Domanda:
Come si separano i piani di massa su un PCB con due tensioni diverse?
guy
2020-06-17 05:59:33 UTC
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Sto usando un PCB a quattro strati con il seguente stack: segnale superiore, massa, 3,3 V VCC e segnale inferiore.

Tutti i miei componenti richiedono un ingresso da 3,3 V ad eccezione di questo sensore ottico sensibile (MAX30102) che necessita di ingressi sia da 1,8 V che da 3,3 V. Nella scheda tecnica MAX30102, l'1,8 V deve essere eseguito su un terreno separato dal resto del sistema.

Come devo procedere per separare i piani di massa? Sto usando due regolatori di tensione lineari in parallelo e ho allegato un'immagine del mio progetto.

Il pad 12 è la massa per l'ingresso da 1,8 V e il pad 4 è la massa per l'ingresso da 3,3 V sul MAX30102. Come devo collegare il pad 12 a terra per ridurre al minimo il rumore? Inoltre, come faccio a collegare insieme i terreni da 1,8 V e 3,3 V?

Immagino di creare un piano di massa separato sotto tutto ciò che si collega a 1,8 V e quindi di collegarlo alla massa del regolatore di tensione lineare da 1,8 V.

O forse devo collegare la messa a terra da 1,8 V alla sorgente di terra principale in un solo punto con un binario? Attualmente, il secondo livello di terra è collegato a tutti gli altri componenti alimentati a 3,3 V.

Fammi sapere, sono uno studente.

PCB Sensor Layout

PCB MCU Layout

I problemi di messa a terra sono sempre come domande aperte.Ognuno ha un'opinione e un numero illimitato di suggerimenti.
Quattro risposte:
DKNguyen
2020-06-17 06:58:46 UTC
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La semplice risposta è che non dividi aerei a meno che tu non sappia cosa stai facendo e perché lo stai facendo.

Separare i piani di terra e i segnali di percorso oltre il divario in piani di terra divisi a proprio rischio e pericolo.

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Il percorso di induttanza più basso per le correnti di ritorno si trova sul piano di massa direttamente sotto la traccia del segnale. Questo forma il ciclo 3D più piccolo possibile.

Ma la corrente di ritorno da tali tracce non può attraversare lo spazio nel piano di divisione, quindi scorrerà attorno allo spazio invece formando un grande anello di grasso.

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Non vuoi dividere un aereo senza giustificazione perché puoi solo instradare le tracce sul ponte tra gli aerei divisi, altrimenti ti ritroverai con il suddetto big fat loop.

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Invece, quello che fai è usare solo un singolo piano di massa non suddiviso ma suddividere i componenti in diverse aree della scheda in modo che le correnti di massa delle parti rumorose non fluiscano attraverso il piano di massa sotto le parti sensibili. enter image description here

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L'unico caso che so in cui potresti dividere l'aereo è che hai bisogno di un rumore davvero, molto basso ma non puoi partizionare la sezione sensibile del PCB abbastanza lontano.

La corrente che scorre su un piano si riversa e si spande ai lati del percorso lineare che sta prendendo. L'aereo diviso può impedire alla fuoriuscita di fuoriuscire su aree dell'aereo che si trovano sotto altri componenti perché non è possibile distanziarli abbastanza lontano nel partizionamento con un singolo piano non diviso. Ma è ancora controverso se questo sia effettivamente necessario.

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Immagini tratte da: http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

http://www.hottconsultants.com/techtips/split-gnd-plane.html
Non dividerò gli aerei.La ringrazio per la risposta.Ci sono libri che consiglieresti sull'argomento?
@guy Compatibilità elettromagnetica, Henry Ott.Puoi anche dare un'occhiata a tutti i consigli tecnici sul suo sito web che è quel link Hott Consultant sopra.
Il collegamento Hott Consultants è stato molto utile!Grazie e controllerò il libro per ulteriori letture!
Anche questo http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf.Nota Tabella 1
L'aggiunta di immagini sciocche non correlate non migliora la risposta.Rick Hartley spiega chiaramente perché non dividere i piani di massa e perché lo stack-up corretto per una scheda a quattro strati è segnale / potenza-GND-GND-segnale / potenza nei suoi video su YouTube.basta guardarli e agire di conseguenza.Quest'uomo non solo mostra cosa fare, ma spiega anche perché farlo in modo eccellente e comprensibile.Questi video sono tutto ciò che devi sapere.
@Lexi Sfortunatamente, le risposte video non durano a lungo e le risposte su questo sito web dovrebbero essere autonome.Inoltre, non vedo come queste immagini non siano correlate poiché capire come scorrono le correnti del piano terra è interamente il motivo per cui non si dividono i piani per cominciare.
@Lexi Non ho idea del perché il tuo commento qui sia rilevante.Nessuno ha menzionato Rick Hartley e le immagini illustrano i concetti perfettamente molto più velocemente che guardare qualcuno che ne parla.
Non esiste uno "stack giusto" diversi progetti possono avere esigenze diverse.Anche qualsiasi libro sull'integrità del segnale tratterà questo.Cerca SI, PDN, EMC.
Grandi diagrammi, ottima risposta
Senza la conoscenza dell'argomento, le immagini non sono comprensibili.Uno che capisce le immagini a prima vista, non ha bisogno di chiedere qui.I riferimenti corretti al contenuto esplicativo sono molto più preziosi di quelle immagini sciocche.La risposta ne dà una, io ne ho data un'altra.Le risorse online non sono affidabili, il che fa parte della loro natura.Anche questa risposta potrebbe sparire all'improvviso.Quindi, i commenti corrispondenti sono ancora più irrilevanti del mio primo.Perché questi saccenti iniziano una disputa su questo, invece di contribuire con qualcosa di prezioso?
@Lexi Dici che queste immagini non sono comprensibili, eppure queste erano le immagini da cui l'ho imparato per la prima volta ... Parli di contribuire con qualcosa di più prezioso ma invece di pubblicare una risposta, tutto ciò che fai è lamentarti delle risposte di altre persone.Parli di risorse online intrinsecamente inaffidabili, ma sostieni per renderle ancora più inaffidabili non rendendole autonome.
Sembra davvero di esserti appena alzato dalla parte sbagliata del letto in questi ultimi giorni, o solo il primo giorno e ora stai ostinatamente scavando. Se ti senti davvero così forte, sentiti libero di pubblicare una risposta riferendosi al video.È un bel video.Stai solo contribuendo con qualcosa di prezioso, vero?Ma a meno che tu non voglia che venga svalutato per non essere una risposta autonoma, dovrai estrarre parti del video da inserire direttamente nella tua risposta.O è uno sforzo eccessivo rispetto al semplice lamentarsi?Sono sicuro che un contributo così prezioso vale lo sforzo.
@ DKNguyen A differenza di altri cosiddetti "contributori" (altrove si chiamano spammer), non ho passato tutto il mio tempo a dare consigli e commenti inutili e sciocchi ad altre persone solo per guadagnare "reputazione".Anche tu non l'hai imparato dalle immagini, ma dall'articolo che hai citato.C'è di più in esso, oltre a queste immagini.Se tutto quello che puoi, è ripetere il lavoro di altre persone e deriderne qualcun altro, questo mostra chiaramente la tua "esperienza" professionale e personale.Zitto e fai qualcos'altro.Questo argomento è finito per me.
@Lexi Come tutti gli ingegneri, sono sulle spalle dei giganti.Inoltre, lascia che sia dichiarato per la cronaca che non sono io quello che ha iniziato la presa in giro entrando e definendo le cose stupide.È una strada a doppio senso.Il tuo atteggiamento riflette anche la tua esperienza professionale e personale e non sei all'altezza delle tue stesse parole.Non lanciare pietre se vivi in una casa di vetro.
@DKNguyen Hai iniziato a diventare personale e mi hai accusato di fare cose che fai ripetutamente.Sono sciocchi idioti e pazzi pazzi come te che sono incapaci di attenersi alle loro stesse affermazioni che rovinano questo forum.Ecco perché sono fuori.
@Lexi Il tono sproporzionato presentato dal tuo commento iniziale rispetto al reclamo effettivo e il tuo rapido aumento dell'irritabilità da allora fa quasi sembrare che ci sia una questione più lunga qui.Ad ogni modo, qui sta succedendo di più di quanto io possa vedere.Posso solo concludere che qualcos'altro sta succedendo in sottofondo per farti arrabbiare così tanto per me semplicemente includendo materiale in un riferimento per rendere il mio post più autonomo.Qualunque cosa sia, spero che venga risolta e che tu abbia una buona giornata.
@Lexi Io, per esempio, apprezzo molto quel video, ma sono ancora piuttosto perplesso per il tono sproporzionato inizialmente presentato.Non capisco il tuo problema con la pubblicazione del riferimento e quindi l'utilizzo dei materiali dal riferimento per cercare di rendere la risposta autonoma.Non vedo nulla di male in questo e non hai spiegato abbastanza bene la tua posizione da permettermi di capire perché la tua frustrazione, ostilità e disprezzo apparentemente sproporzionati sono giustificati.Vorrei capire da dove vieni, davvero.Ma finora non lo faccio.
I commenti non sono per discussioni estese;questa conversazione è stata [spostata in chat] (https://chat.stackexchange.com/rooms/109634/discussion-on-answer-by-dknguyen-how-do-i-separate-ground-planes-on-a-pcb-con-t).
analogsystemsrf
2020-06-17 07:39:22 UTC
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Seguendo l'eccellente risposta di DKNguyen, puoi localizzare al meglio le correnti di massa di quel sensore super delicato da 1,8 volt ---- utilizzando una BATTERIA LOCALE.

Una batteria locale è un resistore PIÙ un grande condensatore, che funge da FILTRO PASSA BASSO per i rifiuti dall'esterno e fornisce quasi tutte le correnti di picco necessarie al sensore da quel GRANDE CONDENSATORE.

Posiziona il GRANDE CONDENSATORE sui pin GND e VDD del sensore. Portare 1,8 volt attraverso una resistenza da 10 ohm o 33 ohm o 100 ohm o 330 ohm. Posiziona il resistore in serie proprio contro il GRANDE CONDENSATORE.

Questo posizionamento del GRANDE CONDENSATORE e del resistore in serie è un sottile isolatore di rifiuti accoppiato alla tua tensione regolata da 1,8 V; questi LDO sono poveri respingenti di spazzatura ad alta frequenza, come picchi MCU o picchi switch_reg; l'aggiunta del CONDENSATORE LARG e del resistore in serie fornisce un filtro passa-basso garantito di spazzatura ad alta velocità e picchi e ondulazione switch-reg.

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La scheda tecnica mostra fino a 20 mA dall'alimentazione 1.8v. Quindi farei in modo che il resistore sia 3,3 o 4,7 o 5,6 ohm e utilizzerei 470uF o 1,000uF per il GRANDE CONDENSATORE.

Con 4,7 ohm e 1.000 uF, la costante di tempo è di 4,7 milliSecondi o circa 90 Hz F3dB; questo fornisce solo un'attenuazione di 1 dB a 60Hz di ripple, sebbene l'LDO dovrebbe attenuare quella frequenza.

Tuttavia, questo R + C ridurrà notevolmente qualsiasi trash ad alta frequenza che LDO non è in grado di attenuare. Tutti gli LDO hanno circuiti di feedback interni (regolazione) e l'LDO alloca una piccola quantità di corrente per i transistor in quel loop. Piccole quantità di corrente ci dicono che la velocità di controllo del grande transistor a dissipazione lineare interno (on_chip) sarà lenta.

Inoltre, quel transistor di grandi dimensioni ha grandi giunzioni e grandi capacità parassite che forniscono un percorso diretto da Vin_raw a Vout_clean; quindi la nostra BATTERIA LOCALE è essenziale per correggere i punti deboli ad alta frequenza degli LDO.

Interessante.Applicherò sicuramente questo concetto in base alle esigenze in tutto il mio progetto.La ringrazio per la risposta!
Andrew Lentvorski
2020-06-17 08:44:33 UTC
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In realtà, la lettura di tale scheda tecnica sembra indicare che si sta sovrastimando la sensibilità del MAX30102 al rumore di molto .Ci sono schede di valutazione compatibili con Arduino collegate a breadboard che funzionano bene;in realtà è notevolmente insensibile al rumore.

Le correnti LED raggiungono un massimo di 200 mA e il flusso tra i pin 10 e 4: un aereo standard da 1,0 once non noterà nemmeno questa caduta.La corrente di 1,8 V è limitata a 20 mA.Sposta la linea SCL in modo che esca effettivamente a destra e allontana la linea SDA dal pin 4 e le cose dovrebbero "funzionare".

I motivi comuni dovrebbero essere più che sufficienti per questo progetto.

Tuttavia, fai attenzione al fatto che il pin 10 e il pin 4 possono trasportare 200 mA, probabilmente dovrai collegarli agli aerei GND / 3,3 V con un paio di vie, non solo una singola via.

Cosa intendi per spostare la linea SCL?L'interfaccia I2C è un po 'limitata dai pin del mio MCU.È possibile instradare SCL sul piano inferiore e SDA su quello superiore?Si incroceranno, ma non sono sicuro che questa sia la migliore pratica.Per favore fatemi sapere e grazie per la vostra risposta.
Ho aggiunto un'altra immagine di come le mie linee i2C sono collegate all'MCU
Non tutti i circuiti sono creati uguali.E non tutti i circuiti richiedono un design di PCB RF di grado spaziale.Non trovo alcun segnale sulla scheda che sia abbastanza sensibile da farti preoccupare troppo della messa a terra e dei loop di corrente.Basta mantenere tutti i percorsi il più brevi possibile (potrebbe essere necessario spostare i componenti se necessario), mantenere il numero minimo di incroci e utilizzare un unico piano di massa.
Le linee I2C sono a bassa velocità e non si preoccupano di come le instradate, in generale, a patto che non andiate molto lontano.Mettere una linea in cima al tabellone e una in fondo va bene.Non si desidera eseguire la riga SCL accanto a qualcosa che potrebbe rimbalzare (è * FAR * troppo vicino a quei pad, per esempio).Eseguire le linee SDA / SCL dritte a destra e quindi scambiarle con via / ponticelli / resistori come richiesto.Fai attenzione: l'I2C per il MAX30102 si aspetta 1,8 V e non vedo alcun pullup.Se l'MCU fornisce un pullup interno, è probabilmente a 3,3 V e distruggerà il MAX30102.
Kyle B
2020-06-17 09:44:28 UTC
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Sono d'accordo - Non tagliare gli aerei

Quello che farei è collegare la massa del regolatore 1.8 al pin 12 del tuo IC con una bella traccia di grasso.Quindi collegare il pin 4 e il pin 12 al piano di massa con le vie a destra sui pin.Quindi i due terreni si incontrano in un solo punto (pin 12's via).L'idea è impedire che le correnti provenienti da uno dei due domini di tensione si mescolino con l'altro.Se hai solo 1 posto in cui si connettono, non saranno in grado di mescolarsi.La fisica riporterà le correnti di ritorno alle loro fonti.Questa è una versione di uno schema "a stella", molto comune nell'audio per prevenire rumori indesiderati.

https://resources.altium.com/p/how-to-use-a-star-point-for-analog-ground-digital-ground-connection#:~:text=A%20star% 20ground% 20is% 20a, come% 20to% 20eliminate% 20ground% 20loops.&text = In% 20the% 20same% 20way% 2C% 20your, solo% 20at% 20the% 20star% 20point.

Data la posizione delle mie tracce, posso indirizzare la massa del regolatore 1.8V al pad 12 sullo strato di segnale inferiore?Avrò quindi una via dal tampone dello strato inferiore 12 che si collega al piano di massa principale e una via dal tampone dello strato superiore 4 che si collega al piano di massa.Per favore fatemi sapere e grazie per la vostra risposta!
Assolutamente puoi farlo.Non lo dicevo prima, ma in realtà i "piani di terra" fanno solo una differenza quando parli di segnali ad alta frequenza.Non ho letto il datasheet, ma presumibilmente quella traccia da 1.8V sarà fondamentalmente "DC".Questa è una situazione estremamente diversa.Tutto il materiale scritto da altri non è davvero applicabile qui (se la mia presunzione su DC è corretta).Tuttavia, DOVRESTE fare attenzione alle tracce I2C poiché iniziano ad arrivare a frequenze dove sarebbe importante.
Con le alte frequenze, le correnti di ritorno seguiranno la traccia molto da vicino, poiché ciò si traduce in un'impedenza minima (rende il loop più piccolo).Con DC, la corrente fluirà più o meno per il percorso più breve.Ecco perché le stelle sono così efficaci nell'audio: consente al progettista di dettare i percorsi di ritorno correnti.Riparo un sacco di cose analogiche "musica".Raramente, se non mai, trovo "aerei di massa" in apparecchiature audio, anche in console di missaggio da mille dollari.Tutto viene tracciato individualmente, perché è così che impedisci alle correnti a bassa frequenza di mescolarsi.
Dai un'occhiata a questo link: http://www.yorkville.com/downloads/servman/sm_pm16-2-pm22-2.pdf È un manuale di servizio per un mixer di fascia alta (ne possedevo uno).Sono mostrati layout PCB completi.Penseresti che con i livelli di bassa tensione dei segnali in un mixer e la tolleranza molto bassa del "rumore" da parte del cliente, ci sarebbero tutti i tipi di ragioni per includere i "piani di massa", ma non ce ne sono.Anche in questa tavola di pochi piedi quadrati.L'unico posto dove c'è un qualsiasi tipo di "aereo" è intorno al chip degli effetti digitali.Tutto il resto è analogico ed è tutto cablato in modo discreto.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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