Трасування перетину розбитої силової площини

Більшість джерел в Інтернеті обговорюють сигнали маршрутизації через розділену площину потужності та як це зробити правильно. Основне рішення тут - створити короткий шлях повернення струму. Мені цікаво, чи будуть сигнали маршрутизації через розділену площину живлення (а не наземну площину) відчутно впливати на цілісність сигналу, і якщо я повинен вжити заходів.

Моя ситуація:

4-шарова плата:

• Верхній шар: сигнал
• Внутрішня площина: розбита земля (аналогова / цифрова)
• Внутрішня площина: розділена площина живлення (цифровий 3,3 В і аналоговий 3,3 В в цьому випадку актуальні)
• Нижній шар: сигнал

Я маршрутизую декілька тактових сигналів на нижньому шарі, починаючи з цифрового розділу до аналогового. Сигнали будуть перетинати силову площину, розділену між цифровою та аналоговою секцією (зазор шириною 0,5 мм). Я забезпечу повернення суцільного струму на земній площині (міст між цифровим та аналоговим), тому повернення струмів не повинно бути проблемою.

Тактовий сигнал трохи вище 12 МГц, сліди шириною 0,2 мм і максимальною довжиною 13,4 см. Сліди закінчуються серійним резистором.

Швидка відповідь:

Будь-який сигнал, який перетинає розкол в площині потужності АБО , поганий. Чим вище швидкість комутації (і чим швидше краї сигналу), тим гіршими будуть ефекти.

Довга відповідь:

Коли ви говорите: "Я забезпечу суцільний струм повернення струму на земній площині (міст між цифровим та аналоговим), тому повернення струмів не повинно бути проблемою", або ви не розумієте проблем, або я не зрозумів ваша заява. Причиною тому, що я говорю це, є те, що ви не можете мати «твердий шлях повернення струму» і все ще мати розбиту площину. Там має бути якась непомітна суть.

Зворотні струми будуть надходити на найближчу площину потужності АБО до сигналу. Тож у вашому випадку, якщо ваш сигнал знаходиться на верхньому шарі, то зворотні струми будуть на вашому ґрунтовому шарі. Але якщо ваш сигнал знаходиться на нижньому шарі, то зворотні струми будуть на рівні живлення. Для більшості сигналів середньої та високої швидкості зворотний струм буде слідувати сигнальному тракту, а не брати найкоротший шлях. Інакше кажучи, зворотні струми намагатимуться мінімізувати «ділянку петлі».

Якщо ваш сигнал перемикається знизу вгору (або навпаки), то і зворотні струми також будуть перемикатися, протікаючи через роз'єднувальну кришку. Ось чому важливо розсипати кришки для роз'єднання по всій друкованій платі, навіть коли вона занадто далеко від мікросхеми, щоб змінити потужність.

Мінімізація області циклу є критичною для цілісності сигналу, мінімізуючи ЕМІ та зменшуючи ефекти ОУР.

Якщо ваш сигнал перерізає розрив у площині потужність / земля, то зворотні струми змушені здійснювати об'їзд. У деяких випадках цей об'їзд може збільшити площу петлі в 2х чи навіть на 10 разів! Найпростіший і найкращий спосіб уникнути цього - не запускати сигнал через спліт.

Деякі плати мають змішані аналогові та цифрові площини, або в деяких системах є декілька силових рейок. Ось список речей, які можуть допомогти в цих умовах:

1. У таких речах, як годинники або активні лінії передачі даних, ви дійсно не хочете перетинати проділ. Деякі креативні маршрутизації на друкованій платі - найкраще рішення, хоча іноді просто потрібно мати комбіновану аналогово-цифрову площину, а не розділяти її.

2. Для низькошвидкісних сигналів або сигналів, які в основному є постійним струмом, ви можете перетнути спліт, але будьте уважні та вибіркові щодо цього. Якщо можете, сповільнюйте крайову швидкість за допомогою резистора і, можливо, ковпачка. Зазвичай резистор фізично подолає розкол.

3. Такі речі, як 0-Ом резистори або ковпачки, можуть використовуватися для забезпечення шляху повернення сигналу між двома площинами. Наприклад, якщо сигнал скачує розкол, додавання ковпачка між двома площинами біля сигналу може допомогти. Але будьте обережні, якщо це зробити не так добре, то це може заперечувати будь-які позитивні ефекти розбиття в першу чергу (IE, утримуючи цифровий шум від переходу в аналогову площину). Приємна річ у використанні для цього кришок або 0-омних резисторів - це те, що це дозволяє вам пограти з дизайном після виготовлення друкованої плати. Ви завжди можете наповнювати деталі, щоб побачити, що відбувається.

Хоча багато конструкцій друкованої плати передбачають певний компроміс, намагайтеся не йти на компроміси, якщо вам абсолютно не доведеться. У вас буде менше головних болів і менше волосся, роблячи це.

Я також повинен зазначити, що я повністю переймався питанням зміни імпедансу через розкол, і що це означатиме. Хоча це важливо, це не так важливо, як мінімізувати площу петлі та інше. І зрозуміти область циклу набагато простіше, ніж зрозуміти, як зміни імпедансу впливатимуть на цілісність сигналу.

Я повинен вибити якусь загальноприйняту мудрість до стримування. Принаймні для радіочастотних плат, які я робив, я виявив, що продуктивність покращується, не маючи розділених підстав для аналогових та цифрових. Натомість, використання твердої площини заземлення та виконання заливки заземлення для збереження шляху низької індуктивності / низького опору до одного об'єднаного вузла заземлення працювало краще для типів виробів, які я робив, в першу чергу невеликих розмірів (ручні) та важких РЧ (приймачі і передавачі в діапазоні 500 МГц і вище.

Я, як правило, не використовую енергетичні літаки, оскільки це не потребує великої ширини слідів, щоб скинути будь-яке падіння ІЧ напруги до діапазону мікронапруг, і я вважаю за краще там заземлитись.

Просто інший підхід.

Можна запитати - чому сигнал годинника йде в аналоговий регіон? Можливо, вам потрібно буде переробити ваші літаки, щоб привести цифрову землю на цифрові сторони ваших ЦАП / АЦП (я припускаю, що "що тут відбувається".

Годинники не повинні проходити через віаси. Існує ціна індуктивності та ємності, яку ви платите, коли використовуєте віаси, і коли ваша тактова частота збільшується, це в кінцевому підсумку вас вкусить. Він також примушує зворотні струми годин за допомогою кришки роз'єднання. Це дійсно просто найкраща практика тримати годинник на одному шарі.

Це на додаток до наведених вище порад.

Залежно від швидкості тактової частоти та її маршрутизації, я б очікував, що ви можете отримати користь від передачі її через пристрій на кордоні двох площин, вхід якого відносно цифрової площини і вихід якого відносно аналогова площина. Якщо годинник використовується для багатьох цілей, ви також можете перенести його так, щоб через межу проходили лише тактові імпульси, які насправді мають відношення до АЦП.

Маршрутизація вашого годинника на розбитих площинах потужності матиме негативний вплив. Як згадували деякі інші, краще використовувати одну суцільну площину заземлення і розділити вашу аналогову та цифрову маршрутизацію, щоб тримати їх ізольованими. Я б занепокоєний EMI, коли ваш годинник перейде через розділену площину (схожа на антену гнізда), і ви можете розглянути можливість переходу від закінчення серії до паралельного для вашої годинникової лінії.

Я не кажу, що перетинати розбиті літаки в такому типі установки неможливо, але ви повинні подбати і зрозуміти, що буде ризик, що ви не зможете легко оцінити кількість.

Якщо ви збираєтеся зберегти макет таким, яким він є, я б хотів, щоб у деяких записках додатків від ADC, таких як Analog Devices (або ваш чіп постачальника АЦП), побачити, які рекомендації вони мають робити для цього типу макета розділеної площини.

На жаль, електричні поля підштовхують електрони до вивчення ВСІХ можливих повернених шляхів, пропорційних провідності (сприйнятливості, для сигналів змінного струму).

Так, деякі шляхи будуть віддавати перевагу через менший опір. Але деякі електрони все одно пройдуть іншими шляхами, тому що ті інші шляхи існують.

На частотах, що значно перевищують частоту SkinFrequency (5 МГц на 35 мкм 1 фунт / фут ^ 2), електрони не встигають проникнути у фольгу, і (в основному) залишаються на одній стороні. На 20 МГц у вас є 2 SkinDepths або 2 * 8,9 дБ = 18 дБ скорочення (майже 10: 1). На 80 МГц у вас 4 SkinDepths або 4 * 8,9 дБ = 36 дБ скорочення (майже 180: 1). На 320 МГц (можливо, 1наносекундні краї) у вас є 8 SkinDepths або 8 * 8,9 дБ = 72 дБ зменшення (понад 30 000: 1).

Зауважте, що НЕ ВІДПОВІДАЄ електрони через фольгу, в сторону, відвернуту від вас слідом агресора. У цій "тихій" стороні літака все ще є падіння I * R.