¿Cuáles son las ventajas de tener dos vertidos molidos?

He visto muchos PCB de 2 capas que tienen un vertido de tierra en las capas superior e inferior, me preguntaba por qué hacer eso. ¿y no sería mejor usar la capa superior para energía y señales y la capa inferior para tierra para simplificar el enrutamiento y también aprovechar la capacitancia entre los planos?

Esto no es tanto una respuesta, pero propongo que la razón por la que la mayoría de la gente lo hace es simplemente porque piensan que es bueno, que de lo contrario sería un espacio desperdiciado, etc. Puede liberar conexiones a tierra suponiendo que haya al menos uno a través de la conexión a su plano de tierra inferior o si la capa superior puede golpear la almohadilla para un pasador de orificio pasante que está conectado a tierra. .. o como dijo Olin... la religión toma un punto de apoyo. :)
sí, tampoco pude pensar en una buena razón para eso, si era un avión de potencia, entonces tal vez la capacitancia, pero ¿de qué sirve un par de capas de tierra? especialmente porque es más probable que el de arriba esté mal cortado, con todos los componentes encima, así que pensé en preguntar :)
Una buena razón para los planos en ambos lados es mantener la cantidad de cobre en cada lado de la placa de circuito impreso más o menos igual. Si un lado tiene mucho más cobre que el otro, la PCB será más propensa a deformarse. Esta es una de las razones por las que las PCB multicapa suelen ser simétricas en su apilamiento de capas. Sin embargo, no tengo claro el riesgo exacto de deformación, pero he tenido comentarios de compañías de PCB cuando no lo he hecho del todo bien.
Además de lo que dijo David, al taller de tablas para excursiones le gusta tener una cantidad máxima de cobre en cada capa, porque minimiza la tasa de uso del grabador. Sin embargo, si sus volúmenes no son extremadamente altos, no tiene sentido que usted como diseñador se preocupe por esto.

Respuestas (3)

El buen diseño y la puesta a tierra parecen ser poco conocidos, por lo que la religión encuentra un punto de apoyo. Tiene razón, realmente hay muy pocas razones para usar tanto la parte superior como la inferior de una tabla de dos capas para el suelo.

Lo que suelo hacer con las placas de dos capas es colocar la mayor cantidad posible de interconexiones en la capa superior. Aquí es donde ya están los pines de las partes, por lo que es la capa lógica que se usará para conectarlos. Desafortunadamente, por lo general no se puede enrutar todo en una sola capa. Prestar atención y pensar detenidamente en la ubicación de las piezas ayudará con esto, pero en el caso general no es posible enrutar todo en un solo plano. Luego uso el plano inferior para "puentes" cortos solo cuando es necesario para que el enrutamiento funcione. Por lo demás, el plano inferior está rectificado.

El truco consiste en mantener cortos estos puentes en la capa inferior y que no se apoyen entre sí. La métrica de qué tan bueno queda un plano de tierra es la dimensión lineal máxima de un agujero, no la cantidad de agujeros. Un montón de trazas cortas de 200 mil dispersas no impedirán que el plano de tierra haga su trabajo. Sin embargo, la misma cantidad de rastros de 200 mil agrupados para formar una isla de una pulgada de ancho es una interrupción mucho mayor. Básicamente, desea que el suelo fluya alrededor de todas las pequeñas interrupciones.

Establezca alto el costo del enrutador automático para la capa inferior y no lo penalice demasiado por las vías. Esto colocará automáticamente la mayoría de las interconexiones en la capa superior. Desafortunadamente, los algoritmos de enrutador automático que he visto no parecen ajustarse para no agrupar los puentes. En Eagle, por ejemplo, existe el parámetro de abrazo . Incluso si lo desactivas, aún obtendrás puentes agrupados. Deje que el enrutador automático haga el trabajo duro, luego limpie las cosas después. A veces, puede detectar un caso en el que una pequeña reorganización puede eliminar un saltador por completo. Sin embargo, dedicará la mayor parte de su tiempo a separar los puentes para no formar islas grandes.

En cuanto a los aviones de poder, eso es en su mayoría religión tonta. Dirija la energía como cualquier otra señal, aunque en este caso debe tener en cuenta la caída de voltaje debido a la resistencia del rastro, ya que los rastros de energía presumiblemente manejan una corriente significativa. Afortunadamente, incluso las trazas de cobre de 1 onza en una PCB tienen una resistencia bastante baja. Puede hacer que los rastros de potencia sean de 20 mil o lo que sea en lugar de 8 mil para los rastros de señal. En cualquier caso, el punto es que la resistencia de CC es importante, pero generalmente no es un gran problema a menos que tenga un diseño de alta corriente.

La impedancia de CA no es tan relevante, lo que la gente religiosa no parece entender. Esto se debe a que la alimentación de energía se desvía localmente al plano de tierra en cada punto de uso. Si tiene un buen plano de tierra, no necesita planos de alimentación separados para la mayoría de los diseños comunes, solo una buena derivación en cada cable de alimentación de cada parte. La tapa de derivación se conecta directamente entre los pines de alimentación y tierra, luego hay una vía justo en el pin de tierra para conectarse al plano de tierra en la capa inferior.

La corriente del bucle de alimentación de alta frecuencia de una pieza debe salir por el pin de alimentación, pasar por la tapa de derivación y volver al pin de tierra sin atravesar el plano de tierra. Esto significa que no usa una vía separada para el lado de tierra de la tapa de derivación. Conéctelo directamente al pin de tierra en el lado superior, luego conecte esa red al plano de tierra con una vía en un solo punto. Esta técnica ayudará mucho con las emisiones de RF y la limpieza en general.

Esta es una gran respuesta, gracias señor, entonces, si entiendo correctamente, especialmente desde el último párrafo, no debería usar un vertido en la capa superior, ¿correcto? es inútil ? Además, ¿debería usar puentes cortos en la capa inferior, incluso si eso significa que algunas señales no tomarán la ruta más directa?
@mux: Sí para la mayoría de los casos. Las excepciones son las señales especiales de alta velocidad, las señales que deben controlarse por impedancia, las señales que deben emparejarse con retraso, etc. Sin embargo, generalmente no se encuentran en una placa de 2 capas. Estos suelen implicar otros gastos tales que pasar a 4 o más capas es un costo adicional menor.
@OlinLathrop Realmente no lo entiendo. Sí, las tapas de desacoplamiento ya dan una ruta de muy baja impedancia. Digamos que despreciamos todas las inductancias de todas las trazas. Entonces solo nos quedamos con demandas repentinas de corriente por parte del (digamos) IC. OK, la tapa de desacoplamiento dará eso. Pero, ¿cómo y por dónde se recargará ese límite de desacoplamiento, para la próxima demanda repentina de corriente? ¿Tendrá tiempo de recargarse? Estoy realmente confundido.
@OlinLathrop Estoy un poco confundido acerca de su último párrafo. La tapa de derivación tiene su pin GND que va directamente al pin GND del IC. Luego, siempre tomé el pin GND de la tapa y dibujé otro rastro en la otra dirección (generalmente lejos del IC) que se conecta a través de una vía al plano GND en la parte inferior. ¿Es eso lo que quiere decir con conectar esa red al plano de tierra con una vía en un solo punto? Debería estar en el otro lado de la tapa del IC, ¿correcto?
@Abdullah: Como dices, la tapa de desacoplamiento es el depósito local, o en el dominio de frecuencia es la derivación de alta frecuencia. El resto es un problema de frecuencia mucho más baja (más tiempo está bien). La inductancia de las trazas de potencia al IC no importa tanto ya que hay más tiempo (demanda de frecuencia más baja). La resistencia de CC de la mayoría de las trazas de cobre normales será bastante baja para el propósito en la mayoría de los casos, por lo que no hay problema.
@Nick: No importa mucho dónde se encuentra exactamente la vía de tierra a lo largo del camino desde el pin de tierra hasta el lado de tierra de la tapa de desacoplamiento, ya que ese camino debería ser corto de todos modos. El punto importante es que el bucle existe sin que el plano de tierra esté envuelto. Eso mantiene las corrientes de bucle de alta frecuencia fuera del plano de tierra, que de otro modo sería una antena de parche alimentada por el centro. Entro en más detalles en electronics.stackexchange.com/a/15143/4512 .
@OlinLathrop ah, entonces, después de que finaliza un aumento en la corriente, y la demanda actual ahora es estable, es CC y CC significa que no hay problema. Me imagino la necesidad actual del IC como una onda cuadrada. Ahora, el borde ascendente es el lugar donde hay componentes de alta frecuencia, por lo que la tapa de desacoplamiento funciona como una derivación de alta frecuencia. Después de eso, todo es CC cuando la onda cuadrada está en el yo h i gramo h valor. Entonces, ¿qué pasa si la frecuencia de esa onda cuadrada y yo h i gramo h ¿La amplitud es tan alta que la tapa de desacoplamiento no puede ponerse al día y si aumenta la capacitancia, la tapa ya no es una derivación de alta frecuencia tan buena?
@abdullahkahraman: Ahí es donde puede entrar el tener múltiples tapas, una pequeña que pueda manejar las frecuencias más altas de los picos y una más grande que pueda manejar las frecuencias más bajas. Estando cerca el más grande también puede recargar el pequeño más rápido de lo que podría ser por el suministro de voltaje.

Tener un plano de potencia en la parte superior y tierra en la parte inferior difícilmente daría capacitancia.

C = k ⋅ ϵ 0 ⋅ A / d

donde k es la permitividad relativa, alrededor de 4,5 para FR4, ϵ 0 es la permitividad del espacio vacío, 8,85 pF/m, A es el área en metros cuadrados, y d es la distancia también en metros. Una PCB de tamaño Eurocard es de 160 mm × 100 mm, con un grosor de 1,6 mm, eso es

C = 4.5 ⋅ 8.85 pag F / metro ⋅ 0.016 metro 2 / 0.0016 metro = 400 pag F

Los condensadores de desacoplamiento le darán mucho más. Además, correctamente desacoplado, no importa si usa tierra o energía para los vertidos de cobre; para HF deben ser iguales. Por lo general, se elige tierra porque esa red tendrá la mayor cantidad de conexiones y será más fácil conectar los diferentes vertidos de cobre aislados en la parte superior con el vertido de cobre en el otro lado.

Sí, pero esos 400 pF pueden ser bastante significativos en las frecuencias más altas que deben desacoplarse, por ejemplo, 4 ohmios de impedancia a 100 MHz, y esta capacitancia tiene la menor cantidad de resistencia en serie e inductancia asociada. Muy importante en diseños de muy alta velocidad, pero si está haciendo ese tipo de trabajo, probablemente esté usando más de dos capas y menos espacio entre los planos.
@Dave: estuvo de acuerdo, pero los 400 pF son para una PCB que consiste solo en los vertidos de cobre. Sin embargo, el enrutamiento disminuirá significativamente el área, y las conexiones entre islas también tendrán su inductancia. Para HF, elegiría una de 4 capas y usaría las capas internas para los planos de tierra y potencia. La distancia será menor = mayor capacitancia y no habrá tantos cortes a través de ellos.
Entonces, la capacitancia es insignificante, al menos para una PCB de 2 capas, por lo que, aparte de tener muchas conexiones a tierra, ¿realmente no hay una buena razón para usar un vertido de tierra en la capa superior? correcto ?
@mux: no realmente: desea cortar lo menos posible a través del plano de tierra de la capa inferior, lo que significa que todo el enrutamiento en la capa superior dejará muy poco del plano de tierra allí. OTOH, colocar un vertido de cobre allí no dolerá, y si también está conectado a tierra, puede conectar islas aisladas a través de vías. Si el vertido de cobre superior es Vcc, conectar las islas puede ser más difícil y puede tener menos sentido. Pero Dave no está del todo de acuerdo, me temo :-).
@DaveTweed Tenga en cuenta que el número de 400 pF que menciona Stevenvh es para toda la PCB de 160x100 mm. Espero que las rutas de retorno de alta frecuencia para cualquier señal dada en realidad no "pasen" por toda la PCB y, por lo tanto, no pueda beneficiarse realmente de los 400 pF completos.
@mux Yo diría que la capacitancia entre planos es insignificante para la mayoría de las PCB (2 a 8 capas). El espacio entre planos es demasiado grande. Tenga en cuenta que para muchas PCB desea disminuir la impedancia de traza (trazas de 50 ohmios) para sus señales, lo que significa que el espacio entre un plano y una capa de señal adyacente es lo más pequeño posible. Esto está en contradicción con colocar aviones muy cerca para aumentar la capacitancia. En todas las placas que he fabricado (hasta 14 capas), el beneficio de la impedancia de traza baja ha sido mayor que la pequeña cantidad de capacitancia que podría haber ganado.
@stevenvh sí, pero si no tengo islas aisladas, entonces sería más fácil conectar tierra y vcc si uso la capa superior como vcc, especialmente si las conexiones de vcc son tantas como las conexiones a tierra, por ejemplo, cuando se enruta un microcontrolador, generalmente hay un pin vcc para cada pin de tierra, ¿tiene sentido?
@mux: si facilitará su enrutamiento, simplemente hágalo. Sin embargo, aún querrá desacoplar capacitores en estos pares Vcc/tierra. 100 nF es un valor común, y eso es 1000 veces más de lo que le dará la capacitancia de los vertidos de cobre.
Todo lo que digo es que en un diseño realmente de alta velocidad, en el que se necesita una combinación de tamaños de condensadores para obtener baja impedancia en una amplia gama de frecuencias (debido a los efectos de autorresonancia en los tamaños más grandes), la potencia La capacitancia del plano puede actuar como el "último paso" en una serie de este tipo, manejando las frecuencias más altas. Esencialmente estaba de acuerdo con @stevenvh para el caso de dos capas. Y sí, desea tomar otras medidas para mantener el área del bucle para tales corrientes lo más pequeña posible en primer lugar.

Esta es una vieja pregunta, pero creo que puedo agregar algo de valor.

El uso de un plano de potencia superior puede hacer que el enrutamiento sea más rápido en comparación con el uso de un plano de tierra superior e inferior.

Para los tableros simples que hago (dos capas, todos los componentes en la capa superior), una estrategia de enrutamiento es:

  • Agregue un plano de tierra a la capa inferior.
  • Conecte esto con vías a las almohadillas de tierra de los componentes en la capa superior.
  • Añade un plano superior de potencia.

Esto elimina muchos de los cables de aire rápidamente.

  • Enrutar rutas de datos críticos.

Agregar un plano a ambas capas reduce el uso de grabador. En muchos tableros, esto podría contribuir a reducir los desechos químicos.

¿Cuáles son las ventajas de tener dos vertidos molidos?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v