле звезды — каждый контакт или контактная площадка, которые необходимо заземлить, идут к плоскости, которая обеспечивает прямой доступ к точке заземления звезды. Наличие плоскости имеет дополнительное преимущество, заключающееся в обеспечении обратного пути под каждой трассой сигнала, что позволяет избежать образования токовых петель, которые могут действовать как антенны. В случаях, когда заземляющий слой должен быть нарушен, но вам нужно иметь обратный путь, вы бы предоставили альтернативный маршрут через другой слой. Если у вас есть несколько плоскостей с землей в одной и той же области (примечание: это должна быть одна и та же земля), периодические переходные отверстия могут помочь немного снизить импеданс.