Pourquoi est-il exactement déconseillé d'écarter le plan du sol?

De temps en temps, j'entends (et lis) qu'il n'est pas bon de faire des plans Gnd séparés pour les pièces de circuits numériques et analogiques. Tout est résumé dans cette règle de base: "Ne divisez pas le plan Gnd, ne faites pas de lacunes dedans." Habituellement, cela vient sans explication claire.

Le lien le plus proche avec une explication est ce lien: http://www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html . L'auteur souligne que les courants de retour se plieront autour de l'écart, de sorte que les surfaces des courants deviennent grandes (les frontières de cette surface sont définies par le courant de départ et de retour):

Les courants de retour des différents signaux sont serrés ensemble aux coins de l'écart, ce qui conduit à une diaphonie. La plus grande surface des boucles actuelles émettra et captera la CEM.

Jusqu'ici tout va bien. Je comprends qu'aucun signal ne doit être acheminé sur un tel écart. En supposant que vous gardiez cette règle à l'esprit, serait-il toujours mauvais de faire des lacunes dans le plan Gnd (par exemple, faire une séparation entre les parties de circuits analogiques et numériques)?

Les courants de retour à haute fréquence veulent suivre les courants sortants en raison de l'inductance.

Si vous forcez les courants de retour à prendre un chemin différent, deux mauvaises choses se produisent.

1. Vous créez une boucle qui peut recevoir et transmettre des interférences magnétiques.
2. Vous introduisez une inductance supplémentaire dans le chemin du signal qui peut réduire l'intégrité du signal.

Notez que les signaux numériques avec des fronts rapides peuvent produire de fortes pointes de haute fréquence même si le taux de commutation est faible.

Notez également que le chemin vers l'extérieur peut ne pas toujours impliquer uniquement des pistes, il peut être à l'intérieur d'un composant. Même si un composant a des broches d'alimentation et de mise à la terre analogiques et numériques distinctes, il est probable que certains signaux traversent la frontière à l'intérieur de la puce.

Les courants OTOH aux basses fréquences empruntent des chemins déterminés de façon primaire par la résistance. Ainsi, la séparation des plans peut être une technique utile pour influencer la trajectoire des courants de retour et éviter l'impédance partagée.

Si vous avez exactement un endroit où les signaux traversent la frontière des signaux mixtes, alors la division de l'avion a beaucoup de sens, cela oblige les courants de retour analogiques à rester du côté analogique et les courants de retour numériques à rester du côté numérique.

Si vous avez plusieurs endroits où les signaux doivent traverser la frontière du signal mixte (c'est-à-dire plusieurs ADC, plusieurs puces de commutation analogique, etc.), les avantages de la séparation deviennent beaucoup plus discutables. Chaque puce de signal mixte a besoin d'une connexion entre les deux avions, mais une fois que vous avez mis plusieurs connexions entre les avions, vous perdez beaucoup d'avantages de les diviser en premier lieu.

Le raisonnement est très similaire à la tendance à l'écart des terrains partagés pour le numérique et l'analogique. Tout tourne autour du courant de retour

Il y a en fait eu une tendance à s'éloigner des plans de sol divisés et à se concentrer plutôt sur la séparation de placement ET la prise en compte de la trajectoire de retour.

• Ne divisez pas le plan de masse, utilisez un plan solide sous les sections analogiques et numériques de la carte
• Utilisez des plans de masse de grande surface pour les chemins de retour de courant à faible impédance
• Gardez plus de 75% de surface de planche pour le plan au sol
• Plans d'alimentation analogiques et numériques séparés
• Utilisez des avions au sol solides à côté des avions électriques
• Localisez tous les composants et lignes analogiques sur le plan de puissance analogique et tous les composants et lignes numériques sur le plan de puissance numérique
• Ne pas acheminer les traces sur la séparation dans les plans de puissance, sauf si les traces qui doivent dépasser la division du plan de puissance doivent se trouver sur des couches adjacentes au plan de masse solide
• Pensez à où et comment les courants de retour au sol circulent réellement
• Cloisonnez votre PCB avec des sections analogiques et numériques séparées
• Placer les composants correctement

Liste de contrôle de conception de signaux mixtes

• Partitionnez votre PCB avec des sections analogiques et numériques séparées.
• Placer correctement les composants.
• Chevauchez la partition avec les convertisseurs A / N.
• Ne divisez pas le plan du sol. Utilisez un plan solide sous les sections analogiques et numériques de la carte.
• Acheminez les signaux numériques uniquement dans la section numérique de la carte. Cela s'applique à toutes les couches.
• Acheminez les signaux analogiques uniquement dans la section analogique de la carte. Cela s'applique à toutes les couches.
• Plans d'alimentation analogiques et numériques séparés.
• N'acheminez pas de traces sur la séparation dans les avions électriques.
• Les traces qui doivent dépasser la division du plan de puissance doivent se trouver sur des couches adjacentes au plan de masse solide.
• Pensez à où et comment les courants de retour au sol circulent réellement.
• Utilisez la discipline de routage.

N'oubliez pas que la clé d'une mise en page réussie de PCB est le partitionnement et l'utilisation de la discipline de routage, et non l'isolement des plans de masse. Il est presque toujours préférable de n'avoir qu'un seul plan de référence (sol) pour votre système.

(collé à partir des liens ci-dessous pour l'archivage)

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

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

La priorité n ° 1 est de placer les trucs au bon endroit sur votre planche.

Par exemple, si vous avez le connecteur d'entrée d'alimentation à gauche, le contrôleur de moteur et ses connecteurs de sortie à droite, et les bits analogiques sensibles au milieu, vous êtes mal parti.

Mieux vaut placer le connecteur d'alimentation juste à côté des sorties à courant élevé, ce qui permet aux courants élevés de circuler naturellement d'une manière qui facilite votre travail.

Le meilleur IMO est également d'utiliser des plans divisés (AGND, DGND), puis de placer tous les composants sur le plan correspondant puis, à la fin ... de supprimer le fractionnement et de le transformer en un plan de masse solide. Cela vous oblige à faire un bon placement.

Pour le reste, cette question est plus ou moins la même, je conseille de lire les réponses.

C'est un sujet difficile, souvent avec des informations contradictoires. Un exemple courant où cela se produit est lors de la disposition du cuivre pour les convertisseurs analogiques-numériques. Souvent, les fiches techniques spécifient de garder le retour de masse analogique séparé de la partie numérique et de les attacher ensemble à un seul point. Les fiches techniques spécifient souvent que la précision spécifiée ne peut être atteinte que lorsque la puce est mise à la terre de cette manière.

Si la carte entière était une seule puce AtoD, ce serait facile, mais lorsque vous commencez à mélanger des DtoA, des amplis Op, des comparateurs et des circuits numériques, cela devient rapidement impossible.

Je ne vais pas répéter ce que les autres ont dit sur les bonnes pratiques de mise en page. Semblable aux résistances en parallèle, le courant circulera dans le chemin de moindre résistance. À haute fréquence, l'inductance des cartes peut contribuer à une réactance importante. Le chemin de moindre réactance pour le courant de retour serait juste sous la trace du signal dans le plan de masse.

Lorsqu'il y a des lacunes dans le plan de masse, le courant de retour doit reprendre un chemin plus long jusqu'à la source, ce qui se traduit par une boucle plus grande et une inductance plus élevée.

Pour des informations plus détaillées à ce sujet, je recommanderais l'ingénierie de compatibilité électromagnétique par Henry W. Ott. C'est la Bible sur EMC.