Каков наилучший способ соединения наземных плоскостей вместе?
Я знаю, что заземляющие плоскости соединены вместе в нескольких местах, чтобы поддерживать низкое сопротивление заземления на всей плате и обеспечить обратный путь для сигналов.
Но, в дополнение к разъему, расположенному очень близко к каждому разъединяющему конденсатору,
Я видел макеты, в которых много переходов добавлены с сеткой, с интервалом 1/20 максимальной длины волны на плате.
На других досках переходы размещены вдоль следов (например, « Размещение переходов для соединения наземных плоскостей »).
Я видел переходные отверстия разбросаны случайно.
Существует также комбинация: Vias вдоль линий + разбросаны по плоскости GND.
Есть ли заметные различия?
Чего я хотел бы добиться, так это хорошей целостности сигнала, низкого уровня излучения и хорошей развязки блока питания.
Ответы:
Там нет ни одного.
Тем не менее, есть кое-что, что я собрал со временем. То, что вы делаете с наземными самолетами, сильно зависит от того, что вы пытаетесь сделать. Вы можете пытаться обеспечить пути с низким импедансом, или вы можете пытаться изолировать одну область от другой, или вы пытаетесь бороться с EMI.
Конечно, за неправильную работу снижается производительность, но вам может быть все равно, если вы не имеете дело ни с высокочастотными цепями, ни с высокоточными аналоговыми данными. Количество флуктуирующих битов показаний АЦП с заземленными входами или спектральная чистота радиочастотного сигнала, измеренная анализатором спектра, покажет вам, насколько вы ошиблись в любом проекте. Как правило, невозможно сделать это на 100% правильно (спецификация таблицы), если у вас нет такой простой системы, как их тестовые схемы.
Наиболее сложные проблемы заземления связаны с РЧ-частотами, а также с сигналами, которые либо слабые, либо проходят через дорожки, которые чувствительны к электромагнитным помехам на этой частоте. На микроволновых частотах сантиметра достаточно, чтобы сделать очень эффективную антенну и связываться с вещами. Я помню, как мой профессор однажды сказал мне, что, когда он работал в отрасли, они оставляли множество точек, где два основания могли бы быть закорочены вместе, а затем инженер проверял каждое из них по одному, чтобы увидеть, что дало лучшее представление. Они работали с высокочастотными (микроволновыми) цепями.
Как правило, есть три вида «наземной плоскости», такие как элементы, которые вы бы хотели сократить.
Реальные наземные самолеты. По тем или иным причинам у вас их много, и вы хотите соединить их вместе. Это, вероятно, наиболее частое возникновение проблемы при работе мельничных контуров.
Наземные / защитные трассы, которые проходят вдоль сигнальных линий, которые могут обеспечивать обратный путь, охранять высокочастотный сигнал или один сигнал, связанный с / от источника или приемника с высоким импедансом. Это может быть либо для предотвращения утечки сигнала, либо для предотвращения электромагнитных помех.
Несколько наземных плоскостей, которые фактически являются одной и той же землей.
Для начала вы должны понимать, что на самом деле универсального заземления не существует, а также что разные заземления в одной цепи не обязательно должны быть одинаковыми. Типичным примером, с которым вы столкнетесь, является таблица данных для АЦП, в которой говорится об аналоговой и цифровой основе. Это сделано для того, чтобы такая шумная цифровая схема не мешала работе АЦП с высоким разрешением, за которое вы доплатили. Разные виды цепей имеют разные характеристики, когда речь идет об их взаимодействии с землей. Поскольку цифровые схемы характеризуются внезапным всплеском тока на каждом такте, они имеют тенденцию быть особенно шумными на тактовой частоте, а затем на гармониках и субгармониках. Обходные конденсаторы должны справиться с этим,
Точно так же силовые заземления имеют тенденцию быть шумными, потому что нагрузки, такие как двигатели и соленоиды, имеют тенденцию быть шумными из-за эффектов коммутации или таких вещей, как ШИМ. Высокие токи и конечное сопротивление заземления (даже кусок меди имеет некоторое сопротивление) означает, что переходные процессы, появляющиеся на заземлении, имеют тенденцию быть выше. Иногда достаточно высоко, чтобы полностью испортить измерения вашего энкодера, например, при управлении двигателем.
Таким образом, цель состоит в том, чтобы изолировать эти основания как можно лучше. Это означает, что они вообще не перекрываются. Вы не размещаете аналоговое заземление сверху, а цифровое заземление снизу. Все, что связано с аналоговым, идет с аналоговым заземлением, а все, что связано с цифровым, идет с цифровым заземлением в отдельных областях печатной платы. Когда целью является изоляция, вы соединяете самолеты в одной точке. Несколько точек могут быть катастрофическими, так как это приводит к возникновению токовых петель и, следовательно, к проблемам с электромагнитными помехами и непреднамеренным антеннам. Точка, где все заземления закорочены, обычно называется звездной точкой заземления цепи и находится так близко, как вы собираетесь добраться до заземления всей цепи. Обычно их следует замыкать как можно ближе и централизованно к месту, где взаимодействуют две цепи, обычно это АЦП или ЦАП. В по-настоящему случайных проектах вы должны были их коротать возле запаса и молиться за лучшее. Это тип 1.
В типе 2 у вас есть своего рода след охранника. Если трасса находится на земле, то вы, вероятно, беспокоитесь о EMI, а не об утечке. В случае утечки, вы хотели бы подвести охрану близко к уровню сигнала. В обоих этих случаях вы хотите, чтобы защита была как можно более низким импедансом источника. Это означает, что множественные переходные отверстия падают вниз на плоскость заземления через равные промежутки времени, если след должен быть заземлен.
Третий и несколько менее экзотический сорт, и на самом деле это просто утверждение очевидного. Это имеет отношение к переходным отверстиям, поднимающим разъединяющие заглушки на землю, или к случайным переходным отверстиям, замыкающим верхнюю и нижнюю плоскости основания. После того, как вы создали звездную землю и изолировали различные области, вы хотите, чтобы каждая земля была как можно более однородной. Например, вы не хотите, чтобы между двумя углами аналоговой заземления существовала разность потенциалов. Вы делаете это, предоставляя низкоимпедансный путь к земле звезды - каждый контакт или площадка, которые должны быть заземлены, направляются в плоскость, которая обеспечивает прямой выстрел в точку земли звезды. Наличие плоскости имеет дополнительное преимущество, заключающееся в предоставлении пути возврата под каждой трассой сигнала, что позволяет избежать образования токовых петель, которые могут действовать как антенны. В случаях, когда наземная плоскость должна быть сломана, но вам нужно иметь обратный путь, вы бы предоставили альтернативный маршрут через другой слой. Если у вас есть несколько плоскостей с землей в одной и той же области (примечание: это должно быть одно и то же заземление), периодические переходные отверстия могут помочь немного уменьшить сопротивление.
источник