Sollte ich die Masseebene wirklich in analoge und digitale Teile aufteilen?

Sie müssen in Bezug auf die gemeinsame Impedanz denken (nicht Widerstand, wirklich Impedanz).

Betrachten Sie die Teile der Schaltung, die GND als 0-V-Referenz für empfindliche analoge Zwecke verwenden. Offensichtlich möchten Sie, dass jede dieser "0-V-Referenzen" auf demselben "0-V" -Potential liegt. Der Strom, der durch die GND-Ebene fließt, führt jedoch zu den "0 V" jedes Chips eine zusätzliche Fehlerspannung hinzu.

Zeichnen Sie nun ein Schema Ihres GND, durch das die Ströme fließen.

Wenn Sie das Flugzeug nicht teilen, aber hohe Ströme durch es fließen, weil Sie den Stromeingangsanschluss auf der linken Seite, den Stromausgangsanschluss auf der rechten Seite und die superempfindlichen analogen Bits in der Mitte platzieren, dann Sie könnte ein Problem haben, weil ein hoher Strom in GND fließt und einen Spannungsgradienten erzeugt.

Berücksichtigen Sie je nach Frequenz die Impedanz (dh die Induktivität, nicht nur den Widerstand).

Dafür gibt es nun mehrere Lösungen.

• Sie könnten Ihre Stromanschlüsse an vernünftigeren Stellen platzieren (dh Stromeingang neben Stromausgang), damit die hohen Ströme nicht in Ihrer GND-Ebene fließen. Dies gilt für alle Stromschleifen, die große, verrauschte oder hohe di/dt-Ströme führen, wie die internen Schleifen eines DCDC oder die Schleifen zwischen ihm und seiner Last (z. B. einer CPU) oder sogar den Massepfad zwischen einer Entkopplungskappe und der Chip entkoppelt.

Stellen Sie sicher, dass Sie wissen, wo diese Schleifen sind! Ordnen Sie sie nach Störung (ungefähr „Fläche * di/dt“ für AC oder „Fläche * I“ für DC). Die Platzierung ist unerlässlich. Eine gute Platzierung mit engen Stromschleifen macht das Layout viel weniger Kopfschmerzen.

• Sie könnten Differenzverstärker und ADCs verwenden, die Gleichtaktrauschen ignorieren.

Dies ist zwingend erforderlich, wenn die zu erfassende Spannung auf einem High-Side-Stromshunt liegt. Nehmen wir nun an, Sie verwenden beispielsweise einen Strommessverstärker. Vergessen Sie nicht, welche Spannung auch immer an seinem "Ausgangsreferenz" -Pin (oft falsch als "GND" bezeichnet) anliegt, wird direkt zum Ausgang hinzugefügt ... also stecken Sie den Leseverstärker nicht zwischen zwei MOSFETs mit seinem "GND" -Pin in die Mitte des "Motors aktueller Rückweg"...

• Sie könnten das Flugzeug auch teilen, aber dann müssen Sie entscheiden, wo Sie es teilen möchten. Und (hier wird es unangenehm), wenn Sie Ihre beiden Erdungen bei Gleichstrom (oder bei hohen Frequenzen, wenn Sie Isolatoren verwenden) miteinander verbinden ...

Nennen wir Ihre beiden Erdungen AGND und PGND (Analog und Power). Einige sagen, man solle sich trennen und AGND/PGND oder AGND/DGND unter dem ADC beitreten. Das bedeutet, dass jeder Strom, der zwischen AGND und PGND fließt, jetzt in der Masseverbindung unter dem ADC fließen muss, was der denkbar schlechteste Ort ist.

Eine sehr sinnvolle Lösung ist die „Hidden Split“. Die Platzierung ist unerlässlich. Zum Beispiel platzierst du das Power/Noise-Zeug rechts und das empfindliche Zeug links. Sie platzieren Ihre Entkopplungskappen so, dass die durch GND verlaufenden Versorgungsstromschleifen kurz und gut platziert sind. Da Ihr Board über zwei gut definierte Zonen verfügt, können Sie die Breite der Masseebene, die sie verbindet, einschränken, um sicherzustellen, dass keine hohen Ströme in der Masse der empfindlichen Bits fließen.

Es ist sehr visuell und schwer zu erklären, und es ist wichtig, dass Sie Ihre Anschlüsse richtig platzieren.

Diese Tutorials sind gut: https://learnemc.com/emc-tutorials

Das einfache Einfügen von SLITS in die GND-Ebene kann ausreichen, um Digital-/Strom-/Relais-/Motormüll weitgehend von den empfindlichen analogen Bereichen fernzuhalten. [ EDIT 9. Juni gezeigt, dass eine schmale Region eine Dämpfung von 12 dB / Quadrat erreicht. EDIT Juni 2019 Denken Sie daran, auch das Power Plane zu schlitzen (empfohlen von Barleyman)]

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Was können wir über die Schlitzplatzierung im Vergleich zu In-Point und Out-Point mit störendem Strom vorhersagen?

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Was ist zu erwarten, wenn der Schlitz in Strömungen eindringt?

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wir hatten ungefähr 40 Mikrovolt/Quadrat entlang der Unterkante der Leiterplatte, unter der Annahme von 0,0005 Ohm/Quadrat. Wir können den I*R-Spannungsabfall, der durch EIN AMPERE oben rechts auf der Leiterplatte verursacht wird, entlang der Unterkante der Leiterplatte innerhalb des analogen Bereichs genauso einfach abschätzen

Slit_Atten = Schlitzlänge / Gesamtschleifenlänge innerhalb des sensitiven Bereichs

Spannungsabfall ganz unten (pro Quadrat) ist

Spannung über Schlitz * Slit_Atten

Mathe: Spalt ist 4 Quadrate, also 4 * 40uV = 160uV.

Slit_Atten ist 4 Quadrate / 20 Quadrate (gesamter Schleifenumfang) = 20 %.

Der I*R-Abfall pro Quadrat beträgt 160 uV * 20 % = 32 uV.

Dies zeigt den Wert, nur SCHMALE Bereiche zwischen Digital/Rauschen und Analog zu verwenden.

Hier ist eine andere Möglichkeit zu schlitzen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Spannung pro Quadrat, bei der OpAmps einen ruhigen GND = 32 uVolt pro Quadrat benötigen. Nicht sehr leise. Was zu tun ist?

1) schneide den Schlitz weiter in die Ebenen hinein; jetzt bei 80 %, gehen Sie auf 95 % und Sie erhalten wahrscheinlich eine exponentielle Verbesserung der Ruhe; Führen Sie die SPICE-Sim aus und sehen Sie, wie

2) Mach den Schlitz ----- nicht schmal ---- aber tief, so

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Was können wir über die Dämpfung von "L"-Schlitzen vorhersagen? Es stellt sich heraus, dass wir eine Dämpfung von 12 dB pro Quadrat des verengten Bereichs vorhersagen können. Wir zoomen hinein und sehen das

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Der eigentliche Schlüssel ist IMMER die Platzierung, tun Sie dies intelligent und jedes Setup kann für so etwas funktionieren, wenn Sie es zu sehr falsch machen, wird das Board nicht nur sehr schwer zu routen sein, sondern es wird auch schwierig sein, die gewünschte Präzision zu erreichen.

Solide Ebenen sind die Regel, wenn Sie schnelles Zeug haben, wann immer Sie Flankenraten im Bereich von wenigen ns haben (Taktrate spielt keine Rolle, Flankenraten schon), Sie möchten eine solide Ebene unter mindestens dieser Region, ich mache im Allgemeinen eine solide Ebene jedes Mal im ersten Prototypen und später damit herumspielen, wenn es nicht das bringt, was ich will (ich muss es im Allgemeinen nicht ändern).

In Ihrem Fall ist jetzt die DC-Genauigkeit wichtig, und im Allgemeinen werden solche Dinge am besten mit der Differenzmessung durchgeführt (Entscheiden Sie, zwischen welchen zwei Punkten Sie die Spannung messen möchten, und messen Sie diese Spannung, nicht die relativ zu einer Ebene).

Nur weil Sie eine Ebene haben, bedeutet das nicht, dass Sie an beliebigen Punkten eine Verbindung herstellen müssen. Sie können beispielsweise entscheiden, das „geerdete“ Ende eines Widerstands in einem Differenzverstärker an der gleichen Stelle wie der Eingang der vorherigen Stufe an die Ebene zurückzugeben Teilerwiderstand, um sicherzustellen, dass sie die gleiche Spannung sehen, hierarchische Gründe sind eine gute Sache, aber unterschiedliche Messregeln für dieses Zeug.

5,49 erscheint mir optimistisch, abs max ist nicht irgendwo, wo man jemals sein möchte.

Entkoppler gehen im Allgemeinen direkt zum Flugzeug.

Wenn Sie sich entscheiden, Ebenen zu teilen, müssen Sie sicherstellen, dass unter dem Bereich, in dem die Kontrolllinien zwischen den beiden verlaufen, eine durchgehende Verbindung besteht. Sie dürfen niemals eine Spur über eine Teilung in der Ebene führen.

Vergessen Sie angesichts Ihrer niedrigen Geschwindigkeiten nicht, dass Sie überabtasten können und dass das Dezimieren Ihre effektive Wortlänge verlängert.

Einige Anmerkungen dazu. Wie andere bereits betont haben, sind Stromschleifen nicht Ihre Freunde. Sie sollten sich Ihrer Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitsschaltungen bewusst sein und wissen, wo sie mit Strom versorgt werden. Alles zwischen diesen beiden Punkten ist direkt im Schussfeld, platzieren Sie Ihre 16-Bit-ADCs nicht zwischen Aufwärtswandler und Hochleistungs-PWM-gesteuerten LEDs.

Spalten oder Wassergräben in Bodenebenen können vorteilhaft sein, aber diese werden schnell involviert. Das Wichtigste, woran Sie sich erinnern sollten, ist, NIEMALS EINE SPLIT IN DER FLUGZEUG MIT EINER HOCHGESCHWINDIGKEITS-/EMPFINDLICHEN SIGNALLEITUNG ZU ÜBERQUEREN . Ihre Signalleitungen benötigen direkt daneben einen Rückstrompfad. Wenn Sie also ein Hufeisen um einen ADC herum erstellen, müssen Sie alle Signale auch um diesen Wassergraben herum leiten. Wenn Sie unbedingt einen Split überqueren müssen, können Sie einen lokalen Kondensator verwenden, um separate GND-Ebenen zu verbinden, aber dann vereiteln Sie den Zweck des Wassergrabens überhaupt. Angenommen, Sie haben ein mehrschichtiges Board, aber es wäre viel weniger schmerzhaft, es einfach nicht zu tun. Tauschen Sie die Ebenen vor dem Teilen auf eine andere Ebene aus, die eine einheitliche Referenzebene hat. NBdies gilt nicht für DC- oder niederfrequente Signale/Lasten. Sie sind glücklich genug, dem Weg des geringsten Widerstands um den Graben herum zu folgen. Vergessen Sie nicht, dass Sie Splits in GND-Ebenen mit passenden Splits in Leistungsebenen abgleichen müssen!

Um dies noch komplizierter zu machen, gilt dies für die Referenzebene, dh Masseebene neben der Signalschicht. Wenn Sie 8 oder mehr Schichten haben, spielt es keine Rolle, was sich auf der L2-Ebene befindet, wenn sich Ihre empfindliche Schaltung auf L8 befindet. Sie können Power Plane auch als Referenz verwenden, aber heutzutage haben Sie oft eine beliebige Anzahl von Power Planes (5 V, 3,3 V, 1,8 V, 1,2 V, -5 V, was auch immer), sodass die störende Schaltung nur auf die Power Plane verwiesen werden kann Es stammt von ... Das Referenzieren einer 1,8-V-PHY auf eine 3,3-V-Ebene funktioniert nicht. Es sei denn, Sie stellen diese Nahtkappen zwischen den Flugzeugen wieder her.

Ich habe eine Hochgeschwindigkeits-ADC-Multiplexschaltung erstellt, die im Wesentlichen einen Rauschpegel von null (~ 0,6 ADC-Einheiten) erreicht, indem VCC und VCCA plus GND und AGND geteilt wurden. Aber ich weiß, was ich tue, und ich habe Zeit damit verbracht, analoge Leitungen religiös abzubilden und "Inseln" aus verwandtem Kupfer auf der nächsten Schicht zu schaffen und so weiter. Meistens halte ich einfach alle Gründe zusammen und achte auf die Stromschleifen.

Das Wechseln der Schichten zählt auch als Teilung in der Ebene, daher sollten Sie ein passendes GND-Via (s) in der Nähe haben, damit der Hochgeschwindigkeits-Rückstrom keine zusätzlichen Umwege machen muss.

Schlussbemerkung : Der Rückstrom folgt dem Weg des geringsten Widerstands. Für niedrige Frequenzen ist dies die kürzeste verfügbare feste Kupferroute, die möglicherweise nicht Ihrer Signal- / Leistungsspur folgt. Für höhere Frequenzen liegt es direkt neben dem Treibersignal, da die Trennung die Impedanz erhöht. Aus diesem Grund endet das Überqueren von Flugzeugen in Tränen, da Sie Diskontinuitäten erzeugen, die zu Reflexionen, abgestrahlten HF-Frequenzen, Signalintegritätsverlust, Froschregen und so weiter führen.

Sie könnten Strom und Masse sowohl für analog als auch für digital vollständig trennen. Verwenden Sie isolierte DC-DC-Wandler und Optoisolation für die digitale Schnittstelle zwischen den beiden.