Zweifel an analogen und Stromversorgungs-Bodenebenen

Bei der Arbeit an einem neuen Board muss ich mich einigen Anforderungen stellen, um die Leistung des gesamten Systems nach der Herstellung sicherzustellen. PCB ist 4-lagig und hat sowohl analoge als auch digitale Komponenten. Das Hauptproblem liegt jedoch in der Erdung der Stromversorgung, da DC-Wandler erforderlich sind, ein Abwärtswandler (Buck, rotes Quadrat) und ein Aufwärtswandler (Boost, rosa Quadrat). PCB sind unterteilt in:

  • L1: Leistungsspuren und einige Signalspuren.
  • L2: Masse.
  • L3: Pignalspuren.
  • L4: GND und eine Stromspur, die die Leiterplatte umgibt (um die GND-Ebene so weit wie möglich zu vermeiden).

3D-Ansicht von unten

Nun, die Zweifel kommen bei der Platzierung der Bodenebenen auf. Sie sollten getrennte Ebenen sein (Analog und Leistung), aber gleichzeitig sollten sie an einem Punkt in der Nähe von ICs (Gleichstromwandlern) verbunden werden.

Was wäre dann die beste Option, um das Rauschen zu reduzieren ?

Ich habe auf zwei verschiedene Arten gedacht.

  1. Stromversorgungs-Masseebenen auf L1, umgeben von analoger Masseebene. Gleichzeitig zwischen ihnen durch das Thermpad-Durchkontaktierungsarray von IC auf den Schichten L2, L3 und L4 verbunden.
  2. Leistungserdungsebenen auf L1 und L2, umgeben von einer analogen Erdungsebene. Und über ein Thermpad-Array mit den Masseebenen L3 und L4 verbunden.
  3. Beste Lösungsvorschläge sind willkommen.

Außerdem umfasst das Design ein Li-Ion-Ladegerät sowie eine Tankanzeige, die derzeit mit der analogen Masseebene verbunden sind.

  • Wäre es unter Ausnutzung dieses Threads besser, EMI-Abschirmungen für DC-Wandler hinzuzufügen, um die Strahlung zu reduzieren?

BEARBEITEN:

Wenn Sie also Ihren Vorschlägen folgen, sind die besten Optionen wie folgt:

3D-Ansicht von unten. Bodenebene hinzugefügt

Die Platine hat eine vollständige Masseebene, die mit Masseebenen anderer Schichten mit einer Reihe von Durchkontaktierungen verbunden ist und einen Abstand von weniger als 2,54 mm ( < Lambda / 20 ) hat. Lärm sollte auf ein Minimum reduziert werden.

Unter Analogteil befinden sich digitale Signale (gelbes Polygon). Würden sie das Hinzufügen von Rauschen zum analogen Teil beeinflussen? [Entschuldigung, die Spuren sind orange und werden im Bild nicht richtig angezeigt]

Das Formen der Ebenenschichten ist hier möglicherweise nicht die beste Option, da ich analoge und digitale Masseebenen an beiden ICs trennen muss. Aufgrund der tatsächlichen Komponentenplatzierung werde ich die Masseebene fast in zwei Teile teilen.

3D-Ansicht von unten. Flugzeuge formen

Schauen Sie sich die violetten Linien an, es wird einen Schlitz geben, um beide Masseebenen zu "verbinden", was die Stromschleifen durch sie erhöhen könnte. Es scheint in diesem Fall keine intelligente Lösung zu sein.

Was halten Sie für die beste Option ?

Nach derzeitiger Lehrmeinung an der Uni sollte man die Flugzeuge nicht zwischen analog und digital aufteilen. Baue ein großes Flugzeug! So findet der Strom den kürzesten Weg und die Schleifen (und damit das eingefangene Rauschen) werden so klein wie möglich. Wenn Sie sich entscheiden, sie aufzuteilen, überqueren Sie die Lücke nicht mit Signalen, es sei denn, sie befindet sich genau über dem Gelenk
Hallo @Botnic, das ist der Punkt, warum ich die Leiterbahn in der Nähe der Kante der Platine platziert habe, um zu vermeiden, dass die Grundebene so weit wie möglich geteilt wird. Vielleicht ist es nicht der beste Weg, da es in der Nähe von Anschlüssen mit verschiedenen Arten von Signalen liegt.
@Yolco - Haben Sie Zugang zu einem Spektrumanalysator? Interessant wäre, woher das Geräusch kommt.
Was würden Sie tun, wenn Sie sich den Arm gebrochen hätten und der Arzt sagte: "Hier, diese Bluthochdruck-Pillen werden es reparieren"? Dasselbe gilt hier. Finden Sie die Quelle des Rauschens, dann können Sie entscheiden, wie Sie es beheben können. Ich garantiere, dass das Aufteilen der Grundebene nicht die Antwort ist.
Hallo zusammen, Sie haben Recht, zuerst muss die Ursache gefunden werden, aber hier gibt es noch kein Rauschen, da ich mich in der Entwurfsphase befinde. Ich versuche mein Bestes zu tun, um zu lernen, wie zukünftiges Rauschen bei Mixed-Signal-Schaltungen (so weit wie möglich) vermieden wird. Sobald die Protos zusammengebaut sind, wenn Rauschen auftritt, werde ich eine Studie durchführen, um herauszufinden, warum das passiert und wie es gelöst werden kann.

Antworten (1)

Sofern kein zwingender Grund dagegen spricht, verwende ich überall den gleichen Grund .

Sie haben nicht genau angegeben, welche digitalen Schaltungen verwendet werden, aber wenn sie modern sind, werden sie sehr wahrscheinlich schnell sein. Um sicherzustellen, dass sich analoge und digitale Teile nicht gegenseitig stören , müssen die ebenen Schichten geformt werden . Diese Formgebung gilt ebenso für die Stromschienen wie für Masse.

Wenn Sie über empfindliche analoge Schaltkreise verfügen, stellen Sie das Flugzeug so ein, dass es von diesem Punkt aus keinen Stromrückweg gibt, außer indem Sie unter den digitalen Abschnitt zurückgehen .

Single Point Ground von Dr. Howard Johnson ist ein ausgezeichneter Artikel über die Planung der Flugzeuge.

Der Sinn der Übung besteht darin , die Rückströme dorthin fließen zu lassen, wo Sie sie haben möchten, und nicht dorthin, wo sie hinfließen würden, wenn sie sonst unkontrolliert wären . Denken Sie daran, dass Strom in einer Schleife fließt [Anmerkung]; steuern, wohin diese Schleife geht.

Wenn Sie einen Mixed-Signal-Teil haben (z. B. einen ADC), ist die Verwendung separater Ebenen, die an relativ entfernten Orten miteinander verbunden sind, problematisch. Zu diesem Thema finden Sie einen weiteren großartigen Artikel ADC Grounding des gleichen Autors.

Befolgen Sie bei den Schaltwandlern die Anweisungen aus dem Datenblatt (oder noch besser dem Layout eines Evaluierungskits, falls eines verfügbar ist). Manche Hersteller sind dafür besser geeignet als andere. Als Beispiel siehe Seite 19 dieses Datenblatts zum Abwärtswandler LTC3630 oder die Designdateien für seine Demonstratorschaltung .

[Anmerkung] Ich versuche hier niemanden zu beleidigen - das scheint vergessen zu werden, ist aber der entscheidende Faktor für ein erfolgreiches Flugzeuglayout.

Auch in Bezug auf separate Flugzeuge:

Es gibt einige Fälle, in denen getrennte Ebenen mit einem Sternpunkt angemessen sind. Eines meiner Designs hatte drei LEDs mit hoher Helligkeit, jede mit ihrer eigenen Stromquelle. Das Rauschen in jedem von ihnen war so hoch, dass ich für jeden eine separate Erdung verwendete und sie am Stromeingang mit der Hauptplatine zusammenband.

Das Rauschen reichte nicht aus, um die Steuerlogik zu stören, hätte aber ohne großen Aufwand und Aufwand beim Layout mit einer einzigen Ebene ein sehr lautes Übersprechen über die LEDs induziert; in diesem Fall. getrennte Begründung sinnvoll.

Einige Hinweise zum Formen von Ebenen:

Lassen Sie den Boden diesem logischen Pfad folgen:

Power Converter <<<< Digital <<<< Analogue

Wenn Sie sowohl digital als auch analog über eine einzige Stromschiene mit Strom versorgen, würde ich normalerweise Folgendes tun:

Power converter >>> Digital >> Ferrite Bead and Decoupling >>> Analogue

So habe ich die Flugzeugformung auf einem Videorecorder erreicht:Von einem meiner Entwürfe

Der Rückstrom kann nur in Pfeilrichtung zurückfließen, und der digitale Rückstrom hat keinen Weg zurück zur Stromquelle durch den analogen Bereich, sodass im analogen Bereich keine digitalen Ströme fließen.

Beachten Sie, wie ich vernünftige Hohlräume in die Grundebene geschnitten habe, um den Strom zu zwingen, dort zu fließen, wo ich ihn fließen lassen möchte.

Hallo @peter-smith, danke! Die digitale Schaltung ist schnell, wie Sie sagten. Alle Schichten sind geschliffen. Aber wie Sie sagten, sind gemäß den Empfehlungen der Hersteller für Mehrschichtplatinen getrennte Masseebenen der beste Weg, um Rauschen zu reduzieren. Der Punkt ist, wie ich die Grundebenen teilen kann, um den Schleifenpfad zu steuern.
Zweifel an analogen und Stromversorgungs-Bodenebenen
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