Atualmente a maioria dos sistemas embarcados podem ser divididos em duas partes: analógica e digital. A parte digital é normalmente o microcontrolador, circuitos de temporização e outros periféricos de entrada e saída. Freqüentemente o circuito da parte analógica está na mesma placa, como os conversores AD, amplificadores operacionais, sensores e outros circuitos analógicos. Alguns projetos deste tipo são chamados de "projetos mistos", por combinar ambos sinais digitais e analógicos.

No lugar onde o analógico e o digital se encontram começam os problemas de GND. O fato é que cada condutor possui a sua própria impedância, então qualquer corrente fluindo através dele resultará em quedas de tensões. Fios e planos de GND não são excessões. O GND analógico e digital podem gerar significantes ruídos eletromagnéticos que adicionam ruídos aos sinais que nós precisamos. Então, toda a qualidade do sistema cai devido a um projeto ruim de placa de circuito impresso (PCI).

Um bom design de PCI deve manter o GND analógico e digital separados. Com placas multi-camadas isso pode ser feito facilmente. Outro ponto a destacar é que as trilhas dos sinais digitais não devem cruzar com um sinal analógico e as trilhas analógicas não devem cruzar a área do plano de GND digital. Evitar alinhar trilhas digitais e analógicas também contribui para diminuir o ruído irradiado.

Como tratar destes problemas

Bom, a primeira coisa é reconhecer as áreas problemáticas corretamente, pois assim você estará preparado para implementar um design correto. Esta implementação depende basicamente de posicionar e conectar os componentes corretamente.

Se existe mais de um componente analógico na placa, cada um deve ser separado de modo que estes diferentes componentes não se sobreponham.

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Seguindo o que foi dito, é importante ressaltar que os bons fabricantes de CIs tentam separar os pinos analógicos dos digitais em seus encapsulamentos. Por exemplo, vamos dar uma olhada no ATmega8. Veja como a parte analógica está separada da parte digital:

Com este artifício é muito mais fácil construir uma PCB com áreas digitais e analógicas separadas.

Outro problema que eu gostaria de mencionar é sobre os laços de GND (ground loops). Os laços de GND ocorrem quando um dispositivo elétrico está conectado ao GND em mais de um ponto. Laços de GND podem gerar ruídos significantes, especialmente em equipamentos de áudio e vídeo. Seguindo este pensamento, aqui está um exemplo representando uma implementação ruim onde há um loop de GND óbvio:

No exemplo acima existe um laço de GND, e quanto maior o laço (o comprimento da trilha), mais ruído será gerado. A única sugestão é o uso de um ponto comum de GND, conhecido também como árvore de GND:

Para concluir nós podemos gerar algumas regras gerais de como uma implementação de GND correta deve ser efetuada:

• Primeira regra: Tente separar os planos digitais e analógicos. Isso pode ser feito facilmente em PCI's com uma ou mais camadas. PCBs de simples face possuem muito mais limitações para isso, mas você pode seguir a mesma idéia para tentar separar a parte analógica da digital.
• Segunda regra: Tente não cruzar o GND analógico com as trilhas de sinais digitais e evite cruzar o GND digital com trilhas de sinal analógicos. Idealmente falando, a parte analógica da PCB deve ser totalmente isolada da parte digital em termos de posicionamento.
• Terceira regra: se possível tente manter planos de GND o mais sólidos quanto for possível. Se a placa possui dupla ou mais faces, então um lado da placa deve ser o polígno de GND. Lembre-se que um fio mais grosso significa menos impedância, que significa menos radiação devido à quedas de tensão.
• Quarta regra: tente não alinhar trilhas analógicas com trilhas digitais pois isso pode gerar outra fonte de ruído.
• Quinta regra: evite loops de GND. Use uma conexão de GND comum como uma estrutura de árvore.