PCB-Groundplane-Trennung zwischen Leistungs- und Analogabschnitten der Platine

In diesem Design habe ich die Masseebene des Erfassungs- / Steuerschaltkreises vom Hochleistungs-3-4-Ampere-Schaltkreis getrennt. Dies ist ein Stromregler.

  • Die Masseebenen werden an den Messwiderständen und dem Steuersignal verbunden.
  • Die analoge Masse wird von einem gemeinsamen DC/DC-Wandler bereitgestellt.
  • Die Stromversorgungsmasse ist die Masse der Hauptstromversorgung.

Habe ich das richtig gemacht?

Bild des zweischichtigen Leiterplattenlayouts zur Überprüfung

Okay, also habe ich das Board neu gestaltet. Ich konnte alle bis auf eine Spur in der unteren Ebene behalten. Das ist auch ein Graben, der einige der Hochstromspuren von der Steuerschaltung trennt.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich verwende sowohl eine obere als auch eine untere Masseebene, da diese Platine auf Kupferplattierung hergestellt wird. Oben montierte Durchgangslochbauteile können nur auf der unteren Lage (gut) gelötet werden. Dadurch entstehen nun Masseinseln in der untersten Schicht. Ich habe versucht, die Vias in der Nähe zu platzieren, wo die Komponenten enden, damit der Erdungsrückweg nicht so stark verändert wird.

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Eine Sorge, die ich habe, ist, dass eine der Spuren zu einer BJT-Basis länger ist als ich möchte ... Eine hohe Eingangsimpedanz macht sie anfällig für Rauschen. Ich habe nicht genug Erfahrung mit der Herstellung von Boards, um zu wissen, ob dies ein schlechtes Design ist oder nicht (siehe unten).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Vieles hängt von Details ab. Im Allgemeinen vermeide ich Sternpunktrückgaben, da sie unter Umständen mehr Probleme verursachen als lösen. electronic.stackexchange.com/questions/185306/… Wenn Sie den Schaltplan hinzufügen, wird der Kontext klarer.
Ich persönlich teile Bodenplatten nie, da dies dazu neigt, Probleme mit abgestrahlten Emissionen zu verursachen. Es kann auch Rauschprobleme verschlimmern, wenn es schlecht implementiert wird. Es ist wichtig zu verstehen, wie Strom auf der Masseebene fließt, und es zu vermeiden, empfindliche analoge Signale in der Nähe von Stellen zu platzieren oder zu leiten, an denen hohe Ströme fließen. Beachten Sie, dass „empfindlich“ hohe Impedanz und/oder hohe Verstärkung bedeutet. Wenn die Impedanz niedrig ist oder keine Verstärkung angewendet wird, ist es möglicherweise kein "empfindliches" Signal. Sogar ein mV-Shunt-Signal ist nicht SO empfindlich.
OK, das ist es, worüber ich verwirrt bin: Soll ich die Erdungsrückwege mit Routing "steuern", anstatt alles direkt in die Grundebene zu terminieren. Diffundieren Ströme, die in der Erdungsebene enden, in der Ebene oder finden sie nur den kürzesten Abstand zum Erdungsanschluss der Stromversorgung?
Strom findet den Rückweg mit der niedrigsten Impedanz. Aber wohin kehrt es zurück? Das muss man verstehen. Digitale Signale, die über eine Masseebene geleitet werden, haben eine hohe Stromdichte in der Masseebene nahe der Leiterbahn. Die Stromdichte nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Schaltnetzteile haben eine hohe Stromdichte von der Eingangskappe über die Induktivität zur Ausgangskappe und auch durch die Diode, falls vorhanden. Motoren mit jeglicher Art von PWM-Steuerung können große Ströme fließen lassen. Aber ich denke, dass die Analyse dieses aktuellen Pfades ziemlich einfach ist. Diese Frage wird hier oft gestellt. Suchen Sie nach anderen Antworten.
Im Allgemeinen möchten Sie Ströme steuern, indem Sie ihnen eine einfache Möglichkeit bieten, dorthin zu gelangen, wo sie möchten (niedrige Impedanz). NICHT indem Sie versuchen, sie daran zu hindern, dorthin zu gehen, wo sie wollen (was die Impedanz erhöht). Vermeiden Sie es dann, Opfersignale an Stellen zu leiten, an denen sich schnell ändernde Spannungen und Ströme vorhanden sind.

Antworten (2)

Du stellst hier viele Fragen. Zu viele, um sie ausführlich zu beantworten. Daher werde ich versuchen, Ihnen einige allgemeine Richtlinien und Hinweise zum Layout zu geben.

A. In den beiden von Ihnen vorgestellten Designs sind die analogen und digitalen Masseebenen nicht annähernd genug getrennt, um effektiv zu sein. All die gemeinsame Verbindungsfläche ist nachteilig. Sie möchten, dass sich die Flugzeuge an nur einem Ort verbinden. Die Position dieses "Platzes" auf der Leiterplatte ist wichtig. Generell sollte die Verbindung der Ebenen über eine Drahtbrücke oder einen Null-Ohm-Widerstand erfolgen.

B. Typischerweise ist der beste Ort zum Verbinden von A-Gnd und D-Gnd dort, wo sie in die Leiterplatte eintreten. In diesem Fall wäre das in der Nähe Ihres Randsteckers. Da Drahtbrücken jedoch billig sind, sollten Sie eine Reihe optionaler Verbindungsbrücken entlang der Trennfuge zwischen den Ebenen platzieren. Wenn Sie das Board komplett zusammengebaut haben, können Sie mit den verschiedenen Jumper-Positionen spielen, um zu sehen, welche am besten ist. (Möglicherweise variiert die optimale Anschlussposition je nach Betriebsmodus Ihrer Schaltung.)

C. Die Breite der AD-Gnd-Lücke ist wichtig. Die Ebenen koppeln kapazitiv, obwohl sie koplanar sind. Das Ergebnis ist, dass Sie am Ende einen virtuellen Kondensator zwischen den beiden Erdungen haben, der einen unbeabsichtigten Verbindungspfad bereitstellt, durch den Erdungsströme fließen können. Normalerweise mache ich meine Lücken mindestens 0,125 ", aber manchmal bis zu 0,500, wenn ich den Platz auf der Leiterplatte dafür habe und die Rauschsituation dies rechtfertigt. Sie können diesen Effekt in Ihren Prototyp-Leiterplatten testen. Bevor Sie irgendwelche Komponenten auf die Leiterplatte löten , verbinden Sie ein LCR-Meter zwischen den beiden Masseebenen und messen Sie die Kapazität. Sie wird wahrscheinlich in der Größenordnung von zehn oder mehreren hundert Pico-Farad liegen. Notieren Sie sich diesen Wert. Wenn die Platine vollständig zusammengebaut ist und Sie sie getestet haben genug, um sich mit den inhärenten Geräuschpegeln und der Leistung vertraut zu machen, Schließen Sie einen Kondensator mit ähnlichem Wert an den gemessenen Wert zwischen den Masseebenen an. Die Menge an Rauschzunahme, die Sie dabei beobachten, entspricht ungefähr der Menge an Rauschen, die von der "eingebetteten" Kapazität zwischen den Ebenen beigetragen wird, die durch die Nähe der A- und D-Masseebenen erzeugt wird. Diese Übung wird Ihnen sagen, ob Sie die Lücke noch breiter machen müssen.

Geteilte Masseebenen werden normalerweise an der Stromquelle verbunden:

http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.html

Diese Anordnung neigt dazu, Signalübersprechen von einer Ebene zur anderen zu minimieren.

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