¿Por qué se desaconseja exactamente separar el plano de tierra?

De vez en cuando escucho (y leo) que no es bueno hacer planos Gnd separados para las partes del circuito digital y analógico. Todo se resume en esta regla general: "No dividas el plano Gnd, no hagas huecos en él". Por lo general, esto viene sin una explicación clara.

Lo más cercano a una explicación es este enlace: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . El autor señala que las corrientes de retorno se doblarán alrededor de la brecha, de modo que las áreas de superficie de las corrientes se agranden (los límites de esa área de superficie se definen por la corriente de 'salida' y 'retorno'):

Las corrientes de retorno de las diferentes señales se comprimen juntas en las esquinas de la brecha, lo que conduce a la conversación cruzada. El área de superficie más grande de los bucles actuales emitirá y recogerá EMC.

Hasta aquí todo bien. Entiendo que no se deben enrutar señales sobre esa brecha. Suponiendo que tenga en cuenta esa regla, ¿seguiría siendo malo hacer huecos en el plano Gnd (por ejemplo, haciendo una división entre las partes del circuito analógico y digital)?

Las corrientes de retorno de alta frecuencia quieren seguir las corrientes hacia el exterior debido a la inductancia.

Si obliga a las corrientes de retorno a tomar un camino diferente, entonces suceden un par de cosas malas.

1. Crea un bucle que puede recibir y transmitir interferencias magnéticas.
2. Introduce una inductancia adicional en la ruta de la señal que puede reducir la integridad de la señal.

Tenga en cuenta que las señales digitales con bordes rápidos pueden producir fuertes picos de alta frecuencia incluso si la velocidad de conmutación es baja.

Tenga en cuenta también que la ruta externa no siempre involucra solo pistas, sino que puede estar dentro de un componente. Incluso si un componente tiene alimentación analógica y digital separada y pines de tierra, es probable que haya algunas señales cruzando el límite dentro del chip.

OTOH a bajas frecuencias las corrientes toman caminos determinados principalmente por la resistencia. Por lo tanto, dividir planos puede ser una técnica útil para influir en el camino que toman las corrientes de retorno y evitar la impedancia compartida.

Si tiene exactamente un lugar donde las señales cruzan la frontera de señal mixta, entonces dividir el plano tiene mucho sentido, obliga a las corrientes de retorno analógicas a permanecer en el lado analógico y las corrientes de retorno digital a permanecer en el lado digital.

Si tiene varios lugares donde las señales deben cruzar la frontera de la señal mixta (es decir, múltiples ADC, múltiples chips de conmutadores analógicos, etc.), los beneficios de la división se vuelven mucho más cuestionables. Cada chip de señal mixta necesita una conexión entre los dos planos, pero una vez que establece varias conexiones entre los planos, pierde muchos de los beneficios de dividirlos en primer lugar.

El razonamiento es muy similar a la tendencia de alejarse de los motivos divididos para lo digital y lo analógico. Se trata de la corriente de retorno

En realidad, ha habido una tendencia a alejarse de los planos de tierra divididos y, en cambio, a concentrarse en la separación de la ubicación Y la consideración de la ruta de corriente de retorno.

• No divida el plano de tierra, use un plano sólido debajo de las secciones analógicas y digitales de la placa.
• Use planos de tierra de área grande para rutas de retorno de corriente de baja impedancia
• Mantenga más del 75% del área del tablero para el plano de tierra
• Aviones de potencia analógicos y digitales separados
• Usa planos de tierra sólidos junto a los planos de potencia
• Localice todos los componentes y líneas analógicas sobre el plano de alimentación analógico y todos los componentes y líneas digitales sobre el plano de alimentación digital.
• No enrute trazas sobre la división en los planos de potencia, a menos que las trazas que deben pasar sobre la división del plano de potencia se encuentren en capas adyacentes al plano de tierra sólido.
• Piense dónde y cómo fluyen las corrientes de retorno del suelo.
• Particione su PCB con secciones separadas analógicas y digitales
• Coloque los componentes correctamente

Lista de verificación de diseño de señal mixta

• Particione su PCB con secciones analógicas y digitales separadas.
• Coloque los componentes correctamente.
• Montar a horcajadas la partición con los convertidores A / D.
• No divida el plano de tierra. Use un plano sólido debajo de las secciones analógicas y digitales de la placa.
• Dirige las señales digitales solo en la sección digital del tablero. Esto se aplica a todas las capas.
• Dirija las señales analógicas solo en la sección analógica de la placa. Esto se aplica a todas las capas.
• Aviones de potencia analógicos y digitales separados.
• No dirija rastros sobre la división en los planos de poder.
• Las huellas que deben pasar sobre la división del plano de potencia deben estar en capas adyacentes al plano de tierra sólido.
• Piense dónde y cómo fluyen las corrientes de retorno del suelo.
• Utiliza la disciplina de enrutamiento.

Recuerde que la clave para un diseño de PCB exitoso es el particionamiento y el uso de la disciplina de enrutamiento, no el aislamiento de los planos de tierra. Casi siempre es mejor tener un solo plano de referencia (tierra) para su sistema.

(pegado de los siguientes enlaces para archivar)

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

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

La prioridad # 1 es colocar cosas en el lugar correcto en su tablero.

Por ejemplo, si tiene el conector de entrada de alimentación a la izquierda, el controlador del motor y sus conectores de salida a la derecha, y los bits analógicos sensibles en el medio, está teniendo un mal comienzo.

Coloque mejor el conector de alimentación justo al lado de las salidas de alta corriente, lo que hace que las altas corrientes fluyan naturalmente de una manera que facilite su trabajo.

También la mejor OMI es usar planos divididos (AGND, DGND), luego colocar todos los componentes en el plano correspondiente y, al final ... eliminar la división y convertirla en un plano de tierra sólido. Esto te obliga a hacer una buena colocación.

Por lo demás, esta pregunta es más o menos la misma, aconsejo leer las respuestas.

Este es un tema difícil a menudo con información contradictoria. Un ejemplo común en el que esto surge es cuando se coloca el cobre para convertidores analógicos a digitales. A menudo, las hojas de datos especifican mantener el retorno de tierra analógico separado de la porción digital y solo vincularlos en un punto. Las hojas de datos a menudo especifican que la precisión especificada solo se puede lograr cuando el chip está conectado a tierra de esta manera.

Si toda la placa fuera un chip AtoD, esto sería fácil, pero cuando comienzas a mezclar DtoA, amplificadores operacionales, comparadores y circuitos digitales, esto rápidamente se vuelve poco práctico.

No repetiré lo que otros han dicho sobre las buenas prácticas de diseño. Similar a las resistencias en paralelo, la corriente fluirá en el camino de menor resistencia. A alta frecuencia, la inductancia de las placas puede contribuir a una reactancia significativa. El camino de menor reactancia para la corriente de retorno estaría justo debajo del rastro de señal en el plano de tierra.

Cuando hay espacios en el plano de tierra, la corriente de retorno tiene que tomar un camino más largo de regreso a la fuente, lo que resulta en un circuito más grande y una inductancia más alta.

Para obtener información más detallada sobre este tema, recomendaría Ingeniería de compatibilidad electromagnética de Henry W. Ott. Es la biblia en EMC.