Здравствуйте! Вопрос по использованию цифровых и аналоговых шин земли и питания в контексте одного чипа. У чипов DAC ADC сейчас раздельное питания цифровой и аналоговой частей, отдельные выводы. Подскажите свод основных правил по объединению цифровых и аналоговых шин питания? Надо ли цифровую и аналоговую части питать от различных стабилизаторов питания? В каком месте объединять цифровые и аналоговые земли? при равном напряжении питания.
_________________ "Кроме высшего образования надо иметь хотя бы среднее соображение" (С) "Умные люди на то и умны, чтоб разбираться в запутанных вещах." (М.Булгаков)
Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.
Это чтиво каких лет? 80-х прошлого века? Сейчас использую чипы не старше 2010 года.
Закон Ома ещё старее.
_________________ "Кроме высшего образования надо иметь хотя бы среднее соображение" (С) "Умные люди на то и умны, чтоб разбираться в запутанных вещах." (М.Булгаков)
Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре.
Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.
Цифровая техника появилась ещё раньше, в 60-е годы. С тех пор принципиально ничего в этом плане не изменилось. Только я что-то не помню, чтоб там были рекомендации по разводке печатных плат.
как же ничего не изменилось. В 60-е это были шкафы полные плат с микросхемами, а сейчас весь функционал электронного шкафа из 60-х умещается в одном кристалле. Меня интересует как строить питание кристалла и аналоговыми и цифровыми шинами земли и питания?
как строить питание кристалла и аналоговыми и цифровыми шинами земли и питания?
Земля цифровой и аналоговой части в идеале должна соединяться прямо под аналогово-цифровой микросхемой либо очень тонким, либо относительно высокоомным (порядка единиц Ом) проводником/резистором. В зависимости от диапазона частот допускается небольшое отклонение от топологии. То есть не под микросхемой, а совсем рядом. Это соединение практически минимизирует до предела протекание токов цифровой земли по аналоговой земле. Источники питания этих частей схемы так же должны исключать протекания токовпо общему проводу между ними. Это общее правило. Реализация определяется инженером. В этом и состоит его работа. Готовые шаблоны есть в даташитах, но они имеют очень частный характер, то есть не показывают общее решение для любого случая. Высокая интеграция микросхем абсолютно ничего не решает в этой задаче. Но немного упрощает реализацию.
Только я что-то не помню, чтоб там были рекомендации по разводке печатных плат.
Эти "рекомендации" определяются обычной общей электротехникой на низких частотах и постоянном токе и электродинамикой на ВЧ. Никаких других рекомендаций не было раньше, нет и сейчас. И не стоит их ожидать в будущем.
Да, под корпусом. Очень тонким проводником. И земли в остальной топологии должны быть раздельными. Питание аналоговой части нужно тащить от домена питания на плате ДВУМЯ ПРОВОДНИКАМИ и, желательно, перед входом аналогового сектора поставить синфазный фильтр на эту питающую пару.
Аналоговую часть 16-бит аудио кодека похоже все же надо питать от отдельного стабилизатора +3.3В. А вот двух полярные операционные усилители перед аудио кодеком похоже нельзя питать напрямую от импульсного двуполярного источника питания, в моем случае это TPS65131, запитав вместо лабораторника от импульсника, обнаружил повышение шума в области частот до 500 Гц до уровня -80 дБ, хотя в области более высоких частот уровень шума остался практически прежним -90 дБ. Похоже это девиации питающего напряжения. Получается после импульсника все же надо ставить линейный стабилизатор? Или надо лучше разобраться с REFERENCE выводом примененных ОУ AD620 ?
КРАМ все верно говорит, но есть одно "но". Эти рекомендации справедливы тогда, когда цифровая и аналоговая часть питаются от двух физически разных (гальванически развязанных) источников, и, соответственно, их возвратные токи в принципе не обязаны пересекаться - упомянутая перемычка в таком случае нужна лишь для уравнивания постоянного потенциала общего провода источников, ток питания через нее практически не течет.
Если цифровая и аналоговая часть питаются от одного источника (как чаще всего сейчас и бывает), вопрос с разделением земель уже не так однозначен, поскольку обратные токи в любом случае будут обязаны вернуться к одному и тому же источнику, и при разделении земель есть все шансы получить на плате щелевую антенну.
В таком случае гораздо целесообразнее оставить полигон земли цельным, что снизит его импеданс, однако выстроить топологию таким образом, чтобы возвратные токи цифровых и аналоговых сигналов не пересекались. Здесь есть правило: токи низкой частоты текут преимущественно путем самого низкого сопротивления, что в целом эквивалентно самому короткому геометрическому расстоянию от приемника до источника. А вот обратный ток сигналов высокой частоты преимущественно протекает под сигнальной дорожкой.
С другой стороны, линии питания можно и нужно разделить, поскольку их разделение не настолько сильно сказывается на целостности сигнала.
Отсюда выводы.
1. В наши дни в большинстве случаев не имеет смысла физически разделять аналоговую и цифровую земли, если фактически аналоговая и цифровая часть питаются от одного источника. 2. Топологию следует строить с учетом наиболее вероятных путей возвратных токов и так, чтобы по возможности исключить или минимизировать их пересечение. 3. Напротив, питание аналоговой и цифровой части имеет смысл фильтровать отдельно.
_________________ Разница между теорией и практикой на практике гораздо больше, чем в теории.
КРАМ все верно говорит, но есть одно "но". Эти рекомендации справедливы тогда, когда цифровая и аналоговая часть питаются от двух физически разных (гальванически развязанных) источников, и, соответственно, их возвратные токи в принципе не обязаны пересекаться - упомянутая перемычка в таком случае нужна лишь для уравнивания постоянного потенциала общего провода источников, ток питания через нее практически не течет.
Вы категорически неправы. Гальваническая развязка с выравниванием земель - это из другой оперы. Разделение земли на аналоговую и грязную земли подразумевает в качестве источника питания каждой из этих секций СВОЮ БЛОКИРОВКУ. Совершенно по барабану общая гальваника земель. Все проблемные токи грязной земли замыкаются на блокировочном конденсаторе источника грязной земли. Токи чистой земли текут между нагрузкой этой земли и блокировкой стабилизатора этой секции. Протекание тока грязной земли к земле стабилизатора чистой ограничено относительно высоким импедансом перемычки между землями. В этом и состоит смысл такой топологии. Откройте любую аппликуху по АЦП того же Аналог девайса и вы обнаружите раздельные цифровую и аналоговую земли И НИ СЛОВА относительно гальваноразвязки. Ее там вообще нет. Да она и невозможна по определению. Вопрос с разделением земель так же решается синфазными фильтрами по питанию аналоговой части. Ну и конечно, питание со входа каждая из секций должна получать ЗВЕЗДОЙ, а не транзитом. Включая, земли на входах стабилизаторов (входной блокировки).
"Some might suggest completely splitting the digital and analog ground and then connecting them using a ferrite bead, but this can create more EMI and noise problems than it solves, especially if you are working at very high frequencies. A good way to connect these sections is to place the power supply return path between the two planes so that return currents from either section will not enter the other plane. It is important to note that no traces should not be routed over a gap between two ground planes as this creates long current return path that is highly susceptible to EMI. The space between the ground planes can be used to place mixed-signal components like ADCs."
Sparkfun https://www.sparkfun.com/datasheets/Bre ... design.pdf "This study shows that it is essential to respect the following design rules: • Do not split the ground plane, use one solid plane under both analog and digital sections of the board • Use large area ground planes for low impedance current return paths • Keep over 75% board area for the ground plane • Separate analog and digital power planes"
Вот это вообще отличный документ, в нем прямо-таки подробно описано то, о чем я выше вкратце говорил.
"Solid ground planes should be gapped between analog and digital circuits.
This is probably a close second in the competition for the worst EMC design guideline ever conceived. There are some (very few) situations where gapping a ground plane between analog and digital circuits is a good idea. These situations are always related to a need to keep low-frequency (< 100 kHz) currents produced by a noisy circuit from sharing the same copper return path as currents in a circuit that is sensitive to currents approximately 3 orders of magnitude lower. Unfortunately, gapping a solid ground plane can cause enormous problems by interfering with the flow of high-frequency currents and generating voltages that ultimately result in radiated emission problems. In many cases, leaving the plane solid and letting both circuits share the plane is fine. In situations where low-frequency isolation is required, it is almost always better to provide separate return paths for these circuits. This is generally accomplished using a trace or plane on a different board layer."
Здесь прямо говорится, что чаще всего разделение земель приносит больше проблем, чем пользы.
"For mixed-signal systems with a single ADC or DAC that has low digital current, a solid single ground plane would be the best approach. To understand the importance of a single ground layer, we need to recall return current. Return current is the current that flows while returning to ground and traces between devices to complete a loop. To prevent mixed-signal interference, each return path must be tracked throughout the PCB layout.
...
For systems with a split ground plane, the simplest way to achieve a cohesive ground is to remove the break in the ground planes and enable the return current to take a more direct route through a star ground junction. The star ground is the junction where the analog and digital ground planes are joined together on a mixed-signal layout design.
In common systems, the star ground can be associated with a simple narrow continued junction in between analog and digital ground planes. For more complex designs, the star ground is commonly implemented with a jumper shunt to a ground header. No high current carrying a header and jumper shunt is required because there will be no flow of current in the star ground. Rather, its main purpose is to make sure that both grounds have the same reference levels."
Методички Penn State University https://citeseerx.ist.psu.edu/document? ... 54c5636d8b "Sensitive analog components such as amplifiers and voltage references are always referenced and decoupled to the analog ground plane. The ADCs and DACs (andother mixed-signal ICs) with low digital currents should generally be treated asanalog components and also grounded and decoupled to the analog ground plane."
То есть, если микросхема аналого-цифровая и одна, делить земли не надо.
_________________ Разница между теорией и практикой на практике гораздо больше, чем в теории.
Я проложил общую землю последовательно, от источника питания к микропроцессору и всем цифровым потребителям питания, а далее земля подходит к корпусу АЦП и под корпусом АЦП плавно переходит на сторону аналоговой части на ПП. Полагаю цифровые токи не протекают через землю аналоговой части ПП. Для питания аналоговой части применил импульсный двуполярный преобразователь, который установил в области АЦП на обратной стороне ПП, так чтоб питался этот преобразователь от цифровой части схемы и выходы преобразователя питали аналоговую часть схемы. То есть, вход преобразователя подключен со стороны цифровой части АЦП, а выход преобразователя подключается уже на аналоговой стороне АЦП. Полагаю ток входа преобразователя сквозь аналоговую землю так же не протекает. Есть другие проблемы, от того что выходное напряжение преобразования имеет некоторые флуктуации в области частот около 300 Гц (хотя сам преобразователь преобразовывает на частоте около 500 кГц), на ОУ по питанию это конечно же не влияет, ОУ не чувствительны к изменениям питающего напряжения, но у меня средняя точка операционников сейчас устанавливается от источника питания, и по этой цепи колебания питающего напряжения вызывают некоторое колебания средней точки, опорного ОУ, сейчас повесил большую емкость и помеха значительно ослаблена, но инструментальными средства пока еще регистрируется, думаю для опорного напряжения ОУ сделать какой-то дополнительный двуполярный стабилизатор.
"Unfortunately, gapping a solid ground plane can cause enormous problems by interfering with the flow of high-frequency currents and generating voltages that ultimately result in radiated emission problems."
Перевод:
Цитата:
К сожалению, разрыв сплошной заземляющей пластины может вызвать огромные проблемы, мешая протеканию высокочастотных токов и генерируя напряжения, что в конечном итоге приводит к проблемам с излучаемым излучением.
Штаааа? Прошу прощения за грубость, но это бред сивой кобылы. Как ВЧ токи могут протекать через разрыв земель, если они ОБЯЗАНЫ протекать через блокировку ВЧ микросхем и каскадов? Так же ВЧ токи протекают по экрану вблизи сигнального проводника, но именно под ним производится соединение земель и ввод сигналов снаружи через разъемы. Остальные рекомендации либо тривиальны и не противоречат разделению земель, либо никак не обоснованы с точки зрения электродинамики и суть есть лишь поучение... Еще раз. ВЧ токи НЕ ИМЕЮТ ПРАВА течь нигде, кроме как под и вблизи каскада генерирующего эти токи. Это достигается грамотной блокировкой. И только. Ломать голову над компоновкой для высчитывания путей возможного протекания токов выравнивания - очень плохая идея. Гораздо продуктивнее не экономить на копеечных конденсаторах блокировки и тем изолировать между собой не только аналоговые и цифровые цепи, но и разные каскады аналоговых цепей, дабы минимизировать паразитные связи между ними.
Как раз про разделение земель. Просто идеальное руководство. Правда просмотрел по диагонали, но даже этого было достаточно. Звезды питания и разделенные земли. Бинго!
Первая картинка не имеет никакого отношения к предлагаемой топологии с разделением земель. Сигнальная земля под аналого-цифровой ИМС имеет соединение с цифровой. Оно относительно высокоимпедансно (примерно 1 Ом), но гораздо более низкоомно, нежели входное сопротивление цифровой части. То есть щель в районе потенциального излучения не может ничего излучать, поскольку наглухо шунтирована. Для "цифровых" токов петля через эту перемычку по кругу к своей блокировке по питанию имеет слишком высокий, в основном индуктивный, импеданс. По сути, предлагаемое разделение земель с точностью до неразличимости повторяет разделение схемы на отдельные блоки с развязанным по ВЧ питанием (но без изоляции по гальванике) и кабельным соединением по сигналам. Если авторы рекомендации имели ввиду именно ваш вариант топологии, то этот пример тривиален и не противоречит разделению земель. Просто он ОБ ОШИБКЕ при разделении земель, но не про само разделение. ЗЫ. В догон. К тому же ваша картинка страдает ошибкой. Разделение земель проходит ПОД АЦП, а не между АЦП и МК.
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения
Вход
Регистрация
Правила
FAQ
Поиск
