Plano de solo único vs aviões divididos?

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Eu tenho visto fontes conflitantes sobre o design do plano de terra.

Foi-me dito no meu trabalho muitas vezes, basta colocar um único plano de terra maciço e isso funciona bem o suficiente, não lidamos com nada dessa alta frequência de qualquer maneira.

No entanto, eu olho para as folhas de dados do SMPS usando relógios na faixa de MHz e todos eles mostram designs complexos para o layout do solo.

Minha pergunta é: onde você desenha a linha entre o uso de um único plano e o projeto dos planos de terra? Por exemplo, quando a frequência está acima de um certo limite, ou é necessária uma certa quantidade de sensibilidade, ou uma quantidade específica de energia é despejada no solo?

E, normalmente, que tipo de benefícios o terreno dividido oferece a você sobre um único? Menos barulho? mais estável?

Marcus Müller
fonte
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Há muitas respostas aqui e depende muito do que você está tentando alcançar, pois não existe um tamanho único. Aqui está uma resposta que eu fiz (sem dúvida outros ligará outras respostas) electronics.stackexchange.com/questions/185306/...
Peter Smith
Geralmente, é possível atingir um único plano de aterramento, mas apenas se você souber o que está fazendo ao colocar e encaminhar componentes. Então, quando você começar a posicionar / rotear, poderá decidir dividir o avião, porque não poderá ajustar tudo exatamente onde deseja para um único plano de aterramento. Em outras palavras, não há linhas delineadas no início e o designer acabaria sendo flexível em sua abordagem. Não existe uma resposta genérica para isso.
Andy aka
A corrente de retorno segue o caminho de menor indutância. Portanto, pode ser controlado pela colocação de componentes. Usando esta técnica, o acoplamento de ruído a circuitos sensíveis pode ser reduzido. Em um design SMPS, mantenha as correntes de comutação altas e rápidas, longe de sinais analógicos sensíveis, como o sinal de feedback. Nunca tive a necessidade de dividir planos de terra, pois isso pode causar um problema de radiação criando uma estrutura de antena.
EE_socal
Sim ---- antenas de fenda são uma técnica.
Analogsystemsrf
Nota: minha resposta NÃO SEPARA OS PLANOS, mas usa uma fenda substancial para direcionar intencionalmente a corrente do agressor, com a fenda larga necessária para suas propriedades de atenuação.
Analogsystemsrf

Respostas:

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Minha pergunta é: onde você desenha a linha entre o uso de um único plano e o projeto dos planos de terra?

Eu não; Eu mantenho os aviões o mais contínuo possível e quase nunca utilizo slots - eles são ruins por alguns motivos que descreverei. Eu gerencio as correntes de retorno com a colocação dos componentes.

Uma vez, eu tive uma corrente de retorno percorrendo uma seção analógica sensível e isso estava fazendo com que meu sinal mudasse 10%. A fonte era de um circuito 'acima' da seção analógica; o caminho da corrente de retorno no plano de aterramento precisava mudar. Existem duas opções:

1) Coloque um slot na placa e redirecione a corrente de retorno ao redor da seção que eu queria proteger. 2) Reorganize os componentes

ilustração do problema descrito e as duas soluções propostas

Eu fui com a opção 1 porque não tinha tempo para reorganizar a placa, mas os slots têm consequências. A opção 2 teria evitado o uso de um slot, o slot era curto de qualquer maneira e eu não precisava executar nenhum rastreio.

Na maioria dos casos, um bom layout de PCB pode evitar o uso de slots totalmente, gerenciando as correntes de retorno. Os slots são ruins: transformam o PCB em um radiador não intencional, criando antenas de slot e antenas dipolo.

O outro problema com slots e particionar a placa com planos divididos é que a execução de traços sobre eles pode criar ruído e diminuir a impedância de um traço (a corrente de retorno para um sinal de alta velocidade segue embaixo do traço).

Um bom layout de placa dividirá os lados sensíveis dos lados ruidosos pelo layout físico e manterá os planos contínuos.

diagrama que sugere placas de particionamento em seções analógicas / digitais
Fonte: https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/everyday-app-note-successfully-design-mixed-signal-pcb-partitioning/

Por exemplo, quando a frequência está acima de um certo limite, ou é necessária uma certa quantidade de sensibilidade, ou uma quantidade específica de energia é despejada no solo?

A energia descarregada no solo levará o caminho mais curto de impedância de volta à fonte. Para sinais de alta velocidade, isso pode ser diferente de CC e geralmente segue abaixo do traçado de alta velocidade ou o mais próximo possível.

E, normalmente, que tipo de benefícios o terreno dividido oferece a você sobre um único? Menos barulho? mais estável?

Não vejo benefício em relação ao layout adequado. Se você tiver um problema de aterramento, a primeira coisa a fazer é descobrir se é um problema de ruído no layout ou no modo comum (com um cabo, por exemplo). O problema com planos / slots divididos é executar traços sobre eles, criando problemas com a corrente de retorno. O outro problema é irradiação não intencional, no entanto, muitos SMPSs são protegidos com um caso de qualquer maneira, portanto isso pode não ser um problema se você estiver planejando blindagem.

Henry Ott, no livro Engenharia de Compatibilidade Eletromagnética (eu sugeriria obter o livro, embora um artigo semelhante esteja disponível aqui ) diz isso sobre planos divididos:

14.4 QUANDO OS PLANOS DE TERRA DIVIDIDOS DEVEM SER USADOS?

Devem ser usados ​​aviões de solo dividido? Eu posso pensar em pelo menos três casos em que eles seriam apropriados. As instâncias são as seguintes:

  • Alguns equipamentos médicos com requisitos de baixa corrente de fuga (10uA)
  • Alguns equipamentos de controle de processos industriais em que as saídas estão conectadas a equipamentos eletromecânicos ruidosos e de alta potência
  • Possivelmente quando um PCB é colocado incorretamente para começar
Voltage Spike
fonte
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Uma resposta anterior sugeriu colocar slots no plano para minimizar as correntes "dispersas". A maioria das correntes de interesse são correntes de retorno em várias linhas analógicas e de sinal e, com um bom design, tendem a seguir os traços de sinal em frequências de interesse suficientemente altas. A divisão ou entalhamento de planos requer extremo cuidado, pois as interrupções no plano forçam as correntes de retorno a encontrar caminhos diferentes, criando loops grandes e antenas de entalhe. Se sua principal preocupação for extrema precisão em baixas frequências, os planos de divisão podem fazer sentido, mas observe o seu roteamento; se for EMC, use sólido.
Cristobol Polychronopolis
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Um avião tem problemas. Exemplo

esquemático

simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab

Quando você espera que certos nós (esperemos que próximos) do Plano de Terra tenham ZERO volts entre esses dois nós, isso não acontecerá. As fendas podem ser suas amigas, para reduzir as correntes que interferem no caminho entre seus dois nós sensíveis.

esquemático

simule este circuito

Faça uma cópia do esquema, imprima e desenhe TODAS as correntes de terra. Rotule seus valores, frequências e taxas de borda. (indutância pode importar).

Agora comece a planejar como manter as correntes de ruído afastadas dos nós GROUND de seus circuitos sensíveis (divisores de tensão de feedback).

Observe como as fendas WIDE fornecem mais atenuação de correntes incômodas.

Meu pensamento em aviões, embora eu tenha feito muitos circuitos rápidos em aviões com fidelidade moderada, dizia respeito à necessidade de extrema fidelidade para sinais de áudio / música e para medições de 20/24 bits de baixa frequência. Assim, o pensamento de BAIXA FREQUÊNCIA.

[oh, campos magnéticos e elétricos também importam]

analogsystemsrf
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