Chiar trebuie să împart planul de masă în părți analogice și digitale

Sunt pe punctul de a proiecta primul meu PCB ca parte a proiectului meu de absolvire. Desigur, mai întâi încerc să învăț cât mai mult posibil. O parte din cercetare am găsit acest articol din 3 părți, care sugerează că nu este necesar și, în unele cazuri, chiar dăunător să împart planul de masă în parte analog și digital, ceea ce contrazice ceea ce învățasem de la prof. Univ. De asemenea, am citit toate subiectele de pe acest site care se referă la planuri/deversări la sol. În timp ce majoritatea sunt de acord cu articolul, există încă câteva opinii care susțin un plan de bază divizat. de exemplu

Ca un începător în proiectarea PCB, mi se pare confuz și dificil să decid cine are dreptate și ce abordare să ia. Deci, trebuie să împart planul de masă în părți analogice și digitale? Mă refer la împărțirea fizică, fie cu o tăietură PCB, fie având poligoane separate pentru DGND și AGND (fie nu sunt conectate, nici conectate la un punct)

Poate pentru a vă permite să faceți o recomandare adaptată viitorului meu PCB, vă spun despre asta.

PCB-ul va fi proiectat în versiunea gratuită a Eagle => 2 straturi

PCB-ul este destinat testării și măsurării exacte (curent și tensiune) a bateriilor cu litiu. Placa trebuie controlată de la Raspberry Pi printr-o interfață digitală (GPIO/SPI (40 kHz)). Vor fi 3 convertoare de date la bord (AD5684R, MAX5318, AD7175-2) și conectori pentru un modul RTC pre-construit pe partea digitală. Puterea analogică provine de la o sursă de alimentare externă reglementată printr-un regulator de tensiune LT3042 de la bord (5,49 V). În plus, există o referință de tensiune LT6655B 5 V. Partea analogică este practic un circuit de curent continuu, singurul cu adevărat HF este masterul de ceas intern de 16 MHz al ADC.

Digitalul 3.3V (în principal pentru alimentarea interfețelor digitale) va veni de la Raspberry PI. Astfel, vor exista 2 conexiuni la pământ: o sursă de alimentare externă și o interfață digitală a Raspberry Pi.

În această privință, o altă întrebare: cu referire la figura 3, cum mă asigur că curenții de feedback de la interfețele digitale curg către conexiunea de masă corectă (amintiți-vă că am 2)?

O altă preocupare: circuitul de distribuție electrică ar putea perturba măsurătorile sensibile? Aveam de gând să le separ prin direcționarea puterii către stratul inferior, dar aceasta nu mai este o idee bună cu un plan monolitic

Și, în timp ce încă mă întreb: Presupunând un plan de masă mai mult sau mai puțin monolitic în partea de jos și un strat de semnal/component în partea de sus, care este cel mai bun mod de a conecta partea negativă a condensatorilor de bypass la planul de masă?

Trebuie să gândiți în termeni de impedanță comună (fără rezistență, cu adevărat impedanță).

Luați în considerare părțile circuitului care utilizează GND ca referință 0V în scopuri analogice sensibile. Evident, doriți ca fiecare dintre aceste „referințe 0V” să fie la același potențial „0V”. Cu toate acestea, curentul care trece prin planul GND va introduce o tensiune de eroare suplimentară peste "0V" a fiecărui cip.

Acum desenați o diagramă a GND-ului dvs., cu curenții care curg prin el.

Dacă nu împărțiți planul, dar aveți curenți mari care curg prin el, deoarece puneți conectorul de intrare de alimentare pe partea stângă, conectorul de ieșire de putere pe partea dreaptă și biții analogi foarte sensibili în mijloc, atunci s-ar putea au probleme datorită curentului mare care trece prin GND și creează un gradient de tensiune.

În funcție de frecvență, luați în considerare impedanța (adică inductanța, nu doar rezistența).

Acum există mai multe soluții la acest lucru.

Puteți plasa conectorii de alimentare în locuri mai rezonabile (de exemplu, intrarea de alimentare lângă priza de curent), astfel încât curenții mari să nu circule în planul dvs. GND. Acest lucru se aplică tuturor buclelor de curent care transportă curenți di/dt mari, zgomotoși sau mari, cum ar fi buclele interne ale unui DCDC sau buclele dintre acesta și sarcina acestuia (de exemplu, un procesor) sau chiar drumul de pământ dintre o decuplare capac. și cipul pe care îl disociază.

Asigurați-vă că știți unde sunt aceste bucle! Comandați-le după problemă (aproximativ "zona * di/dt" pentru AC sau "zona * I" pentru DC). Plasarea este esențială. Amplasarea bună cu bucle de curent strânse face ca aspectul să fie mult mai puțin complicat.

Puteți utiliza amplificatoare diferențiale și ADC-uri care ignoră zgomotul în modul obișnuit.

Acest lucru este obligatoriu dacă tensiunea care trebuie detectată este pe un șunt de curent lateral mare. Acum, să presupunem că utilizați un amplificator de sens curent de exemplu. Amintiți-vă că tensiunea de pe pinul său de "referință de ieșire" (adesea etichetată greșit "GND") este adăugată direct la ieșire. deci nu lipiți amplificatorul de sens între două MOSFET-uri cu pinul său "GND" în mijlocul căii "feedback-ului curent" al motorului .

De asemenea, puteți împărți avionul, dar atunci trebuie să decideți unde îl veți împărți. Și (aici lucrurile devin urâte) în care vă conectați cele două terenuri la DC (sau la frecvențe înalte dacă utilizați izolatoare) .

Să numim cele două modele AGND și PGND (analog și putere). Unii spun să se despartă și să se alăture AGND/PGND sau AGND/DGND în cadrul ADC. Aceasta înseamnă că orice curent care trece între AGND și PGND trebuie să curgă în legătura la sol de sub ADC acum, care este cel mai prost loc posibil.