Доброго времени суток, товарищи!

Хотел бы провентилировать вот такой вопрос. В приведённой по ссылке популярной статье сказано, что идеальным вариантом земли для многоногой МК является отдельный полигон, имеющий только одну точку соединения с чистой землёй (см. картинку). Так же в файле про EMIFIL от muRata встретил утверждение (на стр. 116), что один "проходной" конденсатор типа NFM 1 мкФ предпочтительнее в смысле фильтрации помех, чем 10 обычных керамических по 0,1 мкФ. Там же приведена картинка уровня помех для конкретного решения. Выглядит красиво. Если объединить эти две идеи, то получится нечто, сооружённое в прикреплённом файле (пардон за PCAD'овский pcb). Как по-Вашему, это будет так хорошо работать, как утверждается?

И как поступать с рекомендацией заливать свободные места полигоном земли? Это будут отдельные полигоны, не связанные с полигоном МК?

Уточню, что речь идёт о схемах с частотами сигналов до 25 МГц (скажем, PIC32) и более низкочастотных.

Я считаю неверной первую идею (а по большому счету - и всю статью). Поэтому и их симбиоз не имеет смысла.
Посмотрите что-нибудь про возвратные пути сигналов. Автор статьи про них ничего не знал.

Выходит, что оптимальный вариант - via на plane-слои питания и земли как можно ближе к выводам питания, как говорят в большинстве случаев?

Да.

напрасно вы так про статью. Статья правильная. Как раз автор и дает рекоммендации по топологии чтобы защитить процесор от зависания от возвратных токов, вызванных например втыканием коннекторов в плату. Кстати, подобная тема разбиралась здесь

Читал также эту статью- но полностью поддерживаю ViKo, а уж рисунки с 1(!!!) переходным в земляном паде/полигоне это конечно нонсенс.
Переходное, как и проводник- индуктивность, и чем она меньше тем лучше, что означает повышение количества переходных и увеличение ширины трасс (именно в контексте земли/питания)

Или вот это:

Помеховый ток, протекающий чистой земле и уходящий в истинную землю через емкостную связь, создает градиент потенциала ("перекос").


Уже написано моножество мануалов/доков/статей - про количество переходных на землю, про стек псб, про разводку земель- там действительно очень много внимания уделено возвратным путям сигналов.

Что касается NFM: конденсаторы эти отличные(не уверен конечно насчет 10 обычных конденсаторов против этой серии) но опять же сделав кривую компоновку/разводку псб, но навесив супрессоров, ферритовых колец и другой подобной продукции вряд ли удасться сделать "помехоустойчивое" устройство.

В принципе все в той статье правильно написано, и о чистой земле, и о перекосах напряжения между разными участками земляных полигонов... Только из нашей практики вытекает, что это имеет больше значения в силовых узлах платы, в районе мощных DC-DC преобразователей. Там да, нужно внимательно смотреть какой элемент и к какой земле цеплять. А в районе низкочастотных MCU/CPU нет больших импульсных токов, которые создавали бы описанные эффекты. Хотя в условиях высоких внешних помех/наводок картина может и измениться.

Значит, забить на этот вариант и не выпендриваться =)

Ещё вот хотел спросить: на плате планирую иметь либо радиомодуль MRF24J40-MA (2,4 ГГц), либо MRF49XA (868 МГц). В связи с чем хотел бы поинтересоваться: стоит ли землю, связанную с радиомодулем, разделить с контроллерной землёй и соединять звездой, около источника питания? И поможет ли BLM15/BLM18 по питанию отфильтровать ВЧ? И как быть с полигонами на TOP и ВОТТОМ? Заливать всё землёй?

В наших платах ничего не делится по земле, один внутренний слой цельный всегда. В RF-частях платы заливаются и остальные слои. Если устройство в пластиковом корпусе, то вообще вся плата на всех слоях заливается землей где только можно и "сшивается" переходными по всем границам всех краев земляных полигонов, дабы ничего не висело, RF-модули в экранах, процессор+память в экране - тогда только получается пройти тесты ЭМС и устойчивости к внешним помеха.

Экран - это, поди-ка, недёшево. Да и где его взять?..

По поводу "сшивания" переходными: можно ли их расставлять на всех свободных местах, или надо как-то по-другому выбирать место? И можно их расставлять в сетке? В шахматном порядке?

Можно разделять питание и даже землю BLM15/BLM18, только не забудьте конденсаторов навешать на стороне радиомодуля в соответствии с его пиковым потреблением и частотой/длительностью его повторения.

Что касается проходных конденсаторов на линиях данных - встаёт вопрос: на чью землю они будут сбрасывать ВЧ шумы

Куда вы не хотите пропустить свои мегагерцы по питанию?
У вас там АЦП чувствительный или вы боитесь что контроллер повиснет?

ОК!


Над этим я пока не подумал


Никаких сверхчувствительных девайсов в схеме нет, хочу уберечь контроллер.

Несколько вопросов на понимание, если позволите. На 4-слойной плате (питание во внутренних plain-слоях, сигнальные цепи - на TOP и BOTTOM) у меня планируется силовая нагрузка (по входному питанию, +12В, суммарно до 3А), затем стоит ST1S10, от неё в схеме будут питаться PIC32, радиомодуль (868 МГц или 2,4 ГГц), дисплей (TFT) и некоторая мелочёвка вроде RTC etc. Правильно ли предполагаю, что:
1. Разъёмы для подключения силовых нагрузок нужно расположить на одной стороне платы, рядом с разъёмом питания;
2. Землю к силовым нагрузкам на уровне цепей отделить от цифровой земли и вести в plain-слое отдельным полигоном;
3. Заливка на TOP и BOTTOM земляными полигонами над силовыми разъёмами должна быть соединена с не с цифровой землёй, а с силовой;
4. Питание и землю силовых нагрузок имеет смысл разделить от цифрового питания и земли при помощи BLMок каких-нибудь силовых и проходных конденсаторов (их земляные выводы соединить с силовой землёй);
5. Управление силовыми нагрузками выполнить через опто-изоляцию (применяю MOCD207), корпуса ставить над границей, разделяющей полигоны цифровой и силовой земель;
6. Питание радиомодуля разделить от питания цифровой части схемы BLMкой, землю оставить общую, но соединить в одном месте (звездой) около преобразователя;
7. Полигоны заливки цифровой земли радиомодуля на TOP и BOTTOM не соединять с "общей" цифровой землёй;
8. Дисплей, висящий на плоском FFC-шлейфе (10 или 20 см), подкючать к PIC32 через что-нибудь вроде BLA3A (нашёл у нас BLA31AG601SN4D) или BLM15/BLM18.
9. Питание TFT вести через BLMку и проходной конденсатор, землю соединять с цифровой землёй без заморочек;
10. Все провода, идущие наружу (управление силовыми нагрузками, кнопки) защищать TVSками.
11. Есть ли смысл между силовым и цифровым питанием (до преобразователя) ставить что-нибудь вроде BNX022? Насколько эти блочки помогают развязать питание в случае индуктивных, релейных силовых нагрузок? Есть у кого-то такой опыт?
12. Если вздумаю ставить на плату реле для управления сетевыми силовыми нагрузками (двигатели, нагреватели), нужно ли ставить параллельно обмотке помимо диода ещё и конденсатор? Если да, то какого номинала?
13. Правильно ли на контакты реле вешать RC-цепочку для гашения дуги? Какой мощности должен быть резистор (0805, 1206, 2512)?
14. Верна ли рекомендация ставить реле с другой стороны платы по отношению к контроллеру и цифровым ИМС?

Всё верно я понимаю? Ничего важного не забыл?

Самое главное понять - что мы защищаем и от каких помех. С ваших слов - защищаем мы МК от импульсных помех. От повышенного напряжения на входах защитят опторазвязки и TVS.
Чего же боится контроллер:
1 - проседание и помехи по питанию,
2 - сбой кварцевого резонатора,
3 - импульсы на ногах ввода/вывода.

Все 3 пункта могут попасть на МК уже после вашей линии обороны за счёт неправильной разводки, например если чистые сигналы пойдут над грязной землёй или грязные полигоны будут над чистыми на большой площади.

Четырёх слойка - значит стек. Разнесёте внутренние слои - улучшите экранирующий эффект для высокоскоростных сигналов. Землю под резонатором в этом случае лучше убрать.

Да. Желательно вообще все разъёмы. Например:управление/питание/нагрузка.

Наверно да. Главное видить как токи побегут. Силовая нагрузка - значит постоянный ток. Ему без разницы экран. Распростроняется по пути с наименьшим сопротивлением.
А вот не допустить появление по этим цепям ВЧ состовляющих - необходимо. Например в месте ввода в плату или на проводах.

Да

Скажем так, идеально как в BNX, т.е. проходные конденсаторы стоят со стороны МК на его земле и в широком диапазоне гасят ВЧ сигнал. BLM стоят на вводе проводов на плату.
Недопустимо нахождение на разных концах платы проходных конденсаторов не блокированных BLM.
Ставя в разрыв земель любое сопротивление (ту же BLM) учитывайте падение на нём напряжения - на сильноточных землях может не хватить запаса для логики
Если у вас плата со всех концов утыкана разъёмами и на них есть земли, то землю МК лучше отделить ещё и BLM.

Вероятно.

Можно. Если емкость стоящая рядом с модулем справиться с нагрузкой, а BLM стоит рядом с модулем.
Хотя лучше сделать отдельное питание для МК т.к. BLM не спасёт от просадок по питанию если они будут.
Модуль по потреблению у вас почти силовая нагрузка.

А с чем? Здесь я не понял, что за полигоны...

Если есть вариант наводки на шлейф или примеры глюков PIC32 от дисплеев. AT91SAM9RL64 работал без глюков через 33ома в одном корпусе с дисплеем.

Можно просто через BLM и конденсатор у шлейфа. Не увлекайтесь проходными, возможно вам они вообще не понадабяться.

Это защитит от выгорания. От глюков защитит всё остальное.

Хуже не будет. Если поставите индуктивность перед ST1S10 не будете фонить своим 1МГц на силовое питание.


Когда-то КМОП от релюшек расположенных рядом переключались кто-куда. А зачем его рядом с МК ставить? Пусть стоят рядом с разъёмом.

Большое спасибо Вам за ответ! Читать-то долго, а уж писАть!.. Жаль, тут нет кнопки "вдарить в репу"

Позволю себе кое-что уточнить:



Питание планирую давать через ST1S10, преобразователь работает на 1 МГц, к тому же умеет быстро отрабатывать броски тока. Ну, и с запасом. Может, на выходе сделаю двойной LC-фильтр, если будет не лень. Думаю, этого хватит. По крайней мере, он себя хорошо показал и раньше, не дохнет по КЗ

Кварц буду использовать внутренний (8 МГц), дальше разгоню его или до 50, или до 80 МГц смотря по нагрузке. Ток в этом состоянии у PIC32 где-то 160 мА.


Не знаю, как делает Резонит - заказываю там. Да и раньше не обращал на это внимание, как таковых сложных высокочастотных проектов не было.

Про земляной полигон (на всех слоях?) под кварцем - это общая рекомендация?


Ну, я имел в виду заливку на свободных местах земляными полигонами...


Раз на раз не приходится. Бывают такие гадкие места, где даже вылизанные платы сбоят. Хочется подобрать такой вариант, чтобы железно, на всех объектах. Иначе потом опять танцы с бубнами, потери времени, денег, репутации =( Хотя, может это я уже дую на молоко.


Тут я имел в виду, что встречал рекомендацию ставить МК на одной стороне платы, а реле (с излучающими катушками) - с другой. Между ними ведь земляной экран, так что меньше влияние.

Я вообще заметил, что в моих схемах глюки как правило проявляются на работе дисплеев и случаются в момент переключения сторонних мощных силовых приборов. Уменьшить такое влияние до минимума - моя сегодняшняя задача.

У вас от ST1S10 PIC32 кушает ток 160 мА с частотой 50-80 МГц и модуль 2А в импульсе рядом. Фильтр нужен только на МК.



Внутренний - снимает проблемы с внешним. У внешнего сильно влияние ёмкосной связи на пузе к окружающему миру.
Поэтому общая рекомендация - стараться её уменьшить. Поэтому полигон не ближе 0.5-1.0мм к основанию (т.е в 3 или 4 слое).



Если что-то залили - лучше подключить куда-то. Оно ведь ёмкостную связь образует с теми слоями между которыми находится.



Вы поставите BLA у которой сопротивление на 100Мгц = 600 Ом как это вам поможет? У вас помеха на объектах в этом диапазоне с таким уровнем или дисплей в этом диапазоне фонит?



Меньше, децибел на 60 вроде. Но катушки стоит подальше даже на другой стороне ставить.



Как "сторонние мощные силовые приборы" связаны с вами? Обшие питание? Общие кабели? Общие шкафы?
Что за тип дисплеев и их подсветки/подогрева?