Un seul point par rapport au plan de masse, dans les configurations de circuits imprimés OP AMP audio

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Récemment, j'avais posté une question apparemment innocente sur un autre forum. J'essayais de garder un petit circuit relativement simple jusqu'à une carte à 2 couches et posais des questions sur les avantages du blindage d'une coulée de cuivre liée à la terre analogique, par opposition à la dédicace d'un plan séparé ininterrompu utilisé pour la terre. Bien que ma question ne fasse référence qu'à la valeur de blindage d'une telle coulée de cuivre, une controverse majeure a commencé sur un point entièrement différent. Dans ma configuration, j'avais créé une masse virtuelle en utilisant le diviseur de tension typique alimentant un amplificateur OP configuré à gain unitaire, puis j'avais exécuté chaque retour de terre analogique unique à un point adjacent à la sortie de cette terre virtuelle. J'avais également fait une coulée de cuivre sur la couche la moins occupée et je l'avais attachée à cette même masse analogique, toujours à ce même point unique. Mais il s'ensuivit bientôt une série de messages fustigeant mon utilisation d'un tel système de «toile d'araignée» alambiqué, avec de nombreux sonneries en ce sens que je devrais simplement créer un plan de masse et simplement faire toutes les connexions au point disponible le plus proche de cet avion (via via quand nécessaire). Bien le faire permet certainement une mise en page plus propre et plus simple visuellement. Mais après avoir suivi la voie du «point unique» pendant tant d'années et avoir surtout des conceptions réussies (c'est-à-dire assez et stables), j'hésite à changer. D'autant plus que certains des arguments parlaient de motifs ponctuels comme quelque chose d'archaïque et relégués aux circuits de tubes à vide. Quelle? avec beaucoup de carillons, je devrais simplement créer un plan de masse et simplement établir toutes les connexions avec le point disponible le plus proche de ce plan (via via si nécessaire). Bien le faire permet certainement une mise en page plus propre et plus simple visuellement. Mais après avoir suivi la voie du «point unique» pendant tant d'années et avoir surtout des conceptions réussies (c'est-à-dire assez et stables), j'hésite à changer. D'autant plus que certains des arguments parlaient de motifs ponctuels comme quelque chose d'archaïque et relégués aux circuits de tubes à vide. Quelle? avec beaucoup de carillons, je devrais simplement créer un plan de masse et simplement établir toutes les connexions avec le point disponible le plus proche de ce plan (via via si nécessaire). Bien le faire permet certainement une mise en page plus propre et plus simple visuellement. Mais après avoir suivi la voie du «point unique» pendant tant d'années et avoir surtout des conceptions réussies (c'est-à-dire assez et stables), j'hésite à changer. D'autant plus que certains des arguments parlaient de motifs ponctuels comme quelque chose d'archaïque et relégués aux circuits de tubes à vide. Quelle? D'autant plus que certains des arguments parlaient de motifs ponctuels comme quelque chose d'archaïque et relégués aux circuits de tubes à vide. Quelle? D'autant plus que certains des arguments parlaient de motifs ponctuels comme quelque chose d'archaïque et relégués aux circuits de tubes à vide. Quelle?

Donc de toute façon, juste en fouillant, mes recherches sur le sujet semblaient montrer deux camps sur ce sujet. Un argument est que lorsqu'un plan terrestre ininterrompu est disponible, il est toujours supérieur. L'autre argument dit que si c'est un circuit haute fréquence, un plan de masse est meilleur, mais pour un circuit basse fréquence (y compris audio), la méthode de mise à la terre à point unique est meilleure, principalement pour éviter les boucles de masse.

Bien sûr, j'ai toujours un dilemme, car les coûts du prototype me contraignent à une carte à 2 couches si possible cette fois, et cela signifie que mon pseudo plan de masse sera, au mieux, une coulée de cuivre, cassée par de courtes traces ici et là . Mais avant d'ajouter cette complexité ou exception possible à la règle, je voudrais soumettre cette question spécifique à une discussion générale: pour une conception audio impliquant des amplificateurs opérationnels, quand un schéma de sol à un seul point est-il la voie à suivre, et quand est simplement le "chemin le plus proche d'un plan de masse", le meilleur choix (ou au moins un choix adéquat).

À titre d'exemple, ces deux captures d'écran en couches montrent deux versions raisonnablement similaires de la même carte, qui est en réalité d'environ 4 "x 2,5". Dans le premier, vous pouvez voir beaucoup de longues traces des deux côtés de la planche culminant sur un seul tampon étiqueté AGND. Le second est presque le même circuit, mais cette fois, la zone pauvre en cuivre bleu fait partie du réseau de masse analogique, de sorte que toutes ces longues traces ont disparu au profit du chemin le plus proche du plan de masse / coulée de cuivre. Mis à part toutes les critiques possibles sur d'autres problèmes de mise en page que l'on pourrait voir, ce n'est qu'un exemple. J'aimerais vraiment limiter cette discussion à la question initiale.

version sol monopoint version sol monopoint

Version du chemin le plus proche vers le plan du sol Version du chemin le plus proche vers le plan du sol

Excité
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C'est une excellente question! (D'après mon expérience limitée) J'aime la mise à la terre à point unique pour l'audio CC (peut-être à 100 kHz). (Cela dépend également du gain.) Une fois que vous êtes au-dessus de cela (f> 1 MHz.) J'ai trouvé préférable d'avoir une grande masse avec plusieurs connexions à la masse du panneau avant / boîtier. Je suppose qu'il y a une connexion avec les courants de retour du signal, à un moment donné, vous vous souciez plus de l'inductance de la ligne de terre.
George Herold
Vous savez, j'ai presque commencé à penser à l'inductance de ces longs chemins de terre comme mon ami. Après tout, ils semblent inhiber le gain à des fréquences où vous ne voudriez pas de gain dans un circuit audio! Et oui ... sur la question du gain, ce circuit particulier est conçu pour être proche de l'unité tout autour, et ne traite que les signaux de niveau ligne (environ 100 mV). Donc, c'est défendable dans un cas comme ça, cela n'aurait pas beaucoup d'importance. Mais je pense que je ferais mieux d'avoir un esprit ouvert si d'une manière ou d'une autre c'est vraiment mieux. À part les problèmes de routage, avez-vous ressenti des effets négatifs de la mise à la terre à un seul point?
Randy
Sourire, bien un gain de 10 ^ 4, BW DC- ~ 2-3 MHz. Le premier circuit imprimé au sol à point unique n'a pas oscillé ... mais presque. Il avait un pic de gain méchant sur une haute fréquence. À haute fréquence, l'inductance n'est pas votre ami. Je pense que cela conduit à un déphasage. Avez-vous regardé l'un des trucs d'intégrité du signal, où ils parlent de l'endroit où les courants de retour (gnd) circulent?
George Herold
J'ai entendu qu'à des fréquences élevées, le plan de masse est le meilleur choix, également en raison de ce problème d'inductance. Le problème, bien sûr, est que même un circuit destiné à l'audio peut osciller à une fréquence élevée indésirable. J'ai donc pris l'habitude d'ajouter ces réseaux RC supplémentaires pour repousser M. Murphy. Je suppose que quelle que soit la méthode la meilleure, ni l'un ni l'autre ne nous libère de l'ajout de ces blocages de circuits contre de tels problèmes. Pire encore: inductance de longues traces ou boucles de masse sur les plans de masse! ;-(
Randy

Réponses:

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Il y a des avantages et des inconvénients pour les deux.

Un plan de masse plein de signal présente l'avantage que le signal 0V est un 0V à haute intégrité et peut être utilisé, mais pas lorsqu'il y a des courants circulant de quelque importance. Bien qu'un plan de masse soit à très faible impédance, des chutes de tension peuvent encore se produire lorsque des courants importants circulent. La quantité de volts qui pose problème dépend entièrement du plus petit signal que vous souhaitez amplifier.

Un système de points en étoile évite les "courants importants" mentionnés dans le paragraphe précédent en s'assurant que les pistes transportent des signaux (pistes de retour 0v) ne partagent pas avec ces courants importants. L'inconvénient est que vous vous retrouvez avec des boucles magnétiques qui peuvent avoir des tensions induites les unes des autres et le "courant significatif" circulant dans une piste différente peut être couplé.

Andy aka
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Eh bien, je l'apprécie. Votre pensée reflète la mienne, et j'ai un peu d'histoire là-bas. Prenons maintenant un cas où la plupart des références au sol sont de pures références transportant un courant minimal. Comme l'entrée + d'un ampli OP référençant la masse virtuelle à travers 1 mégohm. Et permet en outre de supposer que c'est un circuit à faible courant tout autour, où tous les gains sont des gains de tension (pas de puissance). Diriez-vous que cela compte même à ce stade? Et qu'en est-il d'une approche hybride ... où ces références pures sont liées à un plan, mais tous les retours de signaux réels ont utilisé des traces isolées remontant à l'origine de la source terrestre?
Randy
Je peux également voir qu'en étant confiné à deux couches, et en utilisant une coulée de cuivre à la place d'un plan solide, la nécessité de mettre des traces du côté «couler» doit être minimisée. Dans mon deuxième exemple, je peux déjà voir où je me suis tiré dans le pied, forçant les courants au sol entre le côté inférieur droit et le côté gauche de la planche à devoir s'enrouler autour de ces longues traces près du milieu inférieur. Depuis lors, j'ai ajouté quelques vias pour réacheminer tous ces éléments vers la couche supérieure, afin que mon cuivre se rapproche d'un plan de masse.
Randy
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Désolé de faire revivre l'ancien (genre de) fil, mais OP (et d'autres lecteurs également) peuvent trouver ce document intéressant:

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

Si je comprends bien le document ci-dessus, il convient de faire la distinction entre les courants de haute fréquence (1 MHz et plus) et les faibles (1 MHz et inférieur) car ceux-ci ont des chemins de retour différents. Par conséquent, un plan de masse solide / unique peut être utilisé tant que les traces transportant des signaux de différentes fréquences sont regroupées (c'est-à-dire des signaux haute fréquence avec d'autres signaux haute fréquence d'un côté et des signaux basse fréquence avec d'autres signaux basse fréquence de l'autre côté). ).

ÉlectroniqueSupersonique
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Intéressant et merci. Je dirai que dans les conceptions de signaux mixtes que j'ai faites, comme l'article le décrit, j'ai toujours essayé d'utiliser des plans de sol divisés pour les zones de fouille et d'aud. Jusqu'à présent, j'ai eu de bons résultats, mais là encore, je travaille rarement avec un gain très élevé, et mon travail analogique est dans le domaine audio. De plus, j'ai opté pour des plans de sol simples dans plusieurs conceptions audio depuis mon post, et les planches se sont bien comportées. Comme tous mes points au sol transportent un courant proche de zéro, je suppose que cela n'a pas beaucoup d'importance. Je soupçonne que la plupart des arguments de motif en étoile sont les plus critiques pour les prototypes de cartes de perf câblées à la main.
Randy