PCB mit Mixed Analog und Digital

Ich bin dabei, eine neue ADC/DAC-Leiterplatte mit einer digitalen Schnittstelle und einem analogen Frontend zu entwerfen. Ich habe versucht, die verschiedenen Erdungen in meiner Schaltung zu trennen, um das Rauschen so weit wie möglich zu reduzieren, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich richtig bin, was ich tue. Siehe Diagramm unten

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Ich habe versucht sicherzustellen, dass alle GNDs über einen einzigen Return zurückgegeben werden - anGND -> GND -> GND RETURN 1\2.

  • Sollte ich meinen digitalen GND (zu GND Return 1 leiten) von meiner analogen Masse trennen (einen GND zu GND Return 2 leiten)? HINWEIS GND Return 1 & 2 sind direkt an der Quelle angeschlossen.
  • Sollte ich meinem +/-12V LDO eine andere Masse geben?
  • Sollte ich meinem +5Vadda LDO eine separate Masse geben?
  • Sollte ich einen zusätzlichen "digitalen" GND für die +5,3 V DC\DC einbauen?

In früheren Designs haben wir die gleichen DC\DC +3,3 V -> +1,1 V verwendet und die digitale und analoge Masse nicht getrennt, und es hat gut funktioniert. Meinst du, ich sollte sie trennen? Wenn ja, welche Gründe würden Sie empfehlen? Welche weiteren Empfehlungen haben Sie?

Ich bin mir nicht sicher, warum mein obiges Diagramm nicht angezeigt werden kann. Ich habe es unten nochmal als jpg eingefügt:

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Ich habe das Design wie folgt leicht geändert:

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Antworten (1)

Nun, ich sehe kein Diagramm, aber von dem, was ich gelernt habe:

  • Stellen Sie nur einen einzigen Pfad für einen Strom bereit, verbinden Sie also nicht verschiedene Erdungen an verschiedenen Stellen
  • mit analogem und digitalem Masseanschluss an einem einzigen Punkt unterhalb des AD- oder DA-Wandlers
  • Schließen Sie je nach Design an dieser Stelle einfach die Masse kurz oder verwenden Sie einen oder mehrere Kondensatoren, um Gleichstrom zu blockieren, aber Wechselstrom zuzulassen
  • Verwenden Sie für unterschiedliche Spannungen eine einzige Masseebene und verteilen Sie Pufferkondensatoren (normalerweise Gruppen von 3 Teilen parallel wie 100n, 10n, 1n, um den Frequenzgang zu verbessern) über Ihr Design (es gibt einige kommerzielle Berechnungsprogramme, wo Sie sie platzieren können, aber wann Sie platzieren 5-6 Gruppen, um die Gesamtfläche abzudecken und dann einige weitere in der Nähe von großen Quellen und Senken zu platzieren ... das sollte in vielen Fällen ausreichen) --> wenn Ihr Design genauere Berechnungen erfordert, müssen Sie in Literatur und Kursen graben Sie müssen wirklich Zeit und Geld investieren

PS: Die Trennung von digitaler und analoger Masse ist eine Maßnahme, um Rauschen und einen solchen Einfluss auf die ADC-Präzision zu reduzieren. Sie benötigen dies, wenn Sie sehr geringe Signalunterschiede messen und es bei schnellen Wandlungsraten mit schnellen Signalen ins Spiel kommt. Wenn Sie nur 1 V DC oder 2 V DC unterscheiden möchten, ... ist es möglicherweise überdimensioniert.

Es ist moderne Praxis, empfindliche und verrauschte Komponenten auf verschiedene Bereiche derselben Masseebene zu verteilen, damit verrauschte Ströme von einem nicht unter dem anderen fließen. Es ist wirklich einfach, die Dinge durch die Trennung von Gründen noch schlimmer zu machen, als wenn Sie es einfach gedankenlos tun würden. Führen Sie niemals eine Spur über eine Lücke in Flugzeugen.
Schnedan, vielen Dank für Ihren Kommentar. Ich habe einen 20-Bit-1-MSPS-ADC eingebaut, also denke ich, dass ich alle Methoden benötige, um das Rauschen so weit wie möglich zu reduzieren.
Ja, mit 20-Bit-1-MSPS-ADC befinden Sie sich sicherlich in einem Bereich, in dem es auf das Layout ankommt. Dann würde ich mich auch für mindestens ein 4-Layer-Layout entscheiden, damit Sie die Datensignale in den inneren Layern routen können. Außerdem würde ich raten, Regeln für gutes HF-Design anzuwenden, wie Durchkontaktierungen minimieren, keine 90 ° -Ecken, gleiche Länge aller Signale, gleiche Abstände zwischen allen Datensignalen, ... Felder, denken Sie über eine Abschirmlösung nach, z. B. einen Metallkäfig.
schnedan, meinst du meine GNDs zu meinen LDOs sind korrekt oder sollten sie geändert werden?
Zunächst denke ich, dass Sie die + -12-V-LDOs nur durch geeignete Filterschaltungen ersetzen können - wenn Sie nur die Spannung glätten möchten. Gleiches gilt für die 5-V-> 5,3-V-5-V-Stufe, die außer dem Wechsel von digitaler zu analoger Masse unnötig zu sein scheint. Auch eine Spanne von nur 0,3V für den LDO ist knapp. Bei einem ersten Versuch würde ich mich dafür entscheiden, die LDOs überhaupt zu entfernen und nur 3 Gründe zu haben - einen für das analoge Frontend von und einschließlich der DAC (s), einen für das Frontend von und einschließlich der ADCs und einen dritten (unsauber ) für den Digitalteil und die DC/DC-Wandler. Wenden Sie Ripple-Filter für "analoge" Versorgung an
Schnedan, vielen Dank für Ihre Antwort. Ich bin in der Routing-Phase meiner Leiterplatte und plane jetzt die Verbindungen der GND-Ebenen. Wie Sie im Diagramm sehen können, habe ich +/- 12V LDOs an den LTaGND angeschlossen. Aber vielleicht wäre es besser, es mit der anGND-Ebene zu verbinden? oder wird es keinen unterschied machen? In Ihrer Antwort erwähnten Sie, den DAC GND und den ADC GND zu trennen - für wie kritisch halten Sie das - wie im Diagramm gezeigt, habe ich beide mit dem anGND verbunden?!
Ich kann mir keinen guten Grund vorstellen, warum ein separates LTaGND überhaupt von Vorteil wäre. Wenn der DC/DC einen sauberen Ausgang hat, sollte es keinen Unterschied geben, und wenn er unsauber ist, wird der getrennte GND ihn nicht beheben. Da DACs einige Stromspitzen einführen können, möchten Sie diese möglicherweise vom ADC trennen. Und Sie möchten das digitale und Schaltrauschen von beiden fernhalten: ADC & DAC, also mindestens 3 GNDs oder als Maximallösung: eine Masse pro ADC und eine Masse pro DAC (was das Übersprechen minimieren sollte ...) + die digitale / Versorgungserd.
@schnedan: Über diese 90-Grad-Winkel ... Sie sind vollkommen in Ordnung, außer wenn sie es nicht sind - in diesem Fall sind 45-Grad-Biegungen nicht besser.
@JRE besorgen Sie sich ein Time Domain Reflectometer und testen Sie eine 90 ° - und eine 45 ° -Spur ... es gibt einen großen Unterschied
Lesen Sie den Link und die Links in der Antwort. Die Leute taten genau das und stellten fest, dass zwei 45-Grad-Biegungen in den Fällen, in denen es darauf ankam, genauso schlimm waren wie eine 90-Grad-Biegung. Das sind Frequenzen über 2,5 GHz und damit verbundene Anstiegszeiten. Und es spielt keine Rolle auf FR4-Boards.
@JRE Es ist richtig, wenn möglich sogar die 45 ° zu vermeiden ... Und aus meiner persönlichen Erfahrung würde ich die Frequenzgrenze noch niedriger einstellen, z. B. müssen Messadapter für einen NWA selbst bei 250 MHz viel besser sein ... : - )
@DKNguyen - "Es ist wirklich einfach, die Dinge durch das Trennen von Gründen noch schlimmer zu machen, als wenn Sie es einfach gedankenlos tun würden." - Abgesehen von "Niemals eine Spur über eine Lücke in Ebenen führen" auf welche Weise kann das Trennen von GND-Ebenen die Situation verschlimmern, wenn man sehr darauf achtet, alle GNDs an einem einzigen Rückkehrpunkt zu verbinden (wie ich es getan habe - siehe Diagramm)?
@shmueld Denken Sie an die Schleife, die der Strom machen muss, wenn der Rückstrom nicht direkt unter der Signal- / Leistungsspur (für die kleinste Schleife) fließen kann, weil die Signalspur über eine Lücke in der Masseebene gesprungen ist. Was passiert, wenn der Rückstrom auf die Lücke in der Masseebene trifft? Es muss unter der Signalspur austreten, sich auf den Weg zur Groundplane-Brücke machen und dann versuchen, unter die Signalspur zurückzukehren. Das ist eine große Schleife. Das Problem hat nichts mit "sorgfältigem Verbinden aller GNDs an einem einzigen Punkt" zu tun.
Star Ground ist ein Versuch, Rauschen zu behandeln, das die Bodenebene kontaminiert, und bei dem Versuch, damit umzugehen, indem die Ebenen geteilt werden, wird das Problem, auf das ich mich beziehe, nicht angegangen.
analog.com/en/technical-articles/… , nxp.com/docs/en/supporting-information/TN00009.pdf , ... googeln Sie einfach ein bisschen. Die meisten dieser Leitfäden sind konsistent - denken Sie, Sie werden die meisten der hier aufgeführten guten Tipps bestätigt finden
Jemand hat gerade auf den folgenden Artikel hingewiesen, der AUCH relevant erscheint .... hottconsultants.com/techtips/split-gnd-plane.html
1 MSPS adc ist immer noch ziemlich langsam, ich würde mir keine allzu großen Sorgen machen.
Für ein Gerät mit doppelter Versorgung (ohne Erdung) ist es richtig zu sagen, dass der Strom, der in das Gerät fließt, dann über die negative Versorgungsspannung zurück zu seinem DC-DC und dann in die Erde zurückkehrt zu diesem DC-DC ?
PCB mit Mixed Analog und Digital
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