Lidiando con divisiones en mi plano de tierra

Cada vez que estoy haciendo una PCB barata de dos caras, me encuentro con este problema:

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Donde tengo líneas de señal (en la capa superior aquí) que se ejecutan sobre la parte superior de un gran rastro de energía (en la capa inferior).

Ahora bien, esto obviamente es terrible porque no hay un buen camino de retorno en la parte inferior. Para temas como este, Hott consultores tiene una buena recomendación:

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Sin embargo, me pregunto si una solución como la siguiente también es aceptable.

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Mi intuición me dice que sí , esta solución está bien. Sobre la ruptura en el plano de tierra, la corriente saltará sobre las vías y luego regresará al plano inferior. Algunas matemáticas de la parte posterior del sobre me dicen que esto agrega una cantidad trivial al área del bucle y, por lo tanto, una cantidad trivial a la impedancia de retorno.

alguien me puede decir...

  1. ¿Qué tan correcta / incorrecta es mi intuición aquí sobre el uso de vías?
  2. Si mi intuición está equivocada, ¿por qué?
  3. Además, si mi intuición es incorrecta, ¿cuál es la solución correcta en este tipo de situación (2 capas, con rastros de energía bajo la señal)?

Para que conste, estas líneas de señal en particular no son terriblemente rápidas (500 kHz), pero me gustaría saber cómo lidiar con esta situación cuando tengo señales en el rango de 5 a 10 MHz.

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A continuación se muestra una captura de pantalla de aproximadamente el 60% del tablero. Tal vez ayude con la crítica.

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Si está haciendo una PCB de alta velocidad, es mejor usar más capas para evitar cortar planos de tierra. Las vías no solo se suman al tamaño del bucle, las vías en sí mismas son un tipo desagradable con una impedancia considerable, por lo que cada vía que agrega hace que la impedancia de su plano de tierra sea cada vez más alta. La pregunta no tiene una respuesta fácil para cada ocurrencia, para alta velocidad es mejor resolver estas preguntas con herramientas de simulación de diseño de alta velocidad.
@ClaudioAviChami La velocidad máxima que realmente me interesa es de 5 a 10 MHz. Si estuviera haciendo una tabla de alta velocidad real, tomaría la ruta sensata y solo haría 4 o 6 capas. ¿Puede explicar cómo las "vías mismas" hacen que la impedancia de mi plano sea más alta? Me temo que no entiendo. Solo tienen alrededor de 1,5 mm de largo, por lo que solo un par no haría demasiado para la longitud de mi bucle, ¿verdad?
Una vez tuve que resolver un problema de EMC realmente malo en una placa porque el diseñador anterior hizo lo que usted pide, es decir, un corte feo en el plano de tierra. No puedo decirte "todo estará bien" porque simplemente no lo sé.
Ahh gracias por la perspectiva! Me gusta mucho escuchar cosas que salen mal en la vida real. ¿Cuál era la velocidad de las señales con las que estabas tratando? Además, ¿cómo solucionó este problema si estaba en un tablero de 2 capas?
Era un procesador que funcionaba a 80 MHz. No puedo decirte exactamente quiénes fueron las señales ofensivas. La placa funcionó bien, pero falló miserablemente en las pruebas de RFI. Además, tenga en cuenta que la alta velocidad no se trata solo de los relojes más rápidos, sino también de los tiempos de subida y bajada. El tablero tenía 6 capas.
A 5-10 MHz, mi intuición dice que no sería un problema, pero dar una mejor respuesta sería posible solo viendo toda la PCB y esa no es una gran opción aquí.
Puede tener problemas con esas áreas largas y delgadas de inundación que resuenan con algún armónico de señal. Clave cualquier extremo libre con una conexión al suelo más cercano. En otras palabras, restaurar la planificación del suelo de esas áreas.
Mi única preocupación sobre el rastro que ha mostrado es su distancia desde el plano de tierra. Una traza que se ejecuta en paralelo agregará MUCHA capacitancia parásita. Ponga más espacio entre la traza y el plano, incluso más si es una traza con mucha corriente y debería estar bien. 5-10 MHz no es alta velocidad. De hecho, estoy de acuerdo con Neil_UK, debería ser más sencillo deshacerse del plano de tierra en la parte superior y solo tener un plano de tierra en la parte inferior.

Respuestas (1)

Dado que está trabajando de 5 a 10 MHz, que es lo suficientemente alto como para tener problemas al cortar los planos de tierra, y lo suficientemente bajo como para rescatar con vías, sí, puede unir el plano de tierra nuevamente en la otra capa como ha mostrado. . De 5 a 10 MHz, no podrá notar la diferencia entre un plano de tierra completo y uno cosido como lo muestra.

Esto está bien si sucede una o dos veces. Pero si descubre que ha reducido su terreno a una cortina de encaje, deténgase y retroceda. Veamos el análisis de costo/beneficio de usar un plano de tierra.

Beneficio: no tiene que pensar mucho, al menos pensar en proporcionar una ruta de retorno con un área de bucle pequeña para todas las señales, todo sucede automáticamente.

Costo: pierde una capa completa que podría estar rastreando.

El costo es tan severo, especialmente en un tablero inferior 2, que la mayoría de las personas, como el OP, terminan cortando el plano de tierra. Esto retiene el costo de perder casi toda el área por el seguimiento, pero pierde el beneficio de una buena conexión a tierra. Esta es una situación de perder-perder.

Lo que les aconsejo a todos mis ingenieros, y de 5 a 10MHz esto sigue siendo perfectamente viable, es que si van a cortar su plano de tierra , eliminenlo por completo.

En su lugar, adopte el 'sistema de Manhattan' de terrenos cuadriculados. En la parte superior, ejecute todas sus pistas Este-Oeste, energía, tierra, señal. Abajo, ejecuta todas tus pistas de norte a sur. Cuando desee cambiar de dirección, utilice una vía. No sucumba a la tentación de ejecutar pistas en la capa 'equivocada', al menos al principio . De esa manera, todas las conexiones posibles permanecen enrutables, nunca hay necesidad de cruzar nada en la misma capa. Al final, bueno, tal vez.

Primero, diseñe un número suficiente de pistas de tierra. Coloque pistas cada cm más o menos arriba y abajo, y conéctelas con vías en cada intersección. A continuación, ejecute las vías de alimentación. Luego ejecute las señales. Luego, finalmente, inunde cualquier área adyacente a un terreno con un relleno de tierra, no inunde áreas aisladas.

Con una conexión a tierra cuadriculada, no logra una línea de transmisión con conexión a tierra para todas las señales, las corrientes de retorno pueden elegir un camino a través de la red para permanecer cerca de su señal. De 5 a 10 MHz, esto suele ser lo suficientemente bueno y es mucho mejor que los planos de tierra cortados. Si tiene una o dos señales vitales que requieren una línea de transmisión, entonces, como paso final, agregue terrenos dedicados para esas señales.

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