Существует 2 мнения организации земли в плате с аналоговыми (АЦП с обвязкой) и цифровыми компонентами:

1) Земля общая для аналоговой и цифровой части.
2) Земля разделяется на Аналоговую и Цифровую части:
- к Аналоговой земле подключаются все аналоговые компоненты: ОУ, тактовый генератор, АЦП, аналоговые земляные выводы АЦП.
- к Цифровой земле подключаются все цифровые компоненты платы и цифровые земляные выводы АЦП.
Все это дело советуют объединять под АЦП или около источника питания.

Что если немного изменить 2-й пункт? Цифровые земляные выводы АЦП подключать к Аналоговой земле, т.е всё АЦП будет подключено только к аналоговой земле, и разделено с цифровой землей набором ферритовых бусин, которые будут располагаться между АЦП и цифровой частью платы?

Если мне не изменяет склероз именно так и рекомендует делать AD.
О точно http://www.analog.com/static/imported-file...50Grounding.pdf fig.10.12

Как минимум нужно не тупо следовать этим принципам, а понимать для чего это нужно. Земли разделяют не потому, что по ней "распространяются" помехи, как тараканы, во все стороны. А потому, что при протекании по ней токов на ней образуется падение напряжения и поэтому ее потенциал становится разным в разных местах. Из этого сразу можно сделат вывод: ферритовые бусины ставить на землю нельзя. Если, например, ток от светодиода будет протекать мимо АЦП, то потенциал его земли поднимется и поэтому измеренный результат становится неправильным даже если измеряемый сигнал будет идеальным. Чтобы этого не происходило нужно, во-первых, делать землю на отдельном слое платы - это сильно уменьшит ее сопротивление и позволит токам возвращаться к источнику по кратчайшему пути. Во-вторых, располагать мощные элементы так, чтобы их ток, возвращающийся по земле, не протекал мимо АЦП или источника опорного. Также важно понимать, что термин "цифровая земля" является атавизмом и возник в те времена, когда цифровыми были микросхемы серии К155, которые потребляли порой сотни миллиампер. Сейчас цифровые микросхемы потребляют порой меньше аналоговых, поэтому разделять их земли нет никакой необходимости. Однако элементы, потребляющие десятки и сотни миллиампер никужа не делись, и именно на их земли надо обращать особое внимание.


Никаких бусин быть не должно! Ваша задача заключается в том, чтобы потенциал земли во всех точках был одинаков, если же этого добиться не удается - то чтобы он не принес вреда. Например, если будет дрожать земля цифровой микросхемы на несколько милливольт, то результатом будет то, что будет дрожать и ее выходной сигнал, но поскольку он цифровой, то никакой роли эти милливольты не сыграют. А если будет дрожать земля АЦП или опорного, то он измерит неправильное напряжение. Кстати по этой же причине его бесполезно "усреднять" - это могло бы помочь если бы шум колебался около нуля в плюс и минус. А помехи по земле могут только поднимать ее потенциал и следовательно уменьшать измеряемое значение. Таким образом если вы его зафильтруете, то оно все равно будет меняться при изменении помех (например, в зависимости от того, сколько светодиодов загорелось на индикаторе).

1. Почему ток светодиода, протекая мимо АЦП, приведет к неправильному результату измерений?
Погрешность измерения возникнет не от изменения потенциала земли, а от изменения разности потенциалов между землей сигнала и землей АЦП.
Если потенциалы земли АЦП и земли сигнала будут меняться синхронно, то никакой ток светодиода или т.п. не приведет к ошибке измерения.
2. Вторую рекомендацию не понял. Как правильно надо выполнять трассировку мощных цепей и цепей АЦП?
По-моему это всегда это делают радиально, т.е. пускают мимо АЦП и источника опорного. Вы предлагаете эти цепи соединять последовательно?

Вот здесь было некое похожее обсуждение.
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=90988

Из Даташита на Analog видно, что выводы DGND АЦП нужно подключать к аналоговой земле. Не нашел где объединять аналоговую и цифровую землю. Так и не понял почему нельзя поставить бусину между цифровой и аналоговой землей.

В принципе да - при условии, что источник сигнала двумя проводами подключен ко входам АЦП. Но это не всегда бывает так - например, бывает один провод подключается к корпусу, а один идет на АЦП.
К тому же не стоит забывать и об источнике опорного - его земля должна быть в непосредственной близости от земли АЦП.

Лучше всего отдельным проводником до источника питания. А маломощные потребители подключаются к общей земле, которая делается отдельным слоем на многослойке. При этом я стараюсь располагать АЦП на одной стороне платы, а процессор и остальные элементы на другой, а питание заводить между ними. Тогда обратные токи по земле не пересекаются.


В общем случае - у источника питания. Но при этом представлять себе пути токов и их величины - как я уже писал, понятие "цифровая земля" давно устарело и сейчас нет необходимости делать микропроцессору отдельную землю (разумеется, при условии что в непосредственной близости от него стоит достаточное количество конденсаторов по питанию). Но если в схеме есть мощные (>10 мА) потребители, то землю от них надо вести отдельным проводом.

Чего ты хочешь добиться этим? Чтобы "помехи от цифровой земли не проникали в аналоговую"? Помехи - это не тараканы, они не бегают куда им вздумается. Помехи - это изменение потенциала земли в одной точке относительно земли в другой точке. Нужно стремиться к тому, чтобы они выравнивались. А бусина как раз не позволит это сделать! И высокочастотные помехи от этого станут еще больше.

Это правильно - цифровая часть АЦП по сравнению с обычной "цифрой" - это существенно аналоговая вещь. И второе - аналоговая земля АЦП и цифровая земля АЦП (их пины) должны иметь очень хорошее соединение, с низким импедансом. Поэтому их рекомендуется вешать на один и тот же земляной полигон.


Прикиньте в случае, когда земли разделяет бусина, как у вас потекут возвратные токи от цифровых выходов АЦП? Эти токи (а они ВЧ) создадут падение напряжения на бусине, что приведёт к перекосу земель. Ничего хорошего тут не сулится даже для цифровых сигналов, не говоря уже о чувствительных аналоговых. Правильно вам советуют - бусинам там делать нечего. Бусины - они для подавления ВЧ помех по цепям питания - например, для питания PLL и подобных вещей, чувствительных к ВЧ помехам по питанию. А земля должна быть хорошей, низкоимпедансной. Чтобы возвратные токи текли без проблем. И чтобы "левые" токи не текли по регионам, где от них могут быть проблемы - это решается грамотным размещением компонентов (опять же с анализом протекания их "земляных" токов).

Можно еще добавить, что важную роль здесь играют конденсаторы по питанию вблизи цифровых микросхем. В этом случае высокочастотные импульсы, возникающие при переключении клапанов, замкнутся в непосредственной близости от микросхемы через этот конденсатор, им не потребуется течь до источника питания.

Если мы разделяем землю, то получаем разрыв в общем земляном слое, причем этот разрыв под сигнальными линиями между АЦП и цифровой частью. В умных книжках пишут, что такие разрывы категорически запрещено допускать, т.к это приводит к неправильному протеканию возвратных токов, что в свою очередь порождает помехи. Как в этом случае быть?

Вот и я думал так же. Поэтому делаю сплошную землю, везде, где можно. Ну и представляю, как пойдет ток с питания через микросхемы и на землю, чтобы не создавал помех для чувствительных элементов. Это уже от расстановки элементов зависит.

Это точно так же, как остальное, вопрос продумывания токов. Разрезы делать можно и нужно, это способ отправить возвратный ток по четко определенному пути без выхода куда-либо. Просто не в каждом случае есть возможность расставить элементы так, как надо при сплошной земле.
Например, у меня очень часто встречались схемы, где вход и выход были недалеко, а длинное тело схемы укладывалось по типу подковы. В этом случает и земля повторяет форму схемы - она не соединяется у входа/выхода.
Кроме того, по сплошной земле ток течет везде. Естественно, он довольно быстро убывает от прямой, соединяющей источники, но не так быстро, чтобы этим можно было пренебречь.

"Не нашел где объединять аналоговую и цифровую землю."
Насколько я помню, цифровая и аналоговая земли должны соединяться в одной точке — у источника питания.

Тут вот про возвратные токи речь зашла, так я напомню еще раз - возвратные токи текут по пути наименьшего импеданса. Т.е. в частном случае, низкочастотные составляющие текут по пути наименьшего активного сопротивления, а высокочастотные составляющие - по пути наименьшей индуктивности (т.е. по контуру с наименьшей площадью).

... неправильно.
вспоминаем 1 курс, метод контурных токов и узловых потенциалов; правила Кирхгофа.

... низкочастотные, высокочастотные составляющие и где частотная граница?
... есть еще и свч составляющие. А они как текут?

... контур с наименьшей площадью - это фраза ну очень забавная.
Ну я б еще понял выражение "контур с наименьшей длиной пути тока". Хотя и это под вопросом.

... высокочастотные составляющие - по пути наименьшей индуктивности
А это как? По пути наибольшей емкости что ли?


не все так просто на практике, ... также зависит от того как шины питания (не земли) разведены.



"бусину" ставят как можно ближе к источнику помехи, то есть "переключающей-ся" микросхеме потребляющей большой ( больший) ток. Поскольку "бусина" поглащает часть помехи. Если бусина далеко от источника помехи то большого смысла в ней нет. Если вспомните эру выводных компонентов, то "бусину" одевали на вывод транзистора.

да всё верно по сути. Назовите это контуром с наименьшей охватываемой площадью. Смысл понятен, к чему придирки?

Это скорее шины питания должны быть разведены с учётом того, как проложены земли.

А это и вправду смешно. Она что, "впитывает" помеху? Вспоминаем з-н Кирхгофа и пр. Ток в замкнутом контуре одинаков, независимо от того, где физически находится бусина. Другое дело, что кроме бусины работают ёмкости монтажа.

Какие еще придирки? Контур одномерен - имеет только длину, как нитка и все. Можете измерить контур курвиметром, например.
Площадь - двухмерная. Измерьте-ка курвиметром площадь контура, ...не получиться.

Про бусину вы не очень то разобрались, раз такое пишите. Законов Кирхгофа нет, есть только правила Кирхгофа.
"Ток в замкнутом контуре одинаков, независимо от того, где физически находится бусина." для постоянного тока да, но он нас не интересует.
Для переменного тока с ограниченным спектром - нет.
Да верно "бусина" "впитывает" часть мощности помехи (в указанной в описании "бусины" полосе) и превращает эту мощность в тепло (нагревается, немного так).
Там не только емкость, там и индуктивность монтажа работает, тем более, что они распределены по всему контуру по которому течет ток.

Полагаю, что имелось в виду то, что бусина поглощает высокочастотные составляющие энергии сигнала - в бусинах используют феррит с большими потерями на ВЧ, поэтому высокочастотные составляющие там превращаются в тепло. В этом смысле она, можно сказать, что типа "поглощает" эти составляющие, не запасает их в виде реактивной энергии. Поэтому и импеданс у неё в этом диапазоне носит активный (а не индуктивный) характер.


Тут имелся в виду контур, образующий полный путь тока - прямой по проводнику сигнала и возвратный по плейну земли. Так вот, представьте себе сигнальный проводник, состоящий из двух прямых отрезков, расположенных под прямым углом - как катеты прямоугольного треугольника, и сплошной плейн земли. Если ток, протекающий по проводнику будет НЧ (НЧ и ВЧ - условно, конкретные величины определяются физическими параметрами проводника, платы), то возвратный ток пойдёт по гипотенузе, т.е. по кратчайшему расстоянию. А вот с ВЧ током будет совсем не так - "катеты" проводника и "гипотенуза" возвратного тока (в плейне) образуют контур протекания тока - виток, который будет обладать некоторой индуктивностью, поэтому на пути тока возникнет индуктивный импеданс. А ток всегда течёт по пути наименьшего импеданса, поэтому реальный путь протекания ВЧ тока будет происходить по пути, где площадь этого витка меньше. В пределе возвратный ток будет лежать точно под самим проводником.

Какой точно будет "траектория" возвратного тока, определяется активным сопротивлением пути плейна и импедансом контура на данной частоте. Если сигнал импульсный, т.е. имеющий широкий спектр, то разные спектральные составляющие потекут по разным "траекториям" в плейне. И при разрезании плейна надо учитывать все эти пути.

Что будет с возвратными токами в этом случае? Можно-ли так делать?

Похоже на правду, но вы покажите как питание подведено, чтобы понимать весь контур.

Категорично, но совершенно не принципиально.
В литературе их, всё-таки, принято называть законами. Английское "Law" (Kirchhoff's Voltage Law - KVL - is one of two fundamental laws in electrical engineering, the other being Kirchhoff's Current Law (KCL).) тоже переводится именно как "закон".

Возвратный ток сигналов пойдет длинным путем, через место соединения земель. Другого пути у него нет.
Для меня было важнее передать быстрые цифровые сигналы с АЦП в ПЛИС, чем волноваться о помехах, возникающих на земле АЦП из-за возможного протекания токов питания ПЛИС мимо АЦП. Поэтому землю я не разделял.
Для каких-то участков схемы, не зависящих друг от друга, их земли можно и нужно разделять.
И питание я завожу так, чтобы не было влияния одного устройства на другое.

Ну вы блин даете, если на английском языке то так равильнее. Ошибок у них тоже хватает и при переводе тоже.
Поясню, почему это правила а не законы. Их два, правила, (про третий раскажу если попросите)
они эти правила являются следствием законов; первое правило - следствие закона сохранения заряда, второе - следствие закона Ома.

(Кирхгоф также сформулировал один из основных законов теплового излучения (закон излучения Кирхгофа)
и ввёл в физику понятие абсолютно чёрного тела.)

Имхо, не фонтан. Возвратные токи от цифрового выхода АЦП будут течь там, где им не нужно. Будет контур. Кстати, он ещё и излучать будет. Не надо тут землю разделять.

Тут без меня в деталях все про контур тока пояснили. Спасибо, особенно dxp!

Для устранения последних сомнений приведу определение индуктивности (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BD%...%81%D1%82%D1%8C):
"Индукти́вность (или коэффициент самоиндукции) — коэффициент пропорциональности между электрическим током, текущим в каком-либо замкнутом контуре и магнитным потоком, создаваемым этим током через поверхность, краем которой является этот контур."

... и магнитного потока (http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%...%82%D0%BE%D0%BA):
"Магни́тный пото́к — поток есть интеграл вектора магнитной индукции через конечную поверхность"

Выделение везде моё

сначала тоже думал применять АЦП, затем буфер, резать полигон, соединять земли бусинами..., но потом разместил все аналоговые сигналы в одной стороне платы, цифровые в другой. после ацп буфер поставил на мнимой границе цифра-аналог, резисторы последовательно с шиной оставил, но полигон не резал- "цифровой" ток и так не пойдет к аналоговым цепям что и подтвердилось на практике.

имхо еще важно то на какой частоте сам аналоговый сигнал и какой тип ацп/цап применяется.

уважаемый cioma, посмотрите mixed sircit tehnology (analog devices) и например эти статьи про возвратные токи и индуктивности.
видно что с ростом частоты индуктивность становится "все непривычнее".

вот даже на р.я. есть

К прочитанной мною дискуссии добавлю ещё одно важное обстоятельство:
А что происходит, если имеются разрезы на полигонах земли и отдельные полигоны, подключенные только с одной стороны? Протекает ток по этим полигонам, и в каком направлении? Конечно, может протекать! Каждый такой полигон может выступать как антенна, вполне успешно согласованная в областях частот. И импульсные сигналы от цифровой части прекрасно излучаются через выделенные полигоны аналоговой земли в окружающее пространство. Со всеми вытекающими в виде помех попутно создаваемых в аналоговых цепях на входе АЦП.
Как с этим бороться? Заземлять плату по контуру, устанавливая её в экран (самый эффективный способ). Всё остальное - копмпромисс (который тоже часто используется, например заземление у входных разъёмов и у разъёма цифровых сигналов и питания).
При наличии контурного заземления на корпус представляется интересным выделение земляного полигона аналоговой части, соединённого с цифровой землёй ферритовыми бусинами. Правда, сам я так не пробовал, так как обычно съём шума от "цифры" производится заземлённой перегородкой внутри корпуса блока, разлеляющей аналог и цифру.
Если контур заземления отсутствует - то разделение земель, бусины между землями - делать не стоит. Следует делать единый сплошной план GND, в нескольких слоях. И следить за тем, чтобы шумные полигоны цифрового питания не имели нахлёста с планом земли под аналоговой частью. А вот чип-ферриты по первичным-вторичным питаниям - оч. полезны.

Проблема по большей части надумана. Единственное, что надо иметь в виду, что земляная цепь должна обладать как можно меньшим импедансом. Тогда земли можно не разделять. Следует поступать таким образом: под сплошной земляной полигон на всю плату отвести один слой меди и никаких разделений бусинками и промежутками. Проверено практикой.