单点vs接地层,采用音频OP AMP PCB布局


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最近,我在另一个论坛上发布了一个看似无害的问题。我试图将一个较小且相对简单的电路压低到两层板上,并询问与模拟地相连的铜浇注的屏蔽性能,而不是专门用于接地的独立平面。尽管我的问题仅是关于这种铜粉的屏蔽价值,但主要争议始于完全不同的观点。在我的布局中,我使用典型的分压器创建了虚拟地,该分压器为配置了单位增益的运算放大器供电,然后使每个模拟地返回到该虚拟地输出附近的一个点。我还在最不繁忙的层上进行了铜浇注,并将其绑在相同的模拟地上,同样在同一点上。但是很快就出现了一系列文章,这些文章使我无奈地使用了这种复杂的“蜘蛛网”方案,其中有很多类似之处,那就是我应该创建一个接地平面,并且将所有连接都连接到该平面的最近可用点(通过必要)。这么做的确可以使视觉上的布局更干净,更简单。但是,走了这么多年的“单点”路线,并且大多数情况下都取得了成功(意味着相当稳定)的设计,所以我很犹豫要进行更改。尤其是某些论点认为单点接地有些陈旧,并被归结为真空管电路。什么?在进行许多调整的过程中,我应该只创建一个接地平面,然后将所有连接都连接到该平面的最近可用点(必要时通过通孔)。这样做的确可以在视觉上使布局更干净,更简单。但是,已经走了多年的“单点”路线,并且大多数情况下都取得了成功(意味着相当稳定)的设计,所以我不愿意进行更改。尤其是某些论点认为单点接地有些陈旧,并被归咎于真空管电路。什么?在进行许多调整的过程中,我应该只创建一个接地平面,然后将所有连接都连接到该平面的最近可用点(必要时通过通孔)。这样做的确可以在视觉上使布局更干净,更简单。但是,走了这么多年的“单点”路线,并且大多数情况下都取得了成功(意味着相当稳定)的设计,所以我很犹豫要进行更改。尤其是某些论点认为单点接地有些陈旧,并被归咎于真空管电路。什么?尤其是某些论点认为单点接地有些陈旧,并被归咎于真空管电路。什么?尤其是某些论点认为单点接地有些陈旧,并被归咎于真空管电路。什么?

因此,无论如何,我只是在四处研究,似乎显示出关于该主题的两个阵营。一个论点是,当有不间断的接地平面可用时,它总是优越的。另一个论点说,如果其高频电路的接地层更好,但对于低频电路(包括音频),单点接地方法更好,主要是避免接地环路。

当然,我仍然有一个难题,因为这次如果可能的话,原型成本将我限制在2层板上,这意味着我的伪接地层充其量只能是铜的浇铸,到处都是一些短的痕迹。但是在将复杂性或可能的例外添加到规则之前,我想将这个特定的问题提出来进行一般性讨论:对于涉及OP Amps的音频设计,单点接地方案什么时候才是可行的方式,何时越简单,“到接地平面的最近路径”就越好(或至少是足够的)选择。

举例来说,这两个分层的屏幕快照显示了同一块板的两个合理相似的版本,实际上约为4“ x 2.5”。在第一个图中,您可以看到电路板两边的许多长走线最终汇聚在标有AGND的单个焊盘上。第二个几乎是相同的电路,但是这次蓝色的铜线贫乏区域是模拟接地网的一部分,因此所有这些长线迹都消失了,而转而使用了最接近接地平面/铜的路径。除了可能对其他布局问题提出的所有批评之外,这仅是示例。我真的很想将此讨论限制在原始问题上。

单点接地版本 单点接地版本

距地平面版本最近的路径 距地平面版本最近的路径


这是一个很好的问题!(根据我有限的经验),我喜欢DC音频的单点接地(可能达到100kHz)。(它在某种程度上还取决于增益。)一旦超过该值(f> 1MHz。)我发现最好是有一个大地,并与前面板/机箱​​地进行多次连接。我猜想这与信号的返回电流有些关系,在某些时候,您会更关心接地线的电感。
乔治·赫罗德

您知道,我几乎已经开始将长接地路径的电感视为我的朋友。毕竟,它们似乎会抑制您不希望在音频电路中获得增益的频率上的增益!是的,在增益问题上,该特定电路被设计为在各个方面都接近统一,并且仅处理线电平(约100mV)信号。因此,在类似情况下,它的争论并不重要。但是我认为,如果一种方法真的更好,我最好要有一个开放的心。现在,除了布线麻烦之外,您是否还经历过单点接地的任何负面影响?
2014年

咧嘴笑,增益为10 ^ 4,BW DC-〜2-3 MHz。第一个单点接地pcb没有振荡...但是几乎振荡了。它的增益峰值偏高。在高频下,电感不是您的朋友。我认为这会导致相移。您是否看过任何信号完整性方面的内容,他们在哪里谈论回流(gnd)电流的流向?
George Herold 2014年

我听说过,在高频下,接地层是更好的选择,这恰恰是因为存在电感问题。当然,问题在于,即使是用于音频的电路也可能会以某些不需要的高频振荡。因此,我已经习惯了添加那些额外的RC网络来避免墨菲先生的习惯。我想无论哪种方法最好,都不能使我们免于针对此类问题添加电路封锁。更糟糕的是……长走线的电感或接地平面上的接地回路!;-(
兰迪

Answers:


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两者都有优点和缺点。

信号全接地层的优势在于,信号0V为高完整性0V,可以依靠它,但是在有任何重要电流流动时却不能依靠。尽管接地层的阻抗非常低,但是当有大量电流流过时,电压降仍然会发生。问题是多少电压降完全取决于您希望放大的最小信号。

星点系统通过确保磁道携带的信号(0v返回磁道)不会与这些大电流共享,从而避免了上一段中提到的“大电流”。不利的一面是,磁环最终会彼此感应,并且在不同轨道中流动的“大量电流”可能会耦合在一起。


好吧,我对此表示赞赏。您的想法反映了我的观点,而我在那里有一些历史。现在,让我们假设大多数接地参考是承载最小电流的纯参考。就像运算放大器的+输入通过1兆欧参考虚拟地一样。并进一步假设其为全低电流电路,其中所有增益均为电压(而非功率)增益。您会说那一点很重要吗?混合方法又如何……将这些纯参考系绑定到一个平面,但是所有真实信号返回都使用隔离的迹线返回到地面源头?
兰迪

我还可以看到,仅限于两层,并使用铜浇注代替实心平面,必须将在“浇注”侧放置一些痕迹的需求降至最低。在第二个示例中,我已经可以看到自己在脚上开枪的地方,迫使电路板右下方和左侧之间的接地电流必须绕住底部中间附近的长走线。从那以后,我添加了一些通孔以将所有这些通孔重新布线到顶层,以使我的铜浇注到更靠近接地层的位置。
兰迪

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很抱歉恢复旧的(某种)线程,但是OP(以及其他读者)可能会发现此文档有些兴趣:

http://www.maximintegrated.com/zh-CN/app-notes/index.mvp/id/5450

据我了解以上文档,应该区分高频电流(1MHz及以上)和低频电流(1MHz及以下),因为它们具有不同的返回电流路径。因此,只要将承载不同频率信号的走线组合在一起即可使用实心/单个接地平面(即,高频信号在一侧带有其他高频信号,低频信号在另一侧带有其他低频信号) )。


有趣,谢谢。我要说的是,我已经完成了混合信号设计,例如该文章描述了我一直试图将分开的接地层用于挖掘和听觉区域。到目前为止,效果不错,但是我很少能获得很高的收益,而我的模拟工作还是在音频领域。另外,自从我发表文章以来,我在几种音频设计中都选择了简单的接地层,而且电路板的性能也很好。由于我所有的接地点都接近零电流,因此我认为这无关紧要。我怀疑许多星形模式args对手工接线的穿孔板原型至关重要。
兰迪
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