Zgodnie z prośbą z tego wątku - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2334325.html#11160928 - będę tłumaczył sukcesywnie kolejne rozdziały tego ogromnego artykułu, odnośnie prowadzenia masy w układach cyfrowych i analogowych. Ten rozdział dotyczy odsprzęgania o umasiania układów mieszanych - cyfrowo-analogowych, gdzie sekcja cyfrowa pobiera niewielki prąd.
Czułe układy analogowe, takie jak wzmacniacze czy stabilizatory napięcia odniesienia, są zawsze odnoszone i odsprzęgane do masy analogowej. Układy mieszane, takie jak konwertery analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe gdzie prądy sekcji cyfrowej są niewielkie, także powinny być traktowane jak układy analogowe. Wydawać by się mogło, iż jest to bezsensowne, gdyż na przykład konwerter ma piny i cyfrowe, i analogowe, ponadto zazwyczaj wyposażony jest w osobne piny masy dla obu sekcji układu, cyfrowej i analogowej. Poniższy schemat powinien wyjaśnić tą zawiłość:
Wewnątrz układu scalonego (na przykład ADC czy DAC) masy są rozdzielone tak, aby zminimalizować wpływ zakłóceń cyfrowych na sygnał analogowy. Na powyższym schemacie pokazano typowy model konwertera. Projektant układu nie może nic zrobić z indukcyjnością i oporem drucika użytego jako połączenie pomiędzy strukturą krzemową a pinem układu. Te parametry zawsze będą niezerowe i tyle. Szybkozmienny prąd cyfrowy wytworzy pewne napięcie w punkcie B, które sprzęgać się będzie z punktem A pojemnościowo, poprzez pasożytniczą pojemność wewnątrz układu. Pomiędzy poszczególnymi, sąsiadującymi ze sobą pinami istnieje 0,2pF pojemności. Projektanci układów muszą tak dobrać rozstaw pinów i ich funkcje, aby zminimalizować sprzężenia. Jednakże aby zminimalizować wpływ opisywanych sprzężeń na działanie układu warto połączyć wyjścia AGND i DGND zewnętrznie do jednego pola masy - masy analogowej, przy zachowaniu możliwie krótkich połączeń pomiędzy DGND a masą, gdyż jakakolwiek dodatkowa impedancja w tym miejscu zwiększy amplitudę napięcia w punkcie B, która wprowadza zakłócenia do sekcji analogowej poprzez punkt A. Z drugiej strony podłączenie pinu DGDN do pola masy cyfrowej spowoduje, że zakłócenia oznaczone na schemacie jako VNOISE będą miały dostęp do sekcji analogowej.
Podsumowując - oznaczenie pinu DGND oznacza, iż jest on podłączony do sekcji cyfrowej układu, ale nie oznacza iż że należy ją łączyć z masą cyfrową układu. Dokładniejszym oznaczeniem tego pinu jest "powrót cyfrowy", mówiący tylko, iż płynie tamtędy prąd z sekcji cyfrowej układu scalonego.
Z drugiej strony prawdą jest, iż takie prowadzenie masy wprowadzi jakieś zakłócenia cyfrowe do sekcji analogowej, jednakże prądy płynące w cyfrowej sekcji układu scalonego są niewielkie, co więcej, należy sobie to zapewnić pilnując, aby wyjście cyfrowe układu mieszanego nie sterowało dużym obciążeniem, na przykład w postaci wielu układów. Taki zabieg, oprócz zmniejszenia zakłóceń cyfrowych, spowoduje zmniejszenie się oscylacji w przebiegach cyfrowych, co z kolei zmniejsza jeszcze dalej ilość zakłóceń przekazywanych do sekcji analogowej.
Aby odizolować sekcje analogową dalej, sugeruje się zastosowanie koralika ferrytowego na zasilaniu sekcji cyfrowej, tak jak pokazano na schemacie. Dzięki temu wszystkie szpilki napięcia, wygenerowane przez sekcję analogową, spływają do pinu DGND przez kondensator odsprzęgający wpięty pomiędzy pin zasilania sekcji cyfrowej i DGND (czyli pole masy cyfrowej). Pokazano to na schemacie na czerwono. Dzięki temu zabiegowi prądy cyfrowe nie przenikną dalej w pole masy cyfrowej, lecz będą krążyć w zaznaczonej pętli. Kondensator odsprzęgający powinien być umieszczony możliwie blisko układu. Sugeruje się użycie kondensatora ceramicznego o pojemności od 10 nF do 100 nF.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.pdf
Czułe układy analogowe, takie jak wzmacniacze czy stabilizatory napięcia odniesienia, są zawsze odnoszone i odsprzęgane do masy analogowej. Układy mieszane, takie jak konwertery analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe gdzie prądy sekcji cyfrowej są niewielkie, także powinny być traktowane jak układy analogowe. Wydawać by się mogło, iż jest to bezsensowne, gdyż na przykład konwerter ma piny i cyfrowe, i analogowe, ponadto zazwyczaj wyposażony jest w osobne piny masy dla obu sekcji układu, cyfrowej i analogowej. Poniższy schemat powinien wyjaśnić tą zawiłość:
Wewnątrz układu scalonego (na przykład ADC czy DAC) masy są rozdzielone tak, aby zminimalizować wpływ zakłóceń cyfrowych na sygnał analogowy. Na powyższym schemacie pokazano typowy model konwertera. Projektant układu nie może nic zrobić z indukcyjnością i oporem drucika użytego jako połączenie pomiędzy strukturą krzemową a pinem układu. Te parametry zawsze będą niezerowe i tyle. Szybkozmienny prąd cyfrowy wytworzy pewne napięcie w punkcie B, które sprzęgać się będzie z punktem A pojemnościowo, poprzez pasożytniczą pojemność wewnątrz układu. Pomiędzy poszczególnymi, sąsiadującymi ze sobą pinami istnieje 0,2pF pojemności. Projektanci układów muszą tak dobrać rozstaw pinów i ich funkcje, aby zminimalizować sprzężenia. Jednakże aby zminimalizować wpływ opisywanych sprzężeń na działanie układu warto połączyć wyjścia AGND i DGND zewnętrznie do jednego pola masy - masy analogowej, przy zachowaniu możliwie krótkich połączeń pomiędzy DGND a masą, gdyż jakakolwiek dodatkowa impedancja w tym miejscu zwiększy amplitudę napięcia w punkcie B, która wprowadza zakłócenia do sekcji analogowej poprzez punkt A. Z drugiej strony podłączenie pinu DGDN do pola masy cyfrowej spowoduje, że zakłócenia oznaczone na schemacie jako VNOISE będą miały dostęp do sekcji analogowej.
Podsumowując - oznaczenie pinu DGND oznacza, iż jest on podłączony do sekcji cyfrowej układu, ale nie oznacza iż że należy ją łączyć z masą cyfrową układu. Dokładniejszym oznaczeniem tego pinu jest "powrót cyfrowy", mówiący tylko, iż płynie tamtędy prąd z sekcji cyfrowej układu scalonego.
Z drugiej strony prawdą jest, iż takie prowadzenie masy wprowadzi jakieś zakłócenia cyfrowe do sekcji analogowej, jednakże prądy płynące w cyfrowej sekcji układu scalonego są niewielkie, co więcej, należy sobie to zapewnić pilnując, aby wyjście cyfrowe układu mieszanego nie sterowało dużym obciążeniem, na przykład w postaci wielu układów. Taki zabieg, oprócz zmniejszenia zakłóceń cyfrowych, spowoduje zmniejszenie się oscylacji w przebiegach cyfrowych, co z kolei zmniejsza jeszcze dalej ilość zakłóceń przekazywanych do sekcji analogowej.
Aby odizolować sekcje analogową dalej, sugeruje się zastosowanie koralika ferrytowego na zasilaniu sekcji cyfrowej, tak jak pokazano na schemacie. Dzięki temu wszystkie szpilki napięcia, wygenerowane przez sekcję analogową, spływają do pinu DGND przez kondensator odsprzęgający wpięty pomiędzy pin zasilania sekcji cyfrowej i DGND (czyli pole masy cyfrowej). Pokazano to na schemacie na czerwono. Dzięki temu zabiegowi prądy cyfrowe nie przenikną dalej w pole masy cyfrowej, lecz będą krążyć w zaznaczonej pętli. Kondensator odsprzęgający powinien być umieszczony możliwie blisko układu. Sugeruje się użycie kondensatora ceramicznego o pojemności od 10 nF do 100 nF.
Źródła:
http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.pdf
Fajne? Ranking DIY
