Куда следует подключать земли импульсных регуляторов?

19.03.2019 | Статьи Технологии, исследования, инновации ● a-contract.ru

Разработчики импульсных источников питания часто сталкиваются с необходимостью решать, как поступить с аналоговой землей (AGND) и силовой землей (PGND) при проектировании микросхемы импульсного регулятора. Технические специалисты, как правило, имеют дело с цифровой и аналоговой землей, поэтому при работе с силовой землёй у них могут возникнуть вопросы. Некоторые идут по простому пути, копируя разводку платы, принятую для выбранной микросхемы регулятора. Тем не менее следует понимать суть проблемы.

Через точку заземления – PGND- текут более сильные импульсные токи. Топология импульсного регулятора определяет, какие именно это токи: мощного внутреннего транзистора или импульсные токи выходного драйвера внешнего транзистора. Об этом необходимо помнить особенно при работе с контроллерами импульсных преобразователей, например, с внешними силовыми ключами.

А вот другой тип заземления – AGND, или SGND - signal ground – сигнальная земля, - применяют как опорный уровень очень «тихих» сигналов, например, напряжения внутреннего опорного источника, необходимого для стабилизации выходного напряжения. Также привязаны к AGND и сигналы разрешения и управления мягким запуском.

Мнения экспертов по вопросу подключения этих земляных соединений разнятся в зависимости от их технических подходов.

Первый подход заключается в том, чтобы контакты AGND и PGND микросхемы импульсного регулятора соединялись друг с другом возле соответствующих выводов. Это обеспечивает относительно низкое смещение напряжения между двумя выводами, предотвращая помехи и повреждения на импульсном регуляторе микросхемы. Все земли схемы и земляной слой печатной платы, если он существует, должны звездообразно сходится в эту общую точку (рис. 1).

Рисунок 1 Локальное соединение PGND и AGND прямо
на контактных площадках. Разводка печатной платы для 10-амперного микромодуля понижающего преобразователя LTM4600. Отдельные земли печатной платы соединены вблизи друг друга (см. синий овал). PGND и AGND разделяются 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.

Второй подход предполагает дополнительное разделение AGND и PGND на плате на два разных слоя, соединенных друг с другом в одной точке (рис. 2). При такой схеме сигналы помехи (напряжение смещения) находятся в основном в области PGND, а напряжение в области AGND остается очень спокойным и очень хорошо отделенным от PGND. Но минус такого метода заключается в том, что, в зависимости от скорости переходных процессов и силы тока, напряжения между PGND и AGND может быть сильно смещено на соответствующих выводах, что может повлечь некорректное функционирование или дефекты микросхемы импульсного регулятора.

Рисунок 2. Микросхема 6-амперного импульсного понижающего регулятора ADP2386. Разделенные AGND и PGND, соединенные под земляным основанием корпуса микросхемы через переходные отверстия.

Таким образом, при работе с заземлением следует соблюдать компромисс между строгим разделением для минимизации шумов и помех и риском появления смещений напряжения между двумя землями, воздействующих на кристалл микросхемы и нарушающих ее функционирование. Чтобы принять правильное решение, технический специалист должен учитывать особенности конструкции микросхемы, включая крутизну фронтов, уровни мощности, паразитные индуктивности внутренних проводов и корпуса, а также риск защелкивания каждой микросхемы.

Как видите, ответить на вопрос о том, как обходиться с землями AGND и PGND, не так легко. Обсуждение этой проблемы всё еще продолжается. Тут следует вспомнить о том, что многие разработчики импульсных регуляторов используют примеры разводки платы и подключения земель, предоставленные разработчиком микросхем. Это не лишено смысла, т.к зачастую специалист небезосновательно считает, что изготовитель протестировал соответствующую микросхему в данной конфигурации. Из примеров на Рисунках 1 и 2 также можно сделать вывод о том, что локализация соответствующих выводов микросхем подходит как для локального соединения земель возле выводов AGND и PGND, так и для раздельного заземления.

Однако, при производстве микросхемы вполне могли быть допущены ошибки во время проектирования примеров схем. Именно поэтому разработчику следует знать о главных подходах и использовать эти знания в своей работе.

Источник: rlocman.ru