ทำไมมันจึงท้อแท้ที่จะทำให้ช่องว่างระนาบพื้น?

ในบางครั้งฉันได้ยิน (และอ่าน) ว่ามันไม่ดีที่จะสร้างเครื่องบิน Gnd แยกต่างหากสำหรับชิ้นส่วนวงจรดิจิตอลและอนาล็อก ทุกอย่างสรุปไว้ในกฎง่ายๆนี้: "อย่าแยกระนาบ Gnd, อย่าทำช่องว่างในนั้น" โดยปกติแล้วสิ่งนี้จะมาโดยไม่มีคำอธิบายที่ชัดเจน

ที่อยู่ใกล้ฉันได้คำอธิบายคือการเชื่อมโยงนี้: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html ผู้เขียนชี้ให้เห็นว่ากระแสน้ำที่ไหลกลับจะโค้งงอรอบ ๆ ช่องว่างเช่นว่าพื้นที่ผิวของกระแสน้ำจะมีขนาดใหญ่

กระแสย้อนกลับของสัญญาณต่าง ๆ ถูกบีบเข้าหากันที่มุมของช่องว่างทำให้เกิดการพูดคุยข้าม พื้นที่ผิวที่ใหญ่ขึ้นของลูปปัจจุบันจะปล่อยและรับ EMC

จนถึงตอนนี้ดีมาก ฉันเข้าใจว่าไม่มีสัญญาณใดควรส่งผ่านช่องว่างดังกล่าว สมมติว่าคุณคำนึงถึงกฎนั้นมันจะดีหรือไม่ที่จะทำให้เกิดช่องว่างในระนาบ Gnd (เช่นการแยกระหว่างส่วนอะนาล็อกและวงจรดิจิทัล)

กระแสกลับความถี่สูงต้องการติดตามกระแสนอกเนื่องจากการเหนี่ยวนำ

หากคุณบังคับให้กระแสย้อนกลับไปสู่เส้นทางที่แตกต่างจากนั้นมีสิ่งเลวร้ายเกิดขึ้น

1. คุณสร้างการวนซ้ำที่สามารถรับและส่งสัญญาณรบกวนแม่เหล็ก
2. คุณแนะนำการเหนี่ยวนำพิเศษในเส้นทางสัญญาณซึ่งสามารถลดความสมบูรณ์ของสัญญาณ

โปรดทราบว่าสัญญาณดิจิตอลที่มีขอบที่รวดเร็วสามารถสร้างเดือยความถี่สูงได้แม้ว่าอัตราการสลับจะต่ำ

โปรดทราบว่าเส้นทางภายนอกอาจไม่เกี่ยวข้องกับแทร็กเพียงอย่างเดียวเสมอไปอาจอยู่ในองค์ประกอบ แม้ว่าส่วนประกอบจะแยกพลังงานแบบอะนาล็อกและดิจิตอลและพินกราวด์ออกจากกัน แต่ก็มีแนวโน้มว่าสัญญาณบางอย่างจะข้ามผ่านขอบเขตภายในชิป

OTOH ที่ความถี่ต่ำกระแสใช้เส้นทางที่กำหนดโดยความต้านทานเป็นหลัก ดังนั้นการแบ่งระนาบสามารถเป็นเทคนิคที่มีประโยชน์ในการโน้มน้าวกระแสการไหลย้อนกลับของเส้นทางและหลีกเลี่ยงความต้านทานที่ใช้ร่วมกัน

หากคุณมีที่เดียวที่สัญญาณข้ามขอบเขตสัญญาณผสมแล้วการแยกระนาบนั้นสมเหตุสมผลมากมันจะบังคับให้กระแสย้อนกลับแบบแอนะล็อกอยู่ทางด้านอะนาล็อกและกระแสกลับทางดิจิทัลเพื่ออยู่ด้านดิจิทัล

หากคุณมีหลายสถานที่ที่สัญญาณจำเป็นต้องข้ามขอบเขตสัญญาณผสม (เช่น ADC หลายตัว, ชิปสวิตช์แบบอะนาล็อกหลายตัวเป็นต้น) ประโยชน์ของการแยกสัญญาณจะได้รับความน่าสงสัยมากขึ้น ชิปสัญญาณผสมแต่ละตัวต้องการการเชื่อมต่อระหว่างสองระนาบ แต่เมื่อคุณใส่การเชื่อมต่อที่หลากหลายระหว่างระนาบคุณจะสูญเสียผลประโยชน์มากมายในการแยกพวกมันตั้งแต่แรก

เหตุผลคล้ายกันมากกับแนวโน้มห่างจากบริเวณแยกสำหรับดิจิตอลและอะนาล็อก มันคือทั้งหมดที่เกี่ยวกับผลตอบแทนปัจจุบัน

ที่จริงแล้วมีแนวโน้มที่จะห่างจากระนาบกราวด์แยกและแทนที่จะมุ่งเน้นไปที่การแยกตำแหน่งและการพิจารณาสำหรับเส้นทางปัจจุบันกลับ

• อย่าแยกระนาบกราวด์ใช้ระนาบทึบหนึ่งอันภายใต้ส่วนอะนาล็อกและดิจิทัลของบอร์ด
• ใช้ระนาบกราวด์พื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับเส้นทางกลับปัจจุบันที่มีความต้านทานต่ำ
• รักษาพื้นที่กระดานมากกว่า 75% สำหรับระนาบพื้น
• แยกระนาบพลังงานอะนาล็อกและดิจิตอล
• ใช้ระนาบพื้นแข็งถัดจากระนาบพลังงาน
• ค้นหาส่วนประกอบและเส้นอะนาล็อกทั้งหมดผ่านระนาบพลังงานแบบอะนาล็อกและส่วนประกอบดิจิตอลทั้งหมดและเส้นบนระนาบพลังงานแบบดิจิทัล
• อย่ากำหนดเส้นทางการติดตามข้ามการแยกในระนาบพลังงานเว้นแต่ว่าร่องรอยที่ต้องผ่านการแยกระนาบพลังงานจะต้องอยู่ในชั้นที่อยู่ติดกับระนาบพื้นแข็ง
• คิดเกี่ยวกับสถานที่และวิธีการที่กระแสคืนพื้นดินไหลจริง
• แบ่งพาร์ติชัน PCB ของคุณด้วยส่วนแอนะล็อกและดิจิทัลแยกต่างหาก
• วางส่วนประกอบอย่างถูกต้อง

รายการตรวจสอบการออกแบบสัญญาณผสม

• แบ่งพาร์ติชัน PCB ของคุณด้วยส่วนแอนะล็อกและดิจิทัลแยกต่างหาก
• วางส่วนประกอบอย่างถูกต้อง
• ตั้งพาร์ติชันด้วยตัวแปลง A / D
• อย่าแยกระนาบพื้น ใช้ระนาบทึบหนึ่งอันภายใต้ส่วนอะนาล็อกและดิจิตอลของบอร์ด
• กำหนดเส้นทางสัญญาณดิจิตอลเฉพาะในส่วนดิจิทัลของบอร์ด สิ่งนี้ใช้ได้กับทุกเลเยอร์
• จัดเส้นทางสัญญาณอะนาล็อกเฉพาะในส่วนอะนาล็อกของบอร์ด สิ่งนี้ใช้ได้กับทุกเลเยอร์
• แยกระนาบพลังงานอะนาล็อกและดิจิตอล
• อย่ากำหนดเส้นทางการติดตามข้ามการแยกในระนาบพลังงาน
• ร่องรอยที่ต้องข้ามการแยกระนาบพลังงานต้องอยู่บนชั้นที่อยู่ติดกับระนาบพื้นแข็ง
• คิดเกี่ยวกับสถานที่และวิธีการที่กระแสคืนพื้นดินไหลจริง
• ใช้วินัยการกำหนดเส้นทาง

โปรดจำไว้ว่ากุญแจสำคัญในโครงร่าง PCB ที่ประสบความสำเร็จคือการแบ่งพาร์ติชันและการใช้ระเบียบวินัยการกำหนดเส้นทางไม่ใช่การแยกของระนาบกราวด์ เป็นการดีกว่าที่จะมีระนาบอ้างอิงเพียงอันเดียว (กราวด์) สำหรับระบบของคุณ

(วางจากลิงค์ด้านล่างเพื่อเก็บถาวร)

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

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

ลำดับความสำคัญอันดับ 1 คือการวางสิ่งของในที่ที่ถูกต้องบนกระดานของคุณ

ตัวอย่างเช่นหากคุณมีขั้วต่อเพาเวอร์ทางด้านซ้ายตัวควบคุมมอเตอร์และขั้วต่อเอาท์พุททางด้านขวาและบิตอะนาล็อกที่มีความอ่อนไหวกลางคุณจะเริ่มต้นไม่ดี

วางขั้วต่อไฟไว้ด้านขวาถัดจากเอาต์พุตกระแสสูงซึ่งทำให้กระแสสูงไหลตามธรรมชาติในลักษณะที่ทำให้งานของคุณง่ายขึ้น

IMO ที่ดีที่สุดคือการใช้ระนาบแบบแยก (AGND, DGND) จากนั้นวางส่วนประกอบทั้งหมดบนระนาบที่สอดคล้องกันจากนั้นในตอนท้าย ... เอาตัวแยกออกแล้วเปลี่ยนเป็นระนาบพื้นแข็ง สิ่งนี้บังคับให้คุณทำการจัดวางที่ดี

สำหรับส่วนที่เหลือคำถามนี้เหมือนกันมากหรือน้อยฉันแนะนำให้อ่านคำตอบ

นี่เป็นเรื่องยากที่มักจะมีข้อมูลที่ขัดแย้ง ตัวอย่างหนึ่งที่พบได้ทั่วไปคือเมื่อวางโครงทองแดงสำหรับตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล บ่อยครั้งที่เอกสารข้อมูลทางเทคนิคระบุว่าการรักษาภาคพื้นดินแบบอะนาล็อกจะแยกจากส่วนดิจิทัลและผูกเข้าด้วยกันในจุดเดียว แผ่นข้อมูลมักจะระบุว่าความแม่นยำที่ระบุสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อมีการต่อสายดินด้วยวิธีนี้

หากทั้งบอร์ดเป็นชิป AtoD หนึ่งอันนี้ก็จะง่าย แต่เมื่อคุณเริ่มผสม DtoA ของแอมป์, ตัวเปรียบเทียบและวงจรดิจิตอลสิ่งนี้กลายเป็นสิ่งที่ทำไม่ได้อย่างรวดเร็ว

ฉันจะไม่ปรับปรุงสิ่งที่คนอื่นพูดเกี่ยวกับการจัดวางที่ดี คล้ายกับตัวต้านทานแบบขนานกระแสจะไหลในเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุด ที่ความถี่สูงการเหนี่ยวนำของบอร์ดสามารถมีปฏิกิริยาตอบสนองที่สำคัญ เส้นทางที่มีค่ารีแอกแตนซ์น้อยที่สุดสำหรับกระแสย้อนกลับจะอยู่ด้านล่างของร่องรอยสัญญาณในระนาบกราวด์

เมื่อมีช่องว่างในระนาบกราวด์กระแสย้อนกลับจะต้องใช้เส้นทางที่ยาวกว่ากลับไปยังแหล่งกำเนิดซึ่งส่งผลให้เกิดวงขนาดใหญ่ขึ้นและเหนี่ยวนำที่สูงขึ้น

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ฉันจะแนะนำวิศวกรรมความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดย Henry W. Ott มันเป็นพระคัมภีร์ใน EMC