Rutas de retorno actuales: ¿cuál de los dos es el mejor diseño?

No está claro qué es el "condensador de derivación". Veo dos pads de orificio pasante más algunos de los pads del microcontrolador. Solo puedo suponer que estas dos almohadillas son para el condensador de derivación, aunque de lo contrario tiene poco sentido.

¡ Primero, use una tapa de derivación SMD! Ni siquiera puedo adivinar lo que estabas pensando, pero usar una tapa de derivación de orificio pasante es ridículo aquí. Las tapas SMD tendrán menos inductancia en serie. Son más pequeños y se pueden colocar más cerca del micro. Sus conexiones ya están en el mismo plano que los pines del micro, por lo que simplifican el enrutamiento al no ocupar espacio en otras capas. Como beneficio adicional, son más fáciles de soldar a mano, más baratos de instalar con la fabricación automatizada y más baratos de comprar.

Para responder a su pregunta, ninguno de los diseños es excelente porque están sobrecargados con la tapa del orificio pasante, pero el concepto superior es algo mejor. Aún mejor sería que la conexión a tierra de la tapa se conectara directamente al pin GND justo debajo del pin de alimentación, no al punto de estrella de tierra local.

Mantenga las corrientes de derivación locales y los bucles pequeños.

Veo que estás recibiendo algunos malos consejos en otras respuestas. No, no pase la corriente de retorno de la tapa de derivación a través del plano de tierra.

Piense en el microcontrolador como una fuente de corriente de alta frecuencia entre la alimentación y la tierra. La tapa de derivación es la derivación para esas corrientes de alta potencia. Mantiene estable el voltaje de la fuente de alimentación local a pesar de la corriente de ruido. Debe estar conectado con cables cortos para hacer bien su trabajo.

Sin embargo, desea mantener esas corrientes de ruido de alta frecuencia fuera del plano de tierra. En su diseño inferior, su plano de tierra ahora es una antena de parche alimentada por el centro.

Aquí hay un fragmento de un diseño reciente que hice:

El dispositivo QFP de 44 pines cerca del medio es un microcontrolador. Tiene tres pares de clavijas de alimentación y tierra principal. Estos son omitidos por C19, C20 y C26. Este es un tablero de cuatro capas, con todo menos el plano de tierra en la capa 3 mostrado. Los tres pines de tierra están unidos en la capa superior (roja) en el medio debajo del micro. Ese punto está unido a la tierra principal por las almohadillas de doble orificio pasante etiquetadas como SH3.

Los dispositivos SHx son lo que yo llamo "cortos". Estas construcciones son solo conexiones en la placa de circuito, pero permiten que cada lado de la conexión sea una red diferente en Eagle. Esto garantiza un único punto de conexión entre la red de tierra del microcontrolador local y la tierra principal, y me permite ubicar explícitamente dónde está ese punto de conexión.

C21 (encima del micro) pasa por alto la alimentación analógica y la tierra. Nuevamente, la tapa de derivación se encuentra inmediatamente entre los dos pines de alimentación y tierra. Sin embargo, en este caso, el pin de tierra analógico está conectado a la tierra principal con una vía inmediatamente en el pin. Esto se debe a que ese pin se usa como voltaje de referencia analógico para el A/D. La corriente de derivación todavía fluye en un pequeño bucle local entre los dos pines y C21, pero el pin de tierra analógico obtiene una conexión a tierra limpia. En este caso, también filtré la potencia analógica a través del chip inductor L5.

Las conexiones de alimentación pueden ser un poco más tortuosas cuando practicas una buena derivación. La potencia de 3,3 V son los rastros de grasa que se conectan a C20 (abajo), C19 (izquierda) y L5 (arriba). C26 (derecha) no se conecta a la corriente. Está en el pin Vcap para estabilizar el regulador de voltaje interno en el micro.

Tenga en cuenta que las conexiones de cristal también están conectadas a tierra a la red local. El cristal es Y1 (izquierda) y su filtro y tapas de carga son C24 y C25. La tierra de estas tapas vuelve a la tierra del microcontrolador local, no a la tierra principal. Para evitar que se irradie, no desea que las señales de cristal de MHz se transmitan por la tierra principal.

Como referencia, aquí hay un fragmento del esquema que muestra este microcontrolador y sus conexiones de alimentación, tierra y cristal:

El punto es dar a las corrientes de bucle local bucles buenos y cortos para fluir, y mantener estas corrientes fuera de la tierra principal. La potencia principal y las corrientes de tierra deben ser solo la potencia total y la corriente de tierra que entra y sale del subsistema.

Las corrientes de retorno a tierra de las señales digitales que entran y salen del micro a otro lugar atravesarán la tierra principal. Para eso es. Eso causará algo de radiación desde el plano de tierra, pero mucho menos que si las corrientes locales lo excitaran como una antena de parche.

Entro en más detalles sobre esto en https://electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 .

Cada pin de tierra del IC debe ir directamente al plano de tierra como en la segunda imagen. No deben aislarse, agruparse y conectarse a tierra en algún punto remoto aleatorio en el plano de tierra a través de un rastro inductivo largo como en la primera imagen.

Si el condensador de derivación está en el lugar correcto es otra cuestión. También parece tener un rastro muy largo que conduce (presumiblemente) al pin de alimentación del IC. Los condensadores de derivación de orificio pasante no ofrecen la impedancia de derivación más baja, los tipos SMD son mejores. Si está preocupado por su diseño, solucione los problemas del condensador, el IC está bien con los pines de tierra conectados a tierra.