Mehrere Grundebenen sind unbedingt erforderlich. Mit vollem Respekt vor Herrn Ott, da alles, was er sagt, nicht per se falsch ist , kommt er nur zu einer unvollständigen Schlussfolgerung, weil die analoge Seite nicht berücksichtigt wird. Der Punkt, den Herr Ott vermisst, ist, dass innerhalb des analogen Abschnitts selbst mehrere Masseebenen - eine für jeden Funktionsblock einer analogen Schaltung - in einem Stern-Masse-Muster angeordnet sind, eine Voraussetzung für ein rauscharmes (Douglas Self " Small Signal Audio") Design "Focal Press 2010, NwNavGuy http://nwavguy.blogspot.jp/2011/05/virtual-grounds-3-channel-amps.html). Während diese beiden Referenzen speziell Audioentwürfe berücksichtigen, sind die Prinzipien in hochpräzisen analogen Schaltungen bei Datenerfassungs- und / oder Steuerungsanwendungen noch wichtiger.
Dann stellt sich die Frage: Wie können wir digitale Masse in einem Entwurf mit mehreren analogen Massen implementieren? Ein Fehler besteht darin, die Leiterplatte mit einer einzigen Massefläche zu "blappen" und nur die von Herrn Ott beschriebenen Layouttechniken zu verwenden, um Interferenzen zwischen analogen und digitalen Abschnitten zu vermeiden. In diesem Fall kann die analoge Leistung durch Analog-Analog-Störungen beeinträchtigt werden .
In einem typischen Entwurf wird sich jeder ADC oder DAC wahrscheinlich auf verschiedene Funktionsabschnitte der analogen Schaltung beziehen. Stellen Sie für jeden dieser Abschnitte eine analoge Erdungsinsel mit einem unabhängigen Erdungsrückweg bereit, der sternförmig zum "Referenzerdungspunkt" angeordnet ist. Diese Bezugsmasse ist nicht unbedingt die Masse des Netzteils (oder der Batterie). Wenn ein Regler die analoge Leistung liefert, ist die Bezugsmasse der Erdungsstift des Regler-IC. In Bezug auf die digitale Seite sollte der Erdungsstift des Reglers, der die digitale Seite mit Strom versorgt (falls er sich von dem Erdungsstift unterscheidet, der die analoge Seite versorgt), ebenfalls mit möglichst kurzen Leiterbahnen an der Bezugsmasse angeschlossen werden. Die digitale Erdung sollte auch als isolierte Insel mit einer unabhängigen Erdungsrückführung zur Bezugsmasse implementiert werden.
Jetzt müssen wir uns mit der Schnittstelle zwischen analogen und digitalen Abschnitten befassen. Das beinhaltet
- getrennte analoge und digitale Masse bei ADC- und DAC-Geräten,
- getrennte Versorgung für analoge und digitale Stromversorgung am selben Gerät und
- Steuerleitungen wie I2C- oder PCI-Busse.
(1) Getrennte analoge und digitale Gründe.
Entwickler von Mixed-Signal-ICs wissen, dass analoge und digitale Masse miteinander verbunden werden sollten, können diese Konnektivität jedoch aufgrund von Einschränkungen der Geometrie der Chip- und Pad-Verbindungen nicht innerhalb des ICs bereitstellen. Es wird daher immer empfohlen, diese beiden Punkte extern so nah wie möglich am IC anzuschließen. Beachten Sie, dass dies nicht immer der Fall ist - viele DAC- und Digitalpotentiometer (eine Form von DAC) haben keine separaten analogen und digitalen Erdungsstifte. Bei diesen Geräten wurde die Verbindung bereits im IC hergestellt. Wenn Sie analoge und digitale Masse miteinander verbinden, muss das kombinierte Paar mit der analogen Masseebene für diesen Abschnitt der Schaltung verbunden werden.
(2) Separate analoge und digitale Versorgung auf demselben Gerät
Diese Leistungsebenen sind auch dann getrennt, wenn sie die gleiche Spannung haben. Die digitale Leistungsebene sollte über eine Ferritperle von ihrem Quellenregler (und der analogen Leistung, wenn sie von demselben Regler angesteuert wird) isoliert werden. Verbinden Sie die digitale Leistung von Mixed-Signal-ICs mit der digitalen Leistungsinsel. Überbrücken Sie mindestens sowohl die analoge als auch die digitale Versorgung des Erdungsstifts des IC mit Keramikkondensatoren (100 nF X7R / X5R werden empfohlen, einige IC-Hersteller empfehlen zusätzliche Kondensatoren - befolgen Sie die im Datenblatt angegebenen Richtlinien). Befolgen Sie die Best-Practice-Richtlinien für das Layout, indem Sie die Überbrückungskondensatoren so nahe wie möglich an den Gerätestiften platzieren. Stellen Sie sicher, dass der digitale Überbrückungskondensator auf der Seite des digitalen Erdungsstifts mit der kombinierten analogen und digitalen Masse verbunden ist. es sollte sich nicht irgendwo "dazwischen" verbinden die analogen und digitalen Stifte. Erinnern Sie sich, dass der digitale Versorgungs-Bypass-Kondensator tatsächlich da ist, um die Stromimpulse zu liefern, die auftreten, wenn die digitalen Geräte den Status wechseln. Somit gibt es eine Wechselstromschleife vom digitalen Versorgungsstift über den Kondensator in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück über das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren. in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück durch das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren. in den Erdungsstift (digitale Seite) und zurück durch das Gerät zu den digitalen Stromversorgungsstiften - eine Stromschleife, die Strahlung aussenden kann und wird. Aus diesem Grund ist es wichtig, den Bypass-Kondensator so nahe wie möglich am Gerät zu platzieren, um die Größe dieser Stromschleife zu minimieren.
(3) Steuerleitungen wie I2C- und / oder PCI-Busse
Aus den obigen Gründen haben wir bisher ein Problem mit der Verbindung von Steuerleitungen von beispielsweise dem Mikrocontroller zu den Mischsignalgeräten, da diese Leitungen per Definition von der digitalen Seite zur analogen Seite verlaufen müssen. Befolgen Sie dazu die Empfehlung von Herrn Ott, eine Brücke zwischen analogem und digitalem Boden zu schlagen. Stellen Sie für jede analoge Insel mit Steuerleitungen, die sie mit der digitalen Seite verbinden, eine Brücke von jeder analogen Masse zur digitalen Masse her und verlegen Sie die Signalleitungen direkt über diese Brücke. Abhängig vom tatsächlichen Layout und der Komplexität der Schaltung besteht möglicherweise eine einzige Brücke, die mit mehr als einer analogen Masse verbunden ist. Das ist akzeptabel - das Hauptproblem besteht darin, alle lauten Steuerleitungen über eine Brücke zu verlegen. Die Gründe dafür werden in Herrn Ott 'Artikel ausführlich erläutert.
Zusammenfassend sind die obigen Techniken mehr Arbeit als eine einzelne Grundebene, aber notwendig. Keine der obigen Ausführungen negiert oder entfernt die Anweisungen von Herrn Ott in Bezug auf eine sorgfältige Auslegung und das Wissen, wo die Gleich - und Wechselstrompfade fließen ( beide Pfade - senden und senden)Rückkehr). Die meisten Autorouter werden Probleme haben, ein Qualitätsergebnis zu erzielen. Sie müssen immer etwas von Hand routen - eine mögliche zeitsparende Technik besteht darin, die Schaltkreisinseln automatisch zu routen und die Verbindungen, Erdungsrückführungen, Stromverteilung und Steuerleitungen von Hand zu routen. Einige PCB-Layout-Anwendungen unterstützen die Erstellung von Analog-Digital-Erdungsbrücken nur unzureichend, da sie effektiv verschiedene Signalnetze verbinden. Wenn Ihre Software dies ausdrücklich unterstützt, sind Sie möglicherweise gezwungen, einen vom DRC-Prozess erkannten Fehler zu überschreiben.
