Comment connecter les plans au sol ensemble

Quelle est la meilleure façon de connecter les plans au sol entre eux?

Je sais que les plans de masse sont connectés ensemble à plusieurs endroits afin de maintenir un GND à faible impédance sur toute la carte et de fournir un chemin de retour pour les signaux.

Mais, en plus du via mis très près de tous les condensateurs de découplage,

• J'ai vu des dispositions où beaucoup de vias sont ajoutés avec un motif de grille, avec un espacement de 1 / 20e de la longueur d'onde maximale sur la carte.

• Sur d'autres cartes, les vias sont placés le long des traces (comme " Placement de Vias pour connecter les plans du sol ").

• J'ai vu les vias dispersés au hasard.

• Il y a aussi une combinaison: Vias le long des lignes + dispersés au hasard sur les plans GND.

Y a-t-il des différences notables?

Ce que j'aimerais réaliser, c'est une bonne intégrité du signal, un faible rayonnement et un bon découplage de l'alimentation.

Il n'y en a pas.

Cela dit, il y a quelque chose que j'ai rassemblé au fil du temps. Ce que vous faites avec les plans au sol dépend fortement de ce que vous essayez de faire. Vous pouvez essayer de fournir des chemins à faible impédance, ou vous pouvez essayer d'isoler une zone d'une autre, ou vous pouvez essayer de traiter les interférences électromagnétiques.

Il y a certainement une pénalité de performance pour une mauvaise action, mais vous ne vous en souciez pas vraiment à moins que vous n'ayez affaire à des circuits haute fréquence ou à un travail analogique de précision. Le nombre de bits fluctuants de la lecture ADC avec des entrées mises à la terre, ou la pureté spectrale d'un signal RF mesurée par un analyseur de spectre vous dira à quel point vous vous trompez avec n'importe quelle conception. Il est généralement impossible de l'obtenir à 100% (spécifications de la fiche technique) à moins d'avoir un système aussi simple que leurs circuits de test.

Les problèmes de connexion à la terre les plus compliqués ont à voir avec les fréquences RF et avec les signaux qui sont faibles ou qui traversent des traces qui sont susceptibles de se coupler EMI à cette fréquence. Aux fréquences micro-ondes, un centimètre suffit pour faire une antenne très efficace et jouer avec les choses. Je me souviens qu'un de mes professeurs m'a dit une fois que lorsqu'il travaillait dans l'industrie, ils laissaient beaucoup de points où deux terrains pouvaient être court-circuités ensemble, puis un ingénieur testait chacun d'eux un par un pour voir ce qui donnait le Meilleure performance. Ils travaillaient avec des circuits haute fréquence (micro-ondes).

En règle générale, il y a trois types d'éléments du «plan du sol» que vous voudriez court-circuiter.

1. Avions au sol réels. Pour une raison ou une autre, vous en avez plusieurs et vous souhaitez les connecter ensemble. Il s'agit probablement de l'occurrence la plus courante du problème dans le fonctionnement des circuits du broyeur.

2. Traces de terre / garde qui longent des lignes de signaux qui peuvent fournir un chemin de retour, gardant un signal haute fréquence ou lié à / depuis une source ou un puits à haute impédance. Cela peut être soit pour empêcher une fuite de signal, soit pour empêcher le couplage EMI.

3. Plusieurs plans au sol qui sont en fait le même sol.

Pour commencer, vous devez comprendre qu'il n'y a pas vraiment de terre universelle, et aussi que des terres différentes dans le même circuit ne sont pas nécessairement la même terre. Un exemple typique que vous rencontrerez est une fiche technique pour un ADC qui parle de motifs analogiques et numériques. C'est pour s'assurer que les circuits numériques oh si bruyants ne gâchent pas avec l'ADC haute résolution pour lequel vous avez payé un supplément. Différents types de circuits ont des caractéristiques différentes en ce qui concerne leur interaction avec le sol. Étant donné que les circuits numériques sont caractérisés par une soudaine pointe de courant à chaque horloge, ils ont tendance à être particulièrement bruyants à la fréquence d'horloge, puis aux harmoniques et sous-harmoniques. Les condensateurs de contournement sont censés faire face à cela,

De même, les masses d'alimentation ont tendance à être bruyantes car des charges telles que les moteurs et les solénoïdes ont tendance à être bruyantes, soit à cause des effets de la commutation ou de choses comme le PWM. Les courants élevés impliqués et la résistance de terre finie (même un morceau de cuivre a une certaine résistance) signifie que les transitoires qui apparaissent sur la terre de puissance ont tendance à être plus élevés. Parfois assez haut pour visser complètement les mesures de votre encodeur tout en contrôlant un moteur par exemple.

Le but est donc d'isoler ces terrains le mieux possible. Cela signifie qu'ils ne se chevauchent pas du tout. Vous ne mettez pas de terre analogique en haut et de terre numérique en bas. Tout ce qui concerne l'analogique va de pair avec la masse analogique, et tout ce qui concerne le numérique va de pair avec la masse numérique dans des zones distinctes du circuit imprimé. Lorsque l'objectif est l'isolement, vous connectez les avions ensemble en un seul point. Plus d'un point peut être désastreux car il entraîne des boucles de courant et donc des problèmes EMI et des antennes involontaires. Le point où les motifs sont tous court-circuités est généralement appelé point de mise à la terre en étoile du circuit et est aussi proche que vous allez vous rendre à une masse large du circuit. Généralement, ceux-ci doivent être court-circuités aussi près et centralement que possible d'un endroit où les deux circuits interagissent, généralement un ADC ou un DAC. Dans les conceptions vraiment aléatoires, vous les court-circuiteriez près de l'approvisionnement et prieriez pour le meilleur. Il s'agit du type 1.

Dans le type 2, vous avez une sorte de trace de garde. Si la trace est au sol, vous êtes probablement préoccupé par les EMI et non par les fuites. En cas de fuite, vous voudriez conduire la garde près du niveau du signal. Dans ces deux cas, vous souhaitez que la garde soit aussi faible que possible à la source. Cela signifie que plusieurs vias descendent au plan du sol à intervalles réguliers, si la trace doit être mise à la terre.

La troisième variété, un peu moins exotique, et c'est en quelque sorte juste une évidence. Cela a à voir avec les vias prenant les bouchons de découplage au sol ou les vias aléatoires court-circuitant les plans de sol supérieur et inférieur. Une fois que vous avez créé un sol en étoile et isolé les différentes zones, vous voulez que chaque sol soit aussi uniforme que possible. Par exemple, vous ne voulez pas qu'il y ait une différence de potentiel mesurable entre les deux coins du plan de masse analogique. Pour ce faire, vous fournissez un chemin de faible impédance au sol de l'étoile - chaque broche ou plot qui doit être mis à la terre va dans l'avion, ce qui lui donne un coup droit vers le point de terre de l'étoile. Avoir l'avion a l'avantage supplémentaire de fournir un chemin de retour sous chaque trace de signal, ce qui évite la formation de boucles de courant qui peuvent servir d'antennes. Dans les cas où le plan du sol doit être cassé, mais vous devez avoir un chemin de retour, vous fourniriez un itinéraire alternatif à travers une autre couche. Si vous avez plusieurs avions avec masse dans la même zone (remarque: ils doivent être la même masse), des vias périodiques peuvent aider à réduire légèrement l'impédance.