Strömförsörjningens jord är inget man kopplar samman valfria jordpinnar till och det är inte lämpligt att bunta samman alla jordpinnar för det ändamålet. Det är nybörjarmisstag och ska ALDRIG fästas på text som någon okunnig rekommendation då det är egna okunskapen man sprider till andra som om det vore sant.
Bunta samman jordpinnar på detta viset från ett dotterkort ledar
ALLTID till en försämrad EMI-situation.
Det är en sak att något brukar fungera ändå och man har kanske inga kritiska funktionskrav, inga kritiska prestandakrav för brus/störningar mm eller behöver klara några EMi-krav och önskade grundfunktion fungerar nöjaktigt.
Det är som att ha ojämn och okontrollerad samt vek bromsverkan på en bil. Det går oftast bra ändå att köra till affären och köpa mjölk.
Ojämn vek bromsverkan är inte något som någonsin ska rekommenderas.
Det är vad som uppstår om man sprider samma jordström via flera pinnar:
sämre fungerande vek och ojämn jordning. Finns inga undantag denna från detta!
Nu är detta som nämnt PCB för enkla hobbybruk men även här är det elektrisk renlighet att inte låta strämförsörjning gå in i ena änden av kretskortet samtidigt som man låter dess retursström gå över jordpinne i andra änden av kretskortet. ESP32-kortet har med stor sannolikhet en stabilserande kondensator mellan Vcc och en mycket näraliggande Gnd för att se till att spänningmatning är skräpfri och stabil i bägge riktningarna.
Splittar man då bort jordströmmen för maatningsströmmen på andra jordpinnar på helt annan plats så tappar avkopplingen mycket av sin funktion och helt nya störningsproblem uppstår för andra delar, såsom GPIO-funktiiooner.
Nu är detta hobbyggrejor utan krav på att signalpinnars ska vara fria från strömbrus orsakad av processorns strömförbrukning, digitala ttransienter på analoga signbaler eller andra EMI-problem och moderkortets jordplan kanske är mer ett luftbygge på experimentplatta. Då blir enda egentligt fungerande jordplanet det jordplan som finns på ESP-kortet. På det kortet har man redan tänkt på just detta sättet vad gäller jordstrrömmar om det inte är allt för förenklad design.
För att det inte ska bli allt för tokigt ger tillverkaen av ESP32, Espressif, ut gratis PCB-layouter med massor av designunderlättande råd för hur t.ex. man ska hålla strömslignorna små och hur de oliga jordstrukturerna ska hantera och just vad gäll delar som hanterar lite högre strämmar ges rekommendationer om minsta ledarbredd, val av avkopplings placering och storlek på kondensatorer.
Det finns ytterligare ett antal jordplan som inte syns. De finns internt i ESP32-kretsen. Där är man noga med att just hålla jordlooparna så korta som möjligt. Den ström som går via en pinne går i retur via en näraliggande jord. Man drar inte strömmen diagonalt över processorn.
Men har även lagt in övervakning så att externa glitchar pga t.ex. dålig yttre avkoppling inte ska nå de tre interna del-processorerna. Om t.ex. en yttre transient kortare än 3nS detekteras på x-tal inpinne så stänger man av hela den kretsen internt. Dippar spänningen på någon av de tre viktigare spänningsmatningarna pga t.ex dålig jord för avkopplingen signalerar man brownout och stänger ner hela kretsen.
Espressif som producerar chippet ger just dessa rekommendationerna att man ska hålla jordloopar korta och undvika att returströmmar från olika delar leds samma väg. En av de metoderna som man gör det på kallas för
stjärnjordning.
Add a 10 µF capacitor before the power trace enters the chip. You can also add a 0.1 µF or 1 µF capacitor in parallel. After that, the power trace can branch out in a star-shaped layout to reduce coupling between different power pins.
https://docs.espressif.com/projects/esp ... esign.html
Starshaped i texten ovan, stjärnkoppling av de olika jordfunktionerna är ett välkänt begrepp om man designar kretsar som kräver bra fungerande jord ur många aspekter som sorterar under EMI.
Vad är då stjärnkoppling av jord i praktiken? Sådan jord finns i flera nivåer. Det finns antal olika jordplan inuti ESP-chippet som är stjärnkopplade. På dess PCB ska finnas samma sak om man PCB-designern följt Espressifs rekommendationer och exempel.
Exempel på Arduino stjärnkoppling på lite mer systemnivå för att undvika att de olika jordsignalerna stör varandra:
star.png
Det blir alltid en viss impedans-förlust utefter en jordväg varför det uppstår ett ripple i dess spänning. Det ripplet sprids till andra delar och orsakar störningar i den övre delen av bilden. I den nedre bilden har stjärnformade gemensamma kopplingspunkten en enda referens på jordens spänning.
En viktig del i hur detta fungera har att gör med strömmens totala loop-area. Ju större looparea, ju mer av signalen kommer på avvägar och mer störningar kan tas emot på egna nyttosignalen.
Looparea är hela strömslingans väg som målats röd i bilden nedan:
pcbloop2.png
Praktiskt så vet många att exempelvis tvantennens koaxkabel har en jord som ska anslutas nära samma punkt på TV-mottagaren som centerpinnen ansluts för att skapa så liten jordloop som möjligt, för att maximalt av signalen ska nå fram uoch undvika tillföra signaler på jorden som inte är nytttosignal. Loopens storlek är arean som bildas för den totala strömslingan.
Samma gäller t.ex. mikrofon kopplad via kabel till förstärkare. Ges den returjord via annan väg än samma väg som mikrofonsignalen kopplas in i förstärkaren blir det oönskade störningar.
Antag att mikrofonen är korrekt kopplad via kabel med signaljordad skärm. Om mikrofonens hölje också är jordat.
Då kan det hända att man råkar ge mikrofonen kontakt även via höljet till förstärkarens jordade ytterhölje. Då får man som med ESP32-kortet möjligheten till flera jordvägar av mikrifonsignalen men extra jordvägen via förstärkaren hölje blir en större loopaarea vilket kan leda till hörbara störningar då dirktkontakt med chassit erbjuder signalväg med lägre impedans än via mikrofonkabelns skärm.
Konceptet är rätt enkelt. Håll looparean liten för varje typ av signal. Ofta separerar jorden i kategorier som analog, digital, kraft , RF och chassi-jord kring en IC. Samam återfinns i audioförstärkare där småpsignals jord och kraftjord endast sammankopplas i en enda punkt för stjärnjordning.
I detta fallet med ESP32-kort ligger med all säkerhet avkoppling mellan Vcc och en specifik jord. Det blir då fel att jorda Vcc via en annan jordpinne.
Konceptet är fortfarande mycket detsamma, liten looparea för strömmen. Det gäller även för den strömslinga som ges av korrekt jord för avkopplingen, vilket visas i nedan bild.
rRCDN.png
Stjärnjordning är ett förenklat tänkesätt som inte alltid fungerar i verkligheten på PCB-nivå som enda tänkesätt. I många fall tillgrips andra jord och skärm koncept såsom guardrails för att separera signaler från andra störningar och signaler, både ledningsbundet och närfält induktivt kopplat och verkligheten begränsar hur många och stora och vältäckande jordplanen kan göras. Även skärmburkar som används på många ESP32-koncept är en form av förstärkt rf-jordplan så att inte signaler ska hitta ut via fel pinnar eler att strömloopar ska bli så stora att det blir oönskad utrstrålning till omgivningen.
Kommentar om USB: Om en dator är ojordat nätansluten så kan det ligga avsevärda spänningsnivåer på dess jord.
Om ESP-krets som man avser programmera har en egen strömförsörjning, ofta flytande från den jord PCn är ansluten till skulle det rätt lätt kunna döda USB-interface vid sammankopplingen. Det kan ibland bli så stora spänningsskillnader att det kliar i fingrarna som håller i resp enhet innan sammankoppling.
Därför är det jord/skärm i USB-kontakten som kontakterar först vid sammankopplingsögonblicket, innan några signalpinnar förmår att chocka varandra. Sammankopplingen av jord ger sedan signalpinnar från de bägge enheterna mer rimliga spänningsnivåer.
