使用 Eagle 时,如何便于在布局中保持多个接地(即 AGND、DGND 等)分开?

电器工程 布局 eda
2022-01-25 13:08:37

我设计了几块 PCB,我需要将电路不同部分的接地回路分开,即模拟、数字和高功率。我使用 Cadsoft Eagle 进行原理图捕获和布局。在原理图编辑器中定义不同的接地符号很容易。他们每个人都有自己的网名。但是,所有接地最终都必须连接到 PCB 上的一个点,以定义整体接地参考。当将一个接地(或电源)连接到另一个时,Eagle 通常会用另一个覆盖其中一个网络名称,即消除它们的独特性。从假设电线没有阻抗的理想电学观点来看,这是明智的。然而,在现实世界中,没有零阻抗或接地!这种覆盖网络名称的行为妨碍了 PCB 设计。我该如何解决这种行为?这在原理图中不是什么大问题,因为电源符号被保留,网络名称被隐藏。但是,在布局编辑器中,连接接地后,只剩下一个唯一的接地网络名称。

即使它们具有相同的网络名称,也可以在布局中手动将不同的接地分开,并将它们连接到一个点。因此,仍然有可能只用一个独特的神化地来实现设计目标。然而,当它们具有相同的网名时,将不同的接地迹线分开是一个逻辑上的噩梦。

有一个更好的方法吗?

我尝试制作自己的 Eagle 部件,其中多个不同的接地进行电气连接,但是没有相同的网名。该部件只是一系列物理上重叠的 SMD 焊盘。每个焊盘都可以连接到一个唯一的网络名称,从而保留不同的接地,但是,它提供了接地之间的电气连接。这似乎很好地解决了设计规则检查 (DRC) 认为重叠焊盘是一个问题的缺点。事实上,Sparkfun 有一个老鹰部件可以做到这一点,然而,他们选择保持垫分开,即不重叠。这解决了 DRC 问题,但随后电路板未正确电气连接。这在我之前的一个板上造成了错误。

这个问题有好的解决方案吗?Eagle 的处理方式很奇怪吗?在处理这个问题上,其他 EDA 工具是否比 Eagle 做得更好?我做错了什么?一段时间以来,这一直是我恼火的根源。

4个回答

使用 GND 和 AGND 焊盘创建封装。在这些焊盘之间画铜。是的,这将产生如下所示的 DRC“重叠”错误:

错误对话框中的 DRC“重叠”错误

这没关系底部有三个按钮:

  • 全部清除
  • 处理
  • 批准

“全部清除”将暂时清除本次 DRC 运行的列表。我不确定这为什么有用。如果你想缩短它,只需关闭窗口。

“已处理”将淡出红色 X 的颜色。如果您要遍历一长串 DRC 错误并随时修复它们,这可能很有用;您可以跟踪您认为已更正的内容。

“批准”是我唯一经常使用的。这会将错误从错误列表移动到批准列表:

错误已移至错误对话框中的已批准列表

并在 DRC 的后续运行中保留它。请注意,这仅在此特定位置使用此特定网络对移动此特定错误。关闭此窗口并再次运行 DRC 会生成通知“DRC:1 个已批准的错误”

刚果民主共和国:1 个批准的错误

并且没有“DRC 错误”对话框。您可以通过创建错误或(最好)errors命令、上面屏幕截图中的黄色感叹号或菜单工具 -> 错误来恢复此对话框。

“批准”功能的存在是有原因的,就像我们拥有类似的工具一样

#pragma GCC diagnostic ignored "-Warning"

有时,可以忽略 DRC 错误。这是其中之一。

我使用为此目的创建的特殊设备来执行此操作,我称之为“短裤”。这些是邻接垫,不需要实际安装任何组件。在示意图中,它们显示为一条稍微加粗的线。关键是它们看起来像示意图中的连接,具有足够的独特性,但希望不会妨碍。由于从 Eagle 的角度来看它们是独立的设备,因此您可以像任何其他设备一样将它们放置在您想要的位置。您可以在USBProg 原理图第 1 页的底部看到这样的短路那个特定的有组件代号 SH2,是电源地和主板地之间的单一连接点。

我的短裤可在www.embedinc.com/pic/dload.htm上的 Eagle Tools 版本中免费获得。有各种短裤,具体取决于您想要它们在哪一层或它们是否跨层。

Eage 的一个缺点是每次短路都会出现很多令人讨厌的 DRC 错误。我听说在版本 6 中,可以在包中告诉它某些东西是允许重叠的,但到目前为止还没有办法解决这个问题。

多个接地层是绝对必要的。完全尊重奥特先生,因为他所说的一切本身并没有错,但由于忽略了模拟方面的考虑,他只是得出了一个不完整的结论。Ott 先生遗漏的一点是,在模拟部分本身内,多个接地层 - 一个用于模拟电路的每个功能块 - 以星形接地图案排列,是低噪声的要求(Douglas Self “ Small Signal Audio ”设计”焦点出版社 2010,NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html)。虽然这两个参考文献专门考虑了音频设计,但这些原理在数据采集和/或控制应用中的高精度模拟电路中更为重要。

那么问题就变成了:我们如何在拥有多个模拟地的设计中实现数字地?一个错误是使用单个接地层“覆盖”PCB,并且使用Ott 先生描述的布局技术来避免模拟和数字部分之间的干扰。如果您这样做,模拟性能可能会因为模拟到模拟的干扰而受到影响。

在典型设计中,每个 ADC 或 DAC 都可能与模拟电路的不同功能部分相关。为这些部分中的每一个提供一个模拟接地“岛”,该“岛”具有独立的接地返回路径,以星形接地模式排列,返回“参考接地”。该参考地不一定是电源(或电池)地。如果有一个稳压器提供模拟电源,则参考地是稳压器 IC 的接地引脚. 至于数字端,为数字端供电的稳压器接地引脚(如果与为模拟端供电的接地引脚不同)也应尽可能短地连接到参考地。数字地也应该作为一个孤立的岛来实现,有一个独立的地返回到参考地。

现在我们必须处理模拟和数字部分之间的接口。这包括

  1. ADC 和 DAC 器件上的模拟和数字地分开,
  2. 用于同一设备上的模拟和数字电源的单独电源和
  3. 控制线,如 I2C 或 PCI 总线。

(1) 分离模拟地和数字地。
混合信号 IC 的设计人员知道模拟地和数字地应该连接在一起,但由于管芯和焊盘连接几何形状的限制,他们无法在 IC 内部提供这种连接。因此,建议始终将这两个点从外部连接到尽可能靠近 IC 的位置。请注意,情况并非总是如此——许多 DAC 和数字电位器(DAC 的一种形式)没有单独的模拟和数字接地引脚。对于这些设备,已经在 IC 内部建立了连接。将模拟地和数字地连接在一起时,组合对应连接到电路该部分的模拟地平面。

(2) 在同一设备上分离模拟和数字电源
即使它们碰巧是相同的电压,这些电源层也会分开。数字电源层应通过铁氧体磁珠与其源稳压器(和模拟电源,如果由同一稳压器驱动)隔离。将混合信号IC的数字电源连接到数字电源岛;至少,使用陶瓷电容器将模拟和数字电源旁路到 IC 的接地引脚(建议使用 100nF X7R/X5R,一些 IC 制造商建议使用额外的电容器 - 遵循数据表中规定的任何指南)。通过将旁路电容器放置在尽可能靠近器件引脚的位置,遵循最佳实践布局指南。确保数字旁路电容连接到数字地引脚侧的模拟和数字组合地;它不应该连接“介于两者之间”的某个地方 模拟和数字引脚。回想一下,数字电源旁路电容器实际上用于提供数字设备切换状态时出现的电流脉冲。因此,从数字电源引脚通过电容器,进入接地引脚(数字侧)并通过设备返回到数字电源引脚,存在一个交流电流回路 - 一个可以并且将会发射辐射的电流回路。这就是为什么将旁路电容器放置在尽可能靠近器件的位置,从而最大限度地减小电流环路的大小的原因。进入接地引脚(数字侧)并通过设备返回到数字电源引脚 - 一个可以并且将会发射辐射的电流回路。这就是为什么将旁路电容器放置在尽可能靠近器件的位置,从而最大限度地减小电流环路的大小的原因。进入接地引脚(数字侧)并通过设备返回到数字电源引脚 - 一个可以并且将会发射辐射的电流回路。这就是为什么将旁路电容器放置在尽可能靠近器件的位置,从而最大限度地减小电流环路的大小的原因。

(3) 控制线,例如 I2C 和/或 PCI 总线
到目前为止,鉴于上述情况,我们在将控制线从例如微控制器连接到混合信号设备时遇到了问题,因为根据定义,这些线必须从数字端交叉到模拟端。为此,请遵循 Ott 先生的建议,即在模拟和数字接地之间架起一座桥梁。对于每个具有将其连接到数字端的控制线的模拟岛,提供一个从每个模拟地到数字地的桥,并将信号线直接路由到该桥上。根据实际布局和电路复杂性,您可能有一个桥接多个模拟地。这是可以接受的——关键问题是将所有嘈杂的控制线都布置在桥上。其原因在奥特先生的文章中有充分的解释。

总而言之,上述技术比单个地平面更有效,但也是必要的。上述讨论都没有否定或消除 Ott 先生关于仔细布局的指示,并且始终知道 DC 和 AC 电流路径在哪里流动(两条路径- 发送返回)。考虑到上述情况,大多数自动路由器将难以提供高质量的结果。您将始终必须手动执行一些布线 - 一种可能的节省时间的技术是自动布线电路岛并手动布线互连、接地回路、配电、控制线。一些 PCB 布局应用程序对创建模数接地桥的支持较弱,因为它有效地连接了不同的信号网络。如果您的软件对此有明确的支持,那很好,如果没有,您可能会被迫覆盖 DRC 进程检测到的错误。

“有一个更好的方法吗?”

是的,有两种方法可以解决这个问题:

我不确定您在 Eagle 中是如何做到的,但在 Altium 中,人们使“虚拟短”组件与您已经描述的非常相似。您提到了困境:使焊盘在“虚拟短路”组件上重叠,唉,会产生 DRC 错误。唉,使“虚拟短路”组件上的焊盘分开会使这些部分无法正确电连接。还有第三种选择,一种解决困境的方法:

使“虚拟短路”组件的焊盘彼此非常接近,但不重叠——0.002 密尔(2 微英寸)短接触。然后修复 DRC 规则,以便对于这一特殊组件,它们不会给出清除错误。如此微小的间隙实际上无法在 PCB 上制造——在生产中它最终会短路,如您所愿。

有没有办法看看亨利·奥特是否正确,一个不间断的地平面用于一切——模拟、数字和电源——可能效果最好?