Preguntas de diseño de PCB para placa de conexión MCU

Estoy intentando enrutar una placa que es, esencialmente, una ruptura para la MCU LPC23xx/LPC17xx. Nunca antes había enrutado nada que se acercara a esta complejidad y tengo algunas áreas que me preocupan. Sé que una placa de circuito impreso de cuatro capas sería óptima, pero soy un aficionado, y convertir esto en una placa de cuatro capas lo haría tan costoso como las opciones disponibles comercialmente. Basé mi diseño en un par de tableros comerciales probados de dos capas, por lo que sé que es posible hacer que esto funcione. Primero, esta es la placa enrutada en su mayoría (ignore toda la maquinaria USB a la derecha, ni siquiera he decidido con certeza si incluirla) (también, sé que la serigrafía es horrible, aún no lo he resuelto) ):

Placa de conexiones LPC23xx/LPC17xx

1) Un área que me preocupa es la longitud de las huellas entre la MCU y los cristales (una es para el RTC, la otra es para la MCU). No son más largos que cualquiera de los tableros en los que basé mi diseño, pero me gustaría un poco de validación.

primer plano de rastros de cristal

2) Otra preocupación que tengo es el desacoplamiento. Sé que, en general, no existe demasiado desacoplamiento, pero en este caso, tengo poco espacio, así que no he desacoplado TODOS los pares VCC/GND (¡hay muchos!). Las dos placas en las que basé mi diseño tienen solo 2 tapas de desacoplamiento, y yo tengo tres, por lo que puede ser bueno allí. ¿Debería trabajar para obtener al menos uno o dos más?

condensadores de desacoplamiento

3) He trabajado muy duro para proporcionar un plano de tierra casi intacto en la capa inferior. Está roto solo en un par de puntos, uno para los orificios pasantes (que creo que en realidad deberían ser almohadillas) en uno de los cristales, y el otro es la ruta más grande para VCC a la MCU. ¿Es mi plano de tierra lo suficientemente sólido?

Primer plano de la traza de VCC

4) La distribución de energía fue un problema particular para mí ( ver mi pregunta anterior aquí ). Al final, opté por verter un gran relleno debajo de la MCU y conectarlo al pin VCC con un trazo grande. ¿Es esta una estrategia aceptable para la distribución de energía? Si estuviera trabajando con una placa de 4 capas, usaría una capa completa para VCC, pero quiero quedarme con 2 capas por razones de costo.

En general, ¿cómo me ha ido aquí? ¿Es probable que esto arranque, o debería volver a la mesa de dibujo?

+1, gran pregunta. Yo mismo estaré esperando las respuestas.
Una nota: existe tal cosa como demasiado desacoplamiento. Si solo arroja tapas por todos lados, la corriente de entrada requerida a medida que enciende su placa también aumenta. Si sube demasiado, es posible que no pueda suministrarlo y el comportamiento de su tablero cambiará.
@AngryEE Supongo que nunca se preocuparía por ese tipo de problema simplemente siguiendo la regla de "un límite de desacoplamiento por par VSS/VCC".

Respuestas (1)

1) Los cristales no deben enrutarse de esta manera. Las trazas deben ser más cortas y lo más simétricas posible. Debe conectar los condensadores a GND en un solo punto, de modo que no capte ningún ruido de la placa de tierra. Esto es especialmente importante para el cristal RTC. Con el enrutamiento actual, es posible que tenga problemas con el inicio/fallo de la generación si no tiene suerte.

2) Consulte mi placa de una sola capa para ARM: http://hackaday.com/2011/08/03/an-arm-dev-board-you-can-make-at-home/ - incluso esta pesadilla funciona (solo 1 tapón de desacoplamiento). Definitivamente lo que tienes aquí funcionará. Puede agregar algunas tapas adicionales (como un poco de electrolítico de 25uF + cerámica de 2.2uF) en la parte posterior de la placa, tiene mucho espacio allí, y tanto VCC como GND juntos. Lo único que no me gusta son los rastros delgados en tus gorras. Deben ser lo más anchas posible. En mi diseño, el único capacitor estaba conectado por trazas de 2 mm de ancho.

Además, mire C5: puede moverlo un poco hacia la derecha, acercarlo a la tapa y conectarlo con una pista corta y ancha. Cuando tu vía está debajo del chip, no puedes tener pistas anchas. Lo mismo para C6 y C7.

Además, si va a fabricar esto en casa, tendrá problemas para hacer vías con chips QFP.

3) La placa de tierra es más que suficiente. No hay mucha necesidad de tener un plano de tierra sólido, excepto un cuadrado debajo del chip donde se conectan todas las tapas de desacoplamiento, no ayudará mucho con el ruido de tierra. Se necesita una placa de tierra para la impedancia controlada, lo cual no es importante en su caso. Pero su conexión GND a los contactos debe ser lo más amplia posible. Esta es la regla general: las redes VCC y GND deben tener pistas anchas.

4) Sí, esto está perfectamente bien para ARM de baja velocidad.

En mi caso, ni siquiera tenía la parte trasera, y todavía funcionaba ;-) Lo único que se puede mejorar si está fabricando en una fábrica es tener un pequeño cuadrado VCC en la capa inferior en el medio del chip y conectar hacia arriba usando algunas vías 4-9 en lugar de 1. Para planos VCC y GND, siempre debe tener resistencias e inductancias lo más bajas posible para que las tapas puedan filtrar el ruido más fácilmente => necesita pistas más anchas y más cortas y más vías paralelas . Pero en este diseño en concreto no es un requisito.

Por lo tanto, funcionará incluso ahora sin modificaciones. Después de los cambios mencionados, será perfecto.

¡Gracias por la información! Estoy planeando fabricar esta placa, ya que es lo suficientemente pequeña como para que algo como DorkbotPDX pueda hacerlo por prácticamente nada. El LPC23xx es de 72 MHz y el LPC17xx es de 100 MHz. Cuando dice ARM de baja velocidad, ¿está incluyendo incluso el LPC17xx?
Sí, supongo que este es el borde de la 'baja velocidad' :-)
Yo estaría de acuerdo en desviar el tope; los rastros sobre el plano de tierra roto podrían ser una preocupación de EMI (a frecuencias más altas), pero si es solo una placa de pasatiempo, no me preocuparía.
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