Jaki jest najlepszy sposób na połączenie ze sobą płaszczyzn naziemnych?
Wiem, że płaszczyzny uziemienia są połączone ze sobą w wielu miejscach, aby utrzymać GND o niskiej impedancji na całej płycie i zapewnić ścieżkę powrotną dla sygnałów.
Ale oprócz umieszczenia bardzo blisko każdego kondensatora odsprzęgającego,
Widziałem układy, w których dodano wiele przelotek ze wzorem siatki, z odstępem 1/20 maksymalnej długości fali na płycie.
Na innych tablicach przelotki są umieszczone wzdłuż śladów (np. „ Rozmieszczenie przelotek w celu połączenia płaszczyzn naziemnych ”).
Widziałem przelotki rozrzucone losowo.
Istnieje również kombinacja: przelotki wzdłuż linii + rozrzucone losowo na płaszczyznach GND.
Czy są zauważalne różnice?
Chciałbym osiągnąć dobrą integralność sygnału, niskie promieniowanie i dobre oddzielenie zasilania.
Odpowiedzi:
Nie ma jednego
To powiedziawszy, jest kilka rzeczy, które zebrałem z czasem. To, co robisz z samolotami naziemnymi, zależy w dużej mierze od tego, co próbujesz zrobić. Być może próbujesz zapewnić ścieżki o niskiej impedancji, możesz izolować jeden obszar od drugiego lub próbować poradzić sobie z zakłóceniami elektromagnetycznymi.
Z pewnością jest to kara za złe wykonanie, ale nie musisz się tym przejmować, chyba że masz do czynienia z obwodami wysokiej częstotliwości lub precyzyjną pracą analogową. Liczba wahających się bitów odczytu ADC z uziemionymi wejściami lub czystość widmowa sygnału RF zmierzona przez analizator widma pokaże ci, jak bardzo się mylisz przy jakimkolwiek projekcie. Zasadniczo niemożliwe jest uzyskanie 100% poprawności (specyfikacja arkusza danych), chyba że masz system tak prosty jak ich obwody testowe.
Najbardziej skomplikowane problemy z połączeniem z ziemią dotyczą częstotliwości RF oraz sygnałów, które są albo słabe, albo przechodzą przez ślady podatne na sprzężenie elektromagnetyczne na tej częstotliwości. Przy częstotliwościach mikrofal wystarczy centymetr, aby stworzyć bardzo skuteczną antenę i zepsuć wszystko. Pamiętam, jak mój profesor powiedział mi kiedyś, że kiedy pracował w branży, zostawiliby wiele punktów, w których można by zewrzeć dwa tereny, a następnie inżynier testował każdy z nich jeden po drugim, aby zobaczyć, który daje najlepsza wydajność. Pracowali z obwodami wysokiej częstotliwości (mikrofalowej).
Zazwyczaj istnieją trzy rodzaje „płaszczyzny uziemienia”, takie jak elementy, które chciałbyś zewrzeć.
Prawdziwe płaszczyzny naziemne. Z jakiegoś powodu masz wiele z nich i chcesz je ze sobą połączyć. Jest to prawdopodobnie najczęstsze występowanie problemu w przebiegu obwodów młyna.
Ślady uziemienia / osłony, które biegną wraz z liniami sygnałowymi, które mogą zapewniać ścieżkę powrotną, strzegącą sygnału wysokiej częstotliwości lub sygnału związanego z / ze źródła o wysokiej impedancji lub zlewu. Może to być albo zapobieganie wyciekom sygnału, albo zapobieganie sprzężeniu EMI.
Wiele płaszczyzn naziemnych, które są w rzeczywistości tym samym gruntem.
Na początek powinieneś zrozumieć, że tak naprawdę nie ma uniwersalnego uziemienia, a także, że różne uziemienia w tym samym obwodzie niekoniecznie są tym samym uziemieniem. Typowym przykładem, na jaki można się natknąć, jest arkusz danych dla ADC, który mówi o analogowych i cyfrowych podstawach. Ma to na celu upewnienie się, że tak hałaśliwy obwód cyfrowy nie zadziera z ADC o wysokiej rozdzielczości, za które dodatkowo zapłaciłeś. Różne rodzaje obwodów mają różne właściwości, jeśli chodzi o ich interakcje z ziemią. Ponieważ obwody cyfrowe charakteryzują się nagłym skokiem prądu na każdym zegarze, są one zazwyczaj szczególnie hałaśliwe przy częstotliwości zegara, a następnie przy harmonicznych i subharmonicznych. Kondensatory obejściowe powinny sobie z tym poradzić,
Podobnie, uziemienie mocy jest zwykle hałaśliwe, ponieważ obciążenia takie jak silniki i elektromagnesy wydają się być hałaśliwe, albo z powodu efektów komutacji lub rzeczy takich jak PWM. Występujące wysokie prądy i skończony opór uziemienia (nawet kawałek miedzi ma pewien opór) oznacza, że stany przejściowe pojawiające się na uziemieniu mocy są zwykle wyższe. Czasami wystarczająco wysoka, aby całkowicie zepsuć pomiary enkodera, na przykład sterując silnikiem.
Dlatego celem jest jak najlepsze wyodrębnienie tych podstaw. Oznacza to, że wcale się nie pokrywają. Nie umieszczasz analogowego uziemienia na górze, a cyfrowego uziemienia na dole. Wszystko, co dotyczy analogu, idzie w parze z analogowym uziemieniem, a wszystko, co dotyczy cyfrowego, idzie w parze z cyfrowym uziemieniem w oddzielnych obszarach płytki drukowanej. Gdy celem jest izolacja, łączysz płaszczyzny w jednym punkcie. Więcej niż jeden punkt może być katastrofalny, ponieważ prowadzi do pętli prądowych, a tym samym problemów z zakłóceniami elektromagnetycznymi i niezamierzonymi antenami. Punkt, w którym wszystkie masy są zwarte, jest zwykle określany jako punkt masy w obwodzie gwiazdy i jest tak blisko, jak dojdziesz do ziemi o obwodzie szerokim. Zasadniczo powinny być zwarte jak najbliżej i centralnie do miejsca, w którym dwa obwody oddziałują, zwykle ADC lub DAC. W prawdziwie przypadkowych projektach zewrzesz ich w pobliżu zapasów i módl się za najlepsze. To jest typ 1.
W typie 2 masz jakiś ślad ochronny. Jeśli ślad jest na ziemi, prawdopodobnie martwisz się o EMI, a nie o wyciek. W przypadku wycieku warto ustawić osłonę na poziomie zbliżonym do poziomu sygnału. W obu przypadkach chcesz, aby osłona miała możliwie najniższą impedancję na źródło. Oznacza to, że wiele przelotek opuszcza się do płaszczyzny uziemienia w regularnych odstępach, jeśli ślad ma być uziemiony.
Trzecia i nieco mniej egzotyczna odmiana, a tak naprawdę jest po prostu stwierdzeniem oczywistości. Ma to związek z przelotkami biorącymi odsprzęgające czapki na ziemię lub losowymi przelotkami, które zwarły górną i dolną płaszczyznę podłoża. Po utworzeniu gwiezdnego uziemienia i odizolowaniu różnych obszarów, chcesz, aby każdy z nich był jak najbardziej jednolity. Na przykład nie chcesz, aby istniała mierzalna różnica potencjałów między dwoma narożnikami analogowej płaszczyzny uziemienia. Robisz to, zapewniając ścieżkę o niskiej impedancji do masy gwiazdy - każdy bolec lub podkładka, która musi zostać uziemiona, trafia na płaszczyznę, która zapewnia mu prosty strzał do punktu masy gwiazdy. Posiadanie płaszczyzny ma tę dodatkową zaletę, że zapewnia ścieżkę powrotną pod każdym śladem sygnału, co pozwala uniknąć tworzenia się pętli prądowych, które mogą działać jak anteny. W przypadkach, gdy płaszczyzna uziemienia musi zostać złamana, ale musisz mieć ścieżkę powrotną, możesz podać alternatywną trasę przez inną warstwę. Jeśli masz wiele płaszczyzn z uziemieniem w tym samym obszarze (uwaga: muszą to być te same grunty), przelotki okresowe mogą nieznacznie zmniejszyć impedancję.
źródło