Separate GND-Ebene für Mikrocontroller-Quarzresonator

1. Hintergrundinformationen

Ich entwerfe ein Board für einen STM32F767ZI-Mikrocontroller. Dieser Mikrocontroller hat einen primären Oszillator für die SYSCLK(Gesamtsystemuhr) und einen sekundären Oszillator für die RTCCLK(Echtzeituhr).

Als Primäroszillator habe ich folgenden Quarz gewählt:

‎NX3225GD-8MHZ-EXS00A-CG04874‎ [DigiKey: 644-1391-1-ND‎]

Und der folgende Quarz für den sekundären Oszillator:

‎NX3215SA-32.768KHZ-EXS00A-MU00525‎ [DigiKey: 644-1386-1-ND‎]

Ich habe die gleichen Kristalle wie die auf dem NUCLEO-F767ZI-Board von STMicroelectronics ausgewählt.

 

2. Empfehlungen von STMicroelectronics

Der Chiphersteller empfiehlt, unter jedem Quarz eine separate lokale GND-Ebene vorzusehen. Diese GND-Ebene muss mit dem nächsten GND-Pin auf dem Chip verbunden werden. Das habe ich aus Application Note AN2867 . Die folgende Abbildung stammt aus diesem Dokument:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Auf der Abbildung sind zwei Kristalle zu sehen: X1 und X2 . Jeder hat seine eigene lokale GND-Ebene , die durch eine Lücke von der gesamten Platinen-GND-Ebene getrennt ist.

 

3. Wie bewerbe ich mich?

Ich frage mich, wie ich diese Empfehlungen auf den STM32F767ZI-Chip anwenden kann:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Bitte beachten Sie die beiden Oszillatoren auf der linken Seite: RCC_OSC32für die Echtzeituhr und RCC_OSCfür die allgemeine Systemuhr. Beachten Sie auch die 9 GND-Pins (mit dem Namen VSS) auf dem Chip.

Leider gibt es nur einen (!) GND-Pin auf der linken Seite des Chips. Wie kann ich die Empfehlungen von STMicro richtig anwenden? Egal was ich versuche, ich lande damit, dass sich eine der lokalen GND-Ebenen ausstreckt, um einen weit entfernten GND-Pin zu erreichen ... wahrscheinlich nicht das, was der Hersteller im Sinn hatte.

 

BEARBEITEN

Auf Anraten von @isdi habe ich nach den Gerber-Dateien dieses NUCLEO-F767ZI-Boards gesucht. Mit einem Gerber-Viewer entdeckte ich, dass die allgemeine GND-Ebene unter den Oszillatoren verläuft, als ob sie sich nicht von anderen Komponenten unterscheiden würden. Sie haben definitiv keine eigene lokale GND-Ebene.

Warum folgt STMicro nicht seinem eigenen Rat?

Die Gerber-Dateien des Nucleo-Boards sind verfügbar. Haben Sie diese überprüft, um zu sehen, wie sie das Layout gemacht haben (zumindest für Vorschläge)?
Etwas zweifelhaft an diesem ganzen Ratschlag ist die Idee, für jeden Kristall ein separates Massepolygon zu haben, es dann aber durch mehr als ein einzelnes Via in der Nähe des µC mit der Masseebene zu verbinden. Die ganze Idee hinter diesen separaten Bodenpolygonen ist, dass keine Ströme über sie fließen.

Antworten (1)

Zunächst einmal haben Sie nicht angegeben, wie viele Schichten Ihre Leiterplatte hatte, also nehme ich an, dass Sie bereits eine > 4-Schicht mit einer vollständigen Erdungsebene hatten.

Zurück zu Ihrer Frage: Ich habe mir den von Ihnen erwähnten Anwendungshinweis AN2867 angesehen und festgestellt, dass es sich um einen allgemeinen Designleitfaden für Oszillator-PCB-Land für STM-Mikrocontroller handelt, nicht um ein Referenzdesign für Ihr spezifisches Modell, sodass Sie ihn ignorieren können.

Beachten Sie zunächst, dass Quarze differenzielle passive Geräte sind, sodass die Masseebene nur die Leiterbahnimpedanz beeinflusst, aber keine Auswirkungen auf XTAL selbst oder das Signal. Ihre Sorge um die GND-Trennung ist nur dann richtig, wenn Sie ein sehr empfindliches analoges Signal neben XTAL durchlaufen haben.

Vielleicht hatten Sie auch Interesse am Lesen des Teils „Be Careful with Ground Plane Breaks“ von Staying Well Grounded from Analog Devices.

Die Antwort ist also, dass Sie sich überhaupt nicht darum kümmern mussten, das Flugzeug zu zerbrechen. Meiner Erfahrung nach hatte die Erdungstrennung keine Auswirkung, es sei denn, Sie hatten kein uVlot-Signal auf Ihrer Platine, sondern verschlechterte die Signalintegrität und verursachte mehr Probleme auf der Leiterplatte

Separate GND-Ebene für Mikrocontroller-Quarzresonator
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