Dividir planos de potencia en PCB

Secundo el consejo de usar un solo plano de tierra. Es muy difícil obtener un plano de tierra dividido correcto. En la mayoría de las situaciones, un plano de tierra continuo funcionará igual de bien, si se diseña correctamente. Correctamente significa principalmente que las señales digitales y sus rutas de retorno se mantienen separadas de las señales analógicas y sus rutas de retorno. Una forma de pensar en esto es diseñar como si fuera a usar un plano de tierra dividido: designe regiones analógicas y digitales, y las trazas no pueden cruzar el límite sin un filtrado pesado, pero luego simplemente omita hacer la división.

Dividir planos de potencia es una buena idea, especialmente en un tablero de 4 capas. Intente organizar su PCB de modo que los diversos rieles de alimentación puedan ser regiones contiguas agradables. Concéntrese primero en los rieles de mayor frecuencia, mayor corriente y menor voltaje, por ejemplo, voltajes lógicos centrales de CPU y FPGA. A continuación, cualquier línea de alimentación que suministre una gran cantidad de E/S no diferenciales. Estas son las fuentes de alimentación que necesitan una inductancia especialmente baja. Para rieles menos críticos como fuentes de alimentación opamp o lógica digital de baja velocidad, puede simplemente ejecutar seguimientos para la fuente de alimentación.

La otra cosa a tener en cuenta es que en una pila de 4 capas como esta, las señales en un lado se referirán al plano de potencia, no al plano de tierra. Esto significa algunas cosas. Primero, si tiene ruido en su plano de potencia, las señales a las que se hace referencia verán ese ruido. En segundo lugar, si tiene una división de su avión de energía como se sugiere, cualquier rastro que cruce la brecha no tendrá un camino de regreso adecuado. Si es posible, evite cruzar los descansos en el avión, pero si es necesario, use condensadores de derivación. Un caso especial de este problema es que si usa una vía para ir de la capa superior a la inferior, su plano de referencia cambia de tierra a potencia. Cualquier vía de señal como esta necesita un condensador de derivación lo más cerca posible.

En algunos casos, he usado una placa de circuito impreso de 4 capas con ambos planos internos dedicados a tierra y ejecuté la energía como trazas. Esto no funcionará para muchas aplicaciones, pero esta era una placa analógica de baja densidad y funcionó muy bien. También he usado un plano continuo de tierra + energía dividida, pero en un área coloqué una segunda tierra en la capa de energía para acomodar señales analógicas con referencia a tierra.

La ventaja de tener dos planos de tierra es que cuando tu señal pasa a través de una vía, la referencia es tierra en ambos lados. Aún debe proporcionar una ruta para la corriente de retorno, pero puede ser una vía en lugar de un condensador de derivación.

Con suerte, cuando coloque sus componentes, se organizarán en agrupaciones lógicas según los niveles de voltaje, por ejemplo, una MCU con algunas tapas de desacoplamiento y periféricos circundantes se agruparán, y otro circuito que funcione con un nivel de voltaje diferente se agrupará en otra área, etcétera. Cuando haya terminado, debería ser más sencillo definir las regiones donde domina un cierto riel de voltaje, y seccionaría esa área en el plano de potencia.

Cómo lo haga depende de su herramienta, pero, por ejemplo, en Altium comenzaría con un plano sólido (no una capa que comienza vacía y agrega trazos de cobre y otras características, sino un plano que comienza como cobre sólido y cuando se agregan elementos se elimina el cobre), y agregaría líneas para aislar varias secciones. Luego, debe alimentar esos planos divididos utilizando vías de las fuentes de voltaje de alguna manera. Tal vez el avión dividido pase por debajo del regulador que alimenta ese riel, o podría traer un rastro al área.

Aquí hay un ejemplo de cómo podría verse: ejemplo de plano dividido

Cuando haga esto, tenga cuidado de no obstruir áreas planas con muchas vías.