模拟和电源接地层质疑

电器工程 pcb设计 开关模式电源 噪音 接地
2022-01-14 05:46:53

在新电路板上工作时,我必须面对一些要求,以确保整个系统在制造后的性能。PCB 是 4 层的,它同时具有模拟和数字组件。但主要问题是由于需要直流转换器、一个降压(降压,红色方块)和一个升压(升压,粉红色方块)而导致电源接地。PCB分为:

  • L1:电源走线和一些信号走线。
  • L2:地。
  • L3:Pignal 痕迹。
  • L4:GND,以及PCB周围的一根电源走线(尽可能避免分割GND平面)。

3D 底视图

嗯,怀疑来自地平面的放置。它们应该是分离的平面(模拟和电源),但同时它们应该在靠近 IC 的一点(直流转换器)连接。

那么,降低噪音的最佳选择是什么?

我有两种不同的想法。

  1. L1 上的电源接地层,被模拟接地层包围。同时通过 IC 的 thermpad 过孔阵列在 L2、L3 和 L4 层将它们连接起来。
  2. L1 和 L2 上的电源接地层,被模拟接地层包围。并通过 thermpad 阵列连接到 L3 和 L4 接地层。
  3. 欢迎提出最佳解决方案。

此外,设计还包括一个锂离子充电器和一个电量计,目前已连接到模拟接地层。

  • 利用这个线程,为直流转换器添加EMI屏蔽以减少辐射会更好吗?

编辑:

因此,根据您的建议,最佳选择如下:

3d 底视图。 添加了地平面

电路板有一个完整的接地层,通过一堆过孔连接到其他层的接地层,间隔小于 2.54 毫米 ( < lambda/20 )。应至少降低噪音。

模拟部分下有数字信号(黄色多边形)。它们会影响向模拟部分添加噪声吗?[对不起,痕迹是橙色的,图片没有正确显示]

在这里对平面层进行整形可能不是最好的选择,因为我需要在两个 IC 上分离模拟和数字接地层,因此由于实际的组件放置,我几乎会将接地层一分为二。

3D 底视图。 塑造平面

看一下紫色线,将有一个“连接”两个接地层的插槽,这可能会增加通过它的电流回路。在这种情况下,这似乎不是一个聪明的解决方案。

你认为最好的选择是什么?

1个回答

除非有令人信服的理由,否则我在任何地方都使用相同的理由。

您还没有说明使用了什么数字电路,但如果它是现代的,它很可能会很快。确保模拟和数字部分不会相互干扰的方法是对平面层进行整形这种整形适用于电源轨和接地一样多。

如果您有敏感的模拟电路,则将平面制作成没有从该点返回的电流路径,除非返回到数字部分下方

Howard Johnson 博士的 Single Point Ground是一篇关于飞机规划的优秀文章。

练习的重点是使返回电流流向您希望它们流向的地方,而不是在不受控制的情况下流向的地方请记住,电流在循环中流动[注];控制该循环的去向。

如果您有一个混合信号部分(例如 ADC),那么在相对较远的地方使用单独的平面连接在一起会带来麻烦。您可以找到另一篇由同一作者撰写的关于此主题的精彩文章ADC Grounding 。

对于开关模式转换器,请遵循数据表中的指导(或者更好的是,如果有评估套件的布局,请遵循)。一些制造商在这方面比其他制造商更好。例如,请参阅此 LTC3630 降压转换器数据表的第 19 页以获得指导,或其演示器电路的设计文件。

[注意] 我不是想在这里侮辱任何人——这似乎被遗忘了,但却是成功平面布局的关键因素。

此外,关于单独的平面:

在某些情况下,带有星点的单独平面是合适的。我的一个设计有三个高亮度 LED,每个都有自己的电源。每一个的噪音都足够高,我为每一个都使用了一个单独的接地,并将它们连接在主板的电源入口处。

噪声不足以影响控制逻辑,但会在 LED 之间引起非常嘈杂的串扰,而无需在单平面布局中进行大量的麻烦和努力;在这种情况下。分开的理由是有道理的。

关于塑造平面的一些指导:

使地面遵循以下逻辑路径:

Power Converter <<<< Digital <<<< Analogue

对于电源,如果您从单个电源轨同时为数字和模拟供电,那么我通常会这样做:

Power converter >>> Digital >> Ferrite Bead and Decoupling >>> Analogue

以下是我在录像机上实现平面整形的方法: 从我的一个设计

返回电流只能沿箭头方向流回,而数字返回没有通过模拟区回到电源的路径,因此模拟区没有数字电流流过。

请注意我如何在接地平面上切割出明智的空隙,以迫使电流流向我希望它流过的地方。