В разрабатываемой схеме есть цифровые компоненты (ПЛИС, память), есть АЦП, есть ЦАП, есть и аналоговая часть: фильтры, аттенюаторы, усилители.
Как организовать разделение питания, земель, общие принципы.
Просьба к талмудам board design не отсылать, нужны основные принципы, приёмы.

Вот http://www.elart.narod.ru/ посмотрите. Насколько помню там есть интересные статьи по интересующей теме.

да, есть там перевод Texas'овского шита (Б. Картер. Техника разводки печатных плат.), прочитал, но как то до конца не понял принципов.

В частности, в какой точке лучше объединить аналоговую и цифровую землю, через что лучше объединять, через дроссель, или просто перешейком?

Было бы даже лучше, посмотреть какие-нибудь конкретные примеры разводки плат с цифро-аналоговыми частями

Объединять нужно в районе АЦП и ЦАП. Перешейком.
При этом выводы цифровой земли АЦП и ЦАП нужно тоже сажать на аналоговую землю а питание цифровой части желательно брать от отдельного источника (не цифрового и не аналогового).
Если провода от них идут длинные, для минимизации шумов нужно в непосредственной близости от них включить буферы. Земля и питание у буферов должно быть уже цифровые.

У AD ещё были статьи на эту тему...

А если из расчёта, что питание на плату поступает одно +5V, а потом планируется LDO на 3.3В для цифровой схемы и другая LDO на 3.3В для аналоговой схемы. В этом случае получается по любому одна точка объединения земель уже есть: на входе системы. Как тогда организовать? Имеет ли смысл делать вторую точку объединения в районе АЦП и ЦАП?

Смысл аналоговой земли в том, чтобы передавать сигнал без искажений.
То есть от источника сигнала ведёте сигнальную линию и аналоговую землю, желательно параллельными курсами. По аналоговой земле не должны течь цифровые токи. Поэтому она должна расходиться "звездой", центр которой соединяется в одной точке с общей землёй (обычно около АЦП)

Абсолютно согласен, лучше книжки не встречал Linear Circuit Design Handbook
SECTION 12-3
Grounding
page 863

От себя могу добавить, что разделение эффективно для не очень высоких частот. При неудачной разводке аналоговой и цифровой земель можно получить щелевую антенну с резонансной частотой близкой к одной из частот (или гармоники) работы устройства и результат будет прямо противоположный.

а в каком слое эту звезду делать? во внешних или во всех земляных слоях?


Спасибо, обязательно почитаю, в ссылке выше, кстати, похоже есть даже перевод этой главы на русский.
(У. Кестер, Дж. Брайант, М. Бирн. Заземление в системах со смешанными сигналами)

первоисточник:
http://www.analog.com/en/content/0,2886,76...9%255F0,00.html
перевод:
http://www.analog.com.ru/pub_semin.htm (http://www.analog.com.ru/Public/10.pdf)

Закон Ома - универсален (особенно в комплексном виде)
Посмотрите как у Вас проходят прямые и возвратные токи, прикиньте где и как нужно поставить фильтры (и нужно ли вообще). Также обратите внимание на паразитные емкостные и индуктивные связи на плате. Нарисуйте эквивалентную схему интересующего участка и многое станет очевидным. Иногда может так оказаться что и разделять земли не надо, а надо как раз наоборот иметь одну сплошную качественную землю.

Только не надо забывать, что обычно плата подключена еще к куче разных систем - от блока питания до внешних датчиков и исполнительных устройств. Которые могут иметь свои земли, свои точки крепления к корпусу и так далее.
Учитывать надо все в комплексе. Поэтому часто соединение земель около АЦП/ЦАП приводит к обратному результату, вплоть до неработоспособности устройства. Т.е. вполне может получиться, что, к примеру, через перемычку между землями потечет 2% 10А тока питания какого-нибудь двигателя.

Прямо-таки основной закон природы... Это для меня новость... Особенно(?), в комплексном виде...

Не торопитесь земли резать, скорее важно правильное расположение элементов на плате.

Вот посмотрите доходчивые материалы:
http://www.hottconsultants.com/tips.html
http://www.hottconsultants.com/

cioma и другие товарищи!

В документации на АЦП и ЦАП чётко указаны выводы земли, какие выводы-это аналоговая , а какие выводы- это цифровая земля. Соответственно с общего разъёма платы подключаем аналоговую и цифровую земли.
Объединять цифровую и аналоговую земли следует либо на общем разъёме ,либо на стойке, в разъёмы которой подсоединены отдельные аналого-цифровые платы.

Самый главный вопрос- каким критерием руководствоваться при разводке земли. К сожалению, в аналогово-цифровом бардаке никакие Ом'ы не проходят, пытался в своё время елозить омметром.
В принципе, если Вы поиграетесь с тем или иным подключением земель, то компьютер на выходе Вашей стойки даст оценку тому или иному Вашему подключению земли.

Это говорит только о том, что устройство спроектировано неверно.
Всегда можно сделать так, чтобы через перемычку, соединяющую цифровую и аналоговую "земли", текли только токи питания измерительно/преобразовательной части. А силовые цепи расположить в другом месте.
Для работы же в условиях сильных помех необходимо применять гальваническую развязку. Например, путём передачи/приёма сигнала дифференциально (ДУ с высоким входным сопротивлением обеспечивает такую развязку).

Считаю,что лучшей книгой по рассматриваемой теме является книга ОТТ Г.У. " Методы подавления шумов и помех в электронных системах". М.: МИР, 1979.
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/O/OTT_Genri_U/_Ott_G._U..html

Тут в одном оффтопике рассказывали как человек пытался измерить волновое сопротивление коаксиального кабеля омметром

Как видно из моего ответа я говорю о полном (!) сопротивлении (т.е. активная + реактивная часть, отсюда и математический термин "комплексный")

sergunas

Рассмотрим в качестве примера преобразователь сигнала ПЧ в синфазный и квадратурный сигналы, в цифровом виде поступающие с блока далее для обработки.Частота сигнала ПЧ несколько десятков МГЦ.

Практически-это набор блоков ,состоящий из аналоговой части -усилителя ПЧ-полосового фильтра,фазорасщепителя,преобразователей частоты, усилителей видеосигнала с ФНЧ и цифровой части-два АЦП с обеспечивающим их работу хозяйством.

Разрабатываете каждый подблок блока поотдельности с учётом рекомендаций ОТТ&К;земля на плате замкнута по контуру,поскольку аналоговые схемы будут прикрыты сверху металлической крышкой-внутри находятся пассивные и активные элементы. Проводите наладку каждого подблока отдельно,закрываете его крышкой и вновь проверяете параметры подблока.Аналогично настраиваете подблоки АЦП,подключая к выходу АЦП подблок ЦАП и контролируя сквозные параметры.

Устанавливаете аналоговые и цифровые подблоки, проводите наладку аналоговой части до входа подблоков АЦП, соединяя блоки между собой коаксиальным кабелем, а затем уже проверяете работу преобразователя в целом.

Разводка питания на разъеме преобразователя такова, что питающие контакты,например, +5В ,+12В,-5В с помощью контактов земли разделены друг относительно друга на максимально большое расстояние.

Очень важным моментом является вопрос подбора испытательных сигналов.

Здравствуйте, уважаемые коллеги.

Возник вопрос с разделением земель. Имеется модуль стандарта CPCI размера 6U, на нём решено поставить 4 АЦП с частотой дискретизации 250 МГц и ДСП процессор TMS. Ещё до кучи будут несколько плис и мост. Cуть в том, что плата разделена на 2 части ,аналоговую и цифровую. Входы АЦП представляют собой стандартные SMA разъёмы которые сидят на планке самой кассеты. Но есть проблема- корпуса этих самых разъёмов являются ничем иным как аналоговой землёй, и когда я их сажаю на планку (корпус) у меня аналог попадает на общий корпус всего изделия. Как быть? На мой взгляд есть 3 варианта:

1. Изоляция разъёмов от планки. Не очень удобно и возможно случайное контактирование с корпусом.
2. Развязка трансом. Поставить маленькие трансы, один конец на АЦП , а другой на маленький пятак соединённый с разъёмами и с корпусом ,соответственно.
3. Соединить "намертво" аналоговую землю и корпус всего изделия (думаю не прокатит)


Кто сталкивался, помогите пожалуйста.

Во многих примерах Texas Instruments АЦП развязываются по земле при помощи сигнальных трансформаторов. Мне кажется это оптимальное решение
для Вашего случая. Например вот здесь есть подобный пример http://focus.ti.com/lit/ug/slwu010c/slwu010c.pdf

Это, вероятно, будет большой ошибкой. Навряд ли вы добьётесь чего-нибудь путного от такого варианта. Общего источника не должно быть. У вас будут сплошные петли. Тогда уж просто взять питание аналога от цифры - так хоть будет возможность избавиться от петель. Если у вас источники питаний разные, так они и должны быть разными.

Это не так. В этом сл. под GND выделяют отдельный слой ПП, м. б. и более одного.
Аналоговые и цифровые части устройства группируются на разных участках ПП.

Согласен с rloc по поводу эффективности разделения земель только для невысоких частот. На практике пытались по-разному разделить земли, подбирали оптимальные места для перемычек и прочее. В результате оптимальным оказалось использование одной земли и правильное размещение компонентов. Под правильным размещением подразумевается такое размещение, при котором возвратные токи цифровых компонентов не потекут через аналоговые компоненты. Возвратный ток течет по пути наименьшей индуктивности (на частотах выше 1МГц), а, стало быть, при использование сплошного полигона земли, возвратный ток течет прямо под сигналом. С учетом этого размещайте компоненты.

Многие, принимают принцип деления аналоговых и цифровых земель как догму - это не так!!
Далеко не всегда есть необходимость в этом делении, это чаще вредно, чем полезно.
Чтобы дать конкретные рекомендации, нужно знать много условий начиная от характеристик сигналов и кончая расположением портов аналоговых и цифровых на плате.
Мои универсальные рекомендации такие:
1. Землю не режем!
2. Аналоговые цепи делаем как можно короче.
3. Делаем прямолинейную геометрическую топологию: Аналоговый вход - аналоговые цепи - АЦП/ЦАП - цифровые цепи.
4. Импульсные питалки и прочая ересь - на противоположном конце платы от аналоговых цепей.
5. Аналоговое питание отделить индуктивностью ~10 мкГн дополнительно к отдельному источнику.
Так работать будет всегда и недёжно.
Резня земли на аналоговую и цифровую нужна только в том случае, если не возможно выполнить пункт 3, да и то не всегда.

Вот аргументы:
Если землю резать, то резко увеличивается ее импеданс, а токи помех могут затечь от стоек крепления и от корпусов разъёмов, в итоге эффект получится отрицательным.
Разрезанная земля существенно ухудшает температурный режим прибора.
Разрезанная земля работает только в комплексе с рядом других мер по подавлению помех, как то развязки по питанию, ферритовые шайбы подавления синфазки по входным портам - это весьма хлопотно.

Очень хорошая тема, и много полезных ссылок.

Но у меня есть еще вопрос.
Просматривая рекомендуемую типовую схему включения для высокоскоростного ЦАП ADV7127, нашел на стр.14, рис. 25 фильтр по питанию с двумя ферритовыми бусинками. Против той, что цепи питания возражений не имею, а та, что в цепи GND не понятна зачем.
При скачке тока в бусинке, что на GND возникнет э.д.с. самоиндукции, что может дать скачек потенциала на общем выводе ИМС, а это вроде бы никому не нужно и рассматривается как высокочастотная импульсная помеха. То есть, я бы эту бусинку не ставил.
Какое у кого будет мнение по части бусинки в цепи GND, она полезна или вредна?

У этого ЦАПа нет отдельной аналоговой земли. Зачем её отделили шайбой - мне тоже не понятно.
Более того, на эту землю, отделённую шайбой, затечёт импульсное напряжение от входов и особенно от клоков, что особенно страшно. В итоге помеха существенной амплитуды окажется на аналоговой земле и экране выходного кабеля. Врядли это приведёт к чему-то хорошему, по ЕМС такой прибор не пройдет точно.
Если кто-то знает, чем руководствовались АДшники при таком решении - очень интересно знать.
Я бы не ставил эту шайбу по земле, а поставил бы на выходной кабель после разъёма, либо чип-CMR (у мюраты есть) до разъёма.

к __Sergey_
Да вот и я думаю также...

Несколько раз встречал рекомендации соединять цифровую и аналоговую земли (полигоны) перемычкой с ферритовой бусинкой.
По сути это дроссель, а в нем э.д.с самоиндукции может импульсно менять потенциал аналоговой земли. Кому это надо и зачем?
В чем тонкая суть этого приема с бусинкой?

Помимо бусины еще диоды Шотки ставят между землями, как раз для того чтобы не допустить разницы потенциалов между ними

помнится тут на огороде две книжки лежало
переводные отсканированные
там много полезного на эту тему и не только

Конструирование высокочастотных цифровых устройств
и
высокоскоростная передача цифровых данных

обе Говарда Джонсона и Мартина Грэхема


рекомендую
(у самого теперь в бумажном виде )

Не понимаю, объясните...
Разницы потенциалов между GND и AGND не будет, если они соединены накоротко проводником. Причем здесь диод Шотки между этими землями, он даст разницу потенциалов около 0.3В, и это значение еще зависит от протекающего через диод тока.
Так что с бусинкой между землями я все одно не понял.


к micci_n
Спасибо за ссылку, попробую найти.
В плане теории конструирования у меня настольная книга
Кечиев Л.Н. "Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры" от 2007.
Там по поводу бусинки между землями ничего нет.

Ferrite bead между землями - чтоб высокочастотные токи (от цифровой земли) не шли по земле аналоговой. Естественно ferrite bead не панацея, нужно чтобы и все остальное было спроектировано как следует. В идеале возвратные цифровые токи по определению не должны проходить по аналоговой земле, но добиться такого можно не всегда. Кстати, многие думают что ferrite bead - это индуктор, и не могут понять "как такое работает" Вот здесь описан принцип: http://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_bead

"Естественно ferrite bead не панацея,..." - диапазон рабочих частот FB наиболее востребованных Z=(50...600)Oh ограничивается значением 100MHz.

Это уже кое-что объясняет. Только как быть, если в аналоговой части тоже ВЧ токи, ниже цифровых скажем, на порядок (где-то 10МГц и 100МГц).
В ссылке объяснения скуповаты, и больше применительно к кабельным линиям. А вот что бы к печатным платам, да еще с цифровой и аналоговой частями, такого нет. Хотелось бы почитать по поводу Ferrite Bead (FB) от отечественных спецов, они обычно пишут конкретней и ясней. Если, кто-то сталкивался, укажите, где почитать.

Согласен, что нужно проектировать "как следует", но все-таки тема о приемах правильного использования конкретно FB, здесь не раскрыта. И пока еще хочется в этом разобраться....

Смотрите ссылки внизу статьи в википедии - там есть дока от мураты



Что значит "ограничивается"? Импеданс после 100 МГц резко падает до нуля? Ну, Вы поняли, да?

Есть FB и до гигагерца - читайте у мураты, там все весьма доступно расписано.

Те, которые работают на GGz, практического значения для развязки цифровых & аналоговых земель не имеют. В гиговый тракт никто ARM совать не думает.

:Serhiy_UA
В общем случае, роль бусинки тут объяснили.
Но в Вашем случае полезность бусинки под большим сомнением, поскольку ЦАП не имеет отдельной аналоговой земли.
То есть импульсный ток от цифровых выходов ЦАПа и от клоков по-любому затечет на аналоговую землю и бусинка тут ни как не поможет.
Почему производитель рекомендует ее ставить - загадка.
Я думаю не стоит следовать тупо этим рекомендациям и соединить земли намертво.

Поддерживаю предыдущего оратора. Сплошная земля + правильно разведенные сигналы (с учетом возвратных токов) в общем случае есть более правильный подход. А на нескольких сотнях МГц и наиболее эффективный.

Согласен с Вами по поводу сплошной земли. Возвратные СВЧ токи идут в сплошных полигонах под сигнальными цепями...

Я понял, что бусинки имеют минимальную паразитную межвитковую емкость, по этому в них нет параллельного резонанса. В то же время, в простых дросселях межвитковой емкость побольше, и в них возможен параллельный резонанс и, как, следствие, помеха. С эти понятно, бусинка однозначно лучше.

И еще вопрос: как лучше сочетать в фильтрах питания дросселя и бусинки, применительно к высокочастотным цифро-аналоговым узлами? Или о дросселях лучше забыть?

Для подавления в диапазоне 100 кГц - 500 Мгц я обычно использую комбинацию проходных конденсаторов и fb (Murata NFM + BLM). В зависимости от нужных направлений подавления и импедансов входных и выходных цепей выбирается схема комбинации вышеупомянутых компонентов (Г-, П- или Т-образный фильтр). Т.к. цепи питания КМОП имеют низкий импеданс, то либо Т-, либо Г-образный фильтр.

Есть красивые комбинированные решения (Murata BNX).

Ну а если надо давить ниже 100 кГц - делайте какие же фильтры на дросселе и конденсаторе. Если речь идет об "очищении" питания от DC/DC, то иногда имеет смысл на его выходе поставить LDO, который в данном случае выполняет функцию фильтра.

+ Для цепей выходящих во внешний мир (как сигнальных так и питания) используйте common-mode choke (опять же Murata).

Но ничто из вышеприведенного не заменит хорошей межслойной емкости платы

Э, Не это дроссель! и путать не стоить эквивалентную схему и реальность, по этому физика другая.
Это поглотитель ЭМИ, применяют ферриты как правило с очень большим мю 10000...30000
и также не простое порошковое эелезо.
Их можно сравнивать с ТДЛ c короткозамкнутым витком ( если знаете что это такое),
поскольку поглощение происходит в широкой полосе частот.

Полностью поддерживаю предыдущего оратора

Что это не дроссель, я наконец-то разобрался. Хотя вопросы остались...
1. Что такое ЭМИ и зачем это поглощать. Нельзя ли поглощать еще как-то.
2. Что такое ТДЛ. Зачем короткозамкнутый виток. В чем физический смысл этих приемов.
Если можно, растолкуйте, я действительно многих тонкостей не понимаю....

Расшишровка:
ЭМИ -электромагнмтный импульс
ТДЛ - трансформатор длинная линия (Книги Реда и др.).
поглощать можно по разному, способов много.
Рассеимаем поглощенную мощность импульсов на короткозамкнутый виток.
Короткозамкнутым витком является объем этого "тора" для магнитной составляющей импульса.
физический смысл - уменьшить мощность шумов.
Какую из ...многих тонкостей пояснить?

Правильно она там стоит! Если не ставить, уровень шумов возрастет, проверено. Верить схеме! и учиться понимать почему она там стоит.
Также что-то не встретил в этой теме главные правила разводки земель (некто не упомянул!) или законы Кирхгофа
http://ru.wikipedia.org/wiki/Законы_Кирхгофа
разводка земель ( цифры, аналога, ... ) должна быть сделана с учетом этих законов или правил.
Должны быть расчитаны и замкнуты все контура по правиам. Все разрезы земель и вырезы подчинены этим правилам.
Также аналогоавя и цифровая земля должны быть соеденены вместе непосредственно около источника.
При разводке платы используют земли и "завивку" полигонами и стараются замыкать земляные контура возле каждого узла, соблюдая законы Кирхгофа!

В НЧ области ведь преимущественно индуктивность? И это необходимо учитывать, вплоть до области где R=X.

Для ADV7127 - это изоляция токов через проходные (паразитные) емкости между цифрой и аналогом внутри ЦАП.

Сейчас обычно рекомендуют все земли ЦАП-АЦП намертво соединять сразу у корпуса, тогда площадь контура минимальна.
Включение бусины и соединение земель по минимальному контуры - разные пути разрешения противоречия.
Но думать надо всегда самому, если сомневаешься, сделай измерения.

Например раньше повально рекомендовалось цифровое питание делать заливкой (plane), сейчас так делать не рекомендуют, повышенное ЭМИ.
Емкость заливок переоценивали (основной паразит в PSD - индуктивность вывод ИС), а излучение такой антенны недооценивали.
Просто идет развитие, повышаются требования, ищутся новые подходы.

Бусинка FB это не дроссель, здесь понятно. С увеличением частоты, резонанса токов в FB не наблюдается, тоже ясно из-за чего – нет паразитной индуктивности..
1. Но почему увеличивается ее активное сопротивление? Только за счет вытеснения СВЧ токов на поверхность токопроводящего слоя?
2. С увеличением частоты реактивное сопротивление на FB падает. Это из-за чего, из-за магнитных свойств феррита, то есть, он перестает «работать» на высоких частотах?
3. Теперь, для какой-то СВЧ гармоники сопротивление FB резко возросло, пусть даже оно и активное сопротивление. Но разность потенциалов все равно будет появляться на FB, а значит между GND и AGND. То есть и бусинка, и дроссель, будучи включенной между этими землями, создают разность потенциалов, а значит и помеху, так? То есть я не вижу резона ставить бусинку между GND и AGND, лучше их соединить напрямую медью.

По поводу законов Кирхгофа, на какой момент Вы хотели обратить внимание и зачем….
Я хотел бы получить логические доказательства, а не верования. Не думаю, что здесь все так сложно, надо бы только разобраться…

http://www.absoluteastronomy.com/topics/Ferrite_bead
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B8%...%BE%D0%BA%D0%B8

Давайте разберем рабочую ситуацию:
Пусть есть две платы, с упомянутым ЦАП, в одной стойке.
Земля видео оказалась соединена с общей землей (развязки трансформатором нет).
Кроме того существует приличная емкость от корпуса стойки на "аналоговую" землю оценочно 1нф.
Эффект бусин будет полностью нивелирован, но эффект помех со стороны цифровой земли возрастет.

Возможно я сам по себе собственный, но в похожей ситуации меня постоянно одолевают разные мысли (что вставят и как соединят).

Ну, естественно, надо рассматривать систему вцелом. Не бывает простого правила, типа "всегда ставить" или "всегда соединять напрямую". Смотреть надо как токи текут (вот вам и законы Кирхгофа пригодились).