Jak używać połączenia w gwiazdę do uziemiania układów analogowo-cyfrowych

Odkryłem, że najtrudniejsze w randkowaniu jest dla mnie poznawanie nowych ludzi. Jako inżynier spędzam w końcu dużą część życia przy komputerze, a nie wśród ludzi. To między innymi dlatego uważam, że strony internetowe i aplikacje do randkowania to świetny pomysł. Gdyby nie one, moje możliwości nawiązywania kontaktów byłyby o wiele mniejsze. Budowanie więzi z drugą osobą może być trudne, ale jeszcze trudniejsze jest łączenie analogowych i cyfrowych płaszczyzn masy. Cyfrowe układy scalone powodują zakłócenia, co może być przyczyną interferencji w czułych obwodach analogowych. Muszą one więc być umieszczone oddzielnie, ale jedne i drugie trzeba i tak połączyć z tą samą masą. Połączenie płaszczyzn na chybił trafił powoduje więcej problemów, niż rozwiązuje. Właśnie dlatego potrzebujemy uziemienia w układzie gwiazdy. Taki sposób uziemienia pozwala połączyć ze sobą różne masy w pewnych układach analogowo-cyfrowych.

Problem masy w układach analogowo-cyfrowych

Podobnie jak randkowanie, uziemianie analogowo-cyfrowych obwodów drukowanych to skomplikowana sprawa z wieloma problemami i rozwiązaniami. Jak wiadomo, sygnały analogowe i cyfrowe muszą być od siebie oddzielone, aby zapobiec interferencji elektromagnetycznej, lecz jednocześnie muszą mieć też wspólne połączenie z masą. Niepoprawne uziemienie może powodować powstanie dużych pętli zwarcia doziemnego, które będą emitować zakłócenia do wewnątrz i na zewnątrz Twojego układu.

Najwięcej problemów w układach analogowo-cyfrowych sprawiają elementy cyfrowe. Cyfrowe moduły przełączające mogą powodować dużo zakłóceń, które nie byłyby problemem w układach całkowicie cyfrowych. Jednak gdy układ zawiera też obwody analogowe, ich wrażliwe sygnały mogą być zakłócane przez interferencje elektromagnetyczne z komponentów cyfrowych. Dlatego właśnie zazwyczaj te układy powinny być oddzielone od siebie.

Jednak rozdzielanie układów analogowych i cyfrowych tworzy kolejny problem, a mianowicie masę pływającą. Aby moduły analogowe i cyfrowe działały poprawnie, muszą być one połączone z tą samą masą. Połączenie analogowej płaszczyzny masy z cyfrową w przypadkowych miejscach może prowadzić do powstania pętli zwarcia doziemnego. Duże pętle zwarcia będą zachowywały się jak anteny i emitowały zaburzenia (interferencje elektromagnetyczne) do innych części płytki, a być może nawet poza obudowę urządzenia. Uziemienie w gwiazdę łączników analogowych i cyfrowych pozwala na połączenie układów analogowych i cyfrowych w jednym punkcie. Zmniejsza to ryzyko wystąpienia pętli zwarcia i interferencji elektromagnetycznej.

^{Wszystkie połączenia z masą powinny prowadzić do takiego uziemienia w gwiazdę.}

Uziemienie w gwiazdę

Wielu próbowało opisać, czym jest miłość, lecz ich wysiłki były daremne. Ja nie będę się na to porywał i omówię tu tylko połączenia z masą w układzie gwiazdy. Uziemienie w gwiazdę to pojedynczy punkt łączący analogowe i cyfrowe płaszczyzny masy w celu wyeliminowania zjawiska pętli zwarcia doziemnego. Nie musi ono dosłownie mieć kształtu gwiazdy, chodzi bowiem o to, żeby każde połączenie było doprowadzone do jednego centralnego punktu.

Jeżeli chcesz umawiać się w tym samym czasie z dwiema dziewczynami (czego nie polecam), powinieneś zadbać o to, aby były one zawsze daleko od siebie. Tak samo układy analogowe i cyfrowe powinny być od siebie maksymalnie oddalone. Ich szyny zasilania powinny być poprowadzone oddzielnie i spotykać się wyłącznie w punkcie połączenia w gwiazdę. Dzięki temu obszary występowania pętli zwarcia będą możliwie najmniejsze, a sygnały analogowe i cyfrowe nie będą się mieszać i wzajemnie zakłócać w płaszczyznach masy.

Kiedy stosować uziemienie w gwiazdę

Wiem z doświadczenia, że nie wystarczy wiedzieć, co trzeba zrobić – trzeba wiedzieć też, kiedy to zrobić. Wiadomo, że pary często trzymają się za ręce, ale przekonałem się, że łapanie dziewczyny za rękę tuż po kichnięciu nie jest dobrym pomysłem. Podobnie w niektórych sytuacjach połączenie w gwiazdę z masą jest właściwym rozwiązaniem, a w innych już nie.

Jeżeli masz pojedynczą płytkę PCB z jednym układem analogowo-cyfrowym, to jest to idealna sytuacja, aby użyć uziemienia w gwiazdę. W takim układzie punktem centralnym gwiazdy może być punkt połączenia z masą przetwornika analogowo-cyfrowego. Następnie należy podłączyć analogową i cyfrową płaszczyznę masy w tym samym punkcie, po obu stronach przetwornika. To sprawi, że zakłócenia w Twoim układzie analogowo-cyfrowym będą znacznie mniejsze i znacznie uprości uziemienie.

Jak pisałem wcześniej, sytuacja się komplikuje, kiedy chcesz utrzymywać więcej niż jeden związek naraz. Gdy projektujesz układ o wielu kartach lub używasz więcej niż jednego przetwornika, połączenie z masą w gwiazdę może się nie sprawdzić. Problem pojawia się wtedy, gdy jest więcej niż jeden punkt połączenia w gwiazdę. Może to doprowadzić do powstania wielu pętli zwarcia. Połączenie z masą w gwiazdę polega na tym, że wszystko jest połączone w jednym punkcie. Jeżeli nie jest możliwe uzyskanie pojedynczego punktu połączenia, nawet nie próbuj.

^{Dbaj o to, aby Twoje układy były dobrze uziemione.}

W przeciwieństwie do ludzi, sygnały analogowe i cyfrowe powinny być jak najdalej od siebie. Nieodpowiednie uziemienie układu analogowo-cyfrowego może być przyczyną wielu zaburzeń. Połączenie z masą w gwiazdę może zmniejszyć interferencję elektromagnetyczną płytki drukowanej i sprawić, że wszystko będzie działało tak, jak powinno. Uważaj jednak, aby używać tego rozwiązania tylko w układach z jednym przetwornikiem. Niezmiernie trudno jest zaprojektować bardziej skomplikowane układy elektroniczne z pojedynczym połączeniem w gwiazdę.

Randki internetowe znacznie upraszczają życie prywatne. Tymczasem życie zawodowe staje się łatwiejsze dzięki CircuitStudio^®. Aplikacja ta posiada szeroki wachlarz zaawansowanych funkcji, które pomogą Ci zaprojektować płytkę drukowaną z minimalną interferencją elektromagnetyczną.

Masz więcej pytań na temat uziemienia w gwiazdę? Porozmawiaj z ekspertem z firmy Altium.