Подключение аналогового и цифрового заземления

Я разрабатываю систему, включающую FPGA, несколько АЦП и несколько ЦАП. Мне любопытно, какие у меня могут быть наилучшие варианты заземления в моей системе.

FPGA находится на собственной дочерней плате, но цифровые сигналы, исходящие от нее, могут иметь частоту до 25 МГц. АЦП будут тактироваться этим сигналом 25 МГц. Сигналы, поступающие на ЦАП, не будут быстрее 5 МГц. Сами ЦАПы подключены к цепочке операционных усилителей, которые используются для генерации высоковольтного (от 65 В до -65 В) сигнала постоянного тока. Этот сигнал постоянного тока не будет изменяться быстрее, чем 500 кГц.

Из проведенного мной исследования следует, что не существует единого хорошего способа соединить аналоговую и цифровую земли в чувствительной цепи. При этом я надеюсь, что кто-то с большим опытом, чем я, сможет взвесить, какая техника заземления может быть наиболее эффективной для моего приложения. Первоначально в своей схеме я разделил аналоговое и цифровое заземление и планировал использовать «огороженную» конструкцию, в которой длинный слот будет разделять аналоговое и цифровое заземление, и они будут соединены только в нескольких местах. Некоторые аналоговые компоненты имеют общие шины питания друг с другом, но ни один из них не использует общий источник питания с цифровыми компонентами.

Основываясь на типах сигналов и частотах, на которых я работаю, считаю ли я то, что я считаю излишним? Недостаточно? Любые советы приветствуются.

Ответы (2)

Лучший способ — свести к минимуму R и L токонесущих путей для каждого и убедиться, что схема пути не имеет общей земли или Vcc. Это включает в себя широкий спектр и постоянный ток. Это требует понимания LdI/dt импульсного шума и паразитной связи на входах с высоким значением Z из-за несоответствия Z (сиг и земля), излучаемых токовых петель и связи pF шума с сигналами поля E.

Если соединения имеют более низкий импеданс, чем общая нагрузка источника, возможно регулирование кондуктивного шума. Затем необходима развязка LC с низким значением Q , с симметричными входами Agnd и малыми шумовыми токами контура с использованием Cap per IC и т. д.

Интересно, все еще используются чрезвычайно тонкие слои между силовыми заземляющими плоскостями и Z (f) силовых плоскостей. Существует бизнес, занимающийся этой специальностью, который начался около 30 лет назад.

Дополнительные ссылки:

  1. http://www.ti.com/lit/an/scaa048/scaa048.pdf
  2. http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf
  3. https://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug483_7Series_PCB.pdf
  4. http://www.ewh.ieee.org/r4/se_michigan/emcs/DL-ARCH-decoupling3.pdf
  5. https://www.xilinx.com/support/documentation/application_notes/xapp623.pdf
  6. http://ds.murata.co.jp/software/simsurfing/en-us/#app=71e3&ee37-selectedIndex=0

Рассматривая перекрестные помехи s21 или регулирование нагрузки s22, мы ожидаем иметь низкое значение Z(f) источника и Z(f) нагрузки <1% при постоянном токе, но отношение переменного тока может быть совершенно другим из-за сложной распределенной сети сигналов RLC. Таким образом, анализатор радиочастотных цепей является чрезвычайно ценным инструментом обучения или отладки.

Простой способ понять эти кривые для параметров рассеяния (s) заключается в том, что закон Ома для делителя напряжения совпадает с регулируемым нагрузкой отношением нагрузки к источнику Z(f) в дБ. Даже динамические перекрестные помехи и проникновение шума можно рассматривать как передаточную функцию.

Каждое приложение может быть разным и требовать некоторых решений для уменьшения излучений или восприимчивости, или и того, и другого.

  • Дроссели CM (НЧ или ВЧ)
  • сбалансированные дифференциальные линии
  • активная защита на экране или заземлении между всеми сигналами A и D.
  • фильтрация для уменьшения полосы шума
  • высокий CMMR до амплификации.
  • строгая осторожность на общих основаниях Vref, чтобы гарантировать, что цифровой ток не будет использоваться совместно.
Как может работать схема, если AGND и DGND, скажем, на АЦП, никогда не соединяются? Их не нужно куда-то подключать?
Они должны быть подключены где-то рядом с самой низкой крышкой ESR и плоскостью заземления, но совместное использование заземления с логическими сигналами запрещено. Вы должны представить контуры тока и знать влияние CdV/dt на I. Тогда индуктивные дорожки оказывают влияние LdI/dt на V, .. H-поля, индуцированные петлей (мА), и параллельные E-поля, индуцированные V, могут быть смоделированы и протестированы для получить полное понимание.
попробуйте размыкающие контакты реле последовательно с катушкой (зуммер) и поместите рядом с зондом осциллографа, затем замкните зонд 10:1 с 1 витком внутри или снаружи контура или подключите к проводу для параллельной связи pF. затем добавьте 100 Ом для пробника в качестве шунта и сравните с нагрузкой 1 МОм или 10 МОм для пробника в качестве шумоподавителя. Посмотрите обратную квадратичную величину потерь шума и спектра, затем соедините землю осциллографа с землей реле и переместите землю питания, чтобы увидеть кондуктивные шумы.
Поскольку источники питания разделены, единственные места, где AGND и DGND должны быть подключены, находятся рядом с АЦП/ЦАП. Поэтому любые токовые петли в усилителях/ПЛИС должны оставаться на своих соответствующих плоскостях. Итак, если я поставлю слот, идущий под АЦП/ЦАП (распиновка этих микросхем этому способствует), а затем подключу земли непосредственно под ними и поставлю туда конденсаторы с низким ESR, как вы думаете, это будет хороший способ? заботиться о нем?
за исключением того, что это старый метод мышления. Предпочтителен непрерывный заземляющий слой, общий для аналогового и цифрового сигналов. Учет связанных обратных токов является ключевым и зависит от зонирования аналоговой и цифровой электроники, чтобы цифровые сигналы не приближались к аналоговым. Отдельные НЕ ПЕРЕКРЫВАЮЩИЕСЯ силовые плоскости являются ключевыми, хотя

Я не вижу здесь конкретного ответа - я думаю, Тони намекает, что ваш подход зависит от вашего более крупного дизайна.

При этом похоже, что у вас смешанный сигнал с большим количеством цифровой энергии (сигналы +/- 65 В постоянного тока).

Лично (YMMV):

Разделите две заземляющие пластины, соедините их либо встречными диодами Шоттки, либо соответствующей ферритовой бусиной. Я бы предусмотрел и то, и другое и включил бы в макет функции для настройки топологии заземления (0 Ом, развязывающие колпачки и т. д.).

Этот технический документ поддерживает мою рекомендацию и является достаточно кратким и избавляет (большую часть) от теории и фокусируется на более практических приложениях:

http://www.ti.com/lit/an/slyt499/slyt499.pdf

Хорошая ссылка на ТИ. В соответствии с моим ответом. Звездообразное распределение и отдельные низкодобротные ферритовые LC-фильтры (при общем V) с низкими конденсаторами ESR на микросхеме АЦП. Да, электромагнитные помехи всегда должны учитывать систему в целом в дополнение к деталям излучаемых и проводимых dI/dt, dV/dt, с подробностями в спецификации и/или схемах ESR, ESL, прокладке кабеля, заделке экрана и т. д.
Часть 1 фактически согласна с моей проблемой с разделением, и в равной степени часть 2 поддерживает мое мнение об одной находке, но управляемом возврате.