Снизит ли звездообразная сеть Vdd колебания грунта?

Не вижу изъяна в логике поста. Высокочастотные обратные токи будут ограничены областью ниже точки звезды (пост называет ее локальной плоскостью). Я ничего не могу сказать о том, что электромагнитные помехи компенсируют друг друга, но уменьшенная длина антенны определенно уменьшит ее усиление.

Тем не менее, автор этого сообщения неоднократно игнорирует опасности высокоскоростного проектирования с этой топологией. По определению, если все высокочастотные элементы изолированы от MCU, ваши высокоскоростные сигналы, выходящие из MCU, будут иметь ужасную скорость нарастания и, вероятно, не удовлетворят требованиям глазковой диаграммы. Он допускает, что только близкие к постоянному току сигналы покинут самолет.

Как кто-то прокомментировал, бесплатного обеда не бывает. Должно быть общее предупреждение о том, что это подходит только для низкой скорости. Проще говоря, если какой-либо из ваших коммуникационных сигналов требует управления импедансом, избегайте этой топологии.

Не совсем понятно, что вы спрашиваете:

Использует звездную компоновку в Vdd-плоскости

Звезда и плоскость исключают друг друга.

(с насыпанием земли вокруг него)

Итак, теперь у вас есть Vdd, соединенный звездой, но внутри наземного плана?

и оставляя соседнюю наземную плоскость неповрежденной

Как это возможно, когда вы уже внедрили эту звезду Вдд, которую «вокруг» насыпает земля? Это «разбивает» наземную плоскость или, по крайней мере, оставляет на ней довольно большой остров. В любом случае, у вас больше нет наземного «самолета». Ваш вопрос не имеет смысла.

Кажется, вы можете спрашивать о распределении мощности в виде звезды по сравнению с какой-либо другой формой, например, цепочкой, или какой-либо произвольной топологией ветвления, которую придумал автотрассировщик. Я расскажу об этом.

Первое, что нужно для хороших характеристик электромагнитных помех, — это иметь хороший заземляющий слой. В любом случае все источники питания должны быть локально зашунтированы. По этим коротким петлям от вывода питания микросхемы через крышку байпаса и обратно к выводу заземления микросхемы проходят высокочастотные токи, создаваемые микросхемой. Для хороших общих характеристик электромагнитных помех эти контуры должны быть небольшими, а ток этого контура должен отходить от основного заземляющего слоя.

Для небольших микросхем с одиночными контактами питания и заземления поместите заглушку как можно ближе к этим двум контактам и проложите соединения напрямую, не выходя на основную плоскость заземления. В любом случае это обеспечивает лучшее соединение, поскольку в петле нет переходных отверстий. Затем добавьте переходное отверстие к основному заземляющему слою, желательно рядом с заземляющим контактом микросхемы.

Для более крупных микросхем с несколькими контактами заземления соедините все контакты заземления друг с другом и с нижней стороной всех заглушек байпаса, а затем подключите их к основному заземлению в одной точке. Это может быть локальная плоскость на отдельном слое, но не обязательно. В большинстве случаев конфигурация «звезда» с переходным отверстием к основному заземлению в точке «звезда» достаточно хороша. Если у микросхемы есть «основной» контакт заземления, поместите звезду и основной контакт заземления рядом с этим контактом.

Единственным исключением из этого правила является наличие у микросхемы отдельных контактов заземления «питание» и «сигнал». То, о чем я говорил выше, предназначено для обработки значительных высокочастотных токов, создаваемых микросхемой. Это относится к «силовым» контактам. Отдельный «сигнальный» контакт заземления предназначен только для чистого и/или высокочастотного опорного сигнала. Это должно быть подключено к основному заземляющему слою с собственным переходом рядом с этим контактом. Цель состоит в том, чтобы токи, проходящие через этот вывод, возвращались для сигналов, идущих или исходящих откуда-то еще, поэтому они, во-первых, не являются локальными. Эта ссылка на землю по всей плате является одной из целей, для которой предназначена плоскость заземления.

Ничто из этого напрямую не решает проблему, связанную с распределением питания по всей плате. Однако, чтобы понять эту проблему, сначала необходимо прояснить стратегию заземления.

При локальном обходе источников питания, как описано выше, высокочастотные свойства общего источника питания становятся менее важными. Дополнительным преимуществом чистой конструкции EMI является то, что к глобальной системе подачи энергии предъявляются меньшие требования. Вы можете оценить его, не беспокоясь о производительности на высоких частотах, потому что это уже решается локальным обходом.

Итак, теперь проблема сводится к распределению мощности по схеме «звезда», «гирлянда», «дерево» или что-то еще на низких и средних частотах. С чисто DC точки зрения звезда будет лучше, но настолько мало, что в большинстве практических случаев это не имеет значения.

В сети распределения электроэнергии будет одна точка, которая хорошо регулируется. Отсюда регулятор получает сигнал обратной связи. Как правило, это непосредственный выход микросхемы источника питания или регулятора. Все после этого будет иметь падение напряжения, пропорциональное сопротивлению постоянному току от регулируемой точки и току.

В топологии звезды точка звезды может быть хорошо регулируемой точкой. Это сводит к минимуму зависимость падения напряжения, вызванного одним устройством, от всех остальных. Если дорожки тонкие и достаточно длинные, а устройства потребляют достаточную мощность, то это следует учитывать. Однако в большинстве обычных случаев это не стоит дополнительного ограничения маршрутизации. Посмотрите сопротивление постоянному току, скажем, 20-миллиметровой медной дорожки длиной несколько дюймов. Теперь умножьте это на ток в худшем случае, который будет потреблять ваш микроконтроллер или что-то еще. Результат - падение напряжения на микро по отношению к выходу блока питания. Это настолько мало в большинстве обычных конструкций, что не имеет значения. Разница в напряжении питания между цифровыми чипами на плате в несколько мВ не имеет значения.

Следовательно, ответ заключается в том, что, хотя чистая звезда лучше всего подходит для поддержания наименьшего падения мощности в каждой точке использования, она не стоит затрат на дополнительные ограничения и сложность маршрутизации для большинства обычных схем. В любом случае речь идет не об электромагнитных помехах, поскольку с этим справляется хороший локальный обход в каждой точке использования.

Конечно, не обязательно все должно быть так или иначе. Я только что сделал плату размером 5 x 9 дюймов с тремя микроконтроллерами и кучей других схем вокруг них. Эта плата также включала дисплей с подсветкой, потребляющий 300 мА от источника питания 3,3 В. В этом случае я провел отдельную трассировку непосредственно от выхода источника питания 3,3 В к подсветке, но позволил автотрассировщику подключить различные другие точки использования 3,3 В любым обходным путем, который он придумал. Конечно, я указал, что линии питания 3,3 В должны быть достаточно широкими, чтобы выдерживать ток без значительного падения напряжения. В данном случае 20 миллионов было достаточно. Подсветка потребляет больше тока, чем все остальные устройства вместе взятые.

Высокочастотные сигналы

Я вижу, что один из других ответов возражает против этой схемы для высокочастотных сигналов. Я думаю, проблема в том, что то, что я рекомендовал, было неверно истолковано.

Обратные токи высокочастотного сигнала между микросхемами или подсистемами будут протекать через заземляющий слой. Это одна вещь, для которой предназначен наземный самолет. К счастью, высокочастотные компоненты этих сигналов будут автоматически следовать в плоскости заземления непосредственно под сигнальными дорожками, тем самым сводя к минимуму общую площадь контура. Иногда физика работает в вашу пользу.

Это одна из причин, по которой вам нужна плоскость заземления , а не просто набор соединенных точек заземления. С плоскостью обратные токи могут идти по любому пути, который они хотят, что в любом случае оказывается оптимальным путем. Это также указывает на показатель хорошего заземляющего слоя. Переходные отверстия, а иногда и короткие «перемычки» представляют собой отверстия в заземляющем слое. То, что вы хотите свести к минимуму, — это не столько количество этих отверстий, сколько их наибольший размер. Имея множество отдельных маленьких отверстий, обратные токи могут обтекать их и по-прежнему в значительной степени следовать своему предпочтительному пути. С несколькими большими отверстиями в заземляющей пластине обратные токи должны выходить за пределы своего пути, чтобы обойти отверстия, тем самым увеличивая общую площадь сигнального контура и связанные с этим электромагнитные помехи. Худший случай,

Итак, вернемся к высокочастотным сигналам и локальному методу заземления. Местная заземляющая сеть предназначена для сдерживания местных высокочастотных контурных токов. Обратные токи для внешних сигналов должны входить/выходить из локальной сети. Поэтому для высокочастотных сигналов соединение локальной сети с основной землей не должно иметь значительного импеданса. Способ, которым это решается, заключается в правильном размещении переходного отверстия, соединяющего локальную землю с основной землей.

Когда переход от локального к основному заземлению находится рядом с контактом заземления, вы получаете лучшее из обоих миров. Обратите внимание, что если бы вы не использовали локальную сеть заземления, вы бы также разместили переходное отверстие рядом с контактом заземления. Обратный путь для сигналов одинаков в любом случае. Локальная заземляющая сеть не снижает производительности высокочастотных сигналов, поскольку эти сигналы проходят один и тот же путь при любой стратегии проектирования.

Разница между этими двумя стратегиями проектирования заключается в пути, по которому проходят локальные высокочастотные силовые токи. Локальный наземный метод удерживает их от глобальной наземной плоскости, не позволяя ей быть патч-антенной с центральным питанием. Сигнальные токи заземления идут напрямую от контакта заземления через переходное отверстие к основному заземлению в любом случае .

Местные заземляющие сети обеспечивают такую ​​же производительность высокочастотного сигнала, как и подключение всего к основному заземлению с собственным переходным отверстием.

Звездообразная мощность Vdc не влияет на резонанс заземления. Но это может уменьшить длину пути на Vdc. Индуктивность определяется отношением длины к ширине, а Zo определяется отношением ширины проводника к зазору в заземляющем слое.

Силовые плоскости бесполезны, если на плате небрежно расположен большой вкладыш dI/dt. Он должен быть ближе всего к входу источника с развязкой с низким ESR и ESL, а затем развязка LC, распределенная на остальную часть платы с помощью трассы, или через индуктивность дросселя, и заземленных конденсаторов на микросхеме.

Плоскости мощности полезны, когда нагрузки с коммутируемой емкостью полевого транзистора вызывают переходный шум, когда он широко распространяется с высокой мощностью.

Для некоторых ВЧ-микросхем и гибридов все же могут потребоваться экраны, если размеры платы превышают 1/10 длины волны, а заземляющие слои становятся непреднамеренными излучателями.

Индуктивность силовой дорожки всегда определяется соотношением сторон, поэтому квадратная площадь Cu всегда одинакова, независимо от того, насколько велика или мала она, а емкость связи может обеспечить наименьшее ESR, когда диэлектрик самый тонкий. Но это частные случаи с большими сложными материнскими платами, которым нужны плоскости питания.

При использовании нескольких слоев для заземления нескольких переходных отверстий на проходной канал уменьшите ESL на ~1 нГн переходного отверстия, когда спектральная полоса пропускания велика. Больше микроотверстий лучше, чем одно большое, и они должны составлять каждую 1/10 часть длины волны с учетом лямбда для f=1/3Tr с временем нарастания ,Tr. Это также распространено в конструкциях радиоприемников с частотой> 1 ГГц.

Методы полосковой и микрополосковой компоновки снижают импеданс дорожки и уменьшают паразитную связь с соседними сигналами (много разных методов).

Поэтому определите, где находится наибольший непреднамеренный излучатель dI/dt и восприимчивый к наибольшему импедансу приемник, и создайте защиту заземления для поглощения блуждающих емкостных и индуктивных токов на заземляющем слое. Используйте активную защиту сигналов для снижения емкости и проникновения электромагнитных помех.

При необходимости используйте шины для питания нагрузок с высоким коммутируемым током. Используйте звездообразные или заливные силовые сети с сетью как можно большего размера рядом с источником регулятора, который, в свою очередь, находится рядом с входом питания на плату. входы которых развязаны последовательными дросселями или ферритовыми кольцами для минимизации dI/dt.

Существуют эффекты ближнего поля перекрестных помех и эффекты дальнего поля для ограничений электромагнитных помех. Оба должны учитываться в любом макете одновременно

Все промежутки, щели и дорожки рассматриваются как антенны для сигналов, которые они несут.