Tôi nên kết nối AGND và DGND như thế nào

Tôi đã đọc về việc nối đất trong một hệ thống tín hiệu hỗn hợp. Tôi có hiểu đúng rằng tốt nhất là nhóm các phần tử analog và kỹ thuật số và sau đó có một mặt phẳng duy nhất, miễn là các tuyến kỹ thuật số không đi qua phần tương tự và các tuyến tương tự không đi qua phần kỹ thuật số?

Phần được tô sáng trên hình bên trái cho thấy mặt đất tương tự và phần bên phải làm nổi bật mặt đất kỹ thuật số cho cùng một mạch. Thành phần bên phải là MCU 80 pin với bộ chuyển đổi ADC 3 sigma-delta.

Nó có tốt hơn để

1. hãy để AGND và DGND được gắn vào ADC của MCU
2. kết nối DGND và AGND thông qua một cuộn cảm / điện trở
3. có một mặt phẳng đơn (DGND = AGND)?

PS khi tôi đọc mục đích là để ngăn DGND làm xáo trộn AGND, tôi đã xác định mặt phẳng chính là AGND

Kết hợp các cơ sở kỹ thuật số và tương tự là một vấn đề gây tranh cãi và có thể sẽ gây ra một cuộc tranh luận / tranh luận. Rất nhiều điều phụ thuộc vào việc nền tảng của bạn là analog, kỹ thuật số, RF, v.v ... Dưới đây là một số nhận xét dựa trên kinh nghiệm và kiến ​​thức của tôi, có khả năng khác với các dân tộc khác (tôi chủ yếu là tín hiệu số / hỗn hợp)

Nó thực sự phụ thuộc vào loại tần số bạn đang chạy (tín hiệu I / O kỹ thuật số và tín hiệu tương tự). Bất kỳ công việc nào trong việc kết hợp / căn cứ riêng biệt sẽ là một công việc thỏa hiệp - tần số bạn đang hoạt động càng cao, bạn càng không chịu được độ tự cảm trong các đường trở về mặt đất của mình và sẽ có tiếng chuông phù hợp hơn (PCB dao động ở tốc độ 5GHz không liên quan nếu nó đo tín hiệu ở 100Khz). Mục đích chính của bạn bằng cách tách biệt các căn cứ là để giữ cho các vòng lặp hiện tại ồn ào tránh xa các vòng lặp nhạy cảm. Bạn có thể thực hiện một trong những cách sau:

Sao mặt đất

Một cách tiếp cận khá phổ biến, nhưng khá quyết liệt là tách biệt tất cả các cơ sở kỹ thuật số / tương tự càng lâu càng tốt và chỉ kết nối chúng với nhau tại một điểm. Trên ví dụ PCB của bạn, bạn sẽ theo dõi riêng trên mặt đất kỹ thuật số và tham gia chúng tại nguồn cấp điện rất có thể (đầu nối nguồn hoặc bộ điều chỉnh). Vấn đề với điều này là khi kỹ thuật số của bạn cần tương tác với tín hiệu tương tự, đường dẫn trở lại của dòng điện đó là một nửa trên bảng và quay lại. Nếu nó ồn ào, bạn sẽ hoàn tác rất nhiều công việc trong việc tách các vòng lặp và bạn tạo một khu vực vòng lặp để phát EMI trên bảng. Bạn cũng thêm độ tự cảm vào đường dẫn trở lại mặt đất có thể gây ra tiếng chuông bảng.

Đấu kiếm

Một cách tiếp cận thận trọng và cân bằng hơn với phương pháp đầu tiên, bạn có một mặt phẳng vững chắc, nhưng cố gắng rào trong các đường trở lại ồn ào bằng cách cắt ra (tạo hình chữ U không có đồng) để dỗ (nhưng không bắt buộc) dòng điện trở lại cụ thể đường dẫn (cách xa các vòng đất nhạy cảm). Bạn vẫn đang tăng độ tự cảm đường đất, nhưng ít hơn nhiều so với mặt đất sao.

Mặt phẳng rắn

Bạn chấp nhận rằng bất kỳ sự hy sinh nào của mặt phẳng mặt đất đều thêm độ tự cảm, điều này là không thể chấp nhận được. Một mặt phẳng rắn phục vụ tất cả các kết nối mặt đất, với độ tự cảm tối thiểu. Nếu bạn đang làm bất cứ điều gì RF, đây là con đường bạn phải đi. Sự tách biệt vật lý theo khoảng cách là điều duy nhất bạn có thể sử dụng để giảm tiếng ồn ghép.

Một từ về lọc

Đôi khi mọi người thích đặt một hạt ferrite kết nối với các mặt phẳng mặt đất khác nhau với nhau. Trừ khi bạn thiết kế các mạch DC, điều này hiếm khi hiệu quả - nhiều khả năng bạn sẽ thêm độ tự cảm lớn và bù DC vào mặt phẳng mặt đất của bạn và có thể đổ chuông.

Cầu A / D

Đôi khi, bạn có các mạch đẹp trong đó tương tự và kỹ thuật số được phân tách rất dễ dàng ngoại trừ tại A / D hoặc D / A. Trong trường hợp này, bạn có thể có hai mặt phẳng với một đường phân tách chạy bên dưới IC A / D. Đây là một trường hợp lý tưởng, trong đó bạn có sự phân tách tốt và không có dòng hồi lưu đi qua các mặt phẳng mặt đất (ngoại trừ bên trong IC nơi nó được điều khiển rất tốt).

LƯU Ý: Bài đăng này có thể thực hiện với một số hình ảnh, tôi sẽ xem qua và thêm chúng sau.

Thực tế đã có một xu hướng từ các mặt phẳng phân chia và thay vào đó tập trung vào phân tách vị trí VÀ xem xét cho đường dẫn hiện tại trở lại.

• Không tách mặt phẳng mặt đất, sử dụng một mặt phẳng rắn dưới cả hai phần tương tự và kỹ thuật số của bảng
• Sử dụng máy bay mặt đất diện tích lớn cho đường trở về dòng trở kháng thấp
• Giữ trên 75% diện tích bảng cho mặt phẳng mặt đất
• Các mặt phẳng nguồn tương tự và kỹ thuật số
• Sử dụng máy bay mặt đất rắn bên cạnh máy bay điện
• Định vị tất cả các thành phần và đường tương tự trên mặt phẳng nguồn tương tự và tất cả các thành phần và đường kỹ thuật số trên mặt phẳng nguồn kỹ thuật số
• Không định tuyến dấu vết trên phần tách trong các mặt phẳng công suất, trừ khi nếu dấu vết phải đi qua phần tách mặt phẳng công suất phải nằm trên các lớp liền kề với mặt phẳng rắn
• Hãy suy nghĩ về nơi và làm thế nào dòng chảy trở lại mặt đất đang thực sự chảy
• Phân vùng PCB của bạn với các phần tương tự và kỹ thuật số riêng biệt
• Đặt linh kiện đúng cách

Danh sách kiểm tra thiết kế tín hiệu hỗn hợp

• Phân vùng PCB của bạn với các phần tương tự và kỹ thuật số riêng biệt.
• Đặt linh kiện đúng cách.
• Gắn kết phân vùng với bộ chuyển đổi A / D.
• Đừng tách mặt phẳng mặt đất. Sử dụng một mặt phẳng rắn dưới cả hai phần tương tự và kỹ thuật số của bảng.
• Định tuyến tín hiệu kỹ thuật số chỉ trong phần kỹ thuật số của bảng. Điều này áp dụng cho tất cả các lớp.
• Định tuyến tín hiệu tương tự chỉ trong phần tương tự của bảng. Điều này áp dụng cho tất cả các lớp.
• Các mặt phẳng nguồn tương tự và kỹ thuật số.
• Không định tuyến dấu vết trên sự phân chia trong các mặt phẳng sức mạnh.
• Các dấu vết phải đi qua mặt phẳng phân chia phải nằm trên các lớp liền kề với mặt phẳng rắn.
• Hãy suy nghĩ về nơi và làm thế nào các dòng trở lại mặt đất đang thực sự chảy.
• Sử dụng kỷ luật định tuyến.

Hãy nhớ chìa khóa để bố trí PCB thành công là phân vùng và sử dụng kỷ luật định tuyến, chứ không phải cách ly các mặt phẳng mặt đất. Hầu như luôn luôn tốt hơn khi chỉ có một mặt phẳng tham chiếu (mặt đất) cho hệ thống của bạn.

(dán từ các liên kết dưới đây để lưu trữ)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

Tôi nghĩ bạn đúng, nhưng với một số cân nhắc thêm. Theo kinh nghiệm của tôi, hầu như luôn luôn tốt hơn khi có một mặt phẳng mặt đất duy nhất cho cả kỹ thuật số và tương tự, nhưng hãy RẤT cẩn thận về vị trí thành phần. Giữ kỹ thuật số và tín hiệu tương tự tách biệt và luôn xem xét các đường dẫn trở lại nguồn điện. Hãy nhớ rằng ngay cả với mặt phẳng rắn, đường dẫn trở lại qua mặt phẳng mặt đất sẽ đi theo đường tín hiệu càng sát càng tốt, tức là nó sẽ đi theo dấu vết tín hiệu, nhưng trên mặt phẳng mặt đất. Điều bạn phải tránh là đường dẫn trở lại của các mạch kỹ thuật số ồn ào đi qua đường trở lại của mạch tương tự - nếu điều này xảy ra thì mặt đất cho mạch tương tự của bạn sẽ bị nhiễu và không có mặt đất yên tĩnh để tham chiếu mạch tương tự của bạn sẽ bị ảnh hưởng.

Cố gắng đặt nguồn cung cấp / nguồn cung cấp của bạn ở vị trí như vậy trên PCB để đường dẫn trở lại không giao nhau. Nếu điều này là không thể, thì hãy xem xét đưa vào hoàn trả mặt đất rõ ràng trên một lớp khác (mô phỏng cấu trúc liên kết "sao" được mô tả bởi RocketMagnet) nhưng hãy cẩn thận về các tín hiệu giao nhau giữa các phần tương tự và kỹ thuật số như RocketMagnet đã giải thích. Một cơ chế tương tự có thể được sử dụng khi gần như toàn bộ PCB là kỹ thuật số và chỉ có một yêu cầu đối với diện tích mặt đất tương tự rất nhỏ (hoặc ngược lại). Trong trường hợp này, tôi sẽ xem xét có một mặt bằng kỹ thuật số và sử dụng một khối đệm trên một lớp khác cho mặt đất tương tự (giả sử bạn có đủ các lớp). Xem xét làm thế nào các lớp của bạn xếp chồng lên nhau và đặt đồng vào lớp gần nhất với mạch tương tự của bạn.

Sử dụng nhiều tách rời (trộn các giá trị). Nhân tiện, các khu vực đồng lớn hiển thị trên PCB ở trên sẽ hoạt động rất ít (ngoại trừ hoạt động như một bộ tản nhiệt) vì dường như không có bất kỳ vias nào cho phép tín hiệu trở lại đi qua các khoảng trống trên lớp khác. (Xem ra rằng phần mềm PCB không loại bỏ vias "dư thừa"!)

Theo kinh nghiệm của tôi, điều làm việc tốt nhất là kết nối các mặt phẳng cách nhau bởi một cuộn cảm. Ngay cả khi thiết kế không chỉ cung cấp nguồn năng lượng cho tín hiệu tương tự, cũng chèn một cuộn cảm vào nguồn cấp dữ liệu.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Kiểu sắp xếp này đã giúp tôi cải thiện việc loại bỏ tiếng ồn do mạch kỹ thuật số tạo ra.

Dù sao, tôi nghĩ rằng thiết kế tối ưu phụ thuộc phần lớn vào ứng dụng.