为什么不鼓励与地平面隔开？

11

我不时听到（和读到）为数字和模拟电路部件制造单独的Gnd平面是不好的。总结如下：“不要分裂Gnd平面，不要在其间留出缝隙。” 通常这没有明确的解释。

我最接近的解释是此链接：http : //www.hottconsultants.com/techtips/tips-slots.html。作者指出，回流电流将在间隙周围弯曲，从而使电流的表面积变大（该表面积的边界由“分离”和“回流”电流定义）：

不同信号的返回电流在间隙的拐角处被一起挤压，导致串扰。电流环路的较大表面积将发射并吸收EMC。

到现在为止还挺好。我的理解是，任何信号都不应通过这种间隙。假设您牢记这一规则，在Gnd平面中形成间隙（例如，在模拟电路部分和数字电路部分之间进行拆分）是否仍然会很糟糕？

— 穆里尔
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这是一个经常被争论的话题，某些人在您应该做和不应该做的事情上存在很大分歧（保持理由分开，或不要让他们分开等等）。请记住，这还取决于您要执行的操作。例如，使用稳定的参考电压时，您倾向于想要某种形式的星形接地，这样就不会有来自其他电源的回流电流出现并改变您的值。当以几伏特的精度处理10的ppm时，几个uV就足够了。

— Joren Vaes

非常感谢@JorenVaes。当您提到“某种形式的恒星接地”时，您实际上是如何实现的？我的意思是，您怎么能用坚固的接地平面使星形接地？

— K.Mulier

我认为，不使用坚固的接地平面。我不是专家，我通常将自己局限于不使用坚固接地层的模拟PCB。

— Joren Vaes

2

您是否意识到已经绘制了平面缝隙天线？天线会辐射，这可能是您不想要的，而且会受到干扰，这可能是您不希望的。另一个环节。

— 埃里克·塔

非常有意思的评论@EricTowers，我实际上没有意识到:-)

— K.Mulier

10

由于电感，高频返回电流要跟随向外的电流。

如果强迫返回电流采用不同的路径，则会发生一些不良情况。

您创建了一个可以接收和传输电磁干扰的环路。
您在信号路径中引入了额外的电感，这会降低信号的完整性。

请注意，即使开关速率很低，具有快速边沿的数字信号也会产生强烈的高频尖峰。

还要注意，向外路径可能并不总是只包含轨道，它可能在组件内部。即使组件具有单独的模拟和数字电源引脚以及接地引脚，也可能会有一些信号越过芯片内部的边界。

OTOH在低频电流下的路径由电阻决定。因此，分离平面可能是影响路径返回电流并避免共享阻抗的有用技术。

如果您恰好有一个地方信号跨过混合信号边界，那么分割平面就很有意义了，它会迫使模拟返回电流停留在模拟端，而数字返回电流则停留在数字端。

如果您有多个需要信号跨越混合信号边界的地方（例如，多个ADC，多个模拟开关芯片等），那么分离的好处将变得更加令人怀疑。每个混合信号芯片都需要在两个平面之间建立连接，但是一旦您在平面之间放置多个连接，首先就失去了将它们分开的许多好处。

— 彼得·格林
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非常感谢你。假设我只有一个ADC跨越这个缺口。我应该在哪里连接AGND和DGND平面？在此页面上（electronics.stackexchange.com/questions/306862/…）我读到：'让我们命名您的两个接地点AGND和PGND（模拟和电源）。有人说分开，并在ADC下连接AGND / PGND或AGND / DGND。这意味着在AGND和PGND之间流动的任何电流现在都必须流入ADC下方的接地链路，这是最糟糕的地方。但我不确定该说法是否正确。

— K.Mulier

7

推理与远离数字和模拟领域的趋势非常相似。关于返回电流的全部

实际上，趋势是远离分离的接地平面，而是专注于放置分离和考虑返回电流路径。

请勿分开接地层，在电路板的模拟和数字部分下使用一个实心层
将大面积接地层用于低阻抗电流返回路径
保留接地层超过75％的电路板面积
独立的模拟和数字电源层
在电源平面旁边使用坚固的接地平面
在模拟电源板上找到所有模拟组件和线路，在数字电源板上找到所有数字组件和线路
请勿在电源平面上的走线上方走线，除非必须通过电源平面走线的走线必须在与实心接地层相邻的层上
考虑地面回流电流实际流向何处以及如何流动
用单独的模拟和数字部分对PCB进行分区
正确放置组件

混合信号设计清单

用单独的模拟和数字部分对PCB进行分区。
正确放置组件。
用A / D转换器跨分区。
请勿分裂接地层。在电路板的模拟和数字部分下使用一个固定平面。
仅在电路板的数字部分布线数字信号。这适用于所有层。
仅在板的模拟部分路由模拟信号。这适用于所有层。
独立的模拟和数字电源层。
不要在电源层中的布线上走线。
必须经过电源平面分支的走线必须在与实心接地层相邻的层上。
考虑一下接地回路实际流向何处以及如何流动。
使用路由规则。

请记住，成功进行PCB布局的关键是分区和使用布线规则，而不是隔离接地层。对于您的系统，最好只有一个参考平面（地）几乎总是更好。

（从以下链接粘贴以进行存档）

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

— 乔恩·RB
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非常感谢你。非常有趣的答案。因此，您对Gnd平面和电源平面的建议是：为整个电路板制作一个实体Gnd平面，并制作两个单独的Power平面-一个用于数字部分，另一个用于模拟部分。对？

— K.Mulier

差不多关键是要考虑布局时所有部件的回流电流

— JonRB

对于每个返回电流如何走线？我现在正在尝试在我的设计上执行此操作-一种测试;-)

— K.Mulier

会损害地面的连续性。有时这是必需的（我正在寻找用于相电流测量的广告），但这是例外，并非常规。记住返回电流场强

— JonRB

“削弱接地连续性”和“记住返回电流场强”是什么意思？

— K.Mulier

4

首要任务是将东西放置在板上的正确位置。

例如，如果左侧有电源输入连接器，右侧有电机控制器及其输出连接器，而中间有敏感的模拟位，那么您的开端就不好了。

最好将电源连接器放在高电流输出旁边，以使大电流自然流过，从而使您的工作更轻松。

另外，最好的IMO是使用拆分平面（AGND，DGND），然后将所有组件放在相应的平面上，最后，将拆分移除并将其变成坚固的接地平面。这迫使您进行良好的放置。

对于其他问题，这个问题或多或少是相同的，我建议您阅读答案。

— 佩福
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非常感谢你。但是，到底为什么要删除拆分呢？

— K.Mulier

如果分流，则所有从一地流到另一地的电流都将流向它们连接的位置，通常是ADC，即发生这种情况的最坏位置！

— peufeu

想象这样的ADC芯片：模拟部分是几个输入，数字部分是SPI总线。SPI总线的返回电流流回ADC芯片。因此它们可能从DGND跨入AGND，但如果布局良好，即使这样也不会发生。从DGND流到AGND的电流还有哪些？（我并不是批评您的答复。我只是问这个问题，因为我想学习;-)

— K.Mulier

任何来自连接到电路板上的电缆的共模电流，或ESD冲击，电路板与附近金属

— 物体

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至于像AVCC和DVCC这样的电源平面，不要连接它们，您可以在它们之间放置一个滤波器，例如铁氧体磁珠，甚至使用独立的稳压器，还有很多选择。DVCC会很嘈杂，并且噪声不应扩散到模拟电源。

— peufeu

1

经常有矛盾的信息，这是一个困难的话题。出现这种情况的一个常见示例是在为模数转换器布置铜时。数据表通常会指定将模拟接地回路与数字部分分开，并仅将它们绑在一起。数据表通常指定仅当芯片以这种方式接地时才能达到规定的精度。

如果整个电路板是一个AtoD芯片，那么这很容易，但是当您开始混合DtoA的，运算放大器，比较器和数字电路时，这很快变得不切实际。

我不会重复别人对好的布局实践所说的话。与并联电阻类似，电流将流向电阻最小的路径。在高频下，板的电感会产生很大的电抗。返回电流的最小电抗路径将恰好位于接地平面中的信号走线下方。

当接地层存在间隙时，返回电流必须经过较长的路径返回电源，这会导致更大的环路和更高的电感。

有关此主题的更多详细信息，我建议使用Henry W. Ott的《电磁兼容性工程》。这是有关EMC的圣经。

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