Mengapa persisnya tidak disarankan untuk membuat celah pada bidang tanah?

11

Dari waktu ke waktu saya mendengar (dan membaca) bahwa tidak baik untuk membuat pesawat Gnd terpisah untuk bagian sirkuit digital dan analog. Semuanya diringkas dalam aturan praktis ini: "Jangan membagi bidang Gnd, jangan membuat celah di dalamnya." Biasanya ini datang tanpa penjelasan yang jelas.

Yang paling dekat dengan penjelasan saya adalah tautan ini: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . Penulis menunjukkan bahwa arus balik akan membelok di sekitar celah, sehingga area permukaan arus menjadi besar (batas-batas area permukaan ditentukan oleh arus 'berangkat' dan 'kembali'):

Arus balik dari sinyal yang berbeda diperas bersama-sama di sudut celah, yang mengarah ke cross-talk. Area permukaan yang lebih besar dari loop saat ini akan memancarkan dan mengambil EMC.

Sejauh ini bagus. Saya mengerti bahwa tidak ada sinyal yang harus diarahkan melewati celah tersebut. Anggap Anda mengingat aturan itu, apakah masih buruk untuk membuat celah pada bidang Gnd (mis. Membuat pemisahan antara bagian sirkuit analog dan digital)?

— K. Mullier
sumber

Ini adalah topik yang cukup sering diperdebatkan, dengan orang-orang tertentu sangat tidak setuju tentang apa yang harus dan tidak seharusnya Anda lakukan (pisahkan alasan, atau jangan pisahkan, dll.). Perlu diingat ini juga tergantung pada apa yang ingin Anda lakukan. Misalnya, dengan referensi tegangan stabil Anda cenderung menginginkan beberapa bentuk pembumian-bintang, sehingga tidak ada arus balik dari sumber lain yang dapat muncul dan menggeser nilai Anda. Beberapa uV bisa cukup ketika Anda berhadapan dengan 10's ppm pada beberapa volt volt.

— Joren Vaes

@JorenVaes terima kasih banyak. Ketika Anda menyebutkan "beberapa bentuk landasan bintang", bagaimana Anda bisa melakukannya? Maksud saya, bagaimana Anda bisa membuat bintang bintang dengan pesawat tanah yang kokoh?

— K.Mulier

Dengan tidak menggunakan pesawat darat yang solid, saya pikir. Saya bukan ahli dalam hal ini, dan saya biasanya membatasi diri pada PCB analog yang tidak menggunakan bidang padat.

— Joren Vaes

2

Apakah Anda sadar Anda telah menggambar antena slot planar ? Antena memancarkan, yang mungkin tidak Anda inginkan, dan menerima interferensi, yang mungkin tidak Anda inginkan. Tautan lain .

— Eric Towers

Komentar yang sangat menarik @EricTowers, saya tidak menyadari bahwa sebenarnya :-)

— K.Mulier

10

Arus balik frekuensi tinggi ingin mengikuti arus keluar karena induktansi.

Jika Anda memaksa arus balik untuk mengambil jalur yang berbeda, maka beberapa hal buruk akan terjadi.

Anda membuat lingkaran yang dapat menerima dan mengirimkan interferensi magnetik.
Anda memperkenalkan induktansi ekstra di jalur sinyal yang dapat mengurangi integritas sinyal.

Perhatikan bahwa sinyal digital dengan tepian cepat dapat menghasilkan lonjakan frekuensi tinggi yang kuat walaupun tingkat peralihannya rendah.

Perhatikan juga bahwa jalur keluar mungkin tidak selalu melibatkan hanya trek, mungkin di dalam komponen. Bahkan jika suatu komponen memiliki daya analog dan digital terpisah dan pin ground, ada kemungkinan ada beberapa sinyal yang melintasi batas di dalam chip.

OTOH pada frekuensi rendah arus mengambil jalur yang ditentukan terutama oleh resistansi. Jadi membelah pesawat bisa menjadi teknik yang berguna untuk memengaruhi arus balik jalur yang diambil dan menghindari impedansi bersama.

Jika Anda memiliki tepat satu tempat di mana sinyal melintasi batas sinyal campuran kemudian membelah pesawat sangat masuk akal, itu memaksa arus balik analog untuk tetap di sisi analog dan arus balik digital untuk tetap di sisi digitial.

Jika Anda memiliki banyak tempat di mana sinyal harus melewati batas sinyal campuran (yaitu beberapa ADC, beberapa chip switch analog, dll) maka manfaat pemisahan menjadi jauh lebih dipertanyakan. Setiap chip sinyal campuran membutuhkan koneksi antara dua pesawat, tetapi begitu Anda meletakkan banyak koneksi di antara pesawat, Anda kehilangan banyak manfaat dari pemisahannya.

— Peter Green
sumber

Terima kasih banyak. Misalkan saya hanya memiliki satu ADC yang melewati celah tersebut. Di mana tepatnya saya harus menghubungkan pesawat AGND dan DGND? Pada halaman ini ( electronics.stackexchange.com/questions/306862/... ) Saya membaca: 'Mari beri nama dua alasan Anda AGND dan PGND (analog dan daya). Beberapa mengatakan untuk berpisah, dan bergabung dengan AGND / PGND atau AGND / DGND di bawah ADC. Ini berarti setiap arus yang berjalan antara AGND dan PGND harus mengalir di ground link di bawah ADC sekarang, yang merupakan tempat terburuk yang mungkin. ' Tapi saya tidak yakin apakah pernyataan itu benar.

— K.Mulier

7

Alasannya sangat mirip dengan tren menjauh dari alasan split untuk digital & analog. Semuanya tentang arus balik

Sebenarnya ada kecenderungan menjauh dari pesawat ground split dan bukannya berkonsentrasi pada pemisahan penempatan DAN pertimbangan untuk jalur arus balik.

Jangan membagi bidang tanah, gunakan satu bidang padat di bawah bagian analog dan digital papan
Gunakan bidang bidang tanah yang luas untuk jalur balik arus impedansi rendah
Menyimpan lebih dari 75% area papan untuk bidang tanah
Pisahkan bidang daya analog dan digital
Gunakan bidang tanah padat di sebelah bidang daya
Temukan semua komponen dan garis analog di atas bidang daya analog dan semua komponen dan garis digital di atas bidang daya digital
Jangan merutekan jejak di atas pemisahan dalam bidang daya, kecuali jika jejak yang harus melewati bidang daya harus berada di lapisan yang berdekatan dengan bidang tanah padat
Pikirkan di mana dan bagaimana arus balik tanah benar-benar mengalir
Partisi PCB Anda dengan bagian analog dan digital yang terpisah
Tempatkan komponen dengan benar

Daftar periksa desain sinyal campuran

Partisi PCB Anda dengan bagian analog dan digital yang terpisah.
Tempatkan komponen dengan benar.
Mengangkang partisi dengan konverter A / D.
Jangan membelah bidang tanah. Gunakan satu bidang padat di bawah bagian analog dan digital papan.
Rute sinyal digital hanya di bagian digital papan. Ini berlaku untuk semua lapisan.
Merutekan sinyal analog hanya di bagian analog papan. Ini berlaku untuk semua lapisan.
Pisahkan bidang daya analog dan digital.
Jangan merutekan jejak di atas perpecahan di bidang daya.
Jejak yang harus melewati perpecahan bidang tenaga harus pada lapisan yang berdekatan dengan bidang tanah padat.
Pikirkan di mana dan bagaimana arus balik tanah benar-benar mengalir.
Gunakan disiplin routing.

Ingat kunci tata letak PCB yang sukses adalah mempartisi dan menggunakan disiplin rute, bukan isolasi bidang-bidang darat. Hampir selalu lebih baik hanya memiliki satu bidang referensi (ground) untuk sistem Anda.

(disisipkan dari tautan di bawah untuk pengarsipan)

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

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

— JonRB
sumber

Terima kasih banyak. Jawaban yang sangat menarik. Jadi saran Anda tentang pesawat Gnd- dan daya adalah: Buat satu pesawat Gnd solid untuk seluruh papan, dan dua pesawat Power terpisah - satu untuk digital dan satu untuk bagian analog. Baik?

— K.Mulier

kurang lebih. Kuncinya adalah berpikir tentang arus balik untuk semuanya ketika datang ke tata letak

— JonRB

Bagaimana dengan merutekan jejak untuk setiap arus balik? Saya mencoba untuk melakukan itu sekarang pada desain saya - semacam tes ;-)

— K.Mulier

Anda merusak kesinambungan tanah. Terkadang ini diperlukan (Saya mencari iklan melakukan ini untuk pengukuran fase saat ini) tetapi ini adalah pengecualian bukan norma. Ingat kekuatan medan saat ini kembali

— JonRB

Apa yang Anda maksud dengan "Anda merusak kontinuitas tanah" dan "ingat kekuatan medan arus balik"?

— K.Mulier

4

Prioritas # 1 adalah menempatkan barang-barang di tempat yang tepat di papan Anda.

Misalnya, jika Anda memiliki konektor entri daya di sebelah kiri, pengontrol motor dan konektor output di sebelah kanan, dan bit analog yang sensitif di tengah, Anda memulai dengan buruk.

Lebih baik tempatkan konektor daya tepat di sebelah output arus tinggi, yang membuat arus tinggi mengalir secara alami dengan cara yang membuat pekerjaan Anda lebih mudah.

Juga IMO terbaik adalah dengan menggunakan split plane (AGND, DGND), kemudian letakkan semua komponen pada bidang yang bersesuaian, pada akhirnya ... lepaskan split dan ubah menjadi bidang tanah yang kokoh. Ini memaksa Anda untuk melakukan penempatan yang baik.

Untuk sisanya, pertanyaan ini kurang lebih sama, saya sarankan membaca jawabannya.

— peufeu
sumber

Terima kasih banyak. Tapi mengapa tepatnya Anda menghapus split pada akhirnya?

— K.Mulier

Jika Anda membelah, maka semua arus yang mengalir dari satu ground ke ground lainnya akan mengalir di tempat mereka terhubung, yang biasanya ADC, yaitu tempat terburuk yang memungkinkan hal ini terjadi!

— peufeu

Bayangkan chip ADC seperti ini: Bagian analog adalah beberapa input, bagian digital adalah bus SPI. Arus balik dari bus SPI mengalir kembali ke chip ADC. Jadi mereka mungkin pindah dari DGND ke AGND, tetapi bahkan itu seharusnya tidak terjadi jika tata letaknya baik. Arus apa lagi yang akan menyeberang dari DGND ke AGND? (Saya tidak mengkritik balasan Anda. Saya benar-benar menanyakan pertanyaan ini karena saya ingin belajar ;-)

— K.Mulier

Setiap arus mode umum yang berasal dari kabel yang terhubung ke papan Anda, atau ESD strike, kopling kapasitif antara papan dan barang-barang logam terdekat, banyak kemungkinan ...

— peufeu

1

Sedangkan untuk pesawat listrik seperti AVCC dan DVCC, jangan menghubungkan mereka, Anda akan menempatkan filter di antara mereka seperti manik ferit, atau bahkan menggunakan regulator terpisah, banyak pilihan. DVCC akan berisik, dan kebisingan tidak boleh menyebar ke persediaan analog.

— peufeu

1

Ini adalah topik yang sulit sering dengan informasi yang saling bertentangan. Salah satu contoh umum di mana ini muncul adalah ketika meletakkan tembaga untuk konverter analog ke digital. Seringkali lembar data menentukan menjaga ground analog kembali terpisah dari bagian digital dan hanya mengikatnya pada satu titik. Lembar data sering menentukan bahwa akurasi yang ditentukan hanya dapat dicapai ketika chip di-ground dengan cara ini.

Jika seluruh papan adalah satu chip AtoD maka ini akan mudah tetapi ketika Anda mulai mencampur DtoA, Op amp, komparator, dan sirkuit digital, ini dengan cepat menjadi tidak praktis.

Saya tidak akan mengulangi apa yang orang lain katakan tentang praktik tata letak yang baik. Mirip dengan resistor secara paralel, arus akan mengalir di jalur dengan resistansi paling rendah. Pada frekuensi tinggi, induktansi papan dapat berkontribusi reaktansi yang signifikan. Jalur reaktansi terendah untuk arus balik akan tepat di bawah jejak sinyal di bidang tanah.

Ketika ada celah di bidang tanah, arus balik harus mengambil jalur yang lebih panjang kembali ke sumber yang menghasilkan loop yang lebih besar dan induktansi yang lebih tinggi.

Untuk informasi lebih rinci tentang hal ini, saya akan merekomendasikan Rekayasa Kompatibilitas Elektromagnetik oleh Henry W. Ott. Ini adalah Alkitab di EMC.

— pengguna125718
sumber