Diseño de PCB para cristal de 8-16 MHz muy cerca del módulo WiFi Y motor de CC pequeño

Estoy diseñando un dispositivo de "Internet de las cosas" donde el espacio y el diseño están limitados por requisitos mecánicos y de costos. El procesador principal es un PIC18 y su cristal (probablemente 8MHz, tal vez 16) está montado cerca de algunas cosas que considero "aterradoras" desde el punto de vista de EMI:

  • (~5 mm de distancia) Un módulo WiFi (2,4 GHz) (un módulo de estilo PCB con lata blindada en la parte superior que se suelda en la placa principal; el "extremo comercial" está en la parte superior izquierda del módulo hasta donde lejos del µC y xtal como puede ser).
  • (~10 mm de distancia) Un pequeño motorreductor de CC (montado unos pocos mm por encima de la placa en un soporte de metal en 'L' que está conectado a tierra en la PCB).
  • (~15 mm de distancia) IC de controlador de motor A3906 y componentes de alimentación asociados.

Revisé algunos otros "¿cómo está mi enrutamiento de cristal?" publicaciones aquí y parece que la mía probablemente esté bien (aunque realmente agradecería cualquier crítica), pero estoy un poco preocupado por las fuentes de ruido cercanas, especialmente porque este es un dispositivo alimentado por energía solar + batería que minimizará el consumo de energía tanto como sea posible, incluida la minimización de la potencia consumida por el oscilador.

Le di a la sección de cristal sus propios planos de tierra y los conecté al plano de tierra principal inferior en uno de los pines VSS del PIC, por lo que habrá corriente de retorno en este pin, pero presumiblemente no a través de ninguno de los circuitos del oscilador.

  • OSC1 dice µC<>cap<>xtal y OSC2 dice µC<>xtal<>cap, ¿está bien?
  • ¿El plano de tierra local alrededor del área xtal aumentará apreciablemente el consumo de energía del oscilador?
  • ¿Es sensata la forma en que conecté el sistema y las bases de cristal juntas?
  • Los planos de tierra superior e inferior para el cristal están unidos con 3 vías, pero hay una ruta de retorno que no pasa por ninguna de ellas. Es esto correcto"?
  • ¿Es probable que alguna de las fuentes de ruido anteriores sea un problema y, de ser así, cómo podría mitigarlo? (el resto de la PCB está lleno, por lo que "alejarlo más" no es realmente una opción)

Tablero de 2 capas. El área superior roja, azul inferior y blanca alrededor del cristal y las tapas es un recorte del suelo que se vierte en la parte superior e inferior, regresando a través de la vía (ha) al lado de uno de los dos pines VSS en el PIC18 (el otro está en el otro lado de el chip). El sombreado blanco es el tope superior de la máscara de soldadura (el soporte del motor conectado a tierra en la parte superior se vierte de esta manera). Rastros de 8 mil y brocas de 0,5 mm.

Debajo del cristal puede ver el soporte de montaje del motor (rojo) y el contorno del motor (cian). Conductor de motor en el extremo inferior derecho. Esquina BR del módulo WiFi hacia arriba/a la izquierda.

Editar 0 :

ver1

Edición 1 : conexión a tierra mejorada alrededor de los rastros de señal en el área inferior derecha debajo del motor.ver2

Debería considerar agregar un poco de texto que describa lo que ha cambiado en el nuevo diseño.

Respuestas (1)

Su diseño general de cristal se ve bastante bien. ¡He visto muchos ejemplos que eran de 10 a 100 veces peores que los que muestras aquí!

¿Ha considerado la posibilidad de usar una MCU que tenga su propio oscilador integrado, eliminando así la necesidad de preocuparse por un cristal externo?

¿Existe alguna posibilidad de que pueda compartir alguna otra fuente de frecuencia para impulsar la MCU de manera que el generador de fuente esté alejado del motor y del módulo WiFi?

¿Cuál es el rastro sin salida como se destaca aquí en el área amarilla? ¿Es ese un rastro intencional para proteger los dos rastros adyacentes entre sí? Si se trata de un rastro de escudo GND, ¿necesitaría varios puntos para vincularlo al plano GND?

ingrese la descripción de la imagen aquí

Gracias MK, ¡me alegro de que no sea tan malo! Originalmente iba a usar el osc integrado en esta PIC, pero decidió que no valía la pena correr el riesgo de tener problemas con las comunicaciones UART rápidas con el módulo WiFi (también tiene un bus RS485 externo para realizar un seguimiento, pero esto ser más lento). Desafortunadamente, esta es la única fuente de reloj (accesible) en la placa; si quitara el xtal, entonces el osc interno en el PIC sería "eso". Básicamente son todos los controladores de alimentación/línea, el PIC y el wifi y nada más. ¡Ese rastro de "callejón sin salida" está rectificado, pero gracias por señalarlo, ya que parece que podría funcionar con una vía!
Podrías mover algunas de las otras vías un poco en el área amarilla y luego extender ese punto muerto hacia GND en la misma capa. Al hacer eso, también querrá obtener más relleno GND en áreas donde no fluyó por completo... por ejemplo, vea la vía justo a la izquierda del punto amarillo.
Espacié un poco las cosas y la conexión a tierra alrededor de las señales debajo del motor ahora es mucho mejor (nueva imagen arriba).
Sí. ¡Eso es mejor! Casi siempre es ventajoso con tableros de 2 capas, en los que intenta inundar uno como un plano GND, usar trazas + vías o pequeñas áreas de vertido = vías en el lado opuesto para cerrar brechas o salvar brechas en el plano GND.
Ah, gracias, siempre me he preguntado si realmente valía la pena molestarse o si solo estaba agregando perforaciones innecesarias con pequeños trozos de plano de tierra alrededor del lugar.
Los pequeños bits es un tema discutible. Es más valioso tratar de usar trazas superpuestas o pequeños vertidos de cobre en el lado opuesto a GND para unir las ranuras y los agujeros creados en el plano GND por las trazas que se han incrustado en GND. Un ejemplo simple pero ilustrativo sería una placa simple que básicamente era todo GND en un lado, excepto por un rastro de señal largo que atraviesa la GND desde casi un extremo de la placa al otro. En este caso, sería bueno pasar esta traza larga del lado GND al otro lado varias veces (continuará)
(continuación de arriba) a través de vías. Cualquier lugar donde ocurran estas transiciones permite que el plano GND fluya a través de donde solía haber una ranura. El plano GND se convierte más en un plano de referencia completo en lugar de dos áreas casi separadas.
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