为什么不鼓励与地平面保持间隙?

电器工程 噪音 地面 电磁兼容 地平面
2022-01-26 01:22:24

我不时听到(并读到)为数字和模拟电路部件制作单独的 Gnd 平面是不好的。这一切都总结在这条经验法则中:“不要分裂 Gnd 平面,不要在其中制造间隙。” 通常这没有明确的解释。

我最接近解释的是这个链接: http: //www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html作者指出,返回电流会在间隙周围弯曲,使得电流的表面积变大(该表面积的边界由“离开”和“返回”电流定义):

在此处输入图像描述

不同信号的返回电流在间隙的拐角处被挤在一起,导致串扰。电流回路的较大表面积将发射并吸收 EMC。

到目前为止,一切都很好。我确实理解不应在这样的间隙上路由任何信号。假设您牢记这条规则,在 Gnd 平面上留出间隙(例如,在模拟和数字电路部分之间进行分割)是否仍然很糟糕?

4个回答

由于电感,高频返回电流想要跟随向外的电流。

如果您强制返回电流采用不同的路径,则会发生一些坏事。

  1. 您创建了一个可以接收和传输磁干扰的回路。
  2. 您在信号路径中引入了额外的电感,这会降低信号完整性。

请注意,即使开关速率很低,具有快速边沿的数字信号也会产生强烈的高频尖峰。

另请注意,向外的路径可能并不总是只涉及轨道,它可能在组件内部。即使一个组件具有单独的模拟和数字电源和接地引脚,也可能有一些信号跨越芯片内部的边界。

OTOH 在低频电流采用最初由电阻确定的路径。因此,分割平面可能是一种有用的技术,可以影响路径返回电流并避免共享阻抗。

如果您只有一个信号穿过混合信号边界的地方,那么分割平面很有意义,它会迫使模拟返回电流留在模拟侧,而数字返回电流留在数字侧。

如果您有多个信号需要跨越混合信号边界的地方(即多个 ADC、多个模拟开关芯片等),那么拆分的好处就更值得怀疑了。每个混合信号芯片都需要在两个平面之间建立连接,但是一旦在两个平面之间建立多个连接,您就会失去很多将它们分开的好处。

其原因与数字和模拟分道扬镳的趋势非常相似。一切都与返回电流有关

实际上,有一种趋势是远离分割接地层,而是专注于布局分离和考虑返回电流路径。

  • 不要拆分地平面,在电路板的模拟和数字部分下方使用一个实心平面
  • 为低阻抗电流返回路径使用大面积接地层
  • 为地平面保留超过 75% 的电路板面积
  • 分离模拟和数字电源层
  • 在电源层旁边使用实心接地层
  • 定位模拟电源平面上的所有模拟组件和线路,以及数字电源平面上的所有数字组件和线路
  • 不要在电源层的分叉上布线走线,除非必须越过电源层分叉的走线必须位于与实心接地层相邻的层上
  • 考虑接地返回电流实际流向的位置和方式
  • 用单独的模拟和数字部分对 PCB 进行分区
  • 正确放置组件

混合信号设计清单

  • 用单独的模拟和数字部分对您的 PCB 进行分区。
  • 正确放置组件。
  • 用 A/D 转换器跨越隔板。
  • 不要分割地平面。在电路板的模拟和数字部分下方使用一个实心平面。
  • 仅在电路板的数字部分路由数字信号。这适用于所有层。
  • 仅在电路板的模拟部分路由模拟信号。这适用于所有层。
  • 分离模拟和数字电源层。
  • 不要在电源层的分叉上布线。
  • 必须跨越电源平面分割的走线必须位于与实心接地平面相邻的层上。
  • 想想接地返回电流的实际流动位置和方式。
  • 使用路由规则。

请记住,成功 PCB 布局的关键是分区和布线规则的使用,而不是接地层的隔离。您的系统最好只有一个参考平面(接地)。

(从以下链接粘贴以进行存档)

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

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

第一要务是将东西放在板上的正确位置。

例如,如果左侧有电源输入连接器,右侧有电机控制器及其输出连接器,中间有敏感模拟位,那么你的开端就很糟糕。

最好将电源连接器放在大电流输出旁边,这样可以让大电流自然流动,让您的工作更轻松。

另外最好的IMO是使用分割平面(AGND,DGND),然后将所有组件放在相应的平面上,最后......移除分割并将其变成一个坚实的接地平面。这迫使你做出一个好的定位。

对于其余的,这个问题或多或少是相同的,我建议阅读答案。

这是一个困难的话题,通常包含相互矛盾的信息。出现这种情况的一个常见示例是在为模数转换器布置铜线时。通常,数据表指定将模拟接地回路与数字部分分开,并且仅将它们连接在一个点上。数据表通常规定,只有在芯片以这种方式接地时才能达到规定的精度。

如果整个电路板是一个 AtoD 芯片,那么这很容易,但是当您开始混合 DtoA、运算放大器、比较器和数字电路时,这很快就会变得不切实际。

我不会重复其他人所说的关于良好布局实践的内容。与并联电阻类似,电流将在电阻最小的路径中流动。在高频下,电路板的电感会产生很大的电抗。返回电流的最小电抗路径将位于接地层中信号迹线的正下方。

当接地层中有间隙时,返回电流必须采用更长的路径返回源,这会导致更大的环路和更高的电感。

有关此主题的更多详细信息,我会推荐 Henry W. Ott 的电磁兼容性工程。这是关于EMC的圣经。