Estoy a punto de comenzar a colocar componentes en mi primer PCB de 4 capas (terminando el esquema y el software MCU probado en un pre-prototipo de 2 capas, todo funciona sorprendentemente bien, pero sigue siendo de 2 capas). He estudiado muchos materiales, videos de Robert Feranec y Rick Hartley sobre puesta a tierra. Si bien muchas cosas allí son realmente complicadas o se supone que son comprensibles, es bastante difícil, sin embargo, he aprendido mucho (incluso si no lo entiendo al 100%, pero la mayoría), pero todavía tengo algunas preguntas que quiero aclarar. . Varias horas de búsqueda en Google no trajeron nada, y no hay nadie a quien pueda hacerle una pregunta específica (o algunas).
Mi diseño es un sistema MCU de hasta 20MHz, UART, SPI, I2C, tiene DAC y ADC, corriente máxima del sistema 5V 1A .
Apilamiento planificado : Sig-GND-Vcc(5V)-Sig .
Pregunta 1: GND se vierte en planos Sig. ¿Sí o no? La mayoría de los ejemplos en realidad no tienen vertidos, pero una respuesta explícita sería bienvenida (y un breve por qué).
Pregunta 2: el condensador de desacoplamiento debe tener una vía a la capa POWER (3) y la capa GND (2). PERO: no puedo tener conexiones a los planos Vcc y GND desde la capa superior e inferior: EAGLE se negaba a permitirme hacer vías así (1 a 4 ok, 1 a 2 ok, 3 a 4 ok, pero solo 1 a 3 o 2 a 4, DRC me dice NEIN cuando pruebo ambos; Eagle numera las capas como "1", "2", "15" y "16" respectivamente). Busqué en Google que era por razones de fabricación, lo que tenía sentido ahora que lo pienso. Entonces, ¿cómo coloco tapas de desacoplamiento para los chips en la parte inferior? La parte inferior (capa 4) no puede tener vía directa a GND (2). ¿Qué hago al respecto?
Pregunta 3: vi mucho material sobre la impedancia y todo eso, pero el cambio de capa solo se mencionó brevemente y "supuso que era fácil y claro" que necesitaba cambiar el plano de referencia o algo así (ya que estaba en contra del plano GND en la capa 1, pero contra Vcc en la capa 4). Bueno, en realidad no tengo ni idea de lo que eso significa. Digamos, tengo una señal I2C en la capa 1. Supongamos que realmente necesito cambiarla a la capa 4. La vía de la señal va directamente a la 4, no hay problema. ¿Qué hago con la ruta de retorno actual, que estaba en el plano GND justo debajo de la traza I2C (derecha)? Y nuevamente, la capa inferior ni siquiera puede tener acceso directo a GND.
Pregunta 4: mecánica. Las capas internas en las pautas de JLCPCB que vi como ejemplo, son por defecto dos veces más delgadas que las capas externas. Entonces, los planos GND y 5V son delgados. ¿Debería importarme? (5V 1A máx. para el sistema)
Desafortunadamente, todo es muy confuso en este momento. El tablero de 2 capas requirió menos trabajo mental. Vierta más, piense menos. Ahora entiendo por qué es malo (supongo que "peor" es la palabra correcta), pero estoy atascado entre rechazar el diseño de 2 capas y desear mejorar las cosas y no poder adoptar el diseño de 4 capas, incluso si paso mucho tiempo. investigándolo Capté las ideas y los conceptos clave, pero se omitieron algunos detalles prácticos menores dondequiera que miré.
Le agradecería que también pudiera compartir algunos materiales como "PCB de 4 capas para principiantes" o algo además de las respuestas específicas a mis preguntas. No se puede tener demasiada información.
Además, tal vez alguien podría dar un enlace a un buen diseño simple de PCB de 4 capas que podría ver en Eagle o Altium (tengo una versión de prueba de eso, desearía poder trabajar en él siempre). Sin material DDR, más de mi calibre: MCU y periféricos, si es posible. Gracias.
Estoy de acuerdo con algunos comentarios en las respuestas anteriores, pero no completamente, así que ofreceré otra perspectiva:
Como se mencionó anteriormente, Hartley está hablando de pasar el cumplimiento de EMI con aplicaciones de velocidad de datos rápida. Tendrá tiempos de subida/bajada lo suficientemente rápidos como para generar mucho ruido, pero a menos que le importe pasar EMI o esté ejecutando un sistema analógico cerca, probablemente no le importe.
Hago trabajo de alta velocidad en los 100 Gbps por carril profesionalmente, así como diseño de ondas milimétricas a casi 100 GHz, por lo que vivo en medio de estos problemas todos los días. Pero cuando estoy jugando con un micro a 20 MHz por diversión, no presto mucha atención a nada de esto excepto cuando estoy mezclando señales analógicas e incluso entonces, si las líneas digitales estarán en silencio durante una conversión de datos. , todavía no me preocupo por eso.
Signal1-GND-Vcc-Signal2 es algo que un tipo de integridad de señal de alta velocidad o EMI rechazaría. La energía en el plano Vcc estará en el dieléctrico entre Vcc y GND. Signal2 tendrá su energía en las dos capas dieléctricas entre Signal2 y GND. Estos dos campos de energía (Vcc y Signal2) se entremezclarán y causarán interferencia entre ellos. Probablemente no le importe, así que hágalo, pero tenga en cuenta que este problema existe.
Signal-GND-(core)-GND-Signal es una combinación ideal. GND-Signal-(core)-Signal-GND también es genial. Para agregar "correctamente" un plano de potencia, sería bueno ir a una placa de 6 capas: Signal-GND-Power-(core)-Power-GND-Signal o algo así. Pero, de nuevo, probablemente no le importe, y el enrutamiento adecuado de las señales se vuelve complicado, así que no se preocupe.
P1 - ¿Se vierte el suelo en las capas de señal? Generalmente no. Es tan probable que cause interferencia como que la mitigue hasta que desarrolle una buena comprensión de cómo funciona EMI. Hay muchos ejemplos de esto, y es difícil mitigar el ruido usando conexión a tierra lateral en una PCB, simplemente no funciona bien.
P2: para las vías, puede usar vías perforadas a través de todas las capas y enchapadas en toda la longitud de la PCB, pero solo están conectadas al metal en las capas a las que realmente necesita conexión eléctrica. Eagle apoya esto, sigue luchando y descubrirás cómo. Por lo tanto, coloque una tapa en la parte superior y coloque vías al lado que se conecten desde la capa superior a la alimentación y la tierra, pero no a otras capas.
P3: puede ejecutar señales desde la capa 1 a la capa 4. La referencia de tierra cambiará de la parte superior de la lámina metálica GND a la parte inferior de la lámina metálica GND. Ningún problema.
P4: es estándar tener 0,7 mil (1/2 oz) de cobre en las capas internas y 1,4 mil (1 oz) en las capas externas. no te importa
El vertido en el suelo es generalmente un buen movimiento inicial, una buena manera de separar las señales que pueden interferir, pero no es necesario. Asegúrese de unir a su plano de referencia principal con vías. Consulte con su casa de juntas, pero puede ayudar con trazas de relación de aspecto muy altas que pueden sobregrabarse. No desperdicie una capa completa con el vertido de 5 V, no es realmente necesario. Ciertamente, diseñe su distribución de energía allí, pero no la use para un vertido completo e ininterrumpido.
EAGLE definitivamente hará vías de cualquier capa a cualquier capa. A menos que desee pagar más por vías ciegas o enterradas, la vía atravesará todas las capas pero solo se conectará a las específicas. Juega con la configuración; ¡ Sería muy difícil de diseñar si no pudieras hacer eso!
Cambiar los planos de referencia solo es necesario para trazas controladas por impedancia (USB, HDMI, ethernet, etc.). Para cosas de baja velocidad como I2C, no necesita preocuparse por eso.
Si tiene trazas de corriente muy alta, colóquelas en las capas expuestas. Lo principal, como siempre, es pensar en dónde fluye la corriente en su sistema. Ese 5 A no está fluyendo en todas partes; tendrá microamperios en pines, etc. Hay muchas calculadoras en línea para el aumento de temperatura para el ancho y la posición de la traza dada en la acumulación.
No se obsesione demasiado con estas cosas con sus interfaces y velocidades. Es más importante pensar en las rutas actuales, especialmente cuando estás haciendo un diseño de señal mixta.
He estudiado muchos materiales, videos de Robert Feranec y Rick Hartley sobre puesta a tierra. Si bien muchas cosas allí son realmente complicadas o se supone que son comprensibles, es bastante difícil, sin embargo, he aprendido mucho (incluso si no lo entiendo al 100%, pero la mayoría), pero todavía tengo algunas preguntas que quiero aclarar. .
Tenga en cuenta que mucho de lo que están hablando es de circuitos digitales de muy alta frecuencia y productos que ya han fallado en las pruebas de EMC. Para una placa de microcontrolador básica, no se encontrará con la mayoría de esos problemas porque sus piezas son lentas y no tiene flancos de subida/bajada muy rápidos.
Pregunta 4: mecánica. Las capas internas en las pautas de JLCPCB que vi como ejemplo, son por defecto dos veces más delgadas que las capas externas. Entonces, los planos GND y 5V son delgados. ¿Debería importarme? (5V 1A máx. para el sistema)
Esto se hace intencionalmente para acoplar firmemente las capas 1+2 y 3+4 y permitir una impedancia controlada sin que las trazas sean extremadamente anchas. Entonces, cualquier alta frecuencia o impedancia controlada necesita usar 1/2 o 3/4 como señal/retorno. Dado que planea usar una de las capas internas para la alimentación, querrá enrutar cualquier línea de impedancia controlada exclusivamente en el par de capas opuestas. Si solo está haciendo cosas lentas como I2C, entonces tal vez pueda ignorar esto, pero aún así es una buena idea tenerlo en mente.
Desafortunadamente, todo es muy confuso en este momento. El tablero de 2 capas requirió menos trabajo mental. Vierta más, piense menos. Ahora entiendo por qué es malo (supongo que "peor" es la palabra correcta), pero estoy atascado entre rechazar el diseño de 2 capas y desear mejorar las cosas y no poder adoptar el diseño de 4 capas, incluso si paso mucho tiempo. investigándolo Capté las ideas y los conceptos clave, pero se omitieron algunos detalles prácticos menores dondequiera que miré.
4 capas es mucho más indulgente. La ruta será más fácil, y tener un plano de tierra sólido lo salvará silenciosamente de sus errores la mayoría de las veces. Si 2 capas parecía más fácil, probablemente era solo que no te estabas dando cuenta de cuántas cosas podrías haber hecho mejor. Ahora al menos lo estás pensando.
Aarón