Diseño de PCB de 2 capas, tecnología de orificio pasante y plano de tierra

Creo que todas estas otras respuestas están complicando demasiado el problema. Los diseños de agujeros pasantes son legítimos en muchos casos, al igual que los tableros de 2 capas.

Recomendaría usar un plano de tierra y un plano de señal/energía a menos que tenga una razón para no hacerlo. Este método de diseño está probado y es cierto y no veo ninguna razón por la que no deba usarlo. Creo que realmente no importa de qué lado pones las señales.

Deberá hacer algunos puentes en el plano de tierra, pero esto no causará ningún problema si evita hacer cortes grandes. Hice una imagen rápida y terrible en pintura para ilustrar:

Como mencionó Neil, sus rutas de retorno a tierra son importantes, no debe simplemente considerarlas terminadas cuando ingresan al plano de tierra.

El único método que recomendaría es el que no has mencionado.

Generalmente, cualquier división arbitraria de espacios en potencia, tierra, señales, te va a dar un poco de dolor, porque no es necesario particionarlos así, ni suficiente para obtener un buen resultado.

Si la placa fuera 'difícil', por lo que mezclaba señales analógicas/digitales de alta velocidad, corrientes altas, SMPS, sería beneficioso comenzar con un plano de tierra completo. Pero eso no es suficiente, necesita saber dónde fluyen las corrientes de retorno, porque aún puede dispararse en el pie, incluso con un plano de tierra.

Recomendaría el diseño de Manhattan, con un suelo cuadriculado.

El gran beneficio de Manhattan es que significa que siempre puedes encontrar una ruta para tu pista. Nunca tiene que comprometerse y tomar una señal por una ruta serpenteante lejos de su camino de regreso, o cortar un plano de tierra para colarse en una pista, destruyendo su integridad.

El enrutamiento de Manhattan implica dedicar una capa para las conexiones Norte-Sur y la otra capa para las conexiones Este-Oeste. Ahora siempre puede ir de A a B con una sola vía y nunca tendrá que preguntarse cómo puede cruzar una vía.

Ahora que tiene una forma sistémica de enrutar su tablero, comience con un suelo cuadriculado. En una capa, coloque una pista cada 20 mm más o menos, en columnas. En la otra capa, haz lo mismo en filas. A través de ellos juntos en cada intersección. Ahora tiene un terreno que es casi tan bueno como un avión y mucho más utilizable, porque ambas capas aún están disponibles para enrutar toda su energía y señales. Mueva las pistas de tierra un poco para acomodar sus circuitos integrados por todos los medios, pero no los separe demasiado.

Posdata: plano de tierra versus tierra cuadriculada.

He recibido algunos comentarios interesantes de Umberto, Scott y Olin, que sugieren que no he entendido bien mi punto. Tal vez aclararé lo que está arriba, mientras documento mi razonamiento a continuación.

Ahora estoy jubilado, y después de toda una vida asesorando a ingenieros jóvenes, uno de los mayores problemas que enfrentan es hacer un diseño deficiente en una placa de plano de tierra. Parecen pensar que el plano de tierra 'se encargará de todo ese asunto del aislamiento', y dejan de pensar. Como resultado, pasan altas corrientes a través de entradas sensibles y, de lo contrario, no detectan los efectos de las corrientes de retorno.

Para ayudarlos a depurar estos tableros, elimino el plano de tierra y los fuerzo a considerar todas las corrientes de retorno como flujos discretos en pistas separadas. Una vez que se ha encontrado al culpable y se ha arreglado el diseño, se puede restaurar el terreno.

En un tablero de 4 capas, hay suficiente espacio para dedicar uno a una base sólida. En una placa de 2 capas, hay una prima en el espacio de enrutamiento. Es por eso que Manhattan, que le brinda una forma sistemática de enrutar cualquier pista de A a B, es tan útil. Si dedica una de sus 2 capas al suelo, cualquier diseño no trivial dará como resultado una o dos (o varias, bueno, es solo una más) pistas que cortan el suelo, destruyendo su integridad.

Sin plano de tierra, una tierra cuadriculada es la siguiente mejor opción. Es flexible, puede aumentar la cantidad de pistas terrestres donde lo necesite. Es totalmente compatible con el enrutamiento de Manhattan. Cuando haya terminado el diseño, inunde con cobre molido. Terminará con algo que está mejor enrutado que un plano de tierra cortado, porque ha podido pensar en todas esas corrientes de retorno que de otro modo hubiera esperado que estuvieran bien.

El buen diseño de tableros es casi tanto un arte como una ciencia. No se puede enseñar a los artistas a crear, no se puede enseñar a los ingenieros a 'sentir' dónde van a fluir las corrientes, hasta que lo 'capten'. Diseñar sin un plano de tierra es una forma de acelerar el proceso de 'conseguirlo'.

Todos los componentes son a través del agujero.

Solo por esta razón, consideraría usar un plano de tierra en la parte inferior para que los componentes puedan montarse sin preocuparse de si sus cuerpos pueden hacer contacto con el cobre de tierra.

Dado que es para una caja de efectos de guitarra con potencialmente mucha vibración y movimiento debido a los botones y controles controlados con el pie, también consideraría cómo se enrutan las señales bajo los componentes para evitar el problema mencionado en mi primer párrafo.

Pero, ¿por qué limitarse a dos capas? Saque las pistas de señal de la capa superior por completo y use una placa de 4 capas. El costo no sería mucho más y la tranquilidad es algo bueno.

Ninguno de los diseños propuestos es bueno. Un mejor esquema que cualquiera de los que mencionas es usar partes SMD. Esto tiene una serie de ventajas:

1. Hay disponible una gama mucho más amplia de piezas.

2. Las mismas piezas serán más baratas.

3. Se necesitará mucho menos tiempo y molestias para soldar las piezas en la placa.

4. Le deja más flexibilidad para el enrutamiento.

Para un tablero de dos capas, coloque las partes en la parte superior. Utilice la capa superior para la mayor cantidad de interconexiones que pueda. Reserve la capa inferior como plano de tierra y utilícela solo para "puentes" cortos de otras señales.

Mantenga estos puentes separados entre sí para que las corrientes de tierra puedan fluir alrededor de cada uno individualmente. Desea minimizar la dimensión máxima de cualquier orificio en el plano de tierra, no el número de orificios. Dicho de otra manera, muchas pequeñas interrupciones dispersas son mejores que una única gran interrupción.

Realice todas las conexiones a tierra con vías separadas justo al lado de cada pin que debe conectarse a tierra. Esto hace que cada conexión a tierra sea sólida y también minimiza las conexiones a tierra que interfieren con el enrutamiento de las otras pistas.

Por supuesto, aún debe prestar atención al enrutamiento de los rastros de la señal. El audio se trata de mantener alta la relación señal/ruido. No enrute los rastros de salida amplificados cerca de los rastros de entrada sensibles, por ejemplo.

Para obtener más información, consulte esta respuesta.

Si se está preguntando acerca de los planos de tierra, ¡debe olvidarse del orificio pasante! Tener capas de tierra y energía dedicadas se trata de mantener caminos de baja impedancia para todas las corrientes. Los componentes de orificio pasante tienen mucha impedancia adicional solo por su tamaño voluminoso y sus cables.

Si desea apegarse al orificio pasante, le recomiendo una placa que se parezca bastante al esquema. Use áreas de tierra tanto en el medio de la capa superior como en la inferior. Utilice los bordes largos para trayectorias V+ y V-. Cree "dedos de cobre" desde el suelo hasta V+/V- o viceversa para tener en cuenta los componentes radiales. Si su circuito amplificador necesita tres o cuatro voltajes, use la capa superior para un par de voltaje y la capa posterior para el otro.

Recuerde también, desde la vista de CA, V+, V- y GND son iguales. Es tan importante tener baja impedancia V+ y V- como GND.

El relleno de suelo inferior es continuo donde los dedos V+/V- rompen el superior, y viceversa. Utilice las vías del componente THT para la conexión de los dos rellenos GND. De esa manera le das a los agujeros pasantes una razón de existir. Utilice vías adicionales cuando sea necesario.

Esto es justo lo contrario del diseño de placa que necesita un circuito digital. Ahora imagine los dolores de cabeza de crear un tablero de señales mixtas.