Como implementar um plano de aterramento analógico

Vi essa foto em várias folhas de dados da Atmel. Este é da folha de dados do ATTiny48 / 88 .

Alguém pode explicar detalhadamente como implementá-lo adequadamente em uma placa de duas camadas? Eu tenho que imaginar que o plano de aterramento analógico precisa estar conectado ao plano de aterramento digital de alguma forma no PCB, ou isso acontece internamente no AVR? A linha tracejada deve ser tomada literalmente em termos da forma e extensão do plano de terra analógico (não há dimensões no diagrama, então eu duvido)?

Primeiro, você provavelmente não precisa de terrenos isolados. É usado quando a corrente de retorno produz um deslocamento problemático (altas correntes), barramentos de dados paralelos largos, tempos rápidos de subida / descida (diagramas dos olhos de fechamento) e vazamentos de cobre semelhantes a antenas. Use boas práticas de dissociação e não se preocupe com isso até que se quebre.

Caso contrário, a próxima coisa a tentar é uma conexão direta, sem impedâncias / filtros extras. Conecte AGND e GND em apenas um ponto com traços relativamente grossos (baixa indutância) na fonte de alimentação. Às vezes, isso é chamado de aterramento estrela ao conectar vários aterramentos isolados. Isso garante que as correntes de retorno de alguns componentes não contribuam para uma tensão de compensação para outros componentes. O barulho provém não apenas da pia, mas também da fonte: se você estiver se preocupando em isolar o aterramento, isole, filtre e conecte os respectivos trilhos de tensão. Isso é tão simples quanto a dissociação (no solo correto - lembre-se de que as tampas transmitem ruído) com as tampas no chão e, se necessário, esferas de ferrite ou indutores entre os trilhos equipotenciais.

Estude a geometria da corrente de retorno antes de modificar ainda mais o sistema de solo.

Eu usei essa técnica antes (na camada 4, não na 2, mas ela ainda é válida), e encontrei várias vantagens e desvantagens em fazer isso. O que eles estão falando especificamente é de uma ilha de plano de terra que não é GND, mas AGND, que está ligada a GND em um único ponto, possivelmente por uma pequena impedância. Não tenho certeza se o ATMEL tem um pino AGND separado, mas nosso dsPIC tinha. Nesse caso, não há conexão, mas um indutor entre o VCC e o AVCC, e o desvio nunca deve passar do VCC para o AGND ou do AVCC para o GND. Todos os sinais analógicos são referenciados ao AGND (ou seja, divisores de volt, tampas anti-aliasing, etc.). O objetivo é impedir que todos os circuitos digitais que causam ruído sujem seus trilhos analógicos.

No que diz respeito à implementação de sua técnica, eles estão apenas dizendo que as extensões desta ilha AGND abrangeriam aproximadamente esse canto do micro, bem como todos os desvios entre AVCC e AGND e seus circuitos de medição analógicos. Ele não precisa se estender até as portas de entrada para medições de tensão, etc., mas pelo menos ao resistor do lado inferior do seu divisor de voltagem e tampa de antialiasing, bem como a qualquer amplificador de entrada analógica e suas fontes de alimentação. Pelo AVCC, estou me referindo ao VCC após ser filtrado pelo indutor.

Experimentamos diferentes impedâncias que conectavam GND e AGND e descobrimos que um resistor de 10 ohm funcionava bem para isolar o ruído no terra digital. Se a impedância for muito alta, o micro não ficará satisfeito, pois espera o mesmo potencial DC nos dois motivos. No nosso caso, tínhamos um LDO de baixo ruído e alimentação separada para o AVDD e um conversor buck de alta potência e barulhento alimentando os diversos dispositivos no VDD digital. O isolamento que você obteria (para impedir que o material digital barulhento poluísse seus trilhos analógicos) é menor com apenas um indutor e uma ilha de terra separada, conforme sugere esta folha de dados, mas é muito mais simples de implementar.

Um teste simples para verificar se você está melhorando o ruído do trilho analógico é usar o ADC para converter um valor DC e plotar as medições brutas em um histograma ou executar um stdev no Excel. Em um mundo perfeito / sem ruídos, você não teria variação nessa medida, mas no mundo real você tem uma certa variação proporcional aos seus níveis de ruído.

Eu não concordo com os 10 de Nathan$\Omega$ resistor . O solo é sagrado e deve ser aterrado, ou seja, o mínimo possível de diferenças de tensão. Se seu circuito analógico dissipa 3mA, seu terra analógico já terá um deslocamento de 30mV.

Eu concordo com uma única conexão entre os dois terra, mas depois através de um cordão de ferrite.