グラウンドプレーンに隙間をあけることをまったく推奨しないのはなぜですか?


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デジタル回路部分とアナログ回路部分に別々のGndプレーンを作成するのは良くないと聞いています(そして読んでいます)。これはすべて、この経験則にまとめられています。「Gndプレーンを分割しないでください。隙間を作らないでください。」通常、これには明確な説明はありません。

:私は説明になった最も近いが、このリンクでhttp://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html。著者は、電流の表面積が大きくなるように、戻り電流がギャップの周りに曲がることを指摘しています(その表面積の境界は「出発」および「戻り」電流によって定義されます)。

ここに画像の説明を入力してください

さまざまな信号のリターン電流は、ギャップのコーナーで一緒に絞られ、クロストークにつながります。電流ループのより大きな表面積は、EMCを放出して拾います。

ここまでは順調ですね。このようなギャップを信号がルーティングされるべきではないことを理解しています。このルールを念頭に置いて、Gndプレーンにギャップを作るのは悪いことでしょうか(例:アナログ回路部分とデジタル回路部分の分割)。


これは非常に頻繁に議論されているトピックであり、特定の人々はあなたがすべきこととすべきでないことに大きく同意していません(理由を分けておくか、別々にしないなど)。これは、何をしたいかにも依存します。たとえば、安定した電圧リファレンスでは、他のソースからの戻り電流が流れて値がシフトしないように、何らかの形の星形接地が必要になる傾向があります。数ボルトの精度で数十ppmを処理する場合、数uVで十分です。
ジョレンベス

@JorenVaesに感謝します。「何らかの形のスターグラウンディング」について言及するとき、どのようにそれを実際に達成しますか?つまり、どのように固体の地面で星の地面を作ることができますか?
K.Mulier

しっかりとしたグランドプレーンを使用しないことで、私は思う。私はこれに関する専門家ではありません。通常、ソリッドグランドプレーンを使用しないアナログPCBに限定します。
ジョレンベス

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平面スロットアンテナを描いたことに気付いていますか?アンテナは、放射する可能性があり、望ましくない場合もあり、干渉を受ける場合もあります。別のリンク
エリックタワーズ

@EricTowersに非常に興味のある発言、私は実際にそれを実現しませんでした:
K.Mulier

回答:


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高周波リターン電流は、インダクタンスによる外向き電流に追従したいです。

リターン電流を強制的に別の経路に流すと、いくつかの悪いことが起こります。

  1. 磁気干渉を送受信できるループを作成します。
  2. 信号経路に余分なインダクタンスを導入すると、信号の整合性が低下する可能性があります。

エッジが速いデジタル信号は、スイッチングレートが低い場合でも強い高周波スパイクを生成する可能性があることに注意してください。

また、外側へのパスは必ずしもトラックだけではなく、コンポーネント内にある場合もあることに注意してください。コンポーネントに個別のアナログおよびデジタルの電源ピンとグランドピンがある場合でも、チップ内部の境界を越えて信号が交差する可能性があります。

低周波電流でのOTOHは、抵抗によって基本的に決定される経路を取ります。そのため、プレーンを分割することは、リターン電流の経路に影響を与え、共有インピーダンスを回避するための有用な手法となります。

信号が混合信号の境界を通過する場所が1つだけある場合、プレーンを分割することは非常に理にかなっていますが、アナログのリターン電流はアナログ側に、デジタルのリターン電流はデジタル側にとどまります。

信号が混合信号の境界を越える必要のある場所が複数ある場合(つまり、複数のADC、複数のアナログスイッチチップなど)、分割の利点はさらに疑わしくなります。各ミックスドシグナルチップには2つのプレーン間の接続が必要ですが、プレーン間に複数の接続を配置すると、そもそもそれらを分割する多くの利点が失われます。


どうもありがとうございました。ギャップを越えるADCが1つしかないとします。AGNDプレーンとDGNDプレーンを正確にどこに接続する必要がありますか?このページ(electronics.stackexchange.com/questions/306862/…)で私は読みました: 'あなたの2つのグラウンドをAGNDとPGND(アナログと電源)と名付けましょう。ADCの下でAGND / PGNDまたはAGND / DGNDに分割して結合する人もいます。これは、AGNDとPGNDの間を流れる電流は、ADCの下のグランドリンクに流れる必要があることを意味します。これは最悪の場所です。しかし、その文が正しいかどうかはわかりません。
K.ミュリエ

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推論は、デジタルとアナログの分割された根拠から離れた傾向に非常に似ています。その戻り電流についてのすべて

実際には、分割されたグランドプレーンから遠ざかる傾向があり、代わりに配置の分離と戻り電流経路の検討に集中しています。

  • グラウンドプレーンを分割せず、ボードのアナログセクションとデジタルセクションの両方で1つのソリッドプレーンを使用します。
  • 低インピーダンスの電流リターンパスに大面積のグランドプレーンを使用する
  • グランドプレーンのボード面積を75%以上確保
  • 個別のアナログおよびデジタル電源プレーン
  • 電源プレーンの隣に固体のグランドプレーンを使用する
  • アナログ電源プレーン上のすべてのアナログコンポーネントとライン、およびデジタル電源プレーン上のすべてのデジタルコンポーネントとラインを見つけます
  • 電源プレーンのスプリットを通過する必要があるトレースがソリッドグランドプレーンに隣接するレイヤー上になければならない場合を除き、電源プレーンのスプリットを越えてトレースを配線しないでください。
  • 接地リターン電流が実際に流れる場所と方法について考えてください
  • 個別のアナログセクションとデジタルセクションでPCBを分割する
  • コンポーネントを適切に配置する

混合信号設計チェックリスト

  • 個別のアナログセクションとデジタルセクションでPCBを分割します。
  • コンポーネントを適切に配置します。
  • A / Dコンバーターでパーティションをまたいでください。
  • グランドプレーンを分割しないでください。ボードのアナログセクションとデジタルセクションの両方で1つのソリッドプレーンを使用します。
  • ボードのデジタルセクションでのみデジタル信号をルーティングします。これはすべてのレイヤーに適用されます。
  • アナログ信号は、ボードのアナログセクションでのみルーティングしてください。これはすべてのレイヤーに適用されます。
  • アナログ電源プレーンとデジタル電源プレーンを分離します。
  • 電源プレーンのスプリット上にトレースを配線しないでください。
  • 電源プレーンスプリットを通過する必要があるトレースは、固体グランドプレーンに隣接するレイヤー上にある必要があります。
  • グランドリターン電流が実際に流れる場所と方法について考えてください。
  • ルーティング規律を使用します。

PCBレイアウトを成功させるための鍵は、グランドプレーンの分離ではなく、パーティション分割とルーティング規則の使用であることを忘れないでください。ほとんどの場合、システムの参照面(グラウンド)は1つだけにする方が適切です。

(アーカイブ用の以下のリンクから貼り付けられます)

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

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


どうもありがとうございました。非常に興味深い答え。Gndプレーンと電源プレーンに関するアドバイスは次のとおりです。ボード全体に1つの固体Gndプレーンを作成し、デジタル用とアナログパーツ用に2つの別々の電源プレーンを作成します。正しい?
K.ミュリエ

かなり。キーは、それがレイアウトに来るときすべてのためのリターン電流について考えることである
JonRB

リターン電流ごとにトレースをルーティングするのはどうですか?私は今、私のデザインでそれをやろうとしています-一種のテスト
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地面の連続性を損ないます。時々これが必要です(相電流測定のためにこれを行う広告を探しています)が、これらは例外ではなく例外です。リターン電流磁界の強さを忘れないでください
JonRB

「地面の連続性を損なう」と「帰還電流の強さを覚えておく」とはどういう意味ですか?
K.ミュリエ

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一番の優先事項は、ボード上の正しい場所に物を置くことです。

たとえば、左側に電源入力コネクタがあり、右側にモーターコントローラとその出力コネクタがあり、中央に敏感なアナログビットがある場合、まずまずのスタートです。

電源コネクタを大電流出力のすぐ隣に配置すると、仕事が楽になるように大電流が自然に流れます。

また、最良のIMOは、スプリットプレーン(AGND、DGND)を使用し、すべてのコンポーネントを対応するプレーンに配置し、最後に...スプリットを削除し、ソリッドアースプレーンに変更することです。これにより、適切な配置が強制されます。

残りについては、この質問はほぼ同じです。答えを読むことをお勧めします。


どうもありがとうございました。しかし、なぜ最終的に正確に分割を削除するのですか?
K.ミュリエ

分割すると、一方のグラウンドから他方のグラウンドに流れる電流はすべて、接続されている場所、通常はADC、つまりこれが発生する可能性のある最悪の場所に流れます。
プーフー

次のようなADCチップを想像してください。アナログ部分はいくつかの入力であり、デジタル部分はSPIバスです。SPIバスからの戻り電流はADCチップに戻ります。そのため、それらはDGNDからAGNDに交差する可能性がありますが、レイアウトが良好であれば、それは起こりません。DGNDからAGNDに流れる他の電流は何ですか?(私はあなたの返事を批判していません。私は学びたいので、私は本当にこの質問をしています;
K.Mulier

ケーブルから来ている任意のコモンモード電流は、自分のボードに接続されている、またはESDのストライキ、ボードと近くの金属のものとの間の容量性結合、可能性がたくさん...
peufeu

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AVCCやDVCCなどの電源プレーンについては、それらを接続しないでください。フェライトビーズのようにそれらの間にフィルターを挿入するか、多くのオプションを備えた別個のレギュレーターを使用することさえあります。DVCCはノイズが多く、ノイズがアナログ電源に拡散してはなりません。
プーフー

1

これはしばしば矛盾した情報を伴う難しいトピックです。これが発生する一般的な例の1つは、A / Dコンバータ用の銅線をレイアウトする場合です。多くの場合、データシートには、アナロググランドリターンをデジタル部分とは別にして、それらを1つの点でのみ結合するように指定されています。多くの場合、データシートには、チップがこのように接地されている場合にのみ指定された精度を達成できることが明記されています。

ボード全体が1つのAtoDチップである場合、これは簡単ですが、DtoA、オペアンプ、コンパレータ、デジタル回路のミキシングを開始すると、これはすぐに実用的ではなくなります。

他の人が言った、良いレイアウトの慣行については再ハッシュしません。並列の抵抗器と同様に、電流は最小抵抗の経路を流れます。高周波では、ボードのインダクタンスが大きなリアクタンスに寄与する可能性があります。リターン電流の最小リアクタンスの経路は、グランドプレーンの信号トレースの真下になります。

グランドプレーンにギャップがある場合、リターン電流はソースに戻るより長いパスをたどる必要があり、ループが大きくなりインダクタンスが大きくなります。

このテーマの詳細については、Henry W. OttのElectromagnetic Compatibility Engineeringをお勧めします。EMCの聖書です。

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