Радиолоцман Электроника en
расширенный поиск +
  

30-01-2019

Когда земли должны быть разделенными?

Analog Devices » ADP2386, LTM4600

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2018

Frederik Dostal, Analog Devices

Analog Dialogue

Вопрос:

Куда я должен подключать земли импульсных регуляторов?

Когда земли должны быть разделенными?

Ответ:

Что делать с аналоговой землей (AGND) и силовой землей (PGND) микросхемы импульсного регулятора? Этот вопрос задают многие разработчики импульсных источников питания. Некоторые из них привыкли иметь дело с цифровой и аналоговой землей, однако, когда дело доходит до силовой земли, они нередко теряются. Тогда они просто копируют разводку платы, рекомендованную для выбранной микросхемы регулятора, и забывают об этой проблеме.

PGND – это точка заземления, через которую протекают более сильные импульсные токи. В зависимости от топологии импульсного регулятора, это может быть током мощного внутреннего транзистора или импульсным током выходного драйвера внешнего транзистора. Это особенно актуально в случае контроллеров импульсных преобразователей, например, с внешними силовыми ключами.

AGND, называемая иногда SGND (signal ground – сигнальная земля), – это заземление, которое, как правило, используют в качестве опорного уровня другие, обычно очень «тихие» сигналы. К таким сигналам относится, в частности, напряжение внутреннего опорного источника, необходимое для стабилизации выходного напряжения. Сигналы разрешения и управления мягким запуском также привязаны к AGND.

Существуют два различных технических подхода и, соответственно, разные мнения экспертов относительно подключения этих земляных соединений.

Один из подходов состоит в том, чтобы контакты AGND и PGND микросхемы импульсного регулятора соединить друг с другом возле соответствующих выводов. Это поддерживает смещение напряжения между двумя выводами относительно низким, защищая микросхему импульсного регулятора от помех, и даже от возможных повреждений. Все земли схемы и земляной слой печатной платы, если он существует, должны звездообразно сходится в эту общую точку. Пример реализации такого подхода показан на Рисунке 1. На нем изображена разводка печатной платы для 10-амперного микромодуля понижающего преобразователя LTM4600. Отдельные земли печатной платы соединены вблизи друг друга (см. синий овал на Рисунке 1). Определенное разделение PGND и AGND происходит уже на кристалле микросхемы из-за паразитной индуктивности соответствующих проводов, соединяющих кристалл с корпусом, а также индуктивности связанных с ними выводов, что приводит к небольшим взаимным помехам между цепями на кристалле.

Локальное соединение PGND и AGND прямо на контактных площадках.
Рисунок 1. Локальное соединение PGND и AGND прямо
на контактных площадках.

Другой подход предполагает дополнительное разделение AGND и PGND на плате на два разных слоя, соединенных друг с другом в одной точке. Благодаря этому соединению сигналы помехи (напряжение смещения) локализуются в основном в области PGND, в то время как напряжение в области AGND остается очень спокойным и очень хорошо отделенным от PGND. Однако недостатком этого метода является то, что, в зависимости от скорости переходных процессов и силы тока, на соответствующих выводах может происходить значительное смещение напряжения между PGND и AGND. Это может стать причиной неправильной работы, или даже повреждения микросхемы импульсного регулятора. Реализация такого подхода показана на Рисунке 2 на примере микросхемы 6-амперного импульсного понижающего регулятора ADP2386.

Разделенные AGND и PGND, соединенные под земляным основанием корпуса микросхемы через переходные отверстия.
Рисунок 2. Разделенные AGND и PGND, соединенные под
земляным основанием корпуса микросхемы
через переходные отверстия.

Вопрос заземления сводится к компромиссу между строгим разделением для минимизации шумов и помех и риском появления смещений напряжения между двумя землями, воздействующих на кристалл микросхемы и нарушающих ее функционирование. Правильное решение в отношении этого компромисса в значительной степени зависит от конструкции микросхемы, включая крутизну фронтов, уровни мощности, паразитные индуктивности внутренних проводов и корпуса, а также риск защелкивания каждой микросхемы.

Заключение

Ответ на вопрос о том, как обходиться с землями AGND и PGND, не так прост. Вот почему дискуссии на эту тему все еще продолжаются. В самом начале я упомянул о том, что многие разработчики импульсных регуляторов используют примеры разводки платы и подключения земель, предоставленные разработчиком микросхем. Это разумно, поскольку, как правило, у вас есть основания предполагать, что производитель проверил соответствующую микросхему в такой конфигурации. Из примеров на Рисунках 1 и 2 также можно видеть, что расположение соответствующих выводов микросхем хорошо подходит как для локального соединения земель возле выводов AGND и PGND, так и для раздельного заземления.

Разумеется, производитель микросхемы может ошибиться при проектировании примеров схем. Вот почему хорошо иметь дополнительную информацию об основных подходах.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: When Grounds Are Separated

ADP2386 на РадиоЛоцман.Цены — от 4,18 до 227 руб.
12 предложений от 9 поставщиков
IC REG BUCK ADJ 6A 24LFCSP
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ТриемаAnalog DevicesADP2386ACPZN-R74 руб.
ЭИКAnalog DevicesADP2386ACPZN-R7от 158 руб.
T-electronAnalog DevicesADP2386ACPZN-R7206 руб.
КремнийAnalog DevicesADP2386ACPZN-R7по запросу
Вебинар Литиевые ХИТы FANSO или что нужно знать инженеру о батарейках 20.06.2019
Уникальный подход MORNSUN к разработке DC/DC-преобразователей
Срезы ↓
Новая Инженерная Школа
Новая Инженерная Школа
Курсы и семинары для инженеров, технологов, разработчиков и конструкторов предприятий приборостроения.
Рейтинг@Mail.ru