PCB Ground dan Power Planes

Saya mendesain PCB 4-layer dengan susunan sebagai berikut: Signal Top, Ground Plane, Power Plane, Signal Bottom.

Ini adalah PCB pertama yang saya buat seperti ini, yang mencakup SMPS berisik dengan frekuensi switching 600KHz, serta 32MHz uC dan modul nirkabel 2.4GHz. Saya ingin mengisolasi kebisingan dari blok yang berbeda dan mencegahnya mengganggu di blok lain, misalnya, suara SMPS dan uC tidak boleh mengganggu modul nirkabel. Untuk itu, saya membagi power plane di tiga area tertutup, satu untuk setiap voltase (SMPS menghasilkan 5.0V dan 3.3V dan 5.0V dari regulator linier 50mA yang sangat kecil untuk sistem turn-on tambahan), tetapi tetap menggunakan tanah Pesawat tidak terhubung dan menutupi semua papan. Blok SMPS, UC dan modul nirkabel terpisah satu sama lain di papan tulis.

Pertanyaannya adalah:

1. Pengaturan pemisahan ini akan membantu dari kebisingan perjalanan antar modul?
2. Apakah menuangkan tembaga tanah di sisi atas dan bawah membantu mengurangi kebisingan EMI eksternal ke papan?
3. Akan lebih baik juga membagi tanah pesawat (dan TIDAK tanah mengalir di sisi atas dan bawah untuk menghindari loop), dan menghubungkannya dengan mode bintang? Saya mendengar bahwa lebih baik menjaga pesawat darat tetap utuh, tetapi semua orang tampaknya memiliki versinya sendiri.

Pemahaman saya adalah bahwa tempat ground harus selalu di bawah atau di atas sinyal dan jejak daya untuk meminimalkan loop dan mengurangi EMI yang dihasilkan oleh papan. Juga, JIKA blok yang berbeda sudah secara fisik terpisah di papan, arus balik mereka akan mengalir di bidang tanah yang tidak dicekal tanpa mengganggu satu sama lain. Apakah itu benar? Tetapi saya juga membaca tentang membelah bidang tanah menjadi zona, satu untuk setiap subsistem dan menghubungkan blok-blok yang berbeda ini hanya dalam satu titik (koneksi bintang). Mana yang lebih baik, dan mengapa?

Pengaturan pemisahan ini akan membantu dari kebisingan perjalanan antar modul?

Jika Anda memiliki beberapa voltase daya dan papan 4 lapis Anda tidak punya banyak pilihan. Anda harus memberikan tegangan yang berbeda ke beban yang berbeda. Apakah itu mengurangi atau meningkatkan kebisingan banyak hubungannya dengan detail tentang bagaimana Anda mengeluarkannya, itu tidak mungkin untuk hanya memberikan jawaban selimut untuk pertanyaan ini. Lebih baik melihatnya sebagai, Anda harus membagi pesawat listrik Anda --- apa cara terbaik untuk melakukan itu?

Apakah menuangkan tembaga tanah di sisi atas dan bawah membantu mengurangi kebisingan EMI eksternal ke papan?

Bisa, jika Anda menyediakan beberapa vias untuk menghubungkan area ground lapisan luar ke bidang ground. Ini juga akan membuat vendor hebat Anda senang karena itu akan mengurangi jumlah tembaga yang harus mereka etsa untuk membuat papan Anda.

Berhati-hatilah untuk membawa ground lapisan luar terlalu dekat dengan jejak 2,4 GHz Anda karena jika lebih dekat daripada, katakanlah, 5 tracewidths, itu akan mengubah karakteristik impedansi dari saluran impedansi terkontrol Anda.

Akan lebih baik juga membagi tanah pesawat (dan TIDAK tanah mengalir di sisi atas dan bawah untuk menghindari loop), dan menghubungkannya dengan mode bintang? Saya mendengar bahwa lebih baik menjaga pesawat darat tetap utuh, tetapi semua orang tampaknya memiliki versinya sendiri.

Jawaban singkat: tidak.

Jika Anda memberi perhatian khusus pada cara Anda membagi bidang daya, dan jika rangkaian Anda menuntutnya, maka ada beberapa kasus di mana ia dapat memperbaiki keadaan.

Tetapi jika Anda menginginkan satu jawaban dari seseorang yang hampir tidak tahu apa-apa tentang sirkuit yang Anda rancang, maka jawaban terbaik adalah tidak dengan membagi bidang tanah.

Satu hal lagi yang harus diperhatikan

Tumpukan Anda adalah sinyal ground-power-signal. Dengan belahan di bidang daya.

Ketika Anda merutekan pada lapisan bawah, cobalah untuk tidak memotong belahan di bidang daya, karena jejak lapisan bawah itu sebenarnya akan menggunakan jaring daya, bukan tanah, sebagai jalur balik untuk komponen frekuensi tinggi dari sinyal.

Selain itu, berhati-hatilah dengan sinyal (kecepatan tinggi) yang melompat dari lapisan atas ke bawah, karena ini juga akan memerlukan transisi dari arus balik dari jaring daya ke jaring ground. Arus balik ini mungkin akan melewati kapasitor decoupling terdekat --- jadi hal terbaik kedua adalah menempatkan kapasitor decoupling di dekat setiap tempat di mana arus balik perlu melintasi lintas pesawat. (Hal terbaik adalah tidak lintas antar pesawat sama sekali).

Edit

Saya memastikan semua sinyal HF tidak saling membelah, tetapi ada beberapa jalur DC yang tidak dapat dihalangi. Bisakah itu menjadi masalah?

Pikirkan tentang ini: ketika Anda mengatakan itu adalah jalur dc, maksud Anda voltase tidak berubah atau arus tidak berubah? Perubahan saat ini adalah apa yang menyebabkan masalah dengan menjalankan split. (Perubahan tegangan hanya masalah karena biasanya menyebabkan perubahan saat ini)

Jadi itu tergantung jika Anda berbicara tentang sinyal "dc" seperti jalur yang diaktifkan untuk catu daya yang dinyalakan sekali saat start-up dan kemudian dibiarkan pada tegangan yang sama selamanya, atau trek daya untuk beberapa rel tambahan yang tidak t bernilai membuat perpecahan untuk.

Sinyal kontrol DC tidak akan bermasalah.

Jika ini adalah sinyal daya dengan arus beban yang bervariasi, Anda dapat memperbaiki masalah dengan kapasitor decoupling. Sebuah kapasitor decoupling memungkinkan perubahan frekuensi tinggi dari arus yang datang melalui jalur pendek melalui kapasitor alih-alih jalur panjang melalui trek.