アナロググランドプレーンを実装する方法


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多くのAtmelデータシートでこの写真を見てきました。これはATTiny48 / 88データシートからのものです。

ここに画像の説明を入力してください

これを2層ボードに適切に実装する方法を誰かが詳細に説明できますか?PCBでアナロググラウンドプレーンをデジタルグラウンドプレーンに接続する必要があると想像する必要がありますか、それともAVRの内部で発生しますか?破線は、文字どおりアナロググランドプレーンの形状と範囲を表すためのものですか(図に寸法がないため、疑います)。


回答:


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まず、おそらく孤立したグラウンドは必要ありません。これは、リターン電流が問題のあるオフセット(大電流)、広いパラレルデータバス、立ち上がり/立ち下がり時間の短縮(アイダイアグラムを閉じる)、およびアンテナのような銅線を生成する場合に使用されます。適切なデカップリングプラクティスを使用し、壊れるまで心配しないでください。

それができない場合、次に試すのは直接接続であり、追加のインピーダンス/フィルタリングはありません。AGNDGNDは、電源の比較的太い(すなわち、低インダクタンス)トレースで1点のみに接続します。これは、いくつかの孤立したアースを接続するときにスターアースと呼ばれることがあります。これにより、一部のコンポーネントからのリターン電流が他のコンポーネントのオフセット電圧に寄与しないことが保証されます。ノイズはシンクだけでなくソースからも発生します。グランドを分離するのが面倒な場合は、それぞれの電圧レールも分離、フィルタリング、接続します。これは、キャップをグラウンドに、さらに必要に応じて等電位レール間でフェライトビーズまたはインダクタを使用して(正しいグラウンドに-キャップがノイズを伝達することに注意して)デカップリングするのと同じくらい簡単です。

地上システムをさらに変更する前に、リターンカレントジオメトリを調べます。


これは私の先入観に反しています...コメントと投票に
時間をかける

これは、最も基本的なソリューションである@vicatcuだけです。他の人は、より要求の厳しいレイアウトに優れた回答を提供できます。
tyblu

はい、とても良い点です!あなたがしなければならないことがわからない限り、複数の根拠を空想しないでください!(別のプレーンが役立つ別の例は、EMIの多いエンクロージャ内の場所全体にデジタルアースを送る以外に選択肢がない場合です。つまり、基板間接続です。)
Nathan Wiebe

@tyblu Eagle回路図でGNDに接続されたAGNDを表現して、スタートポロジを使用してそれらをルーティングできるようにする方法、または別の質問をスピンオフする必要があるか?
vicatcu

数年前、私はこれを「こじらせ」なければならなかったことを覚えています。しかし、今は可能かもしれません。実際、この質問を見たことがあると思います... electronics.stackexchange.com/q/23495/2118
tyblu

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私は以前に(2ではなく4層でこのテクニックを使用しましたが、それでも成り立ちます)、これを行うことのいくつかの利点と欠点を発見しました。彼らが具体的に話しているのは、GNDではなくグラウンドプレーンのアイランドですが、AGNDは1つのポイントで、おそらく小さなインピーダンスを介してGNDに接続されています。ATMELに個別のAGNDピンがあるかどうかはわかりませんが、dsPICにはあります。この場合、接続はありませんが、VCCとAVCCの間にインダクターがあり、バイパスは、VCCからAGNDへ、またはAVCCからGNDへ渡ってはなりません。すべてのアナログ信号はAGNDを基準としています(すなわち、分圧器、アンチエイリアスキャップなど)。重要なのは、ノイズを発生させるすべてのデジタル回路がアナログレールを汚さないようにすることです。

彼らの技術を実装する限り、彼らはこのAGNDアイランドの範囲がおおよそマイクロのこのコーナーを網羅し、AVCCとAGNDとアナログ測定回路の間のすべてのバイパスを含むと言っています。電圧測定などの入力ポートまで延長する必要はありませんが、少なくとも分圧器のローサイド抵抗とアンチエイリアスキャップ、およびアナログ入力アンプとその電源まで延長する必要があります。AVCCとは、インダクタによってフィルタリングされた後のVCCを指します。

GNDとAGNDを接続するさまざまなインピーダンスで実験を行ったところ、10オームの抵抗がデジタルグラウンドのノイズを分離するのに効果的であることがわかりました。インピーダンスが高すぎると、2つの接地で同じDC電位が期待されるため、マイクロは満足できません。私たちの場合、AVDDに給電する個別の低ノイズLDOと、デジタルVDD上の多くのデバイスに給電する高電力でノイズの多い降圧コンバーターがありました。このデータシートが示唆しているように、(ノイズの多いデジタル信号がアナログレールを汚染しないようにするために)達成する分離は、インダクタと個別のグラウンドアイランドだけでは少なくなりますが、実装ははるかに簡単です。

アナログレールノイズが改善されているかどうかを確認する簡単なテストは、ADCを使用してDC値を変換し、生の測定値をヒストグラムにプロットするか、Excelでstdevを実行することです。完全な/ノイズのない世界では、この測定値に変動はありませんが、現実の世界では、ノイズレベルに比例した一定量の変動があります。


降圧装置はどの周波数で動作していましたか?どのタイプの抵抗器が使用されましたか?(0402、巻線など)
tyblu

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私たちの場合、バックは3MHz、180kHz、900kHzであり、DC-1MHzの必要なアナログ応答の範囲内でした。現在の処理には1206を使用しました。非絶縁型電力変換デバイスとして、UL / CSA / CEのために生き残る必要があるクレイジーな(6kV)トランジェントがあり、それらのほとんどはデジタルよりもカップリングしてアナログにヒットするように見えたため、フェライトだけでより大きなGND-AGNDインパルスに対して脆弱です。その抵抗器/トレース/インダクターの融合は壊滅的なものになるので、堅牢性のためにフラットインピーダンスの大きな古い1206 Rを使用しました。
Nathan Wiebe

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ネイサンの10に同意しませんΩ抵抗器。地面は神聖なものであり、地面でなければなりません。つまり、電圧差をできるだけ小さくします。アナログ回路が3mAを消費する場合、アナロググランドには既に30mVのオフセットがあります。

2つのアース間の単一の接続に同意しますが、フェライトビーズを介します。


開始点として10オームを提案しなかったことに注意してください。常に例外があるので、どのサイズも接地に関するすべてのイデオロギーに適合することはお勧めしません。すべての問題は独特です。証拠がプディングにあることは知っています。これが、最良の結果(最高のSNR / ENOB)を達成した方法です。そして、AGNDとGNDの間の30mVのDCオフセットに問題はありません。
Nathan Wiebe

フェライトビーズを除外したのは、ほとんどの場合、アナログROI(DC-1MHz)のローエンドでインピーダンスがほとんどなく、低周波数のビーズでは、50us / 1.2usのトランジェントに広く開放されたままでした。私たちのデバイスは非絶縁型電力変換デバイスであり、そのためUL / CSAのレパートリーでの最も厳しい伝導イミュニティテスト(6kVサージ、すべてアナログを基準​​としたチャネルで発生し、CEの場合は2kV)に耐えなければなりませんでした。30 mVは、AGNDがフェライトビーズ上にあるかどうかを簡単に確認する場合と比較して何もありません。
Nathan Wiebe
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