Leiterplattentechnisch - Angemessenes PCB-Erdungsdesign

Best Practices für Mixed-Signal-Erdung

Sie wissen, dass Erdungslösungen normalerweise speziell für Mixed-Signal-Leiterplatten zugeschnitten werden müssen, aber es gibt mehrere "Best Practices", die Ihnen helfen können, das Problem zu lösen.

Denken Sie beim Entwerfen daran, das beste Erdungssystem zu wählen; Bus, Bus oder Flugzeug.

Bus: Für die Leiterplattenlayout Auslegung der meisten Mischsignalsysteme, der Bus ist keine gute Lösung. Die Impedanz des Busdrahts kann bei der Systemfrequenz sehr groß sein, die einen großen Spannungsabfall verursachen kann.

Masseebene: Im Allgemeinen ist die beste Lösung für PCB-Erdung eine vollständige Masseebene. Die Geometrie der Masseebene sorgt für die niedrigste mögliche Impedanz und bietet in der Regel den meisten Gleichstrom-Rückweg. Darüber hinaus schirmt eine komplette Erdungsebene die Leiterplatte mehr als ein Erdungsnetz ab. Wie beim Stromnetz muss beim Anschluss des integrierten Schaltkreises (IC) an die Leiterplattenebene darauf geachtet werden, dass sich der Rückstrompfad nicht kreuzt. Normalerweise ist die Lösung "besser" und die Kosten sind höher. Wenn Sie so sparsam sind wie Quäker, kann es sich lohnen, die Impedanz zu berechnen, die mit der Verwendung eines Bus- oder Bodennetzes verbunden ist.

Zumutbar PCB-Erdung Design kann EMI in Mixed-Signal-Systemen reduzieren

Echte Erdung ist nicht so einfach wie das schematische Diagramm.

Einige Mixed-Signal-Designs verwenden möglicherweise zwei separate Masseebenen, um analoge und digitale Schaltungen zu trennen, um EMI zu reduzieren. Allerdings werden zwei völlig unabhängige Bodenebenen bedeuten, dass einige Referenzen unterschiedlich sein können. Das kann zu Fehlern führen. In Schaltungen mit einem Datenkonverter können Ferritperlen und Schottky-Dioden verwendet werden, um eine separate Masseebene anzuschließen. Für allgemeinere Systeme können jedoch zwei Masseebenen kombiniert werden, oder eine PCB-Masseebene kann verwendet werden. Solange sich die AC/DC Stromrückläufe nicht kreuzen, wird es "Übersprechen" verursachen (genau wie "Übersprechen", wenn jemand mich abschneidet). Ich empfehle die Verwendung einer festen Grundebene, vorzugsweise eines gut geplanten Stromrücklaufweges. Wenn keine feste Ebene verwendet werden kann, schneiden Sie bitte eine Lücke in der Ebene, um die AC/DC-Komponente und ihren aktuellen Rückweg zu trennen. Die Masseebene mit dem Spalt ist immer noch kontinuierlich und wird eine gute Referenz sein, aber eine kleine Menge an Rauschen in die Schaltung einführen. Wenn du die Lücken schneidest, hinterlasse keine Spuren darauf, denn die Lücken können wie Antennen sein. Unabhängig von der verwendeten Methode versuchen Sie bitte, den aktuellen Rückweg so weit wie möglich zu kürzen. Dies wird dazu beitragen, die EMI zu reduzieren, die von der Stromschleife ausgestrahlt werden kann.

Wenn es irgendwelche Bypass- oder Entkopplungskondensatoren im PCB-Design gibt, hilft der direkte Anschluss an die Masseebene, EMI zu reduzieren. Durch die Erdung dieser Kondensatoren wird schnell sichergestellt, dass der Weg für den Rückstrom zum Abschluss der Schleife sehr kurz ist. Wenn der Verbindungsweg zwischen Kondensator und Masse zu lang ist, kann Ihr Rückstrom Abkürzungen nehmen und schließlich dorthin fallen, wo er nicht sein sollte.

Praktische Fähigkeiten von Mixed-Signal IC

Wie Sie wissen, gibt es Komplexitäten in Mixed-Signal-Systemen, aber Mixed-Signal-ICs können zu mehr Komplikationen führen. Unterschiedliche Kombinationen dieser erfordern unterschiedliche Lösungen. Hier sind einige Tipps für Mixed-Signal ICs.

Leiterplatte mit einem einzigen Mixed Signal IC

Wenn Sie mit dem Sternfeld vertraut sind, haben wir die Audioschaltung entworfen. Wenn Sie eine Leiterplatte mit nur einem Mixed-Signal IC entwerfen, kann Sternerdung eine gute Lösung sein. Der Sterngrund verwendet einen einzigen Punkt als Referenz anstelle der gesamten Ebenenschicht. Für Wandler und andere Mixed-Signal-Chips empfehlen Hersteller in der Regel, die AGND- und DGND-Pins an die Außenseite des Chips anzuschließen. Diese Verbindung kann als Sternerdung verwendet werden. Wenn Sie zwei separate Masseebenen und einen Mixed-Signal-IC verwenden, können Sie an dieser Stelle auch die beiden Chassis-Masseebenen miteinander verbinden. Eine Komplikation der Sternerdung ist, dass die Verbindung zur Sternerdung möglichst nahe an der gleichen Länge sein muss. Wenn diese Konfiguration für Ihre Schaltung nicht praktisch ist, ist es besser, einen anderen Erdungstyp zu verwenden.

PCB mit mehreren Mixed Signal ICs

Wenn Ihre Leiterplatte mehrere Mixed-Signal-ICs verwendet, ist eine Sternerdung nicht praktisch. Dies liegt daran, dass Sie AGND und DGND jedes IC außen an jedem IC-Gehäuse miteinander verbinden müssen, die sich alle in genau der gleichen Position befinden. William Penn hat diese Kreuzung nicht einmal geplant. Wenn Sie eine Leiterplatte mit mehreren Mixed-Signal-ICs bauen, empfehle ich, eine Masseebene mit Lücken zu verwenden, um den Rückstrom zu trennen, oder einen Rückstrompfad ohne Lücken und sehr sorgfältige Inspektion.

Die Erdung von Hybrid-Signal-Systemen erfordert eine sorgfältige Layoutplanung, da der Rückweg überprüft werden muss, um EMI und "Übersprechen" zu reduzieren."Wenn alles gleich aussieht, Layoutplanung ist sehr schwierig. Verwendung PCB-Design Software zur Farbcodierung von Komponenten und Netzwerken, sodass AC- und DC-Systeme oder Pins bei Verwendung von Mixed-Signal-ICs intuitiv voneinander getrennt werden können.