Saya telah membaca tentang pentanahan dalam sistem sinyal campuran. Apakah saya benar bahwa yang terbaik adalah mengelompokkan elemen analog dan digital dan kemudian memiliki satu bidang tanah, selama rute digital tidak melewati bagian analog, dan rute analog tidak melewati bagian digital?
Bagian yang disorot pada gambar kiri menunjukkan ground analog dan yang kanan menyoroti ground digital untuk sirkuit yang sama. Komponen di sisi kanan adalah MCU 80 pin dengan konverter ADC 3 sigma-delta.
Apakah lebih baik
- biarkan AGND dan DGND diikat pada ADC MCU
- hubungkan DGND dan AGND melalui induktor / resistor
- punya satu ground-plane (DGND = AGND)?
PS ketika saya membaca tujuannya adalah untuk mencegah DGND mengganggu AGND, saya mendefinisikan ground-plane sebagai AGND
pcb-design
ground
grounding
Angs
sumber
sumber
Jawaban:
Menggabungkan dasar digital dan analog adalah masalah yang cukup kontroversial, dan mungkin akan memicu perdebatan / argumen. Banyak hal tergantung pada apakah latar belakang Anda adalah analog, digital, RF dll. Berikut adalah beberapa komentar berdasarkan pengalaman dan pengetahuan saya, yang mungkin berbeda dari orang lain (saya kebanyakan digital / sinyal campuran)
Ini benar-benar tergantung pada frekuensi apa yang Anda jalankan (I / O digital dan sinyal analog). Pekerjaan apa pun yang menggabungkan / memisahkan akan menjadi pekerjaan dalam kompromi - semakin tinggi frekuensi Anda beroperasi, semakin sedikit Anda dapat mentoleransi induktansi di jalur pengembalian tanah Anda, dan dering yang lebih relevan adalah (PCB yang berosilasi pada 5GHz). tidak relevan jika mengukur sinyal pada 100KHz). Tujuan utama Anda dengan memisahkan alasan adalah untuk menjaga loop arus balik yang berisik jauh dari yang sensitif. Anda dapat melakukan salah satu dari beberapa cara ini:
Ground Star
Pendekatan yang cukup umum, tetapi cukup drastis adalah untuk menjaga semua alasan digital / analog terpisah selama mungkin dan menghubungkannya bersama pada satu titik saja. Pada contoh PCB Anda, Anda akan melacak di tanah digital secara terpisah dan bergabung dengan mereka di feed daya yang paling mungkin (konektor daya atau regulator). Masalah dengan ini adalah ketika digital Anda perlu berinteraksi dengan analog Anda, jalur pengembalian untuk arus itu adalah setengah di seluruh papan dan kembali lagi. Jika berisik, Anda membatalkan banyak pekerjaan dalam memisahkan loop dan Anda membuat area loop untuk menyiarkan EMI di seluruh papan. Anda juga menambahkan induktansi ke jalur pengembalian tanah yang dapat menyebabkan dering papan.
Pagar
Pendekatan yang lebih hati-hati dan seimbang untuk yang pertama, Anda memiliki bidang tanah yang solid, tetapi cobalah untuk pagar di jalur kembali berisik dengan cut out (membuat bentuk U tanpa tembaga) untuk membujuk (tetapi tidak memaksa) kembali arus untuk mengambil spesifik path (jauh dari loop tanah sensitif). Anda masih meningkatkan induktansi jalur tanah, tetapi jauh lebih sedikit dibandingkan dengan bintang tanah.
Pesawat Padat
Anda menerima bahwa setiap pengorbanan dari bidang tanah menambah induktansi, yang tidak dapat diterima. Satu pesawat ground yang solid melayani semua koneksi ground, dengan induktansi minimal. Jika Anda melakukan sesuatu RF, ini adalah rute yang harus Anda ambil. Pemisahan fisik dengan jarak adalah satu-satunya hal yang dapat Anda gunakan untuk mengurangi noise coupling.
Sepatah kata tentang pemfilteran
Kadang-kadang orang suka menempatkan manik ferit terhubung ke pesawat tanah yang berbeda bersama-sama. Kecuali jika Anda mendesain sirkuit DC, ini jarang efektif - Anda lebih cenderung menambah induktansi besar dan offset DC ke bidang ground Anda, dan mungkin berdering.
A / D Bridges
Terkadang, Anda memiliki sirkuit yang bagus di mana analog dan digital dipisahkan dengan sangat mudah kecuali pada A / D atau D / A. Dalam hal ini, Anda dapat memiliki dua pesawat dengan garis pemisah yang berjalan di bawah A / D IC. Ini adalah kasus yang ideal, di mana Anda memiliki pemisahan yang baik dan tidak ada arus balik yang melintasi bidang tanah (kecuali di dalam IC yang sangat terkontrol).
CATATAN: Posting ini bisa dilakukan dengan beberapa gambar, saya akan melihat-lihat dan menambahkannya sedikit nanti.
sumber
Sebenarnya ada kecenderungan menjauh dari pesawat ground split dan bukannya berkonsentrasi pada pemisahan penempatan DAN pertimbangan untuk jalur arus balik.
Daftar periksa desain sinyal campuran
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
sumber
Saya pikir Anda benar, tetapi dengan beberapa pertimbangan tambahan. Dalam pengalaman saya, (hampir) selalu lebih baik untuk memiliki satu bidang tanah untuk digital dan analog, tetapi SANGAT hati-hati tentang penempatan komponen. Pisahkan digital dan analog dengan baik dan selalu pertimbangkan jalur pengembalian ke catu daya. Ingat bahwa bahkan dengan bidang tanah yang kokoh, jalur balik melalui bidang tanah akan mengikuti jalur sinyal sedekat mungkin, yaitu akan mengikuti jejak sinyal, tetapi di bidang tanah. Yang harus Anda hindari adalah jalur balik dari sirkuit digital berisik yang melintasi jalur balik dari sirkuit analog - jika ini terjadi maka tanah untuk sirkuit analog Anda akan berisik dan tanpa tanah yang tenang untuk referensi sirkuit analog Anda akan menderita.
Coba letakkan catu daya / catu daya Anda di posisi sedemikian rupa pada PCB sehingga jalur balik tidak menyilang. Jika ini tidak mungkin, maka pertimbangkan untuk meletakkan ground return secara eksplisit pada layer lain (meniru topologi "bintang" yang dijelaskan oleh RocketMagnet) tetapi hati-hati dengan sinyal yang melintasi antara bagian analog & digital seperti yang dijelaskan oleh RocketMagnet. Mekanisme serupa dapat digunakan ketika hampir semua PCB adalah digital dan hanya ada persyaratan untuk area ground analog yang sangat kecil (atau sebaliknya). Dalam hal ini saya akan mempertimbangkan memiliki tanah digital dan menggunakan coper fill pada lapisan lain untuk tanah analog (dengan asumsi Anda memiliki lapisan yang cukup). Pertimbangkan bagaimana lapisan Anda menumpuk dan meletakkan isian tembaga pada lapisan terdekat dengan sirkuit analog Anda.
Gunakan banyak decoupling (campuran nilai). By the way, area besar tembaga yang ditunjukkan pada PCB di atas akan melakukan sangat sedikit (kecuali bertindak sebagai heat-sink) karena tampaknya tidak ada vias untuk memungkinkan sinyal kembali untuk melintasi celah di lapisan lain. (Perhatikan bahwa perangkat lunak PCB tidak menghapus vias "redundan"!)
sumber
Dalam pengalaman saya, apa yang paling berhasil adalah menghubungkan pesawat ground yang dipisahkan oleh induktor. Bahkan jika desain tidak menyediakan sumber daya hanya untuk sinyal analog, masukkan juga induktor ke dalam umpan.
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Jenis pengaturan ini telah membantu saya meningkatkan penolakan kebisingan yang dihasilkan oleh sirkuit digital.
Bagaimanapun, saya berpikir bahwa desain optimal sangat tergantung pada aplikasi.
sumber