Почему для заземления печатной платы с несколькими цепями АЦП важно «заземление в одной точке»?

Причина проста: мы пытаемся сделать «ров» с единственным мостом через него. С двумя разрезами в плоскости аналоговые обратные токи от каждого устройства могут смешиваться друг с другом, внося шум с одного набора входов АЦП на другой. Кроме того, мы предусмотрели круговой маршрут для цифровых возвратов, чтобы обойти аналоговую сторону АЦП.

Цифровой шум от АЦП2 может быть позади него, как и цифровой шум от АЦП1. Поместите небольшую изогнутую дорожку вокруг аналоговой стороны ADC2 от двух разрезов; здесь может течь некоторый цифровой шум.

На самом деле мне приходилось чинить доску, которая делала именно это, и ошибки были едва заметными и вызывали сильное выдергивание волос.

Чтобы избежать этой проблемы, сделайте следующее (работает для относительно медленного аналога, быстрый аналог имеет разные требования к разделению — примечание 2):

1. Не прокладывайте цифровую мощность в той же области (на любом слое) в той же области, что и чувствительные аналоговые сигналы. Я обнаружил, что такая сила имеет тенденцию повторно излучаться с других планов. Примечание 1.

2. Убедитесь, что основной источник питания находится на цифровой стороне платы. Это гарантирует, что все обратные пути удаляются от аналоговой стороны.

3. Не размещайте высокоскоростные дорожки в той же области, что и аналоговая схема (на любом слое).

4. Расположите АЦП/ЦАП или что-то еще так, чтобы в обратных плоскостях был один зазор. Если у вас есть аналоговые сигналы с разной скоростью, поместите самые быстрые из них ближе всего к промежутку.

5. Если вы управляете аналоговой схемой с помощью отдельного регулятора, поместите регулятор так, чтобы он перекрывал разветвление в плоскости с выходом и обратной связью (если используется) на аналоговой стороне. При использовании феррита (очень распространенная практика) применяется то же правило размещения.

6. Разделяйте питание либо через феррит, либо через регулятор.

Примечание 1. В первую очередь это связано с ограничениями инструментов компоновки. Если бы я мог заставить инструмент прикреплять переходные отверстия только к определенным слоям, я бы так и сделал, но это очень сложно с большинством существующих наборов инструментов.

Примечание 2. Для каждой секции с высокоскоростными аналоговыми сигналами используйте отдельную зону со рвом (каждая с собственным локальным заземлением и ферритом/регулятором). Смотрите это отличное руководство для более подробной информации.

[Обновление] Добавлено примечание о щелевой антенне.

Два разреза в плоскости могут создать щелевую антенну , в которой может накапливаться большое количество цифрового шума, в зависимости от частотного содержания, размеров апертуры и расстояний.

ХТН

Это показывает один из возможных способов, которым это может вызвать проблемы...

Здесь большая часть цифрового обратного тока проходит по цифровой стороне, но часть его может проходить по аналоговой стороне, как показано на верхней стрелке; особенно на низких частотах.

Если регуляторы расположить так, что прямая от них к АЦП ничего не пересекает, то, скорее всего, не будет иметь значения, есть разрез в плоскости или нет.

Единая точка заземления предотвращает попадание цифровых токов, создаваемых микросхемами АЦП, на аналоговую землю и создание шума, который может нарушить цепь аналогового сигнала.

Если у вас есть 2 АЦП (или более), то есть опасения, что цифровой ток может протекать через аналоговую часть заземляющего слоя и обратно в цифровую плоскость через другое «одноточечное соединение». Некоторые люди будут использовать ферритовые бусины последовательно с несколькими одноточечными соединениями, но я не думаю, что это необходимо. Когда у вас есть заземляющие плоскости (цифровые или нет), обратные токи имеют тенденцию течь в той части заземляющей плоскости, которая находится непосредственно под силовой плоскостью (или дорожкой), поэтому при условии, что цифровая силовая плоскость (или дорожка) не проходит через в аналоговую часть платы, то цифровые обратные токи не будут, даже если у вас есть несколько подключений.

Итак, мой совет: избегайте попадания линий питания в аналоговую часть печатной платы или очистите эти линии с помощью ферритовых бусин/фильтров, чтобы предотвратить протекание цифровых «горячих» токов через любые соединения питания, которые могут быть направлены в аналоговую часть.

Правда в том, что это зависит от частот, которые вас интересуют.

Для низкочастотных систем и особенно систем, требующих прецизионных характеристик постоянного тока, «общий импеданс» является главным врагом. Таким образом, вы хотите, чтобы аналоговая и цифровая земли встречались в одной точке, а устройства со смешанным сигналом располагались как можно ближе к этой точке.

С другой стороны, для высокочастотных систем обратные токи, естественно, будут следовать за отходящими токами. Главный враг — все, что препятствует этому, поэтому любое прохождение сигнала (явно по дорожке или неявно внутри чипа) через слот — это плохо, так как это вызовет как магнитное излучение, так и трудно предсказуемые обратные пути. Если вы не заботитесь о точности постоянного тока, то часто лучшим выбором будет сплошная заземляющая пластина.

Если вам нужно и то, и другое, то вам нужна одна точка для заземления постоянного тока, но затем шунтируйте конденсаторы между аналоговой и цифровой заземляющими плоскостями, чтобы обеспечить прямой обратный путь для высокочастотных сигналов.

Я также повторяю комментарий другого ответчика о том, что приложения часто полны мусора.