Следует ли разделить слои земли AGND и DGND?
Простой ответ заключается в том, что это зависит от ситуации, а развернутый ответ заключается в том, что они обычно не разделяются.Потому что в большинстве случаев отделение заземляющего слоя только увеличит индуктивность обратного тока, что принесет больше вреда, чем пользы.Формула V = L(di/dt) показывает, что с увеличением индуктивности шум напряжения увеличивается.А по мере увеличения тока переключения (поскольку увеличивается частота дискретизации преобразователя) шум напряжения также будет увеличиваться.Поэтому слои заземления должны быть соединены между собой.
Примером может служить то, что в некоторых приложениях, чтобы соответствовать традиционным требованиям к проектированию, грязное питание шины или цифровые схемы должны быть размещены в определенных областях, но также из-за ограничений по размеру плата не может обеспечить хороший раздел компоновки, в этом В этом случае отдельный слой заземления является ключом к достижению хорошей производительности.Однако для того, чтобы общая конструкция была эффективной, эти слои заземления должны быть соединены вместе где-то на плате с помощью перемычки или точки соединения.Поэтому точки подключения должны быть равномерно распределены по разделенным слоям заземления.В конечном счете, на печатной плате часто имеется точка подключения, которая становится лучшим местом для прохождения обратного тока, не вызывая снижения производительности.Эта точка подключения обычно расположена рядом с преобразователем или под ним.
При проектировании слоев источника питания используйте все медные дорожки, доступные для этих слоев.Если возможно, не позволяйте этим слоям иметь общие выравнивания, поскольку дополнительные выравнивания и переходы могут быстро повредить слой источника питания, разделив его на более мелкие части.Получающийся в результате разреженный слой питания может сжать пути тока туда, где они больше всего необходимы, а именно к контактам питания преобразователя.Пропускание тока между переходными отверстиями и выравниваниями повышает сопротивление, вызывая небольшое падение напряжения на выводах питания преобразователя.
Наконец, решающее значение имеет размещение слоя источника питания.Никогда не размещайте шумный уровень цифрового источника питания поверх слоя аналогового источника питания, иначе они могут все равно соединяться, даже если они находятся на разных уровнях.Чтобы свести к минимуму риск ухудшения производительности системы, при проектировании следует разделять эти типы слоев, а не объединять их вместе, когда это возможно.
Можно ли игнорировать конструкцию системы подачи питания (PDS) печатной платы?
Целью разработки PDS является минимизация пульсаций напряжения, возникающих в ответ на потребляемый ток источника питания.Все цепи требуют тока, некоторые с высоким потреблением, а другие требуют, чтобы ток подавался с большей скоростью.Использование полностью развязанного слоя питания или земли с низким импедансом и хорошей ламинации печатной платы сводит к минимуму пульсации напряжения, связанные с потреблением тока в схеме.Например, если конструкция рассчитана на коммутируемый ток 1А и сопротивление СПД 10мОм, то максимальная пульсация напряжения составит 10мВ.
Во-первых, структура стека печатной платы должна быть спроектирована так, чтобы поддерживать большие уровни емкости.Например, шестислойный стек может содержать верхний сигнальный слой, первый заземляющий слой, первый уровень мощности, второй уровень мощности, второй заземляющий слой и нижний сигнальный слой.Первый слой заземления и первый слой источника питания расположены в непосредственной близости друг от друга в многослойной структуре, и эти два слоя расположены на расстоянии от 2 до 3 милов друг от друга, чтобы сформировать внутреннюю емкость слоя.Большим преимуществом этого конденсатора является то, что он бесплатен и его необходимо указать только в примечаниях к производству печатной платы.Если уровень источника питания необходимо разделить и на одном уровне имеется несколько шин питания VDD, следует использовать максимально возможный уровень источника питания.Не оставляйте пустых отверстий, но и уделяйте внимание чувствительным цепям.Это позволит максимизировать емкость этого слоя VDD.Если конструкция допускает наличие дополнительных слоев, между первым и вторым слоями источника питания следует разместить два дополнительных слоя заземления.В случае того же расстояния между жилами, составляющего от 2 до 3 милов, собственная емкость ламинированной структуры в это время будет удвоена.
Для идеальной ламинации печатной платы следует использовать развязывающие конденсаторы в начальной точке входа уровня источника питания и вокруг тестируемого устройства, что обеспечит низкое сопротивление PDS во всем диапазоне частот.Использование нескольких конденсаторов емкостью от 0,001 до 100 мкФ поможет охватить этот диапазон.Не обязательно везде иметь конденсаторы;подключение конденсаторов непосредственно к проверяемому устройству нарушит все производственные правила.Если необходимы столь суровые меры, у схемы возникают другие проблемы.
Важность открытых подушечек (E-Pad)
Этот аспект легко упустить из виду, но он имеет решающее значение для достижения наилучшей производительности и рассеивания тепла при проектировании печатной платы.
Открытая площадка (контакт 0) относится к площадке под большинством современных высокоскоростных микросхем и является важным соединением, посредством которого все внутреннее заземление микросхемы соединяется с центральной точкой под устройством.Наличие открытой площадки позволяет многим преобразователям и усилителям исключить необходимость в заземляющем контакте.Ключевым моментом является создание стабильного и надежного электрического и теплового соединения при пайке этой площадки к печатной плате, иначе система может быть серьезно повреждена.
Оптимальных электрических и тепловых соединений для открытых площадок можно добиться, выполнив три шага.Во-первых, где это возможно, открытые площадки должны быть дублированы на каждом слое печатной платы, что обеспечит более толстое тепловое соединение для всего заземления и, следовательно, быстрый отвод тепла, что особенно важно для устройств высокой мощности.С электрической стороны это обеспечит хорошее эквипотенциальное соединение всех слоев заземления.При дублировании открытых площадок на нижнем слое ее можно использовать как точку развязки заземления и место для установки радиаторов.
Затем разделите открытые площадки на несколько одинаковых секций.Лучше всего подойдет шахматная форма, ее можно добиться с помощью поперечных сеток экрана или паяльной маски.При сборке оплавлением невозможно определить, как течет паяльная паста для установления соединения устройства с платой, поэтому соединение может присутствовать, но распределяться неравномерно, или, что еще хуже, соединение маленькое и расположено в углу.Разделение открытой площадки на более мелкие секции позволяет каждой области иметь точку подключения, обеспечивая тем самым надежное и равномерное соединение между устройством и печатной платой.
Наконец, следует убедиться, что каждая секция имеет заземление через отверстие.Области обычно достаточно велики, чтобы вместить несколько переходных отверстий.Перед сборкой обязательно заполните каждое переходное отверстие паяльной пастой или эпоксидной смолой.Этот шаг важен для обеспечения того, чтобы открытая паяльная паста не затекала обратно в полости переходных отверстий, что в противном случае снизило бы вероятность правильного соединения.
Проблема перекрестной связи между слоями печатной платы
При проектировании печатных плат разводка некоторых высокоскоростных преобразователей неизбежно будет иметь перекрестное соединение одного уровня схемы с другим.В некоторых случаях чувствительный аналоговый уровень (питание, земля или сигнал) может находиться непосредственно над цифровым уровнем с высоким уровнем шума.Большинство дизайнеров считают, что это не имеет значения, поскольку эти слои расположены на разных слоях.Так ли это?Давайте рассмотрим простой тест.
Выберите один из соседних слоев и подайте сигнал на этом уровне, затем подключите слои с перекрестной связью к анализатору спектра.Как видите, с соседним слоем связано очень много сигналов.Даже при расстоянии в 40 мил существует ощущение, что соседние слои по-прежнему образуют емкость, так что на некоторых частотах сигнал все равно будет передаваться от одного слоя к другому.
Предполагая, что цифровая часть с высоким уровнем шума на уровне имеет сигнал 1 В от высокоскоростного переключателя, неуправляемый уровень будет видеть сигнал 1 мВ, поступающий от управляемого уровня, когда изоляция между уровнями составляет 60 дБ.Для 12-битного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с полным размахом напряжения 2 В (пик-пик) это означает 2 младших разряда (младший бит) связи.Для данной системы это может не быть проблемой, но следует отметить, что при увеличении разрешения с 12 до 14 бит чувствительность увеличивается в четыре раза и, таким образом, ошибка увеличивается до 8LSB.
Игнорирование межплоскостной/межуровневой связи не может привести к сбою конструкции системы или ее ослаблению, но необходимо сохранять бдительность, поскольку между двумя уровнями может быть больше связей, чем можно было бы ожидать.
Это следует учитывать, когда в пределах целевого спектра обнаруживается паразитная связь шума.Иногда разводка компоновки может привести к непреднамеренным сигналам или перекрестному соединению слоев с разными уровнями.Имейте это в виду при отладке чувствительных систем: проблема может скрываться на нижнем уровне.
Статья взята из сети, если есть нарушения, обращайтесь для удаления, спасибо!
Время публикации: 27 апреля 2022 г.