Domanda:
Dubbi sui piani di massa analogici e elettrici
Yolco
2015-08-12 13:50:19 UTC
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Lavorando su una nuova scheda, devo affrontare alcuni requisiti per garantire le prestazioni dell'intero sistema una volta prodotto. Il PCB è a 4 strati e ha componenti sia analogici che digitali. Ma il problema principale è dovuto alla messa a terra a causa della necessità di avere convertitori CC, uno step-down (Buck, quadrato rosso) e uno step-up (boost, quadrato rosa) .PCB sono divisi come:

  • L1: alimentazione traccia & alcune tracce di segnale.
  • L2: GND.
  • L3: tracce Pignal.
  • L4: GND e una traccia di alimentazione che circonda il PCB (per evitare di dividere il più possibile il piano GND).

3D Bottom View

Bene, il i dubbi sorgono al posizionamento dei piani di terra. Dovrebbero essere piani separati (analogico e di potenza), ma allo stesso tempo dovrebbero essere uniti in un punto vicino agli IC (convertitori CC).

Quindi, quale sarebbe l'opzione migliore per ridurre il rumore ?

Ho pensato in due modi diversi.

  1. Alimentare i piani di massa su L1, circondati da un piano di massa analogico. Allo stesso tempo collegati tra loro tramite il thermpad di IC tramite array, a livelli L2, L3 & L4.
  2. Alimenta i piani di terra su L1 & L2, circondato da un piano gorund analogico. E collegato ai piani di massa L3 & L4 tramite array di thermpad.
  3. Le migliori proposte di soluzioni sono benvenute.

Inoltre, il design include un caricabatterie agli ioni di litio e , per il momento, sono collegati al piano di massa analogico.

  • Sfruttando questo thread, sarebbe meglio aggiungere schermi EMI per i convertitori CC per ridurre le radiazioni?

MODIFICA:

Quindi, seguendo i tuoi suggerimenti, le migliori opzioni sono le seguenti:

3d Bottom View. Added Ground plane

La tavola ha un intero piano di massa, collegato ad altri strati di piani di terra con un gruppo di vie, separati a una distanza inferiore a 2,54 mm ( < lambda / 20 ). Il rumore dovrebbe essere ridotto al minimo.

Ci sono segnali digitali (poligono giallo) sotto la parte analogica. Influirebbero sull'aggiunta di rumore alla parte analogica? [Spiacenti, le tracce sono arancioni e non sono mostrate correttamente nell'immagine]

Modellare gli strati del piano potrebbe non essere l'opzione migliore qui perché Devo separare i piani di massa analogici e digitali su entrambi i circuiti integrati, quindi a causa dell'effettivo posizionamento dei componenti dividerò quasi il piano di massa in due.

3D Bottom View. Shaping Planes

Dai un'occhiata alle linee viola, ci sarà uno slot per "collegare" entrambi i piani di massa, che potrebbe aumentare i loop di corrente attraverso di esso. Non sembra una soluzione intelligente in questo caso.

Quale consideri l'opzione migliore ?

Secondo quanto si insegna al momento all'università, non bisognerebbe dividere gli aerei tra analogico e digitale.Crea un grande aereo!In questo modo la corrente può trovare il percorso più breve e gli anelli (con esso il rumore catturato) diventano il più piccoli possibile. Se decidi di dividerli, non attraversare il divario con alcun segnale a meno che non sia esattamente sopra il giunto
Ciao @Botnic,, questo è il motivo per cui ho posizionato la traccia vicino al bordo della tavola, per evitare di dividere il piano di terra il più possibile.Forse non potrebbe essere il modo migliore, perché è vicino a connettori con diversi tipi di segnali.
@Yolco - Hai accesso a un analizzatore di spettro?Sarebbe interessante vedere da dove proviene il rumore.
Cosa faresti se ti rompessi il braccio e il dottore ti dicesse: "Ecco, queste pillole per l'ipertensione lo ripareranno"?Lo stesso vale qui.Trova la fonte del rumore, quindi puoi decidere come risolverlo.Garantisco che dividere il piano di massa non è la risposta.
Ciao a tutti, avete ragione, prima è necessario trovare la causa principale, ma qui non c'è ancora rumore, perché sono in fase di progettazione.Sto cercando di fare del mio meglio per imparare come evitare (per quanto possibile) il rumore futuro nei circuiti a segnale misto.Una volta, i protos vengono assemblati se appare del rumore, quindi farò uno studio per scoprire perché sta accadendo e come risolverlo.
Una risposta:
Peter Smith
2015-08-12 15:34:47 UTC
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A meno che non ci sia una ragione convincente altrimenti, utilizzo lo stesso terreno ovunque.

Non hai indicato solo quale circuito digitale viene utilizzato, ma se è moderno lo farà molto probabilmente sarà veloce. Il modo per assicurarsi che le parti analogiche e digitali non interferiscano tra loro è modellando gli strati del piano . Questa forma si applica tanto ai binari di alimentazione quanto alla terra.

Se hai circuiti analogici sensibili, fai in modo che il piano non vi sia percorso di ritorno corrente da quel punto tranne che tornando sotto la sezione digitale .

C'è un eccellente articolo sulla pianificazione degli aerei.

Lo scopo dell'esercizio è fare le correnti di ritorno scorrono dove vuoi che vadano, non dove andrebbero se altrimenti incontrollate . Ricorda che la corrente scorre in un ciclo [nota]; controlla dove va quel loop.

Se hai una parte di segnale misto (come un ADC), l'uso di piani separati legati insieme da qualche parte relativamente remota è fonte di guai. Puoi trovare un altro eccellente articolo su questo argomento.

Per i convertitori di modalità switch, segui la guida del foglio dati (o meglio ancora, il layout di un kit di valutazione se uno è a disposizione). Alcuni produttori sono migliori di altri per questo. Ad esempio, vedere la pagina 19 di questa scheda tecnica per una guida o i file di progettazione per il circuito dimostrativo.

[nota] Non sto provando per insultare chiunque qui: questo sembra essere dimenticato, ma è il fattore critico per il layout di un aereo di successo.

[Modifica] Aggiunte note su piani separati.

Ci sono alcuni casi in cui sono appropriati piani separati con un punto stella. Uno dei miei progetti aveva tre LED ad alta luminosità, ciascuno con la propria fonte di alimentazione. Il rumore in ciascuno di questi era sufficientemente alto che ho usato un terreno separato per ciascuno e li ho legati insieme all'ingresso di alimentazione alla scheda principale.

Il rumore non era sufficiente a disturbare la logica di controllo, ma avrebbe indotto un crosstalk molto rumoroso tra i LED senza troppi problemi e sforzi nel layout con un unico piano; in questo caso. motivi separati avevano un senso.

[Modifica] Aggiunte alcune indicazioni per modellare i piani.

Fai in modo che il terreno segua questo percorso logico:

Convertitore di potenza <<<< Digitale <<<< Analogico

Per l'alimentazione, se stai alimentando sia digitale che analogico da un singolo binario di alimentazione, normalmente lo farei:

Convertitore di alimentazione >> > digitale >> tallone di ferrite e disaccoppiamento >>> analogico

Ecco come ho ottenuto la forma del piano su un videoregistratore: From one of my designs

la corrente di ritorno può solo fluire indietro nella direzione della freccia e il ritorno digitale non ha alcun percorso di ritorno alla fonte di alimentazione attraverso l'area analogica, quindi nessuna corrente digitale fluisce nell'area analogica.

Nota come ho tagliato dei vuoti giudiziosi nel piano di massa per forzare la corrente a fluire dove voglio che scorra.

Ciao @peter-smith, grazie!Il circuito digitale è veloce come hai detto.Tutti gli strati sono a forma di terra.Ma come hai detto, seguendo le raccomandazioni dei produttori per le schede multistrato, i piani di terra separati sono il modo migliore per ridurre il rumore.Il punto è come posso dividere i piani di terra per controllare il percorso del loop.


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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 3.0 con cui è distribuito.
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