Компоновка печатной платы — обратный путь заземления

Я проектирую 4-слойную печатную плату с плоскостями питания и плоскостью заземления со смешанными сигналами напряжения и высокими токами. У меня есть две возможные конфигурации изолированного заземляющего слоя, и мне интересно, какая из них будет лучше с точки зрения снижения электромагнитных помех и шума. Логическая схема включает микроконтроллер с АЦП, поэтому я не хочу, чтобы сильноточная земля мешала аналоговым сигналам. Силовая часть приводит в движение двигатель, поэтому земля там будет очень шумной. Вот мои силовые самолеты.введите описание изображения здесь

Одна из моих конфигураций заземляющего слоя заставляет путь возврата заземления логического уровня следовать тому же пути, что и путь питания к регулятору. Я предполагаю, что для этой конфигурации токи заземления логики лучше возвращаться на вывод заземления регулятора. Преимущества, которые я вижу, заключаются в том, что ток будет возвращаться по тому же пути, что и источник питания, поэтому нет индуктивности, создаваемой петлями тока. Изоляция от сильноточной земли также кажется лучше (не уверен, что это правда).введите описание изображения здесь

Другая конфигурация заземляющего слоя обеспечивает более прямой путь тока от логической земли к земле питания для минимального сопротивления (вместо земли регулятора), но создает большую токовую петлю. Он также кажется менее изолированным от сильноточной земли (опять же не уверен в этом).введите описание изображения здесь

Какая конфигурация заземляющего слоя будет лучше с точки зрения электромагнитных помех и целостности сигнала и почему? В общем, если у меня есть регулятор, следует ли оптимизировать путь возврата на землю, чтобы он возвращался на землю регулятора (а затем обратно на землю питания) или прямо обратно на землю питания?

Ответы (2)

Это звучит странно, но постарайтесь не разбивать свой наземный слой. Вместо этого убедитесь, что все компоненты и трассы для данной подсистемы (логической, аналоговой, цифровой) остаются в своих соответствующих областях, а не «растекаются», например, с высокоскоростными цифровыми трассами, проходящими через аналоговые схемы. Токи заземляющего слоя будут возвращаться к источнику с самым низким импедансом, который на высоких частотах следует по трассе, для которой они возвращаются.

Главное в этих «соответствующих областях» — убедиться, что ваша чувствительная схема не находится между шумной нагрузкой и источником питания. В этом случае шумовые обратные токи хотят пройти через аналоговую схему.

Если ваша цель — уменьшить электромагнитные помехи и шум, вам, вероятно, не нужна разделенная заземляющая пластина. Разделение плоскости обычно выполняется, когда у вас есть чувствительные аналоговые устройства (например, АЦП) и вы хотите, чтобы они имели чистое заземление. Лучше избегать разделения заземляющего слоя .

Высокочастотные обратные токи будут следовать по эталонной плоскости — они могут использовать плоскость питания для возврата, особенно для дорожек на той стороне платы, которая ближе к плоскости питания (часто нижний слой в 4-слойных платах). По этой причине важно убедиться, что высокочастотные цифровые трассы следуют непрерывной базовой плоскости. Если вы разделяете землю, вы должны убедиться, что ни одна дорожка никогда не пересекает зазор, что усложняет разводку, поскольку плата становится более ограниченной.

Если дорожка пересекает перегородку в заземляющем слое, обратный ток будет идти в обход. Если трасса пересекает зазор между слоями питания и использует слой питания для возврата, она может пройти долгий путь по вашей плате, чтобы найти высокочастотный маршрут между двумя отключенными слоями питания. См. мой ответ здесь о высокочастотной маршрутизации .

Как всегда , у Генри Отта есть хорошие советы.

У меня есть АЦП на микроконтроллере в моей схеме логического уровня, поэтому я не хотел, чтобы на него влиял шум заземления питания. Я не думаю, что у меня есть высокочастотные сигналы в моей схеме логического уровня, только кварц для контроллера и несколько сигналов ШИМ 20 кГц. Регулятор представляет собой понижающий преобразователь на 600 кГц. Является ли это хорошим оправданием для разделения земли? Если да, то лучше ли, чтобы земля возвращалась по исходному пути или прямо к источнику, если у меня нет значительно высокочастотных сигналов?
АЦП микроконтроллера обычно имеют низкое разрешение, и обычно с этим не приходится иметь дело — другие источники шума в микроконтроллере обычно больше. В любом случае: если вы правильно разделите дорожки аналоговых и цифровых сигналов, их обратные пути на заземляющей плоскости будут следовать их примеру, и разделение заземляющей плоскости обычно не требуется. Если вы не разделите их, разделение плоскости земли ухудшит ситуацию, заставив пути возврата образовывать большие петли. Разделение наземных плоскостей иногда полезно, но считайте, что это «продвинутый»
@RaphaelChang Я согласен с Эваном. Разделенная заземляющая плоскость, вероятно, излишняя для низкочастотного дизайна с низким разрешением.
@Evan 12-битный АЦП достаточно чувствителен, чтобы требовать тщательного кондиционирования. Я сделал свою часть схемы датчика, и в некоторых случаях разделение определенно служит своему месту. Но тогда вы должны быть религиозными в отношении своих обратных нынешних путей. Вы можете пересечь «пробел».. При условии, что вы предоставите аналоговый возврат земли «остров» на соседнем слое. Один из самых простых способов сделать зазор — это сделать U-образный зазор вокруг схемы АЦП/усилителя, который заставит низкочастотные токи заземления проходить по цепи без явного усложнения.
Компоновка печатной платы — обратный путь заземления
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v