Diseño electrónico - Diseño de "puesta a tierra digital y puesta a tierra analógica" en PCB

A continuación se describen los métodos y tecnologías para diseñar "puesta a tierra digital y puesta a tierra analógica" en placas de pcb:

Método 1: dividir el plano de tierra de acuerdo con la función del circuito

Los segmentos se refieren al uso de segmentos físicos para reducir el acoplamiento entre diferentes tipos de líneas, especialmente a través del acoplamiento de líneas eléctricas y líneas de tierra. El ejemplo de la División de los cables de tierra en función de la función del circuito se muestra en la imagen. se utilizan técnicas de División para dividir los planos de tierra de cuatro tipos diferentes de circuitos y separar los cuatro planos de tierra a través de ranuras no metálicas en el plano de tierra. La entrada de potencia de cada circuito utiliza un filtro LC para reducir el acoplamiento entre las superficies de potencia de los diferentes circuitos.

Para L y C del filtro LC de cada circuito, para proporcionar diferentes características de filtrado a cada circuito, es mejor usar diferentes Valores. Los circuitos digitales de alta velocidad tienen una alta potencia instantánea, por lo que los circuitos digitales de alta velocidad se colocan en la entrada de la fuente de alimentación. El circuito de interfaz tiene en cuenta factores como la descarga estática (des) y los equipos o circuitos de supresión instantánea, y se encuentra al final de la fuente de alimentación. En la placa de circuito impreso, según el ejemplo de diseño de la disposición de puesta a tierra funcional del circuito, cada circuito debe estar conectado a tierra de la manera más adecuada para este tipo de circuito cuando diferentes tipos de circuitos, como circuitos analógicos, digitales y ruidosos, se encuentran en la misma placa de circuito impreso. Luego se conectan diferentes circuitos de tierra.

Método 2: uso de planos locales

Los circuitos osciladores, los circuitos de reloj, los circuitos digitales, los circuitos analógicos, etc. se pueden instalar en un solo plano de tierra local.

El plano de tierra local se encuentra en la parte superior del pcb. Se conecta directamente al plano interno de tierra del PCB (plano de referencia 0v) a través de varios agujeros. Los circuitos de Osciladores y relojes están instalados en un plano de tierra local y pueden proporcionar una capa espejo para capturar oscilaciones. La corriente de radiofrecuencia de modo común es producida por el interior del dispositivo y los circuitos relacionados, lo que puede reducir la radiación de radiofrecuencia. Al usar el plano de tierra local, tenga cuidado de no cruzar la capa, de lo contrario la función de la capa espejo se destruirá. Si un rastro pasa por el plano de tierra local, habrá un pequeño circuito de tierra o un potencial eléctrico discontinuo. Estos pequeños circuitos de tierra pueden causar algunos problemas en las frecuencias de radio. Si un dispositivo utiliza un suelo digital diferente o un suelo analógico diferente, el dispositivo se puede colocar en diferentes planos de tierra locales y el dispositivo se puede dividir a través de ranuras aislantes. El voltaje de alimentación que entra en cada componente se filtra a través de ferritas, cuentas magnéticas y condensadores

Método 3, el PCB utiliza la puesta a tierra "sin ruido" I / o y la puesta a tierra digital "sin ruido" para el diseño de separación

Para utilizar técnicas de desacoplamiento o blindaje de cables para frenar el ruido de modo común, el diseño de PCB debe considerar proporcionar "sin ruido" o "sin ruido" para el desacoplamiento de cables (desviar la corriente al suelo) y el blindaje sin contaminación acústica por circuitos lógicos digitales. Tierra "limpia". Al diseñar el diseño del pcb, todas las líneas de E / S se colocan en una determinada zona del PCB y se proporciona una puesta a tierra de I / o de baja inducción especialmente dividida para esa zona, y se conecta a la puesta a tierra de I / o en un solo punto. la corriente de puesta a tierra del circuito lógico digital no puede fluir a la puesta a tierra de I / o "sin ruido".

El circuito del reloj y el cable de señal del reloj deben mantenerse alejados del área de la interfaz de E / S.

Método 4, dos problemas en la División de pcb: aislamiento e interconexión

La División de PCB requiere resolver dos problemas: uno es el aislamiento y el otro es la interconexión. El aislamiento en el PCB se puede lograr mediante el uso de "zanjas", como se muestra en la imagen, es decir, la formación de una zona en blanco sin recubrimiento de cobre en todas las capas del pcb. El ancho mínimo de la "zanja" es de 50 milímetros. "Hao" divide todo el PCB en "islas aisladas" separadas en función de sus diferentes funciones. Obviamente, el "foso" separa las capas espejo para formar una fuente de alimentación y tierra independiente para cada área, lo que puede evitar que la energía de radiofrecuencia entre de una zona a otra a través del sistema de distribución.

El "aislamiento" no es el fin. Como sistema, cada área funcional necesita estar conectada entre sí. La División es para organizar mejor el diseño y el cableado para lograr una mejor interconexión. Por lo tanto, es necesario proporcionar canales para aquellas líneas que necesitan conectarse a cada área subfuncional. Hay dos métodos comunes de interconexión: uno es usar transformadores independientes, aisladores ópticos o cables de datos de modo común para pasar por la "zanja", como se muestra en la figura 10.1.26 (a); La otra es que "solo las señales con" puente "pueden entrar (corriente de la señal) y salir (corriente de retorno). es difícil diseñar un diseño de desvío optimizado. también se puede conectar todas las señales con blindaje metálico y otros métodos. se bloquea la energía de radiofrecuencia producida y no necesaria, controlando así la radiación y mejorando la capacidad antiinterferencia del pcb".

Método 5, en forma de "plano terrestre uniforme"

En los circuitos ADC o dac, cuando es necesario conectar el pin de tierra analógico y el pin de tierra digital del ADC o dac, la recomendación general es conectar el pin agnd y el pin dgnd al mismo plano de tierra de baja resistencia con el cable más corto.

Si el sistema digital utiliza adc, como se muestra en la figura 10.1.29, se puede dividir el "plano de tierra", que se conecta analógicamente y digitalmente bajo el chip adc. Sin embargo, es necesario asegurarse de que el ancho del puente de conexión entre los dos puntos de tierra es el mismo que el ancho del IC y que ninguna línea de señal puede cruzar la brecha dividida.

La mayoría de los chips de convertidor A / D no conectan analógicamente y digitalmente. El suelo analógico y el suelo digital deben estar conectados a través de un pin externo. Cualquier resistencia externa conectada a la dgnd se vuelve más digital debido a los condensadores parasitarios. El ruido está acoplado a un circuito analógico dentro del ic. Para usar el "plano de tierra unificado", es necesario conectar los pines agnd y dgnd del convertidor A / D al suelo analógico. Simular problemas de puesta a tierra.

Método 6: dividir el plano de alimentación con fuentes de alimentación digitales y analógicas

En los sistemas híbridos digitales y analógicos, generalmente se utilizan fuentes de alimentación digitales y analógicas independientes para suministrar energía por separado. Se utiliza un plano de alimentación dividido en el PCB de señal mixta. Hay que tener en cuenta que los cables de señal cercanos a la capa de alimentación no pueden pasar por la brecha entre las fuentes de alimentación, y solo los cables de señal en la capa de señal cerca de la gran área de "tierra" pueden pasar por la brecha. La fuente de alimentación analógica se puede diseñar en forma de traza o relleno de pcb, en lugar del plano de alimentación, lo que puede evitar el problema de la División del plano de alimentación.