Como faço para facilitar a manutenção de vários motivos (por exemplo, AGND, DGND, etc.) separados no layout ao usar o Eagle?

Eu projetei várias PCBs onde eu precisava manter os retornos de terra de diferentes partes do circuito separados, isto é, analógico, digital e de alta potência. Eu uso o Cadsoft Eagle para captura e layout esquemático. É bastante fácil definir diferentes símbolos de terra no editor de esquema. Cada um deles tem seu próprio nome líquido. No entanto, todos os aterramentos devem estar eventualmente conectados em um ponto no PCB para definir a referência geral do aterramento. Ao conectar um aterramento (ou suprimento) a outro, o Eagle geralmente substitui um dos nomes de redes pelo outro, ou seja, removendo sua distinção. Isso é sensato do ponto de vista elétrico idealista que assume que os fios não têm impedância. No entanto, no mundo real não existe impedância zero ou terra para esse assunto! Esse comportamento de substituição do nome da rede está atrapalhando o design de PCB. Como faço para solucionar esse comportamento? Este não é um grande problema no desenho esquemático porque os símbolos de suprimento são mantidos e os nomes da rede estão ocultos. No entanto, no editor de layout, depois de conectar o aterramento, apenas um nome de rede do solo exclusivo permanece.

É possível no layout manter manualmente os motivos distintos separados, mesmo que eles tenham o mesmo nome de rede, e conectá-los em um ponto. Assim, ainda é possível alcançar a meta de design com apenas um terreno deificado exclusivamente. No entanto, é um pesadelo logístico que mantém os traços distintos do solo separados quando eles têm os mesmos nomes de rede.

Existe uma maneira melhor de fazer isso?

Tentei fazer minha própria parte da Eagle, onde os múltiplos e distintos motivos se conectam eletricamente, mas não têm os mesmos nomes de rede. A peça era apenas uma série de blocos SMD fisicamente sobrepostos. Cada bloco pode ser conectado a um nome de rede exclusivo, preservando assim as terras distintas, mas fornecia uma conexão elétrica entre as terras. Isso pareceu funcionar bem com a desvantagem que o Design Rules Check (DRC) considerou que as almofadas sobrepostas eram um problema. De fato, o Sparkfun tem uma parte de águia que faz isso, no entanto, eles optaram por manter as almofadas separadas, ou seja, não se sobrepõem. Isso resolve o problema da RDC, mas a placa não é conectada corretamente eletricamente. Isso causou erros em uma das minhas placas antes.

Existe uma boa solução para esse problema? Eagle é estranho ao lidar com isso? Outras ferramentas da EDA se saem melhor do que a Eagle ao lidar com isso? Eu estou fazendo algo errado? Isso tem sido uma fonte de irritação para mim há algum tempo.

Crie uma pegada com os blocos GND e AGND. Desenhe cobre entre essas almofadas. Sim, isso produzirá um erro de "sobreposição" na RDC, como mostrado abaixo:

Isto está bom . Existem três botões na parte inferior:

• Limpar tudo
• Processado
• Aprovar

"Limpar tudo" limpará temporariamente a lista dessa execução da RDC. Não sei por que isso é útil; basta fechar a janela, se você a quiser abreviada.

"Processado" esmaecerá a cor do X vermelho. Isso é potencialmente útil se você estiver percorrendo uma longa lista de erros de DRC e corrigindo-os à medida que avança; você pode acompanhar aqueles que acha que corrigiu.

"Aprovar" é o único que eu uso regularmente. Isso move o erro da lista de erros para a lista aprovada:

e o mantém nas execuções subseqüentes da RDC. Observe que isso apenas move esse erro específico com este par de redes específico nesse local específico. Fechar esta janela e executar o DRC novamente produz a notificação "DRC: 1 erros aprovados"

e nenhuma caixa de diálogo "Erros DRC". Você pode recuperar esse diálogo criando um erro ou (de preferência) o errorscomando, o ponto de exclamação amarelo na captura de tela acima ou o menu Ferramentas -> Erros.

A funcionalidade "Aprovar" existe por um motivo, o mesmo motivo pelo qual temos ferramentas como

#pragma GCC diagnostic ignored "-Warning"

Às vezes, não há problema em ignorar um erro na RDC. Este é um desses momentos.

Faço isso com dispositivos especiais que criei para esse fim, que chamo de "shorts". Essas são almofadas de encosto e não exigem a instalação de nenhum componente. No esquema, eles aparecem como uma linha ligeiramente espessa. O ponto é que eles parecem uma conexão no esquema com distinção suficiente para ver, mas espero que não atrapalhem. Como são dispositivos separados do ponto de vista da Eagle, você pode colocá-los onde quiser, como qualquer outro dispositivo. Você pode ver esse resumo na parte inferior da página 1 do esquema do USBProg . Esse em particular possui o designador de componente SH2 e é o único ponto de conexão entre o terra de energia e o terra da placa principal.

Meus shorts estão disponíveis gratuitamente na versão Eagle Tools em www.embedinc.com/pic/dload.htm . Existem vários shorts, dependendo de qual camada você deseja ou se eles cruzam camadas.

A única desvantagem do Eage é que você receberá muitos erros incômodos de DRC a cada curto. Ouvi dizer que na versão 6 será possível dizer no pacote que certas coisas podem se sobrepor, mas a partir de agora não há como contornar isso.

Vários planos de terra são absolutamente necessários. Com total respeito ao Sr. Ott, já que tudo o que ele diz não está errado por si só, ele apenas chega a uma conclusão incompleta devido à omissão da consideração do lado analógico. O ponto que falta ao Sr. Ott é que, dentro da seção analógica em si , vários planos de aterramento - um para cada bloco funcional de circuitos analógicos - dispostos em um padrão de estrela-terra, é um requisito para baixo ruído (Douglas Self " Small Signal Audio" Design "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html) Embora essas duas referências considerem especificamente projetos de áudio, os princípios são ainda mais importantes em circuitos analógicos de alta precisão em aplicações de aquisição e / ou controle de dados.

A questão então se torna: como implementamos o terreno digital dentro de um projeto que possui múltiplos terrenos analógicos? Um erro é "tapar" o PCB com um único plano de aterramento e usar apenas as técnicas de layout descritas pelo Sr. Ott para evitar interferência entre seções analógicas e digitais. Se você fizer isso, o desempenho analógico poderá sofrer devido à interferência analógico-analógico .

Em um projeto típico, cada ADC ou DAC provavelmente estará relacionado a diferentes seções funcionais do circuito analógico. Forneça uma "ilha" de terra analógica para cada uma dessas seções com um caminho de retorno independente à terra, disposto em um padrão de estrela-terra, de volta à "terra de referência". Este aterramento de referência não é necessariamente o aterramento da fonte de alimentação (ou bateria). Se houver um regulador fornecendo energia analógica, o aterramento de referência é o pino de aterramento do IC do regulador. Quanto ao lado digital, o pino de aterramento do regulador que alimenta o lado digital (se diferente daquele que fornece o lado analógico) também deve ser amarrado ao terra de referência com traços o mais curto possível. O aterramento digital também deve ser implementado como uma ilha isolada, com um retorno independente ao aterramento.

Agora temos que lidar com a interface entre as seções analógica e digital. Isso inclui

1. terras analógicas e digitais separadas em dispositivos ADC e DAC,
2. suprimentos separados para energia analógica e digital no mesmo dispositivo e
3. linhas de controle como barramentos I2C ou PCI.

(1) Terrenos analógicos e digitais separados.
Os projetistas de ICs de sinal misto sabem que o terra analógico e digital deve ser conectado juntos, mas não podem fornecer essa conectividade dentro do IC devido a restrições da geometria das conexões de matriz e bloco. Portanto, a recomendação é sempre conectar esses dois pontos externamente o mais próximo possível do CI. Observe que esse nem sempre é o caso - muitos DAC e potenciômetros digitais (uma forma de DAC) não possuem pinos de terra analógicos e digitais separados. Para esses dispositivos, a conexão já foi feita dentro do IC. Ao conectar o terra analógico e digital juntos, o par combinado deve ser conectado ao plano de aterramento analógico para essa seção do circuito.

(2) Suprimentos analógicos e digitais separados no mesmo dispositivo
Esses planos de energia serão separados, mesmo que tenham a mesma voltagem. O plano de energia digital deve ser isolado de seu regulador de fonte (e de energia analógica se acionado pelo mesmo regulador) por meio de um cordão de ferrite. Conecte a energia digital de ICs de sinal misto à ilha de energia digital; no mínimo, ignore a alimentação analógica e digital ao pino terra do IC com capacitores de cerâmica (são recomendados 100nF X7R / X5R, alguns fabricantes de IC recomendam capacitores adicionais - siga as orientações contidas na folha de dados). Siga as diretrizes de layout das melhores práticas, localizando os capacitores de derivação o mais próximo possível dos pinos do dispositivo. Verifique se o capacitor de bypass digital está conectado ao terra analógico e digital combinado no lado do pino de aterramento digital; não deve se conectar em algum lugar "no meio" os pinos analógicos e digitais. Lembre-se de que o capacitor de desvio de suprimento digital está de fato lá para fornecer os pulsos de corrente que ocorrem quando os dispositivos digitais mudam de estado. Portanto, existe um loop de corrente CA do pino de alimentação digital, através do capacitor, para o pino de aterramento (lado digital) e de volta através do dispositivo para os pinos de energia digitais - um loop de corrente que pode e irá emitir radiação. É por isso que é importante colocar o capacitor de derivação o mais próximo possível do dispositivo, minimizando assim o tamanho desse loop de corrente. no pino de aterramento (lado digital) e de volta através do dispositivo para os pinos de energia digitais - um loop de corrente que pode e irá emitir radiação. É por isso que é importante colocar o capacitor de derivação o mais próximo possível do dispositivo, minimizando assim o tamanho desse loop de corrente. no pino de aterramento (lado digital) e de volta através do dispositivo para os pinos de energia digitais - um loop de corrente que pode e irá emitir radiação. É por isso que é importante colocar o capacitor de derivação o mais próximo possível do dispositivo, minimizando assim o tamanho desse loop de corrente.

(3) Linhas de controle como barramentos I2C e / ou PCI
Até agora, dado o exposto, temos um problema ao conectar as linhas de controle do microcontrolador aos dispositivos de sinal misto, uma vez que essas linhas devem, por definição, passar do lado digital para o lado analógico. Para isso, siga a recomendação do Sr. Ott de fornecer uma ponte entre o solo analógico e o digital. Para cada ilha analógica que possui linhas de controle conectando-a ao lado digital, forneça uma ponte de cada terra analógica para terra digital e direcione as linhas de sinal diretamente sobre essa ponte. Dependendo do layout real e da complexidade do circuito, você pode ter uma única ponte conectando a mais de um terra analógico. Isso é aceitável - a questão principal é rotear todas as linhas de controle barulhentas sobre uma ponte. As razões para isso estão totalmente explicadas no artigo do Sr. Ott.

Resumindo, as técnicas acima são mais trabalhosas que um único plano de terra, mas são necessárias. Nenhuma das discussões acima nega ou remove as instruções do Sr. Ott em um layout cuidadoso e sempre sabendo onde os caminhos de corrente DC e CA estão fluindo (os dois caminhos - enviar eRetorna). A maioria dos roteadores automáticos terá problemas para fornecer um resultado de qualidade com o exposto acima. Você sempre terá que executar algum roteamento manualmente - uma possível técnica de economia de tempo é rotear automaticamente as ilhas do circuito e rotear manualmente as interconexões, retornos de terra, distribuição de energia, linhas de controle. Alguns aplicativos de layout de PCB têm um suporte fraco para a criação de pontes de aterramento analógico-digital, pois ele efetivamente conecta diferentes redes de sinal. Se o seu software tem suporte explícito para isso, ótimo, se não, você pode ser forçado a entrar em uma situação em que substitui um erro detectado pelo processo da RDC.

"Existe uma maneira melhor de fazer isso?"

Sim, existem duas maneiras de lidar com isso:

• Use um plano de terra sólido e não dividido , conforme recomendado por Henry W. Ott.
• Use um componente "virtual short" ("star ground") e regras especiais da RDC.

Não tenho certeza de como você faz isso no Eagle, mas no Altium, as pessoas tornam o componente "virtual short" muito semelhante ao que você já descreveu. Você mencionou o dilema: Fazer a sobreposição dos blocos no componente "virtual short", infelizmente, gera um erro de DRC. A separação dos blocos no componente "virtual short", infelizmente, faz com que as seções não sejam conectadas corretamente eletricamente. Existe uma terceira opção, uma solução para o dilema:

Deixe as almofadas do componente "virtual short" extremamente próximas umas das outras, mas não se sobreponham - 0,002 mil (2 microinches) sem contato. Em seguida, corrija as regras da RDC para que, para esse componente especial, elas não apresentem um erro de liberação. Essa lacuna microscopicamente pequena não pode ser realmente fabricada em um PCB - na produção, ela acabará em curto, conforme desejado.

Existe alguma maneira de ver se talvez Henry Ott esteja certo, e um único plano de terra ininterrupto para tudo - analógico, digital e de energia - possa funcionar melhor?

Um pouco tarde, mas ainda assim, eis como fazê-lo:

Obter 2 motivos diferentes é simples. Adicione um símbolo de terra no seu esquema e atribua um novo valor. Agora vá para as propriedades desse símbolo de terra e uma opção extra estará disponível, que diz 'substituir o nome do dispositivo'. Desmarque essa opção.

Agora, desenhe um fio de rede para o símbolo de aterramento e nomeie esse fio como AGND, por exemplo. Agora, seu símbolo de terra terá o mesmo nome de rede. Agora, dê novamente ao seu símbolo de terreno um valor que diga AGND para deixar um pouco mais claro que esse terreno é AGND e não o outro terreno, por exemplo.

Abaixo estão algumas imagens para torná-lo um pouco mais claro. Olhe na parte inferior esquerda da tela para nomes de sinais, para que você possa ver que funciona.

algo que funcionou para mim foi moldar a geometria do polígono do plano do solo para que fique ao redor do outro plano

Os planos de terra ainda estão conectados através de um através dos pinos dos ICs, mas como as redes têm o mesmo nome e como a geometria não permite o preenchimento, o Eagle não conecta os dois diretamente.