Соеденение земель, DC-DC и common-mode шум., Соединение аналоговых и цифровых земель Опции

[Major]

Вопрос такой:
1. Рекомендуют аналоговую землю и цифровую соединять непосредственно рядом с АЦП (ЦАП)
2. Синфазный (common-mode) шум увеличивается с ростом индуктивности соединителя входной и выходной земель DC-DC преобразователя.
3. Входная земля DC-DC является также и цифровой землей. Выходная соответственно аналоговой.

И как быть?
1а. Соединяя возле DC-DC есть риск, что цифровые токи пройдут через эту точку, внося шум в аналоговые цепи питания.
1в. Соединяя возле АЦП, получаем индуктивность для common-mode.
1с. Соединяя в двух точках, все равно есть риск получить 1а.

Кто как делает?
Ощущение есть что надо 1с, и дальше топологией (разрезами в земле, чтобы цифре было неудобно ходить по аналоговому пути.
Подскажите.

Как делают когда DC-DC в аналоговую часть не один, а например два.

[beg]

Для аналоговых цепей только линейные стабилизаторы, никаких DC-DC, т.е. ключевых.

[DSIoffe]

Analog Devices рекомендует считать АЦП полностью аналоговым элементом, потому всю его землю надо сажать на аналоговую землю, причём его аналоговые земляные выводы соединить с цифровыми как можно лучше. Материалы от других фирм мне сейчас не вспомнить, но природа должна быть везде одинаковая. А уже потом заботиться о том, чтобы выходные сигналы АЦП давали поменьше паразитных связей с цифровой частью схемы. Например, ставить последовательно с ними небольшие резисторы, примерно 100 Ом, или даже гальваническую развязку.

Для аналоговых цепей только линейные стабилизаторы, никаких DC-DC, т.е. ключевых.

Без импульсных стабилизаторов, по нынешним временам, не обойтись. Ставить на выходе импульсного стабилизатора линейный пользы мало, так как на частоте преобразований DC-DC он ослабляет плохо. Полезнее, ИМХО, взять DC-DC с большой частотой и хорошо фильтровать его выход - многослойные керамические конденсаторы большой ёмкости, феритовые бусины и ещё что-нибудь.

[DuMaH]

Я чаще слышал рекомендации соединять разные "земли" как можно ближе ко входному разъему питания или стабилизатору, если таковой на плате имеется. А что касается ЦАП и АЦП, то их, на мой взгляд, лучше привязывать только к аналоговой земле, а проводники цифровых сигналов располагать так, чтобы они и их возвратные токи не влияли на аналоговые (и соответственно, их возвратные токи).
Вообще-то общего решения проблемы наводок нет, в каждом отдельно взятом случае есть нюансы.
А какой у Вас DC-DC, с гальваноразвязкой или без? Правильно я понял, что он вырабатывает напряжение питания аналоговой части? Сколько слоев в плате?

[beg]

...Ставить на выходе импульсного стабилизатора линейный пользы мало, так как на частоте преобразований DC-DC он ослабляет плохо...

20-30 дБ, не так уж и плохо на мой взгляд. Вот, например, картинка из LT1764 datasheet (p8):

Прикрепленные файлы

 LT1764_Ripple_Rejection.bmp ( 8.22 килобайт ) Кол-во скачиваний: 66

 

[HardJoker]

Analog Devices рекомендует считать АЦП полностью аналоговым элементом, потому всю его землю надо сажать на аналоговую землю, причём его аналоговые земляные выводы соединить с цифровыми как можно лучше. Материалы от других фирм мне сейчас не вспомнить, но природа должна быть везде одинаковая. А уже потом заботиться о том, чтобы выходные сигналы АЦП давали поменьше паразитных связей с цифровой частью схемы. Например, ставить последовательно с ними небольшие резисторы, примерно 100 Ом, или даже гальваническую развязку.

Для аналоговых цепей только линейные стабилизаторы, никаких DC-DC, т.е. ключевых.

Без импульсных стабилизаторов, по нынешним временам, не обойтись. Ставить на выходе импульсного стабилизатора линейный пользы мало, так как на частоте преобразований DC-DC он ослабляет плохо. Полезнее, ИМХО, взять DC-DC с большой частотой и хорошо фильтровать его выход - многослойные керамические конденсаторы большой ёмкости, феритовые бусины и ещё что-нибудь.

Керамические конденсаторы большой емкости на основе керамики X7Rфильтруют не выше 1...2MHz. Есть отличный Tools на www.murata.com + www.linear.com предлагает SCad для моделирования своих DC-DC.

[Major]

По порядку:
DC-DC изолированный, иначе о common-mode между землями речь бы не шла
(в неизолированном его быть недолжно, земля общая).
Почему изолированный DC-DC - чтобы разорвать земляные петли (прибор большой и плата с АЦП один из компонентов).
После DC-DC всегда ставлю low drop в аналоговых питаниях, там даже 20 дБ уже бонус.
Кондюки на входе-выходе, бусинки, все ясно. Но это диф. помеха. и на вскидку все приемы ясны (хотя сложностей хватает).
С резисторами на выходах цифровых выводов тоже все понятно.
Про то что "цифровая" земля АЦП сидит на аналоговой земле и так понятно.

Вопрос, где соединить глобально-цифровую землю с аналоговой, так чтобы синфазный шум не возникал и цифровые возвратные токи не портили жизнь.

Соединяя рядом с АЦП - это улучшение (уменьшение контура) пути возвратного тока для цифровых сигналов. Но при этом увеличивается контур для common-mode цепи.
В ситуации соединения у DC-DC, ситуация для возвратных токов цифры не оптимальна.

Хотелось бы узнать практический опыт. Свой тоже нарабатываю, но изготовление ПП - это не програмку поправить и перекомпилить.

[DS]

У АЦП, даже у ADшного, почти всегда 2 земли. Поэтому нет необходимости цифровую землю АЦП вешать на аналоговую. В противном случае в документации бы их не разделяли. Другое дело, что не допускается сколь-нибудь значительной разницы потенциалов, что подразумевает объединение земель в пределах платы.
Обычно соединяют земли у питания. Еслт у АЦП соединить аналоговую и цифровую земли, то использование двух земель становиться несколько бессмысленным - возвратные токи выходов потекут через аналоговую землю.

[xemul]

Извините, но не понял. Если

DC-DC изолированный ... (прибор большой и плата с АЦП один из компонентов).

, то, по-видимому, и плата с АЦП предполагается с гальванической развязкой от всего остального?
Тогда мы имеем прибор с изолированной измерительной частью и плавающими входами. Утечки, наводки - защитными кольцами и экранированием. А варианты возможного соединения земель при эксплуатации прибора рассматриваются уже непосредственно на месте его эксплуатации.
И

Вопрос, где соединить глобально-цифровую землю с аналоговой, так чтобы синфазный шум не возникал и цифровые возвратные токи не портили жизнь.

тогда просто не стоит.
Если же все таки предполагается соединение земель аналоговой и цифровой частей внутри прибора, то земли АЦП должны прибегать или раздельно на землю DC-DC, или на ground plane всей аналоговой части. Земля DC-DC уже должна бежать на землю питателя всего прибора.
Если все вылизано, но будут проявляться шумы от соединения АЦП по цифре, то тут опять же только опторазвязкой цифровых входов/выходов АЦП.

[beg]

...Если все вылизано, но будут проявляться шумы от соединения АЦП по цифре, то тут опять же только опторазвязкой цифровых входов/выходов АЦП.

Едва ли найдете опторазвязку на мегасэмплы.

[xemul]

...Если все вылизано, но будут проявляться шумы от соединения АЦП по цифре, то тут опять же только опторазвязкой цифровых входов/выходов АЦП.

Едва ли найдете опторазвязку на мегасэмплы.

Месяца 3-4 где-то мелькала инфа про оптокоуплеры с полосой до *дцати МГц (точных данных не помню).
И опторазвязка актуальна для АЦП с параллельным выходом. Для АЦП с последовательным выходом спектр цифры лежит существенно выше входной полосы по аналогу, соответственно и методы борьбы разные.
И если уж мудрится такой прибор, то тут за ценой стоять не приходится.

[Artem_Petrik]

Вообще-то опторазвязка предназначена для решения совсем других проблем, но никак не для устранения проблем, вызываемых возвратными токами. Небольшие (милливольты) разности между потенциалами земель в источнике и приемнике цифровых сигналов решаются установкой буферных триггеров шмитта.
К сожалению сразу не вспомню где, но тоже видел рекомендацию соединять аналоговую и цифровую земли непосредственно под микрухой. Там же и картинка была приведена: корпус soic, с одной стороны цифра, с противоположной - аналог, в ground plane идет разрез вдоль микросхемы, и точно по ее середине - неширокая перемычка. Однако не могу не согласится, что соединение "Звездой" у блока питания выглядит по многим параметрам более правильным. Лично я использовал вариант со "Звездой" у блока питания, однако количественной оценки эффекта от такого решения привести не могу, так как требования в том проекте были неслишком большие, заморочка по поводу земли была скорее перестраховкой, чем необходимостью, и проблем не возникло.

[Джеймс]

У АЦП, даже у ADшного, почти всегда 2 земли. Поэтому нет необходимости цифровую землю АЦП вешать на аналоговую. В противном случае в документации бы их не разделяли.

ADI: High Speed Design Techniques
http://www.analog.com/en/content/0,2886,77...5F10988,00.html
См. Section 7b: Grounding in High Speed Systems

The ADCs and DACs (and even some mixed-signal ICs) should be treated as analog components and also
grounded and decoupled to the analog ground plane. ... The name "DGND" on an IC tells us that this pin connects to the digital ground of the IC. This does not imply that this pin must be connected to the digital ground of the system.

Объяснение на стр. 2-3

P.S. Лично присутствовал на семинаре, где г-н. Bryant (FAE ADI и один из авторов указанного документа) сказал те же самые слова.

[DuMaH]

По порядку:
DC-DC изолированный, иначе о common-mode между землями речь бы не шла
(в неизолированном его быть недолжно, земля общая).
Почему изолированный DC-DC - чтобы разорвать земляные петли (прибор большой и плата с АЦП один из компонентов)...
Вопрос, где соединить глобально-цифровую землю с аналоговой, так чтобы синфазный шум не возникал и цифровые возвратные токи не портили жизнь.

Что-то я не очень понимаю, зачем применять изолированный DC-DC, если вы потом все равно земли связываете? Земляные петли будут если Вы аналоговую землю присоедините к общей еще где-нибудь, кроме как рядом со стабилизатором, но в этом случае и DC-DC не поможет.

Соединяя рядом с АЦП - это улучшение (уменьшение контура) пути возвратного тока для цифровых сигналов. Но при этом увеличивается контур для common-mode цепи.
В ситуации соединения у DC-DC, ситуация для возвратных токов цифры не оптимальна.

Извините, каким образом меняя место соединения земель изменить контур пути возвратного тока? Если разводка правильная, то возвратный ток течет строго параллельно трассе. Вот и проводите эти трассы из АЦП через/над точкой соединения земель в цифровую часть. И точка эта должна быть рядом с DC-DC, ибо возвратные токи цифровых сигналов текут не только по земле. Надо только позаботиться, чтобы цифровые трассы не наткались на аналоговые.
А вот если соединить земли возле АЦП (я так понимаю, в Вашем случае это = далеко от стабилизатора) вот тогда можно огрести много интересной работы надолго. Относительно какой земли в этом случае стабилизатор будет стабилизировать питание?!

[Sergu]

К сожалению сразу не вспомню где, но тоже видел рекомендацию соединять аналоговую и цифровую земли непосредственно под микрухой. Там же и картинка была приведена: корпус soic, с одной стороны цифра, с противоположной - аналог, в ground plane идет разрез вдоль микросхемы, и точно по ее середине - неширокая перемычка.

Да, вроде у самой AD в куче мест так и сделано, вот в руках их evaluation board с aduc816 - нижняя часть платы - две большие отдельные земли-полигоны - "цифровая" и "аналоговая" соединенные в единственном месте широкой перемычкой под aduc-ом.....

Да и на других их платах, например, насколько помню и с ad7705 тоже так было сделано...

[xemul]

Вообще-то опторазвязка предназначена для решения совсем других проблем, но никак не для устранения проблем, вызываемых возвратными токами.

Пожалуй что да. Помехи от коммутации оптронов будут выше, чем от несогласованности земель. Или я не знаю, как нужно плату развести, чтобы получилось наоборот.

[Major]

Отсутствовал... Но доки рыл.
В общем то вопрос был задан при попытке отказаться отбубнов шаманских.
для себя ситуацию выяснил.
Соединение земель у АЦП - это создание топологии звезда, только с низко импидансными свойствами за счет низкой индективности, земли соединяются в одной точке.
Решил что соединять надо DC-DC, а дальше разводкой и растановкой рулить.
Чтобы избежать синфазных помех между платой и глобальной системой - common-mode choke на входе DC-DC.

[Iouri]

введение так называемой аналоговой земли иногда может навредить
Вы говорите что у вас большая плата соответственно источники питания в одном углу аналоговая часть в другом земли соеденены под ацп как сказано в 90% апп нотес в результате получаем петлю
и индуктивность дальше хуже поскольку аналоговую часть нужно подключать через провода кудат о дальше то могут возникнуть проблемы с FCC 68 part 15 or CISPR22 radiated emmisions.
я стараюсь распологать источник питания аналогой части рядом с ацп и где нибудь в углу платы дальше полигон аналоговой земли те ацп как бы делит плату между цифровой и аналоговой
частью.
в ответ на ваш вопрос посмотрите может разделение земель вам и не нужно

удачи

[alexunder]

Могу лишь порекомендовать Texas Instruments: OpAmps For Everyone
А точнее, русский перевод части этой книги, касающейся в т.ч. разведения земель, который есть у Резонита:
http://rezonit.ru/pcb/support/articles/cad/07/
Описаны правила разводки и в каких случаях их стоит применять. Хотя из своей практики знаю, что в зависимости от геометрии платы или устройства в целом иногда полезно использовать одну землю.

Сообщение отредактировал alexunder - Sep 3 2006, 14:47

[HardJoker]

Analog Devices рекомендует считать АЦП полностью аналоговым элементом, потому всю его землю надо сажать на аналоговую землю, причём его аналоговые земляные выводы соединить с цифровыми как можно лучше. Материалы от других фирм мне сейчас не вспомнить, но природа должна быть везде одинаковая. А уже потом заботиться о том, чтобы выходные сигналы АЦП давали поменьше паразитных связей с цифровой частью схемы. Например, ставить последовательно с ними небольшие резисторы, примерно 100 Ом, или даже гальваническую развязку.

Для аналоговых цепей только линейные стабилизаторы, никаких DC-DC, т.е. ключевых.

Без импульсных стабилизаторов, по нынешним временам, не обойтись. Ставить на выходе импульсного стабилизатора линейный пользы мало, так как на частоте преобразований DC-DC он ослабляет плохо. Полезнее, ИМХО, взять DC-DC с большой частотой и хорошо фильтровать его выход - многослойные керамические конденсаторы большой ёмкости, феритовые бусины и ещё что-нибудь.

Керамика Y5V большой емкости 1.0...10.0uF на 1.0MHz уже плохо работает. X7R будет существенно дороже. Цифирь можно посмотреть в симуляторе MCSIL на www.murata.com

[DSIoffe]

Керамика Y5V большой емкости 1.0...10.0uF на 1.0MHz уже плохо работает. X7R будет существенно дороже.

Есть симпатичный компромисс - X5R. Отличается от X7R только температурным диапазоном.

[slimjack]

У меня на плате кита для ТМС2808 цифровая часть контроллера (ядро, порты и флэш) питаются от линейного стабилизатора. От него же через бусину и три емкости (10мкФ(эл.лит), 0.1мкФ и 0.001мкФ) питается аналоговая часть АЦП, через такой же фильтр и цифровая часть АЦП. Земли АЦП (аналоговая и цифровая) сидят на аналоговом полигоне (проходит прямо под выводами АЦП). Объединение аналогового и цифрового полигона земли сделано и не возле разьема и не возле контроллера - где-то по среди платы!

[Сергей Б]

Почитайте этот документ, может поможет

http://www.analog.com/UploadedFiles/Associ...563Section9.pdf

[HardJoker]

и цифровая) сидят на аналоговом полигоне (проходит прямо под выводами АЦП). Объединение аналогового и цифрового полигона земли сделано и не возле разьема и не возле контроллера - где-то по среди платы!

Легко объяснимо - усредняют расхождение земель. Получается всем поровну. Если есть критичный элемент в схеме, например, 100...200MHz АЦП, соединение земель делают под ним. В противном случае руководствуются общими рекомендациями - объединить на источнике питания.