Про слои заземления

[specialist]

Вообщем у меня технический вопрос, к которому мне непонятно как подступиться. Время от времени я развожу платы измерителей, есть разделенный слой заземления, на цифровую и аналоговую землю. Причем "правильной" точкой соединения цифровой и аналоговой земли, выбирается точка подключения "gnd" на источнике питания которое расходится в обе стороны, или если у нас цепи измерительные, то соединяются в точке аналоговой земли АЦП. В книге Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры, пишут так:

(Оффтоп)

"в некоторых системах, особенно , особенно включающие дочерние печатные платы, плоскости проектируются так, что они образуют подсоединение звездой к единой точке питания....Часто соединение слоев заземления этих частей производится в одной точке непосредственно под микросхемами (или близко от них)...

Мягко говоря. мне вообще непонятно, как выбирается точка соединения цифровой и аналоговой земли исходя из минимальности проникновения помех или распространения. Подскажите пожалуйста в каком направлении мыслить?

[realeugene]

Мыслите в том направлении, что аналоговая земля задаёт "начало отсчёта" для аналоговых сигналов. Так что, если она в датчике "плавает", её лучше присоединять к цифровой схеме возле АЦП. В этом случае подключение датчика будет больше похоже на нормальное дифференциальное.

Кроме того, микросхемам категорически противопоказано заметное напряжение между из различными землями даже на короткое время во время импульсных помех. Они могут защёлкнуться из-за тиристорного эффекта.

[specialist]

Все равно, не ясно, дифференциальное включение датчика используется для компенсации влияния сторонних факторов. Здесь мне непонятно что чего компенсирует? ну сделаем мы перемычку между аналоговой и цифровой землей далеко от ацп. От этого увеличится сопротивление между цифровой и аналоговой землей, значит они имеют права плавать на сопротивлениях между перемычкой и ножками. Но цифровая земля обычно соединяется с землей питания микросхемы. Получается если рассматривать плавание цифровой и аналоговой земли(ножек микросхемы) относительно точки земли питания, то если мы соединяем земли близко к ноге аналоговой земли АЦП, то нога будет плавать примерно также как и цифровая нога земли АЦП и между ними не будет, большого падения напряжения. В этом суть? В этом дифференциальность включения?

[realeugene]

АЦП без дифференциального входа измеряет напряжения относительно своей земли. Если вы соединяете земли возле источника питания, вы в аналоговую цепь добавляете участок цифровой земли с цифровыми помехами. Или ж, если у аналоговых входов отдельная аналоговая земля, вы рискуете, что между аналоговой и цифровой землями может из-за импульсной помехи возникнуть большой перепад напряжения, способный открыть паразитный тиристор.

[specialist]

Так, про перепад, я кажется понял правильно, а вот про помехи нет. Рассмотрим пример: у нас есть всего две микросхемы, одна источник опорного напряжения, другая - внешнее АЦП.
у микросхемы внешнего АЦП, есть две ножки земли - цифровая(на ней внутри микросхемы висит вся логика, питание и цифровой выход) и аналоговая (туды включается "земля" того что нужно померить). У опорника есть только одна нога земли. Да рассматриваем случай, что все происходит в одном слое.
Как я понял вы мне рассказываете про случай, когда нога земли опорника связана с ногой цифровой земли АЦП и с ногой аналоговой земли АЦП и перемычка между цифровой и аналоговой землей висит на ноге опорника. То есть по сути, от АЦП тянутся два длинных провода к опорнику и там между друг дружкой замыкаются. Так как они длинные, мне ясно что падение на них будет большое (между ногами земель АЦП, что способно открыть паразитный тиристор). Но мне не ясна фраза: " вы в аналоговую цепь добавляете участок цифровой земли с цифровыми помехами". Где именно я добавляю участок, ни как не пойму.

[realeugene]

specialist в сообщении #1359013 писал(а):

Где именно я добавляю участок, ни как не пойму.

В данной схеме не добавляете. Но если подключаете аналоговую землю микросхемы к цифровой, и подключаете землю датчика к источнику питания, то добавляете. Я же не вижу разводку вашей платы.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: по-видимому, это скорее сюда.

[specialist]

Значит вы рассматриваете случай, когда когда нога земли опорника связана с ногой цифровой земли АЦП и с ногой аналоговой земли АЦП и перемычка между цифровой и аналоговой землей висит на ноге Аналоговой земли АЦП. Тогда есть длинный участок земли от Опорника до цифровой земли АЦП, а аналоговая подключается в точке ножки аналоговой земли АЦП. Тогда вот этот участок от перемычки до Опорника - это такой "ус" который ловит помехи - вы о нем говорите. Если нет то опишите пожалуйста точно схему которую вы описываете (ножек всего три, описывать немного).

[specialist]

Вот перенесли сюда тему, и больше никто не отвечает.

[SergeCpp]

specialist в сообщении #1359472 писал(а):

Вот перенесли сюда тему, и больше никто не отвечает.

Вашу тему видно в списке активных тем, слева вверху три ссылки:
Сообщения без ответов | Активные темы | Избранное

specialist в сообщении #1358961 писал(а):

Вообщем у меня технический вопрос, к которому мне непонятно как подступиться. Время от времени я развожу платы измерителей, есть разделенный слой заземления, на цифровую и аналоговую землю. Причем "правильной" точкой соединения цифровой и аналоговой земли, выбирается точка подключения "gnd" на источнике питания которое расходится в обе стороны, или если у нас цепи измерительные, то соединяются в точке аналоговой земли АЦП.

<...>

...непонятно, как выбирается точка соединения цифровой и аналоговой земли исходя из минимальности проникновения помех или распространения. Подскажите пожалуйста в каком направлении мыслить?

Если есть критичность к уровню помех, то их как-то можно померить (сделать какие-нибудь модельные условия на входах, etc., при которых помехи явно определяются /осциллограф там, ещё как/).

И теперь выбирать (менять) точку соединения слоёв земли (слои на многослойной печатной плате, да?). Для этого один экземпляр платы можно "подготовить" -- сделать оттверстия для соединений в интуитивных местах (как инженер вы таковые места чуете). И тогда менять точки соединения (разумеется, отключив всё сперва).

Таким образом определится один (несколько) минимумов. Анализируя места этих точек (что там по схеме) можно и дальше уточнять. И так далее, до достижения минимума или приемлемого уровня.

[EUgeneUS]

specialist
Скажите, Вы смотрели, что по этому поводу пишут Хоровиц и Хилл?
Там, конечно, вопрос рассматривается не применительно к печатным платам, а "вообще", но на вполне конкретных, реальных примерах.

[nds]

specialist
Когда занимался импульсной сильноточной электроникой, по поводу заземления было основное правило: все заземления делались в одной точке. Причина простая — токи "гуляющие" по разным землям становятся неконтролируемыми а "земли" становятся источником помех (компьютеры и любые приборы напрямую не задействованные в схеме могли запросто сгореть).
В вашем случае ИМХО ситуация не такая критичная, но похожая. Поэтому по вашей ссылке

specialist в сообщении #1358961 писал(а):

плоскости проектируются так, что они образуют подсоединение звездой к единой точке питания....

В любом случае нужно рассматривать конкретную схему и как "земля" может стать источником помех. Вы же понимаете, если сигнальный провод с датчика заземлённый на измеряющем приборе ещё заземлить и на датчике, сигнал может измениться. Такая же ситуация может возникнуть и на плате. Недостаточная проводимость общего заземляющего проводника может создавать помеху для чувствительной аналоговой цепи. Поэтому цифровые и аналоговые земли часто ведут раздельно до самого источника питания.

Опасность в этом случае, по-моему, представляет именно статическая разность потенциалов между разными землями, для исключения которой используют, например диоды Шоттки.
Естественно, схемы СВЧ строятся по иному принципу.

[specialist]

EUgeneUS в сообщении #1359513 писал(а):

specialist
Скажите, Вы смотрели, что по этому поводу пишут Хоровиц и Хилл?
Там, конечно, вопрос рассматривается не применительно к печатным платам, а "вообще", но на вполне конкретных, реальных примерах.

Может я вас не понимаю,(может вы говорите о помехах в схемах вообще, тогда нужно заново прочесть всего Хоровца) но Хоровиц-Хилл как и Титце-Шенк, не о топологии ПП (хотя об этом есть глава в 3 томе, но там только очень общая информация.)

-- 07.12.2018, 23:43 --

Мне ясно про разность между землями (на одной микросхеме), про одну точку соединения(вот каверзный вопрос, у вас не одно внешнее АЦП, а 20 да еще в разных местах, а питание у них одно, ну и как вы одной точкой увяжите все АЦП? ). Мне совершенно не ясен смысл рассуждений про выбор точки соединения цифровой и аналоговой земли относительно помех. Можите изложить мнемонический алгоритм, вот вы как схемотехник, как рассуждаете? Или может быть, вы знаете хоть одну книгу, где это взяли и посчитали?
Нет я понимаю, что хочется конкретную схему рассмотреть, а можно изложить алгоритм, с помощью которого рассматривается схема.
Вот я спрашивал, про случай, что у нас есть полигон земли разделенный на цифровую(силовая тамже) и аналоговую, на другом слое - полигон питания. у нас есть всего две микросхемы, одна источник опорного напряжения, другая - внешнее АЦП. Между ними некоторое расстояние у микросхемы внешнего АЦП, есть две ножки земли - цифровая(на ней внутри микросхемы висит вся логика, питание и цифровой выход) (цифровая висит на цифровой части полигона земли) и аналоговая (туды включается "земля" того что нужно померить)(висит на аналоговой части земли). У опорника есть только одна нога земли.
Задача определить оптимальное расположение единственной перемычки между землей цифровой(на которой висит также питание), и аналоговой землей.
Я уже разобрался, что из некоторых соображений падение напряжения между разными ногами земли одной микросхемы - это плохо. Поэтому идеально соединять земли, под аналоговым выводом земли ацп. Мне не понятно про помехи. Когда рассуждают пусть у нас частоты сигналов не выше мегагерца, плата пусть не больше 10 на 10см. Тогда источником помех могут быть только двое - микросхема опорника и микросхема АЦП. Так как мы образованные схемотехники у нас есть заградительные конденсаторы по питанию, как на выходе опорника, так и на входе по питанию у АЦП.
Так какие помехи остаются, относительно чего дальше рассуждать?

[realeugene]

specialist в сообщении #1359636 писал(а):

у вас не одно внешнее АЦП, а 20 да еще в разных местах

В таких случаях вероятно лучше вообще не заводить различные земли, сделав один общий земляной внутренний слой в многослойной плате. Просто, нужно стараться рядом не разводить на плате высокочастотные цифровые и аналоговые цепи. Возвратные токи от цифровых линий всё равно пойдут по земляному слою по кратчайшему расстоянию под цифровыми проводниками. Да, именно, при проектировании аналоговых цепей полезно понимать, где какие цифровые токи по вашей плате гуляют. Разрезание единого земляного полигона на различные земли может помочь в некоторых случаях не заводить эти возвратные токи под аналоговые цепи, но, также, может и ухудшить ситуацию, если цифровые цепи вы потом будете вынуждены провести над разрезом, а возвратные токи начнут этот разрез обходить по контуру.

Прецизионные аналоговые цепи следует делать дифференциальными. И иногда вплоть до внешних экранов над компонентами.

specialist в сообщении #1359636 писал(а):

Когда рассуждают пусть у нас частоты сигналов не выше мегагерца

Цифровые помехи сильно зависят от скорости нарастания фронтов. На мегагерц для уменьшения помех можно ставить какую-нибудь медленную логику и, если есть возможность управления, задавать минимальный ток драйверов пинов в микросхемах.

-- 08.12.2018, 01:52 --

specialist в сообщении #1359636 писал(а):

Тогда источником помех могут быть только двое - микросхема опорника и микросхема АЦП.

Собственные шумы аналоговых компонентов - это не помехи от цифры. Если стоит задача работать вблизи уровня шумов, нужно использовать малошумящие компоненты и специальные схемотехнические приёмы. Например, мостовые схемы включения тензодатчиков сильно снижают требования к точности и шумам опорника, если это же напряжение опорника с теми же шумами заведено и на референс АЦП.