Kiedy powinienem użyć płaszczyzny uziemienia?

Jestem nowy w projektowaniu obwodów drukowanych. Mój obwód zawiera napięcie 3,3 V, maksymalną częstotliwość sygnału 400 kHz i mniej niż 10 elementów podłączonych do uziemienia. Czy naprawdę potrzebuję płaszczyzny uziemienia na mojej płytce drukowanej? A dokładniej: kiedy powinienem użyć płaszczyzny uziemienia?

Wiele zależy od tego, czy produkujesz i sprzedajesz komercyjną płytkę drukowaną, czy też kilka jednorazowych płyt na własny użytek. Jeśli to pierwsze, to plan naziemny jest ważniejszy, aby utrzymać emisje promieniowane na niskim poziomie, aby spełnić FCC (część 15, niezamierzone grzejniki), CE i inne przepisy, chociaż widziałem wiele komercyjnych produktów z jedną lub dwustronną tablicą i nie ma - samoloty naziemne. (Z drugiej strony, jeden z moich klientów właśnie stworzył sześciowarstwową płytę z trzema warstwami sygnału, warstwą Vcc i dwiema płaszczyznami podłoża w konfiguracji warstwowej.)

Jeśli masz tylko sygnały do ​​400 kHz, brzmi to tak, jakbyś nie używał mikrokontrolera (lub jeśli tak, używasz wewnętrznego oscylatora, więc nie ma kryształu). Jeśli prototypujesz obwód na bezprzewodowej płycie ściennej lub podobnej, i działa dobrze, to powinien działać dobrze bez płaszczyzny uziemienia.

Nawet jeśli robisz produkt komercyjny, jeśli twoje urządzenie jest zasilane bateryjnie i nie ma sygnałów powyżej 1,705 MHz (co jest prawdą w twoim przypadku), to jest ono wyłączone z przepisów FCC.

Po pierwsze, musisz upewnić się, że twoje założenia są prawidłowe. Na przykład, jeśli obwód jest podłączony do dwóch urządzeń zasilanych z zasilaczy impulsowych, pomiędzy tymi urządzeniami przepłynie prąd o wysokiej częstotliwości w trybie wspólnym. Prąd przepłynie przez twoje urządzenie, generując napięcia „szumowe” na impedancjach śladów w twoim obwodzie.

Po drugie: to, czy jest to problem, czy nie, zależy wyłącznie od tego, co robi obwód. Musisz oszacować impedancje śladów między różnymi węzłami w obwodzie i modelować ich wpływ na obwód. Jeśli używasz narzędzia do modelowania obwodów, takiego jak przyprawa, powinieneś zastąpić swoje „stałe” połączenia obwodami równoważnymi śladowym impedancjom. Następnie możesz ustalić, czy napięcia spadające na te impedancje stanowią problem, czy nie.

Idealnie powinieneś zawsze używać płaszczyzny uziemienia. Ale z różnych powodów nie zawsze jest to możliwe lub odpowiednie:

• 1 i 2 warstwy (warstwy) PCB:

Dla 1 warstwy uważam, że powód jest dość oczywisty. Możesz wypełnić nierozproszoną płytkę drukowaną miedzią do GND, ale to nie jest prawdziwa płaszczyzna uziemienia.
W przypadku dwóch warstw nie zawsze masz wystarczająco dużo miejsca na routing na jednej warstwie i płaszczyznę uziemienia na drugiej, ale jeśli możesz, zrób to, nawet jeśli masz małe ślady na warstwie płaszczyzny podłoża.

• Konstrukcja analogowa:

Niektóre konstrukcje analogowe nie powinny odnosić się do płaszczyzny uziemienia lub powinny mieć połączenie gwiazdowe dla GND.
Na przykład, jeśli wykonujesz obwód akwizycji, powinieneś martwić się o różne płaszczyzny odniesienia. To samo dotyczy izolowanych zasilaczy.

Zależy to również od twojego projektu, jeśli wykonujesz projekt na poziomie CMOS 5V, zakłócenia takie jak skoki 1V mogą nie wpływać na zachowanie twojego obwodu, natomiast przy 1.8V stają się dość szkodliwe dla zachowania.

To samo dotyczy częstotliwości i czasu narastania: obwód niskiej prędkości nie rozprzestrzenia zbyt wiele EMC w porównaniu z obwodami szybkimi (nie mówię o częstotliwości sygnału, ale o częstotliwości równoważnej czasowi narastania).