Почему именно не рекомендуется разрывать плоскость земли?

Время от времени я слышу (и читаю), что нехорошо делать отдельные плоскости Gnd для цифровых и аналоговых частей схемы. Все это сводится к этому практическому правилу: «Не разбивайте плоскость Gnd, не делайте в ней пробелов». Обычно это происходит без четких объяснений.

Наиболее близким к объяснению является ссылка: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . Автор указывает, что возвратные токи будут изгибаться вокруг зазора, так что площади поверхности токов становятся большими (границы этой площади определяются «уходящим» и «возвращающимся» током):

Обратные токи разных сигналов сжимаются по углам зазора, что приводит к перекрестным помехам. Большая площадь поверхности токовых петель будет излучать и поднимать ЭМС.

Все идет нормально. Я понимаю, что никакие сигналы не должны быть направлены через такой разрыв. Предполагая, что вы помните об этом правиле, все равно было бы плохо создавать промежутки в плоскости Gnd (например, делить части между аналоговыми и цифровыми цепями)?

Высокочастотные возвратные токи хотят следовать за внешними токами из-за индуктивности.

Если вы заставите обратные токи пойти другим путем, тогда произойдет пара плохих вещей.

1. Вы создаете петлю, которая может принимать и передавать магнитные помехи.
2. Вы вводите дополнительную индуктивность в тракте сигнала, который может снизить целостность сигнала.

Обратите внимание, что цифровые сигналы с быстрыми фронтами могут создавать сильные высокочастотные пики, даже если скорость переключения низкая.

Также обратите внимание, что внешний путь не всегда может включать только дорожки, он может быть внутри компонента. Даже если компонент имеет отдельные аналоговые и цифровые выводы питания и заземления, вероятно, будут некоторые сигналы, пересекающие границу внутри чипа.

OTOH на токах низких частот выбирают пути, определяемые главным образом сопротивлением. Таким образом, плоскости расщепления могут быть полезной техникой, чтобы влиять на токи обратного тока в тракте и избегать совместного сопротивления.

Если у вас есть ровно одно место, где сигналы пересекают границу смешанного сигнала, тогда разделение плоскости имеет большой смысл, это заставляет аналоговые обратные токи оставаться на аналоговой стороне, а цифровые обратные токи оставаться на цифровой стороне.

Если у вас есть несколько мест, где сигналы должны пересекать границу смешанного сигнала (т.е. несколько АЦП, несколько микросхем аналогового коммутатора и т. Д.), То преимущества разделения становятся гораздо более сомнительными. Каждой микросхеме со смешанным сигналом требуется соединение между двумя плоскостями, но как только вы создадите несколько соединений между плоскостями, вы потеряете много преимуществ, прежде всего разделив их.

Рассуждения очень похожи на тенденцию отхода от цифровых и аналоговых аналогов. Это все о возвращении тока

На самом деле была тенденция отойти от разделенных наземных плоскостей и вместо этого сосредоточиться на разделении размещения и рассмотрении пути обратного тока.

• Не разбивайте плоскость заземления, используйте одну сплошную плоскость под аналоговой и цифровой секциями платы.
• Используйте заземляющие поверхности большой площади для линий возврата тока с низким импедансом
• Оставьте более 75% площадей для наземного самолета
• Отдельные аналоговые и цифровые силовые плоскости
• Используйте твердые грунтовые самолеты рядом с силовыми самолетами
• Найдите все аналоговые компоненты и линии в аналоговой плоскости питания и все цифровые компоненты и линии в цифровой плоскости питания
• Не прокладывайте трассы над расщеплением в плоскостях мощности, если только следы, которые должны проходить через расщепление плоскости мощности, не должны находиться на слоях, смежных со сплошной земной плоскостью
• Подумайте, где и как на самом деле протекают токи возврата земли
• Разделите вашу печатную плату на отдельные аналоговые и цифровые секции
• Поместите компоненты правильно

Контрольный список для проектирования смешанных сигналов

• Разбейте вашу печатную плату на отдельные аналоговые и цифровые секции.
• Поместите компоненты правильно.
• Разделите перегородку с помощью аналого-цифровых преобразователей.
• Не разбивайте землю. Используйте одну сплошную плоскость под аналоговой и цифровой секциями платы.
• Направляйте цифровые сигналы только в цифровую секцию платы. Это относится ко всем слоям.
• Направляйте аналоговые сигналы только в аналоговой секции платы. Это относится ко всем слоям.
• Отдельные аналоговые и цифровые силовые установки.
• Не прокладывайте трассы над расщеплением в силовых плоскостях.
• Следы, которые должны проходить через расслоение силовой плоскости, должны находиться на слоях, примыкающих к твердой плоскости заземления.
• Подумайте, где и как на самом деле протекают токи возврата земли.
• Используйте дисциплину маршрутизации.

Помните, что ключом к успешной компоновке печатной платы является разделение и использование дисциплины маршрутизации, а не изоляция наземных плоскостей. Почти всегда лучше иметь только одну базовую плоскость (землю) для вашей системы.

(вставил ссылки ниже для архивации)

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

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

Приоритетом № 1 является размещение материала в нужном месте на вашей доске.

Например, если у вас есть разъем входа питания слева, контроллер двигателя и его выходные разъемы справа, а чувствительные аналоговые биты посередине, у вас плохой старт.

Лучше расположите разъем питания прямо рядом с выходами с высоким током, чтобы естественные потоки тока протекали таким образом, чтобы облегчить вашу работу.

Также лучшим IMO является использование разделенных плоскостей (AGND, DGND), затем поместите все компоненты на соответствующую плоскость, затем, в конце концов ... удалите разделение и превратите его в плоскую плоскость заземления. Это заставляет вас сделать хорошее размещение.

В остальном этот вопрос более-менее одинаков, советую прочитать ответы.

Это сложная тема, часто с противоречивой информацией. Одним из распространенных примеров, когда это происходит, является раскладка меди для аналого-цифровых преобразователей. Часто таблицы данных указывают на то, что аналоговое заземление должно храниться отдельно от цифровой части, и только связывать их вместе в одной точке. В спецификациях часто указывается, что указанная точность может быть достигнута только тогда, когда микросхема заземлена таким образом.

Если бы вся плата была одним чипом AtoD, то это было бы легко, но когда вы начали смешивать DtoA, операционные усилители, компараторы и цифровые схемы, это быстро становится непрактичным.

Я не буду перефразировать то, что другие говорили о хороших методах верстки. Аналогично резисторам, подключенным параллельно, ток будет течь по пути наименьшего сопротивления. При высокой частоте индуктивность плат может вносить значительный реактивный потенциал. Путь наименьшего реактивного сопротивления для обратного тока должен быть прямо под трассой сигнала в заземляющей плоскости.

При наличии зазоров в плоскости заземления обратный ток должен пройти более длинный путь обратно к источнику, что приводит к большей петле и большей индуктивности.

Для получения более подробной информации по этому вопросу я бы порекомендовал проектирование электромагнитной совместимости Генри В. Отта. Это Библия на EMC.