Como devo conectar o AGND e o DGND

Eu tenho lido sobre o aterramento em sistemas de sinais mistos. Eu entendo que é melhor agrupar elementos analógicos e digitais e, em seguida, ter um único plano de terra, desde que as rotas digitais não passem pela parte analógica e as rotas analógicas não passem pela parte digital?

A parte destacada na figura esquerda mostra o terra analógico e o direito destaca o terra digital para o mesmo circuito. O componente no lado direito é um MCU de 80 pinos com conversor ADC de 3 sigma-delta.

É melhor

1. deixar que o AGND e o DGND sejam vinculados ao ADC do MCU
2. conecte o DGND e AGND através de um indutor / resistor
3. possui um único plano terrestre (DGND = AGND)?

PS, enquanto eu lia, o objetivo é impedir que DGND perturbe o AGND, defini o plano de terra principal como AGND

A combinação de bases digitais e analógicas é uma questão bastante controversa e pode muito bem desencadear um debate / argumento. Muito disso depende se sua formação é analógica, digital, RF etc. Aqui estão alguns comentários baseados em minha experiência e conhecimento, que provavelmente diferem de outras pessoas (eu sou principalmente sinal digital / misto)

Depende realmente do tipo de frequência em que você está executando (E / S digital e sinais analógicos). Qualquer trabalho em combinação / aterramento separado será um trabalho comprometido - quanto mais altas as frequências em que você estiver operando, menos tolerará a indutância em seus caminhos de retorno ao solo e o toque mais relevante será (um PCB que oscila a 5 GHz é irrelevante se medir sinais em 100Khz). Seu principal objetivo ao separar áreas é manter os loops de corrente de retorno ruidosos longe dos sensíveis. Você pode fazer isso de várias maneiras:

Star Ground

Uma abordagem bastante comum, mas bastante drástica, é manter todas as bases digitais / analógicas separadas pelo maior tempo possível e conectá-las em um único ponto. No seu PCB de exemplo, você rastreará o aterramento digital separadamente e os uniria na alimentação de energia mais provável (conector ou regulador de energia). O problema é que, quando o digital precisa interagir com o analógico, o caminho de retorno para essa corrente é metade do caminho e vice-versa. Se estiver barulhento, você desfaz muito do trabalho de separação de loops e cria uma área de loop para transmitir EMI através da placa. Você também adiciona indutância ao caminho de retorno ao solo, o que pode causar o toque da placa.

Esgrima

Uma abordagem mais cautelosa e equilibrada da primeira, você tem um plano de terra sólido, mas tente cercar em caminhos de retorno ruidosos com recortes (faça formas em U sem cobre) para persuadir (mas não forçar) as correntes de retorno para obter uma determinada caminho (longe de loops de terra sensíveis). Você ainda está aumentando a indutância do caminho do solo, mas muito menos do que com um solo estelar.

Avião sólido

Você aceita que qualquer sacrifício do plano terrestre adicione indutância, o que é inaceitável. Um plano de aterramento sólido atende a todas as conexões de aterramento, com indutância mínima. Se você estiver fazendo algo em RF, esse é o caminho que você deve seguir. A separação física por distância é a única coisa que você pode usar para reduzir o acoplamento de ruído.

Uma palavra sobre filtragem

Às vezes, as pessoas gostam de colocar um cordão de ferrite em conexão com diferentes planos de terra juntos. A menos que você esteja projetando circuitos CC, isso raramente é eficaz - é mais provável que você adicione uma indutância maciça e um deslocamento CC ao seu plano de terra, e provavelmente tocando.

Pontes A / D

Às vezes, você tem bons circuitos nos quais o analógico e o digital são separados com muita facilidade, exceto em A / D ou D / A. Nesse caso, você pode ter dois planos com uma linha de separação que corre sob o CI A / D. Este é um caso ideal, onde você tem uma boa separação e sem correntes de retorno cruzando os planos de terra (exceto dentro do CI, onde é muito controlado).

NOTA: Este post pode ser usado com algumas fotos. Vou dar uma olhada e adicioná-las um pouco mais tarde.

Na verdade, houve uma tendência de afastar os planos de terra divididos, concentrando-se na separação do posicionamento E na consideração do caminho da corrente de retorno.

• Não divida o plano de terra, use um plano sólido sob as seções analógica e digital da placa
• Use planos de terra de área grande para caminhos de retorno de corrente de baixa impedância
• Mantenha mais de 75% da área da placa para o plano de terra
• Planos de energia analógicos e digitais separados
• Use planos de terra sólidos ao lado de aviões de energia
• Localize todos os componentes e linhas analógicos no plano de energia analógico e todos os componentes e linhas digitais no plano de energia digital
• Não roteie traços sobre a divisão nos planos de energia, a menos que os traços que devem ultrapassar a divisão do plano de energia devam estar em camadas adjacentes ao plano de terra sólido
• Pense sobre onde e como as correntes de retorno do solo estão realmente fluindo
• Particione seu PCB com seções analógicas e digitais separadas
• Coloque os componentes corretamente

Lista de verificação de design de sinal misto

• Particione seu PCB com seções analógicas e digitais separadas.
• Coloque os componentes corretamente.
• Suba na partição com os conversores A / D.
• Não divida o plano de terra. Use um plano sólido nas seções analógica e digital da placa.
• Encaminhe os sinais digitais apenas na seção digital da placa. Isso se aplica a todas as camadas.
• Encaminhe sinais analógicos apenas na seção analógica da placa. Isso se aplica a todas as camadas.
• Planos de energia analógicos e digitais separados.
• Não roteie traços sobre a divisão nos planos de energia.
• Os traços que devem passar pela divisão do plano de energia devem estar em camadas adjacentes ao plano de terra sólido.
• Pense sobre onde e como as correntes de retorno do solo estão realmente fluindo.
• Use a disciplina de roteamento.

Lembre-se de que a chave para um layout de PCB bem-sucedido é o particionamento e o uso da disciplina de roteamento, não o isolamento de planos de terra. É quase sempre melhor ter apenas um único plano de referência (terra) para o seu sistema.

(colado nos links abaixo para arquivamento)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

Eu acho que você está correto, mas com algumas considerações extras. Na minha experiência, é (quase) sempre melhor ter um único plano de aterramento para digital e analógico, mas tenha MUITO cuidado com a colocação dos componentes. Mantenha o digital e o analógico bem separados e sempre considere os caminhos de retorno para a fonte de alimentação. Lembre-se de que mesmo com um plano de aterramento sólido, o caminho de retorno através do plano de aterramento seguirá o caminho do sinal o mais próximo possível, ou seja, seguirá o traço do sinal, mas no plano de aterramento. O que você deve evitar é o caminho de retorno dos circuitos digitais barulhentos que cruzam o caminho de retorno do circuito analógico - se isso acontecer, o aterramento do seu circuito analógico será barulhento e sem um solo silencioso para referência, o seu circuito analógico sofrerá.

Tente colocar sua fonte de alimentação / suprimentos em uma posição na PCB para que os caminhos de retorno não se cruzem. Se isso for impossível, considere colocar um retorno de terra explícito em outra camada (emulando a topologia em "estrela" descrita por RocketMagnet), mas tenha cuidado com os sinais que se cruzam entre as seções analógica e digital, como explicou o RocketMagnet. Um mecanismo semelhante pode ser usado quando quase toda a PCB é digital e há apenas um requisito para uma área de terra analógica muito pequena (ou vice-versa). Nesse caso, eu consideraria ter um aterramento digital e usar um preenchimento coper em outra camada para o aterramento analógico (supondo que você tenha camadas suficientes). Considere como suas camadas se empilham e coloque o preenchimento de cobre na camada mais próxima do seu circuito analógico.

Use bastante dissociação (mistura de valores). A propósito, as grandes áreas de cobre mostradas na PCB acima farão muito pouco (exceto agir como um dissipador de calor) porque não parece haver nenhuma maneira de permitir que os sinais de retorno atravessem as lacunas de outra camada. (Observe que o software PCB não remove vias "redundantes"!)

Na minha experiência, o que funcionou melhor é conectar planos de terra separados por um indutor. Mesmo que o design não forneça uma fonte de energia apenas para sinais analógicos, insira também um indutor na alimentação.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Esse tipo de arranjo me ajudou a melhorar a rejeição do ruído gerado pelos circuitos digitais.

Enfim, acho que o design ideal depende muito da aplicação.