Múltiples planos de tierra son absolutamente necesarios. Con pleno respeto al Sr. Ott ya que todo lo que dice no está mal per se, solo llega a una conclusión incompleta debido a la omisión de consideración del lado analógico. El punto que falta el Sr. Ott es que dentro de la sección analógica en sí , múltiples planos de tierra, uno para cada bloque funcional de circuitos analógicos, dispuestos en un patrón de estrella-tierra, es un requisito para bajo ruido (Douglas Self " Small Signal Audio Diseño "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html) Si bien estas dos referencias consideran específicamente los diseños de audio, los principios son aún más importantes en los circuitos analógicos de alta precisión en las aplicaciones de adquisición y / o control de datos.
El problema es: ¿cómo implementamos la tierra digital dentro de un diseño que posee múltiples tierras analógicas? Un error es "descartar" la PCB con un solo plano de tierra y usar solo las técnicas de diseño descritas por el Sr. Ott para evitar interferencias entre las secciones analógicas y digitales. Si hace esto, el rendimiento analógico puede verse afectado debido a la interferencia de analógico a analógico .
En un diseño típico, cada ADC o DAC probablemente estará relacionado con diferentes secciones funcionales de los circuitos analógicos. Proporcione una "isla" de tierra analógica para cada una de estas secciones con una ruta de retorno de tierra independiente, dispuesta en un patrón de estrella-tierra, de regreso a la "tierra de referencia". Esta tierra de referencia no es necesariamente la tierra de la fuente de alimentación (o batería). Si hay un regulador que suministra la potencia analógica, entonces la tierra de referencia es el pin de tierra del IC del regulador. En cuanto al lado digital, el pin de tierra del regulador que alimenta el lado digital (si es diferente del que suministra el lado analógico) también debe estar vinculado al suelo de referencia con trazas lo más cortas posible. La tierra digital también debe implementarse como una isla aislada con un retorno de tierra independiente de regreso a la tierra de referencia.
Ahora tenemos que lidiar con la interfaz entre secciones analógicas y digitales. Esto incluye
- bases analógicas y digitales separadas en dispositivos ADC y DAC,
- suministros separados para alimentación analógica y digital en el mismo dispositivo y
- líneas de control como buses I2C o PCI.
(1) Separar las bases analógicas y digitales.
Los diseñadores de circuitos integrados de señal mixta saben que la tierra analógica y digital deben conectarse entre sí, pero no pueden proporcionar esa conectividad dentro del circuito integrado debido a las restricciones de la geometría de las conexiones del troquel y la plataforma. Por lo tanto, la recomendación es siempre conectar estos dos puntos externamente lo más cerca posible del CI. Tenga en cuenta que este no es siempre el caso: muchos DAC y potenciómetros digitales (una forma de DAC) no tienen pines de tierra analógicos y digitales separados. Para estos dispositivos, la conexión ya se ha realizado dentro del IC. Al conectar tierra analógica y digital, el par combinado se debe conectar al plano de tierra analógico para esa sección del circuito.
(2) Suministros analógicos y digitales separados en el mismo dispositivo
Estos planos de potencia estarán separados incluso si resultan ser el mismo voltaje. El plano de potencia digital debe aislarse de su regulador de fuente (y potencia analógica si es accionado por el mismo regulador) por medio de un cordón de ferrita. Conecte la alimentación digital de los CI de señal mixta a la isla de alimentación digital; como mínimo, omita el suministro analógico y digital al pin de tierra del IC con condensadores de cerámica (se recomiendan 100nF X7R / X5R, algunos fabricantes de IC recomiendan condensadores adicionales; siga las pautas establecidas en la hoja de datos). Siga las pautas de diseño de mejores prácticas ubicando los condensadores de derivación lo más cerca posible de los pines del dispositivo. Asegúrese de que el condensador de derivación digital esté conectado a la tierra combinada analógica y digital en el lado del pin de tierra digital; no debe conectarse en algún lugar "intermedio" Los pines analógicos y digitales. Recuerde que el condensador de derivación de suministro digital está de hecho allí para generar los pulsos de corriente que ocurren cuando los dispositivos digitales cambian de estado. Por lo tanto, hay un bucle de corriente CA desde el pin de suministro digital, a través del condensador, hacia el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un bucle de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente. en el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un circuito de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente. en el pin de tierra (lado digital) y de regreso a través del dispositivo a los pines de alimentación digital, un circuito de corriente que puede y emitirá radiación. Es por esto que es importante colocar el condensador de derivación lo más cerca posible del dispositivo, minimizando así el tamaño de este circuito de corriente.
(3) Líneas de control como I2C y / o buses PCI
Hasta ahora, dado lo anterior, tenemos un problema al conectar las líneas de control desde, por ejemplo, el microcontrolador a los dispositivos de señal mixta, ya que estas líneas deben, por definición, cruzar del lado digital al lado analógico. Para esto, siga la recomendación del Sr. Ott de proporcionar un puente entre tierra analógica y digital. Para cada isla analógica que tenga líneas de control que lo conectan al lado digital, proporcione un puente desde cada tierra analógica a tierra digital y dirija las líneas de señal directamente sobre ese puente. Dependiendo del diseño real y la complejidad del circuito, puede tener un solo puente que se conecta a más de una tierra analógica. Eso es aceptable: la cuestión clave es enrutar todas las líneas de control ruidosas sobre un puente. Las razones de esto se explican completamente en el artículo del Sr. Ott.
En resumen, las técnicas anteriores son más trabajo que un solo plano de tierra, pero son necesarias. Ninguna de las discusiones anteriores niega o elimina las instrucciones del Sr. Ott sobre un diseño cuidadoso y siempre sabiendo dónde fluyen las rutas de corriente CC y CA ( ambas rutas : enviar y enviarregreso). La mayoría de los enrutadores automáticos tendrán problemas para proporcionar un resultado de calidad teniendo en cuenta lo anterior. Siempre tendrá que realizar algunas rutas a mano: una posible técnica para ahorrar tiempo es enrutar automáticamente las islas del circuito y enrutar manualmente las interconexiones, los retornos a tierra, la distribución de energía y las líneas de control. Algunas aplicaciones de diseño de PCB tienen un soporte débil para crear puentes de tierra de analógico a digital, ya que conecta efectivamente diferentes redes de señal. Si su software tiene soporte explícito para esto, genial, si no, podría verse obligado a una situación en la que anule un error detectado por el proceso DRC.
