Почему именно не рекомендуется заделывать заземляющий слой?

Время от времени я слышу (и читаю), что нехорошо делать отдельные плоскости Gnd для цифровой и аналоговой частей схемы. Все это сводится к следующему практическому правилу: «Не разделяйте плоскость Gnd, не делайте в ней пробелов». Обычно это происходит без внятного объяснения.

Самое близкое объяснение, которое я нашел, это эта ссылка: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . Автор указывает, что обратные токи будут огибать разрыв, так что площади поверхности токов становятся большими (границы этой площади поверхности определяются «уходящим» и «возвратным» током):

введите описание изображения здесь

Обратные токи различных сигналов сжимаются вместе в углах зазора, что приводит к перекрестным помехам. Большая площадь поверхности токовых петель будет излучать и улавливать ЭМС.

Все идет нормально. Я понимаю, что никакие сигналы не должны проходить через такой промежуток. Предполагая, что вы помните об этом правиле, было бы плохо делать промежутки в плоскости Gnd (например, делать разделение между аналоговой и цифровой частями схемы)?

Это довольно часто обсуждаемая тема, и некоторые люди сильно расходятся во мнениях относительно того, что вы должны и не должны делать (разделять участки или не разделять их и т. д.). Имейте в виду, что это также зависит от того, что вы хотите сделать. Например, со стабильным опорным напряжением вам, как правило, нужна какая-то форма заземления звезды, чтобы никакие обратные токи из других источников не могли прийти и изменить ваши значения. Нескольких мкВ может быть достаточно, когда вы имеете дело с десятками частей на миллион с точностью до нескольких вольт.
Большое спасибо @JorenVaes. Когда вы упоминаете «некую форму звездного заземления», как вы практически этого добиваетесь? Я имею в виду, как вы можете сделать звездную землю с твердыми наземными плоскостями?
Я думаю, не используя сплошную плоскость заземления. Я не эксперт в этом, и я обычно ограничиваюсь аналоговыми печатными платами, которые не используют сплошные заземляющие слои.
Вы понимаете, что нарисовали плоскую щелевую антенну ? Антенны как излучают, чего вам может не хотеться, так и принимают помехи, чего вам может не хотеться. Другая ссылка .
Очень интересное замечание @EricTowers, на самом деле я этого не осознавал :-)
CQ DX CQ DX де ZL1 ...

Ответы (4)

Высокочастотные обратные токи следуют за внешними токами из-за индуктивности.

Если вы заставите обратные токи пойти по другому пути, произойдет несколько плохих вещей.

  1. Вы создаете петлю, которая может принимать и передавать магнитные помехи.
  2. Вы вводите дополнительную индуктивность на пути прохождения сигнала, что может снизить целостность сигнала.

Обратите внимание, что цифровые сигналы с быстрыми фронтами могут создавать сильные высокочастотные всплески, даже если скорость переключения низкая.

Также обратите внимание, что внешний путь не всегда может включать только дорожки, он может быть внутри компонента. Даже если компонент имеет отдельные аналоговые и цифровые выводы питания и заземления, вполне вероятно, что некоторые сигналы пересекают границу микросхемы.

OTOH на низких частотах токи идут по путям, определяемым прежде всего сопротивлением. Таким образом, разделение плоскостей может быть полезным методом, позволяющим влиять на направление обратных токов и избегать общего импеданса.

Если у вас есть только одно место, где сигналы пересекают границу смешанных сигналов, то разделение плоскости имеет большой смысл, поскольку оно вынуждает аналоговые обратные токи оставаться на аналоговой стороне, а цифровые обратные токи — на цифровой стороне.

Если у вас есть несколько мест, где сигналы должны пересекать границы смешанных сигналов (например, несколько АЦП, несколько микросхем аналоговых переключателей и т. д.), то преимущества разделения становятся гораздо более сомнительными. Каждому чипу со смешанным сигналом требуется соединение между двумя плоскостями, но как только вы устанавливаете несколько соединений между плоскостями, вы теряете многие преимущества их разделения.

Большое спасибо. Предположим, что у меня есть только один АЦП, пересекающий промежуток. Где именно я должен подключить плоскости AGND и DGND? На этой странице ( electronics.stackexchange.com/questions/306862/… ) я прочитал: «Давайте назовем ваши две земли AGND и PGND (аналоговый и силовой). 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». Но я не уверен, что это утверждение верно.

Аргументация очень похожа на тенденцию отказа от разделения земли на цифровое и аналоговое. Все дело в обратном токе

На самом деле существует тенденция отходить от разделенных заземляющих плоскостей и вместо этого концентрироваться на разделении мест размещения И рассмотрении пути обратного тока.

  • Не разделяйте плоскость заземления, используйте одну сплошную плоскость как под аналоговой, так и под цифровой секциями платы.
  • Используйте заземляющие пластины большой площади для обратных путей тока с низким импедансом
  • Оставьте более 75% площади платы для заземления.
  • Отдельные аналоговые и цифровые силовые плоскости
  • Используйте сплошные заземляющие плоскости рядом с силовыми плоскостями
  • Найдите все аналоговые компоненты и линии на аналоговой силовой плоскости и все цифровые компоненты и линии на цифровой силовой плоскости.
  • Не прокладывайте трассы над разделением слоев питания, за исключением случаев, когда трассы, которые должны проходить через разделение слоев питания, должны находиться на слоях, смежных с сплошной плоскостью заземления.
  • Подумайте, где и как на самом деле текут обратные токи заземления.
  • Разделите вашу печатную плату на отдельные аналоговые и цифровые секции
  • Правильно размещайте компоненты

Контрольный список проектирования смешанных сигналов

  • Разделите вашу печатную плату на отдельные аналоговые и цифровые секции.
  • Правильно размещайте компоненты.
  • Разместите раздел с аналого-цифровыми преобразователями.
  • Не разделяйте плоскость заземления. Используйте одну сплошную плоскость как для аналоговых, так и для цифровых секций платы.
  • Направляйте цифровые сигналы только в цифровую часть платы. Это относится ко всем слоям.
  • Направляйте аналоговые сигналы только в аналоговую часть платы. Это относится ко всем слоям.
  • Отдельные аналоговые и цифровые силовые плоскости.
  • Не прокладывайте трассы над разломом силовых плоскостей.
  • Трассировки, которые должны проходить через разделение силовой плоскости, должны находиться на слоях, смежных с твердотельной заземляющей плоскостью.
  • Подумайте, где и как на самом деле текут обратные токи заземления.
  • Используйте дисциплину маршрутизации.

Помните, что ключом к успешной компоновке печатной платы является разделение и использование дисциплины трассировки, а не изоляция заземляющих плоскостей. Почти всегда лучше иметь только одну базовую плоскость (землю) для вашей системы.

(вставлено из приведенных ниже ссылок для архивации)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

Большое спасибо. Очень интересный ответ. Итак, ваш совет по поводу плоскостей Gnd и Power: сделайте одну цельную плоскость Gnd для всей платы и две отдельные плоскости Power - одну для цифровой и одну для аналоговой части. Верно?
довольно много. Главное — думать об обратных токах для всего, что касается компоновки.
Как насчет прокладки трассы для каждого обратного тока? Я пытаюсь сделать это прямо сейчас на своем дизайне - своего рода тест ;-)
вы нарушаете непрерывность заземления. Иногда это необходимо (я ищу рекламу для измерения фазного тока), но это исключение, а не норма. Помните о напряженности поля обратного тока
Что вы подразумеваете под «вы нарушаете непрерывность заземления» и «помните о напряженности поля обратного тока»?
ну, пока вы не пытаетесь вырезать основную плоскость GND, чтобы создать эти «обратные дорожки земли», тогда следующая проблема заключается в том, что вы увеличиваете расстояние основной дорожки от земли, ЕСЛИ эта «дорожка возврата земли» не шире, чем разброс обратного тока. посмотри 2-ю ссылку. По сути, если интересующий сигнал не идет в область, которую место заземления не покрывает (проблемы изоляции ...), добавление дополнительных трассировок заземления для возврата не дает дополнительных преимуществ, если учесть дополнительную сложность компоновки.

Приоритет №1 — правильно разместить материал на доске.

Например, если у вас есть разъем для ввода питания слева, контроллер мотора и его выходные разъемы справа, а чувствительные аналоговые биты посередине, у вас плохой старт.

Лучше разместить разъем питания рядом с выходами сильного тока, чтобы обеспечить естественное протекание больших токов и облегчить вашу работу.

Также лучше всего IMO использовать разделенные плоскости (AGND, DGND), затем разместить все компоненты на соответствующей плоскости, а затем, в конце... удалить разделение и превратить его в сплошную заземляющую плоскость. Это заставляет вас сделать хорошее размещение.

В остальном этот вопрос более-менее одинаковый, советую почитать ответы.

Большое спасибо. Но почему именно вы удалили раскол в конце?
Если вы разделите, то весь ток, который течет от одной земли к другой, будет течь в месте их соединения, которым обычно является АЦП, т.е. в худшем месте для этого!
Представьте себе микросхему АЦП следующим образом: аналоговая часть — это несколько входов, цифровая часть — это шина SPI. Обратные токи от шины SPI текут обратно к микросхеме АЦП. Таким образом, они могут переходить из DGND в AGND, но даже этого не должно происходить, если расположение хорошее. Какие другие токи перейдут из DGND в AGND? (Я не критикую ваш ответ. Я искренне задаю этот вопрос, потому что хочу учиться ;-)
Любой синфазный ток, который исходит от кабелей, подключенных к вашей плате, или разряд электростатического разряда, емкостная связь между платой и близлежащими металлическими предметами, множество возможностей...
Да, ты прав. Как насчет силовых самолетов? В своем ответе г-н @JonRB советует использовать одну плоскость Gnd, но отдельные плоскости питания для цифровой и аналоговой частей. Куда их подключать?
О кабелях: в идеале вы хотите, чтобы все разъемы были на одной стороне платы, чтобы синфазные токи протекали в плоскости на этой стороне, а не через всю плату. Это похоже на металлическую заднюю панель в задней части корпуса со всеми подключенными к ней разъемами и экранами кабелей. В этом случае синфазные токи даже не доходят до платы.
Это отличный совет!
Что касается слоев питания, таких как AVCC и DVCC, не соединяйте их, вы бы поместили фильтр между ними, например, ферритовую бусину, или даже использовали отдельные регуляторы, множество вариантов. DVCC будет шумным, и шум не должен распространяться на аналоговые источники питания.
Хорошо, что вы делаете там

Это сложная тема, часто с противоречивой информацией. Одним из распространенных примеров, когда это происходит, является разводка медных кабелей для аналого-цифровых преобразователей. Часто в таблицах данных указывается, что аналоговый возврат на землю должен быть отделен от цифровой части, и они должны быть связаны только в одной точке. В спецификациях часто указывается, что указанная точность может быть достигнута только при таком заземлении микросхемы.

Если бы вся плата состояла из одного чипа AtoD, это было бы легко, но когда вы начинаете смешивать DtoA, операционные усилители, компараторы и цифровые схемы, это быстро становится непрактичным.

Я не буду перефразировать то, что другие говорили о хороших методах компоновки. Подобно резисторам, включенным параллельно, ток будет течь по пути наименьшего сопротивления. На высокой частоте индуктивность плат может внести значительный вклад в реактивное сопротивление. Путь наименьшего реактивного сопротивления для обратного тока будет находиться прямо под сигнальной дорожкой в ​​заземляющем слое.

Когда в заземляющем слое есть зазоры, обратный ток должен проходить более длинный путь обратно к источнику, что приводит к увеличению контура и более высокой индуктивности.

Для получения более подробной информации по этому вопросу я бы рекомендовал книгу Генри У. Отта «Электромагнитная совместимость». Это библия по EMC.

Почему именно не рекомендуется заделывать заземляющий слой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v