单一地平面与分割平面?

电器工程 地面 布局
2022-01-15 09:01:51

我看到关于地平面设计的相互矛盾的来源。

我在工作中被多次告知,只需插入一个巨大的接地平面就可以了,效果很好,无论如何我们不处理任何高频。

然而,我查看了使用 MHz 范围内的时钟的 SMPS 数据表,它们都显示了复杂的接地布局设计。

我的问题是,您在使用单个平面与设计接地平面之间划清界限?例如,当频率高于某个阈值时,或者需要一定程度的灵敏度,或者特定数量的功率被倾倒到地面时?

通常情况下,分裂地面会给你带来什么样的好处?噪音小?更稳定?

2个回答

我的问题是,您在使用单个平面与设计接地平面之间划清界限?

我不; 我尽可能保持飞机连续,并且几乎从不使用插槽——它们很糟糕,原因有几个,我将描述。我通过放置组件来管理返回电流。

有一次,我有一个返回电流流过一个敏感的模拟部分,它导致我的信号偏移了 10%。源来自模拟部分“上方”的电路;接地平面上的返回电流路径需要改变。有两种选择:

1)在板上放一个插槽,并在我想要保护的部分周围重定向返回电流。2) 重新排列组件

描述的问题和两个建议的解决方案的说明

我选择了选项 1,因为我没有时间重新布置电路板,但插槽会产生后果。选项 2 会避免使用插槽,反正插槽很短,我不需要在它上面运行任何痕迹。

在大多数情况下,良好的 PCB 布局可以通过管理返回电流完全避免使用插槽。插槽很糟糕:它们通过创建插槽天线和偶极天线将 PCB 变成了无意的辐射器。

插槽和用分割板对电路板进行分区的另一个问题是,在它们上面运行的走线会产生噪声并降低走线的阻抗(高速信号的返回电流在走线下方流动)。

良好的电路板布局将通过物理布局将敏感面与噪声面分开,并保持平面连续。

图表建议将板划分为模拟/数字部分
资料来源:https ://www.autodesk.com/products/eagle/blog/everyday-app-note-successfully-design-mixed-signal-pcb-partitioning/

例如,当频率高于某个阈值时,或者需要一定程度的灵敏度,或者特定数量的功率被倾倒到地面时?

转储到地的功率将以最短的阻抗路径返回源。对于高速信号,这可能与直流不同,通常跟随在高速迹线下方或尽可能靠近。

通常情况下,分裂地面会给你带来什么样的好处?噪音小?更稳定?

我看不到正确布局的好处。如果确实有接地问题,首先要做的是找出是布局问题还是共模噪声问题(例如电缆)。分割平面/槽的问题是在它们上面运行迹线会产生返回电流的问题。另一个问题是无意辐射,但是很多 SMPS 无论如何都用外壳屏蔽,所以如果您打算屏蔽,这可能不是问题。

Henry Ott 在《电磁兼容性工程》一书中(我建议你买这本书,虽然这里有类似的文章)这样说关于分割平面:

14.4 什么时候应该使用分体式接地平面?

应该使用分裂接地平面吗?我至少能想到三个合适的例子。实例如下:

  • 一些对漏电流要求低(10uA)的医疗设备
  • 一些工业过程控制设备的输出连接到嘈杂的大功率机电设备
  • 可能当 PCB 布局不正确时

飞机有问题。例子

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

当您期望地平面的某些(希望是附近的)节点在这两个节点之间具有零伏时,这不会发生。狭缝可以成为您的朋友,以减少沿您的两个敏感节点之间的路径传递的干扰电流。

示意图

模拟这个电路

复制一份原理图,打印出来,画出所有的接地电流。标记它们的值、频率和边缘率。(电感可能很重要)。

现在开始计划如何使噪声电流远离敏感(反馈分压器)电路的接地节点。

请注意WIDE狭缝如何提供更多的干扰电流衰减。

我在飞机上的想法,虽然我已经在飞机上以中等保真度完成了许多快速电路,但涉及对音频/音乐信号和低频 20/24 位测量的极高保真度的需求。因此低频思维。

[哦,磁场和电场也很重要]